1.引言
双动式挤压机是指带有独立穿孔系统的挤压机，不仅能挤压无缝管材，在更换实心挤压垫后还可以挤压型材和棒材，因而具有良好的市场前景。
穿孔机构是铝合金双动挤压机的关键机构；其对于同心度的要求很高，如何保证穿孔精度是穿孔系统结构设计中要解决的主要问题。在传统双动挤压机穿孔机构的设计中，穿孔托板通常设置在托板机构内部，而在主油缸两侧分别设置油缸驱动，并设置独立的导轨导向。这种设置要求采用大托板，而穿孔机构设置在托板内部，结构复杂且难以维护。此外，两侧驱动油缸行程等于主油缸行程加上穿孔行程，故需要设置很长的油缸缸筒和活塞杆；其实，主油缸行程这部分属于无用功，而过长的油缸缸筒和活塞杆不仅加大了加工制作的难度，也增加了制作成本。另外，独立导向的双导轨对加工精度的要求高，而且这种结构也难以调节。
为此，本文设计了一种挤压机的双动挤压机穿孔机构，其采取紧凑的结构，更容易实现穿孔系统要求的同心度，并且可降低加工制作的要求。文章余下部分安排如下：第2节简单介绍穿孔机构设计的基本原则。第3节根据这些原则给出了一种穿孔机构的设计和实现方案。第4节总结全文。
2.穿孔机构设计的基本原则
正向双动挤压的过程就是主油缸驱动挤压杆前进，先将盛锭筒内的锭坯镦粗，当锭坯完成填充变形时，主油缸会停下，挤压杆中心的穿孔针会从中间穿过锭坯直至模具一端。完成锭坯的穿孔后，主油缸继续驱动挤压杆前进，挤压盛锭筒内的锭坯通过模具成型。
在穿孔针进入锭坯进行穿孔时，会受到来自穿孔针前端面上锭坯金属的正压力及侧表面上金属向后流动的摩擦力；随着穿孔深度的增加，金属向后流动的阻力会逐渐增大，穿孔针侧表面所受摩擦力也会逐渐增大，从而使得穿孔所需要的力也迅速增大；当穿孔深度达到一定值时，作用在穿孔针前端面上的力足以使穿孔针前面的一个金属圆柱体与锭坯之间产生剪切变形而被完全剪断作刚体运动，此时穿孔力达到最大值；当穿孔针继续前进，随着料头被推出模孔，穿孔力降低，直至穿孔结束，穿孔力下降至最小值[2,3]。
穿孔针上述受力特点决定了，穿孔针在挤压过程中偏离挤压中心线存在如下主要原因[4]：穿孔系统与挤压中心线偏离太多；穿孔针弯曲；锭坯填充变形不完全；锭坯加热温度不均匀；锭坯填充系数过大；锭坯端面切斜度过大；挤压轴弯曲或挤压端面不平。
为尽可能提高穿孔精度，针对上述引起穿孔针偏心的因素，穿孔机构的设计通常应遵循下述基本原则：
1）穿孔针针杆部分的长度在满足工艺条件要求的前提下应尽量缩短，从而提高穿孔时穿孔针弯曲的临界压力。
2）在挤压杆和穿孔针支承结构尺寸及强度允许的情况下，尽量增大穿孔针根部螺纹和退刀槽部分的有效面积，从而增加其强度；尽量增大螺纹及退刀槽底部的圆角以减少应力集中的影响。
3）合理设计穿孔针台肩部分及支承部分的配合公差，使其在不影响穿孔针安装及工作的前提下，在穿孔时对穿孔针根部螺纹及退刀槽起到保护作用。
3.穿孔机构的设计方案
针对第1节所提到的传统设计方案的缺陷和第2节所给出的导致穿孔针偏心的原因，遵循前述设计原则，本文采用了如下设计方案（系统结构如图1～3所示）：
铝型材正向双动挤压机穿孔机构示意图
1）采用增加柱塞加长套1、2，使双动挤压机穿孔机构安装于其内部，双动挤压机穿孔机构工作时是与主油缸柱塞作相对运动，所以穿孔缸行程比传统结构少了主油缸行程部分，大大缩短了穿孔缸的缸筒和活塞杆长度；
2）通过减小挤压垫与挤压筒和穿孔针的间隙以增加穿孔针的定心力，从而减少穿孔针的偏移量；
3）采用磁尺及压力传感器的双监测模式，通过伺服电机及高精度变量柱塞泵的控制，以确保锭坯填充完全变形；
4）设置穿孔缸活塞杆下方直线导轨导向和挤压杆机构通孔导向，双导向既保证了导向精度又简单化了调节工作；
5）整个机构为整体式结构，结构紧凑更容易实现双动挤压机穿孔系统要求的同心度，加工制作相对容易。
4.结论
如何保证穿孔精度是铝合金双动挤压机在穿孔系统结构设计中所要解决的主要问题。本文设计了一种挤压机的双动挤压机穿孔机构，通过增加柱塞加长套使双动挤压机穿孔机构安装于其内部，缩短了穿孔缸的缸筒和活塞杆长度；设置穿孔缸活塞杆下方直线导轨导向和挤压杆机构通孔导向，在保证了导向精度的同时简化了调节工作；采取紧凑的整体式结构，因而更容易实现穿孔系统要求的同心度，加工制作相对容易。
本文介绍了穿孔针在挤压过程中的受力特点及引起穿孔针偏心的主要原因，给出了穿孔机构设计的基本原则。在此基础上，具体设计了一种挤压机的双动挤压机穿孔机构；该机构采取紧凑的整体式结构，因而更容易实现穿孔系统要求的同心度，且具有加工方便的优点。
