摘要,随着科技和经济的快速发展,铝型材需求量的增长越来越快,高品质铝型材是未来挤压型材市场的迫切需求,因此,加强对铝型材挤压成形的研究具有重要的现实意义。本文介绍了铝型材的挤压成形原理,着重分析了工艺参数对挤压质量及生产效率的影响,阐述了模具设计、模具寿命及挤压仿真技术,并提出了铝型材挤压成形工艺发展中存在的问题和发展趋势。

　　第六届锻压装备与制造技术论坛暨锻压设备委十届一次学术交流会议论文集引言工业铝型材在交通运输、航空航天、船兵器及机械制造工业等领域的应用一处于增长的状态,其中交通运输用量比重大。近几年尤其是随着高速动车、城市地等车辆向着轻量化、高速化和环保化方向快速发展,铝型材的需求量增长加快,我铝型材已经步入了新的发展阶段,并向着杂、大型、高精度等方向发展。但与欧洲、美和日本相比,还存在不足,因此,我国业铝型材仍具有极大的发展空间。前,全球生产的铝合金型材已达十余种,其中,,,以上是用挤压方法生产的。其他加工方法相比,挤压方法具有如下优【,】,挤压法比轧制和锻模法更具有强烈的向压缩应力状态,可使金属充分发挥其塑变形,挤压法生产灵活性大,效率高,挤制品的尺寸精度远比轧制和模锻的高,且压制品机械性能好。并且与轧制相比挤压备结构紧凑、占地少、基础设施费用少,作简单,维修易行,易实现生产过程自动和封闭化。我国铝型材挤压机发展迅速,,,,,年的约,,,,台发展到现在的,,,,左右,其中将要投产的最大的挤压机能力达到了,,,,,,并且,,,,,、,,,,,挤压机正在设计验证中,,卅。铝型材挤压工艺,,挤压成形原理压是采用挤压杆,或凸模,将装在挤筒,或凹模,内的锭坯压出模孔或流入特的孔隙而成形的塑性加工方法【,】。挤压方的种类很多,其中正向挤压和反向挤压是较典型的挤压方法,广泛应用于工业生产。,,正向挤压压过程中,挤压金属的流出方向与挤杆的运动方向相同的挤压方法称为正向压,也称直接挤压,如图,所示。正向挤是最基本的挤压方法,其设备结构简单、者简介,韩素平,,,,,,。女,河南鹿邑人,硕士研究生。要研究方向,锻压设备理论与控制。话,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,艺操作简便、生产灵活性大。但挤压过程的锭坯与挤压筒内壁之间产生相对滑动,在很大的外摩擦,使金属的流动不均匀,加了制品组织和性能的不均匀性,同时摩生热的作用,使模具的磨损更快,,】。,正向挤压不恿图挤压杆,挤压垫,挤压筒,金属锭坯模座,制品,挤压模向挤压适合于挤压铝合金型材,以,,,为代表的铝合金型材由于具有良好的压性,其挤压制品被广泛应用于交通、建等各领域。与反向挤压相比,正向挤压的大特长之一,就是可以生产大型的实心或九游体育官方网站心型材。,,反向挤压压过程中,挤压金属的流出方向与挤轴的运动方向相反的挤压方法称为反向压,也称间接挤压,如图,所示。反向挤又可分为实心材反向挤压与空心材反向压。其特点是,挤压过程中的锭坯与挤压内壁之间没有相对运动,不存在摩擦,节能量,变形比较均匀,挤压力比正向挤压降低,,,,,,,,成品率和生产率高,制尺寸精度高。但是,制品外直径受挤压轴制,通常比正向挤压的小,,,,长度也受限制,表面质量没有正向挤压的表面质量【,】,,,一,反同挤压小意图,挤压轴,,挤压模,金属锭坯,,挤压筒,制品乎所有的铝合金型材都能采用反向第六届锻压装备与制造技术论坛暨锻压设备委十届一次学术交流会议论文集压方法生产,其生产的产品用于航空航、机械制造等工业部门。反向挤压特别适于尺寸精度高、组织细小而无粗晶环的制和挤压温度范围狭窄的硬铝合金型材的压生产。,,铝型材挤压工艺参数对挤压质量和生产的影响择合理的挤压工艺参数,不仅可以保挤压制品的质量,而且还能提高生产率。压生产过程中常用的工艺参数主要有,挤系数、挤压温度、挤压速度、模具孔数、压筒及铸锭尺寸等,,,,,,,,,】。,,,,挤压系数压系数,,又称延伸系数,是挤压筒断面积与挤出制品断截面积之比,它是大于的系数。挤压系数的选取与制品的合金种、质量要求、挤压方法、挤压机能力、挤筒直径及铸锭质量等因素有关。