有色金属(铝)塑性加工成型方法概述

有色金属（铝）塑性加工成型方法概述铝塑性加工成型方法现状我国作为一个铝挤压生产大国，挤压企业数量、挤压机台数和生产能力和年产量均居世界前列。生产的产品以建筑铝型材和工业型材为主。铝型材加工设备正在不断的完善和提高，其装备水平接近国外二十世纪九十年代的先进水平。但从整个加工工业来看，与西方发达国家相比还有较大的差距。一、国内铝挤压工业现状（1）产品品种和产品质量我国铝挤压工业以生产建筑铝型材为主，工业铝型材生产刚刚起步，航空用硬铝合金型材停步不前，产量很少。由于受装备、生产技术和模具的限制，生产的产品精度和质量不高，部分高精度管材和工业材还需进口。（2）技术装备水平我国挤压机多为小吨位挤压机，以单根挤压为主，手动操作，生产效率低、成品率低，产品精度和表面质量不高，大多数工厂使用未经均匀化处理的铸锭，不符合新国家标准的要求。（3）模具加工技术我国专业化挤压模具加工厂不多，一些大中型企业均有模具加工中心，模具标准化程度不高。二、国外挤压新枝术（1）长锭加热采用热坯剪，在挤压生产中根据不同规格的型材所需的铸锭长度设定剪切长度，一根长锭剪切剩下的短锭可与下一长锭相接剪切成所需的铸锭长度，因此，剪切不产生废料，提高了成品率，也减少了锯屑量，提高了成品率。（2）等温挤压对挤压速度较高的软合金，通常挤压机通常采取铸锭梯温加热或梯度冷却和挤压减速控制等方法模拟等温挤压。（3）挤压过程温度控制在挤压过程，通常需要控制铸锭加热温度、挤压型材出模口温度和淬火冷却后的温度，以确保具有所需的挤压性能，并获得纵向性能一致、机械性能优良的制品。这种测温技术的应用将促进等温挤压技术的发展。（4）高速挤压目前先进的挤压生产线为提高生产效率，除从机械上考虑尽可能减少挤压机固定周期(非挤压时间)外还采用高速挤压法。国外先进挤压线除采用设计合理的模具外采取模具、挤压筒冷却，带走部分金属变形、摩擦产生的热量，防止模具温度上升，抑制型材产生表面缺陷，延长模具寿命。（5）计算机优化挤压工艺参数挤压材的质量取决于挤压过程中挤压比、挤压速度和铸锭预热温度等工艺参数。目前国外已有厂家利用计算机优化挤压工艺参数。（6）在线控制产品尺寸精度国外先进生产线已开始采用激光测量技术和层析X射线摄像检测技术在线检测型材的几何尺寸。激光检测系统是从不同方向测量连续挤出制品的外形尺寸，通过与计算机存储图像比较，对制品尺寸精度进行控制。并对模具进行管理。采用型材在线几何尺寸检测，大大提高了产品的精度控制和成品率。（7）模具设计与制造铝型材挤压过程金属流动、温度、压力变化非常复杂，且型材断面越复杂，变形不均匀程度越大，国外先进企业模具采用CAD系统进行辅助设计，并根据加工工艺参数(铸锭温度和尺寸、挤压速度等)，采用三维有限元加工模型动态模拟挤压过程中材料流动、变形率分配、温度分布和压力分布，通过计算机的分析计算，优化设计挤压模具。（8）反向挤压技术铝和铝合金的热挤压通常采用正向挤压和反向挤压两种方式，反向挤压由于比正向挤压所要求的挤压力减小10-30％，铸锭和挤压筒表面没有摩擦，温升小，金属流动均匀，制品的组织性能均匀、尺寸精度高，可采用较高的挤压速度。（9)三维挤压技术三维挤压技术是集挤压和机械加工于一体的一步成型技术。如在挤压模出口处安装一个旋转模，可沿型材纵向加工出所需的凹凸刻痕；在挤压机后装一套弯曲装置，将挤出型材弯曲成所需形状等。国外挤压装备新进展一、挤压机(1)挤压机结构a.预应力张力柱挤压机采用预应力张力柱结构，即对张力柱施加一定的拉应力，减少其在挤压时产生的弹性延长量，提高挤压机的刚性，大大减少了挤压时前梁的移动，减少了模具变形，提高了挤压型材的尺寸精度，也延长了张力柱的寿命。b.短行程挤压机短行程挤压机是将铸锭供在挤压筒和模具之间或采用升降挤压轴结构，挤压轴行程短，缩短了空程时间，提高了生产率。同时也缩短整机长度，提高了挤压机的刚度。c.旋转挤压筒式挤压机旋转挤压筒式挤压机是近些年发展的，挤压机装备有三个挤压筒分别置于挤压、装锭、清理三个工位，三个挤压筒可以旋转，挤压完毕，完成挤压的挤压筒旋转至清理位，装好铸锭的挤压筒则旋转至挤压位置开始下一个挤压周期。这种挤压机非挤压时间在10秒内，生产效率较高。d.活动横梁、挤压筒座、挤压垫、残料剪活动横粱和挤压筒座为“X”型导向，保证了挤压机的同心度。采用固定挤压垫结构，省去了垫片返回机构，并可减少残料的厚度。残料剪沿方形导轨上下移动，并带有打料机构，剪切后期，气缸推动打料头冲掉留在模具上的残料，此剪结构尤其适合于较薄残料的剪切。