挤压工艺详解：工艺流程、优势与局限性技术综述

来自《机械邮报》的问候！今天我们将探讨什么是挤压，其工艺流程、优势与局限性。首先从挤压的定义入手。

挤压定义

挤压是一种制造工艺：将装在容器内的金属坯料，在巨大压力下强制通过具有特定形状和尺寸的小孔（模孔）流出。

挤压相关核心术语

坯料

坯料是待挤压材料的均匀块状原料（例如铝挤压型材）。块尺寸取决于挤压设备规格，随后被挤压成所需产品。

模具

挤压模具为厚钢圆盘，带有一个或多个模孔以形成所需截面。模具采用 H13 模具钢经热处理制成，以承受高温高压下热坯料通过模孔时的极端工况。

挤压杆

挤压杆是重型活塞/柱塞，用于施加巨大推力将坯料推过模孔。类似医生注射器的推杆，施力使流体流出。

挤压工艺流程

挤压始于坯料加热。坯料通常加热至材料易于塑性变形的温度。随后将坯料装入容器。当挤压杆迫使金属通过模孔流出时，金属发生塑性变形，经历缩径和伸长。产品截面形状取决于模孔形状。此过程可视为闭式模锻的变体：锻造中主体金属成型为产品，飞边切除废弃；挤压中流出模孔的金属（飞边）成为产品，模内残留的废料（余料）不使用。

挤压广泛用于有色金属及其合金（铝合金、铜、黄铜、青铜等）实心及空心型材制造，随着熔融玻璃润滑剂的发展，钢铁及铁基合金也能成功挤压。挤压原料为铸造或轧制坯料。产品范围极广：直径 3–25 mm 棒材，直径 20–400 mm、壁厚 ≥1 mm 管材，以及其他机械加工难以获得的复杂截面。除金属外，塑料挤压也广泛应用。

挤压分类

正向挤压

加热坯料置于容器内，挤压杆向模具方向推进。金属发生塑性变形，沿容器壁滑动并被迫通过模孔流出。挤压结束时容器内残留一小段金属（余料/尾料）无法挤出。为获得空心截面，常使用空心坯料配合芯轴；也可用实心坯料经芯轴穿孔或预钻轴向孔后再挤压。芯轴可固定于挤压杆上，随挤压杆移动，金属通过环形间隙流出成管。

反向挤压

反向挤压中，金属流动方向与挤压杆运动方向相反。使用空心挤压杆（如上图），空心杆端部装有成型模具，容器另一端封闭。挤压杆移动时，模具对坯料施压，变形金属逆挤压杆方向通过模孔流出，产品从空心杆中挤出。

热挤压

热挤压指坯料挤压前加热至再结晶温度以上。这不仅防止加工硬化，还降低变形抗力，便于金属通过模孔。热挤压多在卧式液压机上进行，吨位 230–11,000 公吨（250–12,130 短吨），压力 30–700 MPa（4,400–101,500 psi），需润滑：低温用油或石墨，高温用玻璃粉。

冷挤压

冷挤压在室温下进行。优势：无氧化、冷作硬化提高强度、尺寸精度高、表面光洁度好、挤压速度快。常见冷挤压材料：铅、锡、铝、铜、锆、钛、钼、铍、钒、铌及钢。典型产品：软管、灭火器筒体、减震筒、齿轮毛坯。此工艺类似热挤压，但加工材料具备无需加热的塑性，通常延展性高。冷挤压也用于改善金属物理性能和生产成品零件。

挤压优势

• 产品截面形状范围极宽，可挤压轧制无法实现的回缩截面等复杂形状。
• 更换模具快捷，换型无时间损失。
• 挤压件尺寸精度通常优于轧制件。
• 单道次成型，易于实现自动化。
• 挤压件比铸件更轻、更致密、强度更高。
• 挤压件精度高于铸件，后续精整工序少。

挤压局限性

• 工艺废料率高于轧制（轧制仅 1–3%）。
• 模具成本高，采用昂贵合金钢制造。
• 生产率远低于轧制，尤其是连轧。
• 总体成本通常高于其他工艺。
• 模具寿命较短，因高接触应力和滑动速率导致磨损快。
• 仅能生产恒定截面形状。

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