同时还要虑以下几方面因素。,瞒,品的组织和性能保证制品具有良好的力学性能,以及制品长度方向和整个截面上具有均匀的能,挤压工艺必须保证金属具有足够的变程度,也就是具有一定大小的挤压系数。压系数过小时,因变形程度不足,残留有态组织,制品的组织和性能就不均匀,屈强度和伸长率也偏低,挤压系数过大时,变形程度过大,挤压效应受到损失,使制的抗拉强度和屈服强度也降低。工业生产中,为得到组织和性能合格制品,其挤压系数选择为,一次挤压的型,五≥,,,,,二次挤压用的毛料,五可不限,锻造用的毛料,忿,。若想得到表面品较好的挤压制品,挤压系数一般不小于,。,,挤压力,着变形程度的增大,挤压力也需增。若挤压系数过大,挤压力就会超过挤压的负荷能力,发生‘闷车”压不动的现象,样就会降低设备的生产率,甚至损坏挤压具。此时挤压出的制品尺寸精度低,表面质也无法保证。挤压系数应控制在既能实挤压过程,而又不超过设备能力的范围之。,,成品率压系数过大时, 因压出制品的长度受压机出料台长度的限制,必须使用短铸, 因此会产生较多的残料,成品率降低,压系数过小时, 因受挤压筒长度的限制,锭的长度受限制,压出制品的长度太短,头切尾占的比例大,成品率也降低。压系数的选择不能过大或过小,应该个适当的范围。在短工作台上挤压时,型的挤压系数,为,,,,,,在长工作台挤压连续生产线上,采用的挤压系数都比较。, ,, ,挤压温度压温度是挤压工艺的重要参数之一,对制品质量、挤压速度、生产效率和经济益等均有较大的影响。合金热挤压温度对其组织和性能的响特别明显。对于,,,,合金,挤压温度,,,℃提高到,,,℃时,制品的抗拉强度屈服强度提高约,,,,,,,,而伸长率有下降,挤压温度继续提高到,,,℃时,性变化就很小了。其挤压温度一般选取,,,,,,,℃之间范围。压温度对挤压机生产效率的影响也大,挤压闷车是挤压生产中常见的现象,车之后将使挤压机效率大大降低, 同时制质量也难以保证。而提高挤压温度,金属形抗力下降,所需的挤压力也降低, 闷车象有可能被克服。, ,, ,挤压速度压生产中常用的挤压速度有两个定, 即金属流出速度和柱塞速度。在挤压机工艺和装备上,挤压速度是一个重要参。它关系到挤压生产的质量与生产效率,属的挤压速度越快,生产效率就越高,经效率也更好,但过高的挤压速度,对制品量影响很大。金属流出速度对制品质量的响表现在三方面。,,制品表面质量。金属流出速度提高,摩擦作用所引起外层金属的附加拉应力迅速提高,达到一定值时,制品将产生裂。因此,挤压速度的上限应以不挤压出裂为准。挤压速度过快,变形热效应就会增,模具工作带易粘结金属,制品表面会产麻面。,,制品尺寸。对一定挤压模结构和一定,—第六届锻压装备与制造技术论坛暨锻压设备委十届一次学术交流会议论文集变形条件来说,挤压时都有一个沿挤压模面的速度,能使金属较为均匀的流动。当压宽厚比大时,挤压速度控制不当,挤压内金属的平衡供给与模孔阻力不相适应,型材就会产生波浪,甚至报废。,,制品缩尾长度。挤压速度加快,金属均匀流动的倾向就会增加,铸锭表面的杂可以提前进入制品内部形成缩尾,特别是挤压进入结尾阶段时,挤压速度一定要放。, ,, ,模具孔数具孔数与挤压系数成反比关系,模具数对挤压过程也有独立的影响。在一般情下,多孔模挤压比单孔模挤压的流动性均,多孔模也比单孔模的挤压效率高。但模排列不当,会使挤出制品的长度不齐,增几何损失,恶化表面质量,模孔多,影响具强度,模孔靠挤压筒边缘太近时,制品面易产生气泡和起皮等缺陷,在低倍组织出现成层,影响制品质量。型材常采用,、 ,、 ,孔模,特殊情况也采用,、 ,、 ,孔或更多的孔。在一般情下,简单的角材适宜选,孔,而对于复杂、精度、空心等的型材,最好采用单孔, 以于修模调整。, ,, ,铸锭尺寸锭尺寸和铸锭质量是决定挤压制品量和成品率的重要因素。铸锭尺寸越大,品就越长,将使切头切尾、残料的几何损和挤压周期内的辅助时间所占的比例降。对残料所导致的金属几何损失,增大直或增加长度对成品率的影响不同,铸锭体一定时,增大直径或减短长度使几何损失加,减小直径或增加长度,几何损失将减。