e.挤压工具更换挤压工具更换向简便、快捷方向发展。现代挤压机带有平移式或旋转式快速换模机构，换模时间只需十几秒。有些挤压机还在滑动模架下设有模支承剪切机构，换模前，将挤压材在模支承和支承垫间切断，挤压材拉出后，支承垫内无剪下的料头，使换模操作更加方便。此机构尤其适用于模支承与支承垫分离较为困难的大型挤压机。挤压筒和挤压轴设有快速锁紧装置，便于其装配和更换，缩短换工具时间。二、挤压机液压系统目前先进的挤压机液压系统均采用液压集成块，结构紧凑，主缸及其它大部分油缸采用逻辑锥阀控制，这种阀切换时响应快，冲击小，泄漏少，稳定性好，控制准确可靠。挤压速度控制采用容积式调速，主泵均为大容量轴向柱塞变量泵。挤压机液压系统趋向使用更高的压力，目前多为275bar，增加系统压力，将减小缸、管、阀的尺寸和泵的流量，减小挤压机的尺寸和重量。但需配备良好的密封件，保持液压油清洁，油过滤精度≤l0μm。三、挤压机列自动控制系统a.计算机控制系统和数据处理系统80年代，挤压生产线采用PLC(可编程逻辑控制器)控制整条生产线的操作。90年代，国外先进的挤压机都配有与PLC通讯的上位机——计算机(PC机)和专用软件来监视、控制和记录挤压全过程。近年更为先进的生产线计算机还配有如前所述挤压工艺参数优化和模具设计软件，存储有挤压机的资料、多种铝合金的性能、加工范围和加工特性等资料，当给出挤压材料、断面形状和规格、产品要求时，通过此软件能确定最佳工艺参数(挤压速度、挤压温度、铸锭尺寸和铸锭梯度加热温度)，实现等温、高速挤压。根据工艺参数分析、计算、优化设计出模具。PC机还可与全厂计算机网络系统相连接。b.挤压对中检测系统挤压简和挤压杆设有传感器检测系统，检测其对中情况，并在操作盘上显示检测结果，以便操作人员及时调整。四、机后辅机1.机后双牵引机有些挤压机机后配有带飞锯的双牵引机，可避免由于牵引机返回时间长而无法满足挤压短固定周期(非挤压时间)的要求，型材的中断可在挤压过程中进行。在挤压过程中，可在前后挤出的两根型材的焊合处中断型材，或单孔挤压变形系数较大的型材时，可使用长铸锭，在挤压过程中中断连续挤出的多根型材，以提高成品率。2.水-风冷淬火装置普遍设有水-风冷却淬火装置，装有喷嘴的水管和风管纵向布置，为防止型材变形，根据不同的型材断面，可由计算机控制不同方向的水量，以保证沿型材断面的冷却均匀。3.张力矫直机先进挤压生产线张力矫直机多为1人或无人操作，实现自动送进和移出，采用梳齿型或垂直夹紧型钳口，缩短拉伸夹头的长度。4.全自动锯切型材高精度自动定尺和自动成批锯切，在定尺台靠近锯床处设有一段料头排除装置，自动将切下的头尾废料拨至废料筐，成品自动移出。5.型材自动堆垛先进和大型挤压机列配有型材自动堆垛机，如图4堆垛机将型材垫条按一定的间隔放在成品移料皮带间，型材移到垫条上，由堆垛机夹住垫条两端，将型材放入料筐。6.模具加热采用多膛式模具加热炉，每套模具单独控制加热，提高加热质量、延长模具寿命。7.型材辊式矫正机为提高型材的断面精度，国外一般都配有辊式矫正机以矫正型材不符合技术标准的角度、扩口等缺陷。对我国铝挤压工业发展的建议1.调整企业生产规模，兼并小企业，形成或发展大规模挤压生产线，淘汰部分技术装备落后的小型挤压生产线。2.调整产品结构，加大力度开发生产工业型材。对一些中、大型挤压机进行适当的改造，采用先进的挤压技术和装备，以满足工业材和高精度型材的生产。3.挤压设备制造厂、生产厂、大专院校和科研院所联合起来，共同开发等温挤压、在线温度和产品尺寸测量、计算机控制和工艺参数优化软件、反向挤压技术、三维挤压技术等先进挤压技术和装备，并应用于我国的挤压工业。4.建立专业化模具加工中心，开发模具设汁与制造软件，提高产品精度。设计多孔挤压模和适应高速挤压的模具，以提高挤压设备单机生产能力。5.建设大型技术和装备水平高的熔铸厂，淘汰耗能大、技术装备落后、生产的铸锭质量差的小型熔铸生产线，为挤压生产线提供优质的铸锭坯料。结束语我国是挤压生产大国，目前绝大多数挤压机技术装备远落后于世界先进水平，生产效率低，产品单一，产品质量不高，市场竞争激烈。对于一些有条件的厂家，应借鉴国外先进技术，加速对挤压机列的机械、液压和电气系统进行改造，并利用日益普及的计算机和一些测量技术，尽快开发出一些软件，操作控制挤压机和处理一些生产数据，以便从技术和装备上赶超世界先进水平，适应生产国内短缺的高精度小型和大型挤压产品，参与国际市场的竞争。