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铝合金精密锻造加工的相关工艺技术分析

2020-04-18

铝合金以其密度小、比强度高、加工性好等优点在各个领域都得到了广泛的应用,为了达到节能减重的效果,美国、日本和西欧等发达国家都在不断加大对铝合金锻造材料及其工艺的研发力度,铝合金锻造技术更是被作为一项核心技术来重点支持和发展。


自1956年起,世界铝产量就一直居有色金属首位。目前世界铝加工材产量为3000万吨/年,其中板、带、箔材占57%,挤压材占38%。由于铝合金锻造材成本高,生产技术难度大,仅在特别重要的受力部位采用,因此在加工材中所占比例较小,为2.5%。随着汽车工业的不断发展,对汽车轻量化的要求越来越高。据报道,轿车质量每减少10%,燃油消耗可降低6%~8%,因此,以铝合金为代表的轻质材料在汽车零部件中的应用日趋广泛。据估计,全球铝锻件每年的需求量高达100万吨,而目前全世界的年产量仅约为80万吨,尚不能满足市场需求。在汽车行业,目前铝合金轮毂的使用量达到数十亿个,且每年仍在以20%的速度增长。


铝合金三角臂是汽车转向系统的关键部件,其形状复杂,成形难度大。本文将从工艺与装备角度详细介绍一条铝合金锻造自动化生产线。


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铝合金的锻造工艺特点


⑴塑性较低。铝合金塑性受合金成分和锻造温度的影响较大,而且塑性对变形速度的敏感程度随合金元素的含量不同而不同,当合金元素含量增加时,铝合金塑性不断下降,且对变形速度的敏感程度也增强。大多数铝合金都为正应变速率敏感材料,即流动应力随着变形速率的降低而减小,因此,对于航空用大型铝合金锻件,往往采用油压机或者水压机成形,对于中小型锻件则可采用螺旋压力机或者机械压力机制造。


⑵粘附性强。由于铝和铁可以固溶,因此,铝合金在锻造过程中经常发生粘模现象。一般认为,锭子油可以起到较好的润滑效果,近年来,美国Acheson等公司也开发出了适合工业应用的铝合金润滑剂。国内也有公司自己配制油基或水基润滑剂,使用效果也很好。


⑶锻造温度范围窄。大多数铝合金的锻造温度范围都在150℃以内,有些甚至只有70℃,因此,在锻造生产中,往往需要采用多次加热的方法来确保铝合金具有良好的可锻性。尤其是对产品性能要求严格的航天和军工产品,在最终成形时往往采用等温锻造的方法进行生产。


⑷工序变形量小。铝合金锻造一般不允许少工序、大变形,以免导致粗晶或者产生裂纹,因此,往往需要将总变形量进行合理分配,制坯工序对于最终产品的成形结果影响较大。由于工件经过若干工序后,温度往往低于所要求的锻造温度,故需要再次加热。


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铝合金控制臂锻造工艺的设计


最近,北京机电研究所开发出一种汽车用铝合金控制臂锻造工艺,并以此为基础建立起一条铝合金控制臂自动锻造生产线,目前已经移交客户使用。


该产品的锻造工艺流程为:中频加热→辊锻→弯曲、压扁→二次加热→预锻、终锻→切边、冲孔、校正。


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