锭直径的选择,一般在满足制品力学能要求和均匀性要求的基础下,尽可能的用较小的铸锭直径,铸锭长度主要是由定长度、定尺个数、必要的工艺余量等决定,般情况下,定尺制品的成品率低于不定尺品的成品率, 因为不定尺制品都选择由合挤压系数所确定的最大长度的铸锭进行产。挤压模具设计及寿命研究, ,挤压模具的设计具是最重要的挤压工具,模具包括挤模、挤压针、挤压筒等直接参与金属变形消耗比较大的工具。模具的设计与制造质是实现挤压生产高产、优质、低耗的最重的保证之一。在模具设计时,除参考机械计所需遵循的原则外,还需考虑热挤压条下的各种工艺因素,其中包括模具设计、具制造和挤压生产过程中确定的因【 ,,,,,】 。具设计过程中需要考虑的因素包括压机的结构、压型嘴的选择或设计、模具结构和外形尺寸、模孔数和挤压系数、制的形状和尺寸、模孔的形状和尺寸、模孔方位、挤压时的应力应变状态等。培良等人【 ,,】研究了地铁车辆所用的面形状复杂、壁厚相差悬殊的大型铝合金材所用挤压模具的设计过程,充分考虑了压力、金属流量和流速,合理地设计了分孔的大小、形状和布置,经挤压生产检验成功的。胡焱等人,,,】探讨了壁厚悬殊的铝材所用挤压模具的设计,他们从调节金属速均匀的角度考虑,认为此模具设计时,能单纯采用某一种方法,而是两种或多种法的综合使用。倪正顺等人【 ,,,以多边形铝材热挤压模具为研究对象,分析了其基于限变形理论的三维热力耦合情况。总结,模具结构不合理导致应力分布不均及局应力集中严重,从而引起分流桥产生裂。具制造过程中需要考虑的因素包括子尺寸和形状的精度、定径带和阻碍系统加工精度、表面粗糙度、热处理硬度、表渗碳及表面硬度变化情况、端面平行度。少玲【 ,,】研究了常用铝型材挤压模具制造工艺,指出铝型材挤压模具采用分体计便于制造,并分析了铝型材挤压模具的加工、 电加工及热处理和部分工艺参数选的重要性,经试模后,采用分体设计的模能够挤压出完全合格的铝型材。压生产过程中需要考虑的因素包括具的装配及支承情况、铸锭和模具的加热度、挤压速度、工艺润滑情况、牵引情况、矫力及拉伸量、被挤压合金及铸锭规格、,,—第六届锻压装备与制造技术论坛暨锻压设备委十届一次学术交流会议论文集品出模口的冷却情况、挤压机的控制与调、挤压机的吨位和挤压筒的比压等。鹏等人【 ,,】研究了模具导流室的各种计对薄壁铝合金型材挤压出口速度的影,具体分析了各设计参数对金属流速的影规律。结果表明,在模具型腔内添加阻流结构,可以使流速均匀程度得到很大的改,调节阻流块的宽度、高度、形状、位置参数,能够完全消除流速不均的现象。根最优设计生产模具,并进行挤压,所得制尺寸合格,模具达到‘ ‘零试模” 。, ,挤压模具寿命的研究现代化大生产中,铝型材挤压模具要高温、高压下连续工作,导致寿命短、消大,一般占铝合金成本的,,,,,,,。因,模具寿命的延长对降低成本、提高经济益有着十分重要的意义。近几年,学者们垮之,】加大了对模具寿命的研究, 以此总结,影响模具寿命的因素主要包括模具设、制造、材料、热处理、表面处理、 以及具使用和科学管理等方面。,,模具设计。模具设计是影响挤压模具命的主要因素。模具设计要合理,例如模的位置要适当,型腔不能出现凹凸或窄缝型腔形状要对称等,这样才能保证模具有够的强度,避免产生早期破裂。,,模具制造。模具制造质量好,一次试合格率就越高,使修模次数减少,生产率高。例如,采用锻造工艺可以提高模具的合力学性能,锻造的钢坯比未锻造的可提,,,的使用寿命。,,模具材料。挤压模具的工作温度一般,,,℃,,,,℃。挤压时模具一般承受,,,,,,,,,,,的挤压力,并会有严的磨损。因此,要求制造挤压模具的材必须具有各种良好的高温性能。近几年,,,,,,,,,,被广泛用作模具材料。,,模具热处理。要延长模具的使用寿,选择恰当的热处理工艺尤为重要,影响处理质量的主要因素有加热速度、淬火温、淬火冷却速度以及回火温度等。现广泛用的真空炉加热技术,不仅提高模具的质,而且也延长了模具的使用寿命。,,表面处理。表面强化处理可以在保证具心部有足够强韧性的基础上,提高挤压具表面的耐磨性和耐疲劳性等。氮化处理,可使模具具有高的硬度、耐磨性和疲劳限,并可以使模具寿命提高,,,倍。