鋁合金型材擠壓技術淺談

文/張華杰　西華大學　四川成都　611700

?

鋁合金型材擠壓技術淺談

文/張華杰西華大學四川成都611700

【摘要】本文重點介紹了鋁合金型材擠壓技術的特點，擠壓過程中發生的金屬流動現象的影響因素，以及擠壓時的溫度場問題，同時也重點介紹了擠壓制品的組織性能和擠壓制品的質量控制。

【關鍵詞】擠壓技術；金屬流動；擠壓力

擠壓就是對放在容器（擠壓筒）中的錠坯一端施加以壓力，使之通過模孔成型的一種壓力加工方法。擠壓最基本的方法是正擠壓和反擠壓。正擠壓是金屬的流動方向和擠壓桿的運動方向相同。反擠壓是金屬的流動方向和擠壓桿的運動方向相反。

1、鋁合金型材擠壓法的優缺點

（1）擠壓法的優點：有強烈的三向壓應力狀態圖，金屬可以發揮其最大的塑性；可以生產斷面極其復雜以及變斷面的型材；具有極大的生產靈活性，在一臺設備上能夠生產很多的產品品種和規格；產品尺寸精確，表面質量高；實現生產過程自動化和封閉化比較容易。

（2）擠壓法的缺點：金屬的固定廢料損失較大；要填塞模孔和留壓余及切頭切尾；加工速度低。擠壓時的摩擦熱和變形熱高，制約了擠壓速度，另外加工輔助過程較多，制約了生產效率；沿長度和斷面上制品的組織和性能不夠均一；在高溫、高壓和反復沖擊載荷的作用下，工模具消耗大。

2、金屬流動

擠壓時會產生金屬流動現象，金屬流動分三個階段：填充擠壓階段、平流擠壓階段、紊流擠壓階段。

影響金屬流動的因素有很多，主要有接觸摩擦與潤滑、工具的冷卻作用、金屬導熱性的影響、工模具結構與形狀的影響、摩擦條件的影響、合金強度特性的影響等等，溫度變化，合金的摩擦系數會產生變化，在相變溫度下擠壓，相變會對金屬流動產生影響，強度高的金屬比強度低的金屬流動均勻。

3、擠壓力

擠壓力是擠壓桿通過擠壓墊作用在錠坯上使之依次流出模孔的壓力。影響擠壓力的因素很多，擠壓力的大小與金屬的變形抗力成正比例關系，隨著變形程度的增大，擠壓力成正比例升高，擠壓速度對擠壓力的影響，也是通過變形抗力的變化起作用的，在擠壓筒、變性區和工作帶內的金屬，都承受了基礎面上的摩擦作用。這些摩擦阻力是擠壓力的組成部分，錐形擠壓模的模角對擠壓力有著明顯的影響，錠坯和擠壓筒存在較大摩擦，錠坯越長，擠壓力越大，反向擠壓不存在錠坯和擠壓筒的摩擦，所需的擠壓力較正向擠壓低。

4、擠壓時的溫度場

4.1錠坯及工具中的溫度

錠坯中的溫度分布與錠坯加熱方法有關。現在最先進的錠坯加熱方法為感應加熱。在擠壓時，變形能的95%變為熱能，錠坯的原始溫度場還要加上變形熱引起的附加溫度場。因此，被擠壓的錠坯中的溫度場是非常不均勻的。在一般情況下，對塑性區內金屬平均溫度有影響的是生成熱、逸散熱。

在擠壓過程中，工具的溫度也發生變化，由于強烈的摩擦和比鋁的導熱性，工具某些部位的溫升要比擠壓金屬的溫升高得多。

4.2擠壓條件對金屬溫度的影響

隨著擠壓速度的提高，縮短了金屬與工具間的導熱時間，于是金屬溫度升高。變形能轉變成熱能直接受變形抗力的影響。工具與錠坯間的溫差：溫差越大，被擠壓的金屬溫度越低，錠坯中的溫度分布變得越不均勻，從而變形和流動的不均勻性增大，其結果導致制品的組織和性能不均勻。正擠壓時，由于錠坯與筒壁間的摩擦作用，所放出的熱量比反擠壓多15%左右。

同時金屬溫度的調節可以降低擠壓速度、降低錠坯的原始溫度、改變工具的溫度、錠坯梯溫加熱。

5、擠壓制品的組織性能和質量控制

5.1擠壓制品的組織性能

（1）擠壓制品組織的不均勻性

擠壓制品組織的特點是，在其斷面上和長度上都很不均勻。一般來說，沿制品長度上，前端晶粒粗大后端細小。沿斷面徑向上中心晶粒粗大外層細小。

許多具有實用價值、通常成分復雜的合金在熱變形后的熱處理中，經常會形成異常大的晶粒，其晶粒尺寸超過原始晶粒尺寸的10—100倍，比臨界變形后熱處理所形成的再結晶晶粒大得多，晶粒這種異常長大的過程稱為粗化，這種組織稱為粗晶粒。

（2）擠壓制品的機械性能

擠壓制品的變形與組織的不均勻性，必然導致內部機械性能的不均勻性。當擠壓比較小時，制品的內部和外層的機械性能不均勻性較為嚴重；當擠壓比很大時，制品的內部和外層性能基本一致。

5.2擠壓制品的質量控制

（1）制品斷面形狀與尺寸

影響因素有：擠壓時的流動不均勻性；工作帶過短，擠壓速度和擠壓比過大，可能產生工作帶內的非接觸變形；模孔變形；工模具不對中或變形

（2）制品表面質量

擠壓制品表面應清潔、光滑，不允許有起皮、氣泡、裂紋、粗劃道、夾雜以及腐蝕斑點，允許表面有深度不超過直徑與壁厚允許偏差的輕微擦傷、劃傷、壓坑、氧化色和矯直痕跡等。對需繼續加工的毛料，可在擠壓后進行表面修理以保證產品質量。對成品或毛坯，都要求低倍組織不得存在偏析聚集、縮尾、裂紋、氣孔、成層以及外來夾雜物，要求粗晶環的深度不超過允許值，高倍顯微組織不得過燒。

（3）擠壓工藝參數對制品組織性能的影響

擠壓工藝參數對制品組織性能的影響因素有擠壓溫度、擠壓速度、變形程度。實際生產中，擠壓速度是受擠壓溫度制約。擠壓溫度高，擠壓速度就應適當放低，保證工模具散熱。

參考文獻：

[1]梅中義.飛機鋁合金結構件數控加工變形分析與控制[J].北京航空航天大學學報，2009，35（2）：146-150.

[2]楊吟飛.7085鋁合金殘余應力及加工變形的數值仿真與試驗[J].航空學報，2014，35 （2）：574-579.

[3]王春，王強，林盛.鋁合金車體結構件銑削時筋變形的實驗分析[J].現代制造工程，2013，13：69-72.

作者簡介：

張華杰，男，1995年5月17日，四川省眉山市，本科，土木工程，西華大學。