热反挤压是将毛坯加热，使之得到塑性好变形抗力较小的变形条件，用实心坯料挤压强度较高、较大尺寸杯形或套类件的较好锻造方法。摩擦压力机因其结构简单、模具安装调整方便、工艺万能性大等优点，成为许多中小企业主要的模锻设备。在不具备专用挤压压力机的条件下，使用摩擦压力机进行热反挤压，可充分拓展其使用功能，扩大模锻范围，提高锻件质量和生产效率。
1 反挤压金属流动的规律
反挤压时金属流动的规律见图1。
当凸模开始压入坯料时，与凸模接触的坯料端面，因为有接触摩擦，所以变形极小,是一个难变形区。坯料的下端面，受到凹模的摩擦阻力，变形也极小，也是个难变形区。在上、下难变形区之间的金属，则在上、下难变形区的作用和周围模壁的限制下，发生剧烈的向外、向上的流动。从坐标网变化情况可以看出,反挤压时坯料各部分的变形是极不均匀的。变形程度最大处在零件内表面，外表面变形较小。另外也可看到，当零件的筒壁挤出后，便不再变形，只是向上作刚性平移。
2 热反挤压变形程度及挤压力的影响因素
变形程度表示挤压时金属流动的强烈程度,常用断面变化来表示，当反挤压回转体件时，公式：
式中：D为毛坯直径；d为挤压后内径。
变形程度的大小受挤压件材料本身允许的变形程度、模具强度允许的最大变形程度、产品的组织和性能要求的最低变形程度等因素的制约。
挤压力受材料的材质、挤压温度、挤压变形程度、变形速度、挤压方法、模具的几何形状及坯料的表面状态与润滑情况等因素影响。
塑性成形分析计算时，主应力法求反挤压力时的单位压力,见图2,可以认为由两部分组成，
一部分是迫使金属流入凸模与凹模之间的环状间隙所需要的力，另一部分是处于凹模下，直径为d、高度为h的圆柱形金属被镦粗所需的力，反挤压单位流动压力公式[1]：
式中：s为金属的屈服应力；μ为摩擦系数；D为毛坯外径；d为挤压后内径。
当凸模尺寸分别为D/2、2D/3时，代入公式并整理，得出近似值(μ取为0．3)：
从结果可以看出，毛坯直径D确定后，挤压后内径d愈大，单位挤压力愈大，即变形程度愈大，变形时消耗的能量愈多，需要的变形力愈大，对模具的要求愈高。
综上所述，在影响热反挤压变形程度及挤压力的诸多因素中，材料的材质、挤压温度由零件的材质和始终锻温度而定，变形速度与选用设备相关。因此，只有变形程度的大小、挤压方法、模具的几何形状及坯料的表面状态与润滑情况等因素可以通过人为的方式进行改变来减少挤压力。如：通过多个工步挤压来减小变形程度，选择合理的凸模几何形状；选择合理的坯料表面状态；选用合适的润滑剂等等。热反挤压时，用人为的方式减少挤压力，对促进金属的流动成形，提高模具寿命，扩大热反挤压件的范围有着积极意义。
3 摩擦压力机热反挤压成形工艺与模具设计
3.1 摩擦压力机热反挤压模具及特点
模具结构见图3。在摩擦压力机热反挤压时，设备本身具有导向装置且滑块行程不固定，由于挤压件本身需有一定的加工余量，除对挤压精度有特殊要求，在模具上设导向装置外，一般不需在模具上设置导向装置即能达到热反挤压件尺寸精度要求。坯料的镦饼工序在与其配套的压力机上或在自由锻锤上完成。凸凹模材质3Cr2WSV或H13。模具的特点是通用性强，上下模座为通用模座，可以安装其它挤压或顶镦模具。由于无导向装置可以挤压高度尺寸较大的反挤压件。
3.2 热反挤压力的计算
摩擦压力机热反挤压一般不是在一次行程内完成，影响挤压力的因素又很多，挤压力的计算与其它设备差别较大，很难精确测定。结合企业实际应用，给出经验公式供参考。
式中：
为挤压力( KN)；
为单位面积平均挤压力，热反挤压碳钢件时取0.65～0.75 kN/mm2；F为凸模工作部分面积(mm)；k为热反挤压火次系数，取0.6～1。
3.3 减小热反挤压力的措施
(1)当挤压件高度h与直径D之比大于1时，变形程度
/
大于45％以上，应考虑分两火次完成，即进行预锻和终锻两次成形。如图4所示，初锻模设计凸模为球形冲头，凹模带有一定锥度，一方面减少摩擦阻力，便于金属流动，另一方面减少预锻变形程度。终锻模挤压时变形已不很大，主要起整形作用，以达到各部尺寸要求。
(2)模具润滑采用石墨乳或重油加机油，同时，在摩擦压力机一次挤压行程后，每次挤压前将坯料内放入碎煤，碎煤在高温高压下燃烧变成气体使凸模与坯料之间形成气垫，减少了凸模与坯料的摩擦力，促进金属流动，挤压力降低。
3.4 摩擦压力机热反挤压需注意的几个问题
(1)摩擦压力机滑块速度较低，凸模在热坯料中停留时间较长，要特别注意对凸模的冷却，防止模具受热损坏。
(2)镦饼后重新加热需将氧化铁皮清理干净，再放入模具中，避免影响挤压件质量。
(3)镦粗的坯料直径要与凹模的内径尺寸接近，不得过小且需均匀对称。预锻挤压时在每一次挤压行程回程时，顶起坯料手工转动90º,以避免反挤压时凸模周围金属分布不均，出现偏心现象。
4 结论
通过对热反挤压金属变形特点的分析及摩擦压力机热反挤压的研究与实践，采取一些合理的设计和工艺方法，可以充分利用摩擦压力机模具安装调整方便，工艺万能性大的优点，热反挤压各种杯形件或套类件。如图4锻件，原在1t自由锻锤上自由锻生产，外圆及内孔均无法锻得很圆，端面凸凹不平，下料单重10kg，工时定额40 min/件；在300t摩擦压力机上热反挤压后，外圆内孔、端面均由模具控制，锻件外观质量好，下料单重8.9kg，工时定额2min/件。由此例可见,摩擦压力机热反挤压可获得较好的锻件外观质量和明显的经济效益。
参考文献：
[1]汪大年.金属塑性成形原理[M].北京：机械工业出版社，1982.167-169.
[2]M B 斯德洛日夫，E A 波波夫.金属压力加工原理[M].北京：机碱工业出版社,1982.
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