穿孔针法挤压生产铝管技术工艺分享

    用带穿孔的双动铝材挤压机，采用实心铸锭挤压铝管时，必须实行穿孔挤压。穿孔挤压过程如图3－4－21所示。
    从图3－4－21可以看出，用实心圆铸锭挤压管材，在挤出管材之前必须先用挤压针进行穿孔。穿孔时挤压针一般不涂润滑剂或只涂一层较薄、较干的润滑剂。如用(60～70)%苯甲基硅油加(30～40)%粉状石墨的润滑剂。在挤压前可不清理挤压针上所粘附的金属屑。

   图3—4—21  管材穿孔挤压过程示意图(固定针结构)
(a)挤压准备完成；(b)挤压第一阶段(穿孔)；(c)挤压第二阶段(挤出管材)
1——铸锭；2—一挤压筒；3——挤压模；4——垫片；5——挤压轴；6——挤压针；7——模支承；8——锁键

一、穿孔挤压优缺点

    用实心铸锭穿孔挤压可以简化铸锭铸造工艺并减少锭坯的车削、搪孔工序，减少了几何废料。挤出管材内表面品质好，成品率高，尤其对较大直径的软合金拉伸管毛料效果更为明显。一般内表面品质要求高的管材宜采用穿孔挤压。穿孔挤压还可减少粗晶环和缩尾等缺陷，提高组织、性能的均匀性。与组合模挤压相比，所使用的工具和模具的设计、制造较简单，使用寿命较长，而且产品无焊缝，适用作重要受力构件。 
    但是穿孔挤压由于金属向前流动，金属与挤压针之间产生的摩擦力很大(因针上没有润滑剂或润滑剂很少)，当铸锭较长和挤压温度较低时，很容易把针拉断，因此经常需要换针。挤压大直径管材时，由于管前端的实心堵头太大，增加几何废料。另外在一般情况下，管材前端的偏心度较大。 

二、穿孔过程 

    穿孔过程中金属流动可分为三个阶段，如图3—4—22所示。穿孔的开始阶段金属主要是反向流动，变形特点是穿入深度小，铸锭与挤压筒，铸锭与挤压针都有一定的接触摩擦。穿孔的第二阶段，挤压针向前走到一定程度后，由于挤压针与铸锭、铸锭与挤压筒之间的接触摩擦增大，达到使金属反向流动发生困难时，金属便开始从模孔中流出。 

图3—4—22穿孔时金属流动的三个阶段示意图
(a) 开始穿孔阶段；(b)穿孔第2阶段；(c)穿孔最后阶段 

    穿孔的最后阶段，由于正面的变形抗力达到最大值，这是变时的特点发生转变，从穿孔变为剪切前端尚未穿孔的金属，因此从穿孔的过程分析，作用于针上的力是由两部分组成，即挤压针与金属问的摩擦力及克服针扦进金属中的正面抗力所组成。这两种力都是引起穿孔针断面压缩的力。在一般情况下，穿孔速度对该应力大小影响不大，同时穿孔针端头形状对穿孔力的影响不大，因而在计算穿孔力时，这些因素可以忽略。
    穿孔力与金属的变形抗力、温度，铸锭的直径和长度，制品的断面积及挤压针的直径等因素有关。 

三、穿孔挤压操作技术要点

    1)为减少管材前端实心堵头和长度，可以用“联合挤压法”，即在穿孔之前先用一块专用的堵头垫片放在模子与铸锭之间，然后进行穿孔。如图3—4—23所示。穿孔时金属只能向后倒流，即反挤压。当挤压针前端块穿到堵头垫片时，停止穿孔，并使挤压筒后退，堵头垫片被推出挤压筒而落到滑槽中滑走，再把挤压筒靠紧模子，并继续穿透铸锭，开始挤出管材。这种方法可以使管子前端的实心堵头减到最小的程度，有利于提高管子的成品率。 

    图3—4—23联合挤压法示意图
(a)开始穿孔；(b)穿孔完毕；(C)挤出管子
1——挤压筒；2——挤压轴；3——锭坯；4——模子；5——挤压针；6——堵头垫片；7——挤压垫片；8——管子 

    2)为减少管材的偏心，可先用挤压轴和挤压针一起前进，推动垫片把铸锭镦粗填满挤压筒，然后挤压轴后退一段距离，再进行穿孔，这样可以减少挤出管材的偏心度。
    3)防止管材变扁的方法。由于穿孔挤压的管材前端是实心的，如一个密封的“袋”，袋底就是密封堵头，这个袋就成为真空，当管子的壁厚较薄和合金强度较低时，就可能在大气压力作用下把管子压扁而报废。为防止管材变扁，当管子刚挤压出来一段时，立即用一尖头锤迅速扎破刚挤出的管材前端，打破管内的真空状态，则可以避免管材由于出现真空现象而被变扁的问题。
    4)防止挤压针顶坏模子的方法。在挤压薄壁管材时，由于穿孔块要结束时，挤压针已伸出很长，针的前端可能发生偏移，挤压针的前端容易撞到模子上而损坏模子。为防止这种现象发生，可以在穿孔针距模子还有一段距离时(50 mm左右)停止穿孔，然后挤压针和挤压轴一起前进开始挤压。由于流出的金属要保持周边压力的均等，便自动地将针顶端对准中心，则可克服挤压针产生偏离顶坏模子的现象。

四、穿孔挤压工艺

    热挤压管材可以分为三个系统：①空心铸锭挤压管材；②是穿孔挤压管材；③是用分流组合模挤压管材。
穿孔挤压主要是用于管材内表面品质要求高的软合金管。常用的合金有：l070、1060，1050，1A30，1035，1200，3A21，6A02和6063等合金。多数用于生产拉伸管和轧制管毛料。
    以上合金的铸锭加热温度为400～500℃，纯铝合金偏下限400～450℃，3A21，6A02和6063合金偏上限450～500℃。挤压筒温度400～450℃。
    挤压速度是决定生产效率的主要因素。铸锭进行均匀化退火有利于提高挤压速度。但挤压速度过快时，往往在挤出的制品表面产生裂纹、擦伤、麻点等缺陷。因此只有在保证质量的前提下采用最快的挤压速度进行生产。一般挤压速度控制在8～50 m/min范围内。
    挤压残料长度应根据挤压筒直径大小而定。正常生产条件下，一般残料长度按表3—4—47的规定。表3—4—48为几种挤压机的热挤压管材的合理挤压系数范围。 

表3—4—47铝合金管材挤压残料长度表

表3-4-48热挤压管材的合理挤压系数范围表

五、挤压铝管的尺寸偏差

    1)挤压的冷轧管毛料和拉伸管毛料的平均壁厚偏差按下式计算

一般规定管毛料的平均壁厚偏差如下：
     冷轧管毛料为±0.25 mm
     拉伸管毛料为+0.2 mm，－0.3 mm
2)壁厚不均度
壁厚不均度=最大壁厚－最小壁厚

壁厚不均度允许值与直径无关，根据经验可用下式计算  

式中 S₀——管毛料名义壁厚
S₁——成品管名义壁厚
3)铝管毛料内外径偏差
    冷轧管毛料外径±0.5m    内径+0.5 mm，－l.5 mm
    拉伸管毛料外径不要求    内径+1.0 mm，－l.5 mm
    管毛料的椭圆度不应超过内外径偏差。
4)弯曲度
    冷轧管毛料挤压后须进行矫直。矫直后弯曲度≤1 mm/m，全长≤4 him。拉伸管毛料可不矫直，其弯曲以不影响装入芯头及拉伸转筒为原则。