双动反向挤压机有效摩擦挤压技术的研究应用

朱朝东

哈尔滨东轻特种材料有限责任公司   黑龙江省哈尔滨市  150060

摘要：近年来，随着航空航天、核电、汽车、军工和船舶工业等的快速发展，对无缝铝管尤其是高性能特种工业无缝铝管的需求日益增加，对产品机械性能和组织性能的要求也越来越高。在反向挤压过程中，挤压筒与金属锭坯之间无摩擦力，使得生产同规格的金属制品时反向挤压机所需要的挤压力小，且金属锭坯在塑性变形过程中金属流动的均匀性较正向挤压更好一些，金属制品表面形成的粗晶环较正向挤压薄许多，因此生产出的金属制品表面质量和力学性能更好一些，产品的成品率也较正向挤压高。

关键词：挤压机；摩擦技术；应用

随着科学技术的进步和经济的飞速发展，在全球经济一体化与大力提高投资回报率的经营思想推动下，一方面加大结构调整力度，另一方面开展了一场向科技研发大进军的热潮。以求更合理更均衡地利用与配置资源；不断扩大铝工业的规模；增加铝材的品种与规格；提高产品的科技含量并拓展其应用范围；大幅度降低能耗、改善环保；大幅度降低成本与提高经济效益；不断加强铝材部分替代钢材成为人民生活和经济部门基础材料的地位。挤压机主要用于加工各种规格的管材、棒材、型材、线坯及排材。由于其加工产品品种规格较多,可广泛应用于国防工业、交通运输、航空航天、电子通信、电力和建筑等行业,可满足不同用户的要求。

一、双动反向有效摩擦挤压新工艺

1、双动反向有效摩擦挤压新工艺的技术特点。有效摩擦挤压实质上是在反向挤压的基础上给挤压筒施加一个沿挤压方向的外力( 反向挤压时，挤压筒是被铝锭传递的摩擦力带动沿挤压方向同时前进) ，即将挤压筒由被动跟随状态转变成主动引领状态，此时挤压筒和铝锭之间产生的摩擦力从有害力变为有益力，该力有效的提高了挤压时金属沿挤压方向的流动效率。

2、双动反向有效摩擦挤压受力。在双动反向有效摩擦挤压时，对其挤压过程进行模拟分析，当穿孔针就位后，挤压力开始攀升，铝锭发生塑性镦粗变形后，随着金属流动，在模具和穿孔针之间形成铝环，挤压杆逐渐挤压前进，最终生产出无缝铝管，通过对该过程的分析，建立力学模型：

二、正反向联合挤压关键技术

正反向联合挤压可以在同一台挤压装备上完成正向挤压和反向挤压。反向挤压过程的主要优点如下:对于同一种规格的铝型材在同样名义吨位的设备上进行正向挤压和反向挤压来讲，反向挤压可以施加更大的挤压力，同时，反向挤压铝锭坯在模具出口处的温升小;在反向挤压过程中，由于铝锭坯芯部和周边没有相对位移，所以挤压力和铝锭坯的长度关系不大，反向挤压设备的挤压容室一般比正向挤压要长;铝锭坯表面没有了和挤压容室内壁之间摩擦产生的热量，在挤压结束时，铝锭坯尾部没有温升，铝型材表面不易产生裂纹，因此反向挤压的速度可以高一些;铝锭坯表面杂质不会进入铝锭坯的后部，挤压容室内部没有材料的紊流。反向挤压方法的缺点是铝锭坯表面的杂质会进入铝型材表面，主要是由于此部分杂质既不会由于挤压容室和铝锭坯之间的摩擦进入铝锭坯后部而保留在残料里，也不会由于脱皮挤压而存在挤压壳内。因此，在挤压之前，就要求对铝锭坯的表面进行处理，一般进行机械加工。另一方面，由于中空挤压杆的限制，无法采用象正向挤压方法用分流模的挤压方式挤压截面大的铝型材，所挤压的铝型材截面小，从而使反向挤压不能用于所有的铝型材生产。采用正反联合挤压，不仅可以具备反向挤压的优点，而且可以生产截面尺寸大的铝型材，克服反向挤压的缺点，但需要对正反联合挤压存在的技术难题进行研究，主要包括: 有效摩擦挤压结构原理和控制技术、双动挤压穿孔针机械固定精度控制技术、正反联合挤压控制技术。

