[科普中國(guó)]-靜液擠壓

簡(jiǎn)介

靜液擠壓是1893年英國(guó)人提出來(lái)的，直到20世紀(jì)50年代，人們才開(kāi)始注重對(duì)這種技術(shù)進(jìn)行全面研究，后來(lái)制造出了靜液擠壓機(jī)，開(kāi)始在工業(yè)上得到了應(yīng)用。

利用封閉在擠壓筒內(nèi)錠坯周?chē)母邏阂后w，迫使錠坯產(chǎn)生塑性變形并從擠壓模?？字袛D出的金屬塑性加工方法。由于擠壓筒內(nèi)的錠坯在各方向上受到均勻的壓應(yīng)力，也稱(chēng)等靜擠壓，其工作原理如圖1所示。

靜液擠壓所使用的高壓介質(zhì)，一般有粘性液體和粘塑性體。前者如蓖麻油、礦物油等，主要用于冷靜液擠壓和500～600℃以下的溫、熱靜液擠壓；后者如耐熱脂、玻璃、玻璃-石墨混合物等，主要用于較高熔點(diǎn)金屬的熱靜液擠壓(坯料加熱溫度在700℃以上的擠壓)。

與普通擠壓法一樣，根據(jù)需要，靜液擠壓可在不同的溫度下進(jìn)行。一般將金屬和高壓介質(zhì)均處于室溫時(shí)的擠壓過(guò)程，稱(chēng)為冷靜液擠壓；在室溫以上變形金屬的再結(jié)晶溫度以下的擠壓過(guò)程，稱(chēng)為溫靜液擠壓；而在再結(jié)晶溫度以上的擠壓過(guò)程，稱(chēng)為熱靜液擠壓。

分類(lèi)靜液擠壓的類(lèi)型按擠壓時(shí)的溫度不同可分為冷靜液擠壓和高溫靜液擠壓兩種。

(1)冷靜液擠壓在常溫下進(jìn)行。布彼克(B．L．Bypek)等人研究的一種兼有拉線作用的線材靜液連續(xù)擠壓，就屬于冷靜液擠壓，它的原理如圖2所示。被加工的線坯通過(guò)起拉伸作用和密封作用的入口模，在拉力和高壓液體的共同作用下被擠出，借助于卷筒的不停轉(zhuǎn)動(dòng)，便可實(shí)現(xiàn)連續(xù)擠壓。采用這種方法生產(chǎn)線材，可使道次變形率大大超過(guò)拉伸極限。冷靜液擠壓的主要缺點(diǎn)是設(shè)備結(jié)構(gòu)與操作比較復(fù)雜，卷筒的傳動(dòng)部分在高壓室外，需采用高密封技術(shù)，每次拉線前的準(zhǔn)備時(shí)間較長(zhǎng)。

(2)高溫靜液擠壓使用的高壓液體的溫度超過(guò)金屬的再結(jié)晶溫度的靜液擠壓。高壓液體一般是動(dòng)物油和礦物油，擠壓溫度可在300℃左右。采用耐熱油脂作為高壓液體時(shí)，擠壓溫度最高可達(dá)到1000℃；但當(dāng)擠壓溫度高于500℃時(shí)，通常不用耐熱油脂，而使用金屬氧化物或一些鹽類(lèi)作高壓液體。

特點(diǎn)靜液擠壓的特點(diǎn)是：(1)錠坯與擠壓筒內(nèi)壁不直接接觸，金屬變形極為均勻，產(chǎn)品質(zhì)量也比較好。又由于錠坯周?chē)懈邏阂后w，擠壓時(shí)不會(huì)彎曲。因此，錠坯可以采用大的徑高比，以至可以擠壓線材。(2)錠坯與模子間處于流體力學(xué)潤(rùn)滑狀態(tài)，摩擦力極小，模子磨損少，制品表面粗糙度低。(3)制品的力學(xué)性能在斷面上和長(zhǎng)度上都很均勻。(4)擠壓力小，可采用大擠壓比。(5)可以擠壓斷面復(fù)雜的型材和復(fù)合材料，也可以擠高強(qiáng)度、高熔點(diǎn)和低塑性的材料。(6)高溫靜液擠壓的液體溫度與壓力都很高，需進(jìn)一步解決耐高溫、密封性能好的壓力媒體。

應(yīng)用液體空氣靜液擠壓是靜液擠壓法的一種技術(shù)應(yīng)用。利用高壓粘性介質(zhì)給坯料外力而實(shí)現(xiàn)擠壓的方法，稱(chēng)為靜液擠壓法。

靜液擠壓所使用的高壓介質(zhì)，一般有粘性液體和粘塑性體。前者如蓖麻油、礦物油等，主要用于冷靜液擠壓和500～600℃以下的溫、熱靜液擠壓；后者如耐熱脂、玻璃、玻璃-石墨混合物等，主要用于較高熔點(diǎn)金屬的熱靜液擠壓(坯料加熱溫度在700℃以上的擠壓)。