1、有效摩擦挤压结构原理和控制技术。有效摩擦挤压是沿金属流动方向施力于挤压筒，利用挤压筒同锭坯之间的高摩擦应力促进金属流出挤压模模孔的挤压方法。挤压时挤压筒沿金属流出方向以高于挤压杆的速度移动，挤压筒作用给锭坯的摩擦力的方向与通常正向挤压时的相反，从而使摩擦力得到有效利用，促进金属的流动速度。实现有效摩擦挤压的必要条件是挤压筒与锭坯之间不能有润滑剂，以便建立起高的摩擦应力。

2、双动挤压穿孔针固定精度控制技术。双动反向挤压机主要用于生产高质量的无缝管材，挤压无缝铝管材多采用固定针挤压工艺，其关键就是穿孔针固定精度控制技术［1］。中小型双动挤压机的穿孔装置多采用内置式穿孔系统，穿孔缸为活塞缸，缸体为主柱塞的内孔，供油系统采用伸缩油管结构。穿孔活塞设在主柱塞的内孔后部，其它部件均安装在主柱塞的内孔前部和移动横梁内，穿孔针的定针方式有机械定针和液压定针两种。液压定针方法是对穿孔针油缸进行控制，通过采用高频响的比例阀、快速反应的PLC 和检测元件，提高穿孔针油缸的响应速度，提高固定穿孔针的定针精度，进而提高管材的内表面质量。目前比较好的液压定针方法固定针精度可以达到± 1 mm，震荡精度可以达到± 0. 1 mm。对于液压定针来说，由于挤压过程穿孔针受力变化，挤压过程穿孔油缸的液压系统压力要随之变化，但由于液压系统和电气系统的反应速度较慢，导致固定针精度实际较低。对此，提出一种内置式液压系统、后端机械固定的解决方案，此种结构的双动挤压机，液压系统内置，而机械定针装置安装在主油缸的后端，通过连杆和穿孔系统的活塞连接。当进行穿孔挤压时，机械定针装置根据程序设定的位置调整，内置式的穿孔系统驱动穿孔针前进通过铝锭坯进入模具内一段距离，此时，机械定针装置接触主油缸后部而停止前进，穿孔针位置即被机械固定，之后的穿孔挤压为固定针挤压。这种机械定针精度比较高，除去穿孔系统受力的弹性变形，机械定针的精度趋于零，震荡精度也是趋于零。机械固定针挤压对于直针来说，穿孔系统控制比较简单，但对于“瓶针”来讲，由于穿孔力变化比较大，因此在挤压末端对穿孔针会产生一个和挤压方向相反的力，这就需要在穿孔系统的活塞腔施加一个和挤压方向相同的力来平衡，即需要给活塞腔通压力油。通过以上解决方案，可以极大地提高穿孔系统固定针精度，提高产品质量。

3、正反联合挤压控制技术。正反联合挤压机不仅可以进行正向挤压，而且可以完成反向挤压，挤压机具备完整的正向和反向挤压所需的装置，而且可以快速的在正反向功能之间进行切换。正反联合挤压机不仅有正向使用安装在前梁上的主剪刀，而且配备安装在挤压筒上的反向使用主剪刀，采用目前先进的双轴反向挤压机结构，挤压筒单独驱动，可以实现有效摩擦挤压。对于正向挤压，则是传统结构的长行程挤压结构。为了实现正反向之间的快速更换，提出了双动正反向挤压机用新型模具快换方法，即正向、双动反向挤压过程共用一个快换模装置，将正向挤压模座位和双动反向模座位分别设置在移动模架的两个位置，靠后梁内侧为反向挤压模座位，靠后梁外侧为正向挤压换模位，正向挤压时，正向挤压模座在拉模缸带动下从正向挤压模座位进入挤压位，模具锁紧缸锁紧模座进行挤压，反向挤压时，拉模缸将正向挤压模座推到正向挤压模座位，将反向挤压模座位的反向挤压模座拉入挤压位，模座锁紧缸锁紧模座进行挤压，从而就实现了正反向之间的快速切换。

结论

(1) 有效摩擦挤压可以减少挤压力，提出的双闭环控制技术切实可行;

(2) 提出的后端机械固定、内置式穿孔系统的方案有效地提高固定针的精度;

(3) 正反联合挤压结构实现了正反向挤压功能，是一个高度集成、功能切换快捷有效的方案;

参考文献：

［1］韩泓．双动铝挤压液压定针控制技术［J］．锻压装备与制造技术，2018( 3) ．

［2］李璟莉．正反双动铝挤压机液压定针控制系统的研究［J］．轻合金加工技术，2017( 1) ．

［3］杜新宇．铝合金型材在线喷淋淬火装置的研究与实践［J］．轻合金加工技术，2018( 4) ．