與普通擠壓法一樣，根據(jù)需要，靜液擠壓可在不同的溫度下進(jìn)行。一般將金屬和高壓介質(zhì)均處于室溫時(shí)的擠壓過(guò)程，稱(chēng)為冷靜液擠壓；在室溫以上變形金屬的再結(jié)晶溫度以下的擠壓過(guò)程，稱(chēng)為溫靜液擠壓；而在再結(jié)晶溫度以上的擠壓過(guò)程，稱(chēng)為熱靜液擠壓。

1)異型材擠壓

由于靜液擠壓時(shí)可以獲得良好的潤(rùn)滑條件和均勻涂層流動(dòng)狀態(tài)，因而特別適合于內(nèi)表面或外表面帶有細(xì)小復(fù)雜筋條，且形狀與尺寸精度和表面質(zhì)量要求高的各種異型管材與棒材的成形。靜液擠壓可以在較低溫度下實(shí)現(xiàn)大變形程度的高速擠壓，所以對(duì)于一些高強(qiáng)度鋁合金，由于高溫脆性的緣故，在普通擠壓機(jī)上，只能采取很低的速度進(jìn)行擠壓；而靜液擠壓可以將擠壓溫度降低至200～300℃，這樣既可以避免高溫脆性又可以大幅度提高擠壓速度。采用靜液擠壓法，銅及銅合金小尺寸管材可用高達(dá)數(shù)百的擠壓比實(shí)現(xiàn)一次擠壓成形，大大簡(jiǎn)化了生產(chǎn)工藝。同時(shí)，由于擠壓溫度較低，可獲得細(xì)小再結(jié)晶組織的制品。

2)難加工材料擠壓

鈦合金型材，特別是薄壁型材，采用普通擠壓方法成形十分困難。采用靜液擠壓法擠壓鈦合金時(shí)，擠壓溫度可大大降低，且擠壓制品具有尺寸精度高，表面質(zhì)量好，性能均勻等特點(diǎn)，同時(shí)，還可以提高擠壓制品的力學(xué)性能。

3)高溫合金擠壓

利用靜液擠壓強(qiáng)烈的三向壓應(yīng)力作用，可以改善金屬的變形能力，進(jìn)行鎳基合金、金屬間化合物等高溫合金零部件的直接成形。

4)難熔金屬材料擠壓

大多數(shù)難熔金屬因其變形抗力大、塑性差，采用常規(guī)擠壓法擠壓難熔金屬難度大。在900～1500℃高溫下，難熔金屬不能在空氣介質(zhì)中成形，因?yàn)榻饘僖着c氣體發(fā)生作用，使性能顯著劣化。采用靜液擠壓法，以玻璃-石墨混合物為高壓介質(zhì)，使部分難熔金屬擠壓成為可能。

5)粉體材料擠壓

熱靜液擠壓同時(shí)具有熱等靜壓和擠壓成形兩種功能，尤其適合于粉體材料的直接擠壓成形。

例如，在鋼質(zhì)包套中以70%的相對(duì)密度填充高速鋼粉末，然后進(jìn)行熱靜液擠壓，可以獲得與鑄造坯料經(jīng)鍛造后材料力學(xué)性能的制品。采用熱等靜壓工藝處理，然后在400～500℃溫度下進(jìn)行靜液擠壓，可以獲得致密無(wú)缺陷的SiC纖維強(qiáng)化鋁基復(fù)合材料。

6)包復(fù)材料擠壓

利用金屬流動(dòng)均勻和具有高靜水壓力作用等特點(diǎn)，靜液擠壓非常適合于各種包復(fù)材料(或稱(chēng)層狀復(fù)合材料)的成形。例如，冷靜液擠壓的銅包鋁復(fù)合材料，在高溫下金屬間化合物的包復(fù)材料的成形。由于高溫和高壓作用，容易獲得具有完全冶金接合的界面接合質(zhì)量。

面臨問(wèn)題靜液擠壓屬于一種新型擠壓方法，還存在一些問(wèn)題有待于解決：

①在高壓下，擠壓軸、模子的密封材料和密封結(jié)構(gòu)問(wèn)題尚未最后解決。錠坯一端必須事先加工成錐形，以便與?？缀芎玫嘏浜?，防止高壓液體泄漏。

②擠壓筒和擠壓軸受極高的壓力，因此如何合理選擇工具材料和設(shè)計(jì)工具結(jié)構(gòu)仍是一個(gè)亟待解決的問(wèn)題。

③選擇更合適的高壓液體，以保證產(chǎn)品的表面質(zhì)量、精度和工作穩(wěn)定性。2