,,模具使用和管理。要延长模具寿命,学地使用与维护模具也是不容忽视的一方面。 由于模具的工作环境极为恶劣,生中要采取一定的措施来确保它的组织性。铝型材挤压仿真技术前,铝型材挤压仿真所采用的技术主有两种,一种是基于,,,,,,,格式的有限方法,,,,,,,,,,,,,,,,,,, ,,,,,一种基于,,,,,格式的有限体积法伊,,,,,,,,,,,,,,,, ,弋, ,Ⅵ,。而,,,,,,咖,,软是针对铝型材挤压成形的专用仿真软件 ,,, ,,,。内用于铝型材挤压成形仿真的有限系统主要有,,,,,,、,,,,、 ,,,,,,们是基于,,舯,,,,格式的, ,,,,,,是业针对锻造成形开发的, ,,,,,和越℃是通用的综合性分析软件。张杨等人,,】利用,,,,,,, ,,模拟软件对,,,,空心型材挤压过程进行了有限元模拟,研究了压时金属的流动情况。模拟结果表明, 即是对称性较好的铝合金窗用光企型材模,按照常规的设计方法也很难避免金属的速不均问题,影响型材的成形度。而采用限元模拟的方法,则可以及时发现设计中在的不足,并通过修改设计方案,达到满的效果。王灿等人,,,】采用有限元法对,,,,,铝合金方管型材挤压过程进行了数模拟,依据型材出口速度分布来修改模具作带长度,达到了使型材出口处流速均匀目的, 同时对铝型材挤压模具实际工况下三个关键工艺参数,坯料预热温度、模具热温度和挤压速度,进行了正交试验。得了在符合模具强度条件下的最佳工艺参组合。于,,,的铝型材模具挤压成形主要针对简单、小型的铝型材件, 由于受到网格变和有限元程序网格重划分功能的限制,大型的、复杂的、薄壁的铝型材模具的挤成形仿真结果不理想,甚至无法实现,,,】 。于,Ⅵ讧的铝型材模具挤压成形仿真,,一第六届锻压装备与制造技术论坛暨锻压设备委十届一次学术交流会议论文集以模拟一些复杂的、大型的、薄壁的铝型的挤压成形过程,但目前所用的有限体积真系统主要是,,,,,,,娼,,该系统是基于,,,,格式,只能对瞬态成形阶段进行模拟,软件是专业针对锻造成形开发的,无法正描述铝型材成形过程中的分流、焊合等流问题【 ,,】 。吴向红等人【 ,,’ ,,】采用基于,,,,,,,,,,,,,系统对长方形空心铝型材管压过程进行了数值模拟和模具结构优化,研究了挤压速度和摩擦状态对铝型材挤过程中的模具受力、挤压件分度分布变化及材料流动速度的影响情况和影响规律。,,,,,仇,,,是一款专业的铝型材挤压形有限元模拟软件,它是基于,,舯,,,,,,,,格式的集成系统。该软件分析精度,操作方便,简单易学。它不仅支持正、向挤压,也可用于稳态、瞬态分析,还可边界条件快速定义和计算等【 ,,, ,,】 。黄珍、王赫男等人【 ,,’ ,,】运用,,,,,,仃,,,系统铝型材挤压过程进行了仿真模拟,获得了材流速和型材变形情况,模拟结果与试模况进行了对比,结果表明仿真结果与试模果一致,这不仅为模具优化提供了宝贵意,而且还减少了试模次数。倪正顺等人,,,,采用,,,,,,仃,,,专业铝型材挤压成形有元软件系统,对多边形空心铝型材的稳态压成形过程进行了数值模拟,结果表明初模具结构中金属流速不均匀。通过增设导槽、合理布置分流孔和调整工作带长度等施,获得了较为理想的模具结构,并提高模具的寿命。铝型材挤压成形的发展趋势着科学技术和经济建设的快速发展,型材不断地向着复杂化、大型化、高精度、高强度化等方向发展。随之模具设计的度越来越大,利用仿真技术取代传统的开和反复试模是未来铝型材挤压生产的必趋势。代化产业中的高速动车、城市地铁等辆不断向着轻量化、高速化和环保化快速展,市场对优质、大型、整体、精密的铝金型材结构部件的需求日益增加,生产中待解决的问题是如何进一步提高质量、精和生产率,并达到节能环保的目标。因此,来高品质铝型材的发展和研究主要体现以下几方面。,,工艺参数选择方面,尺寸大、断面形复杂的铝型材进行挤压时,在保证制品质的同时,提高生产率及成品率,必须要选合理的挤压工艺参数, 比如,挤压系数、压速度、挤压温度等, 因此,未来应重点究这些参数的合理匹配。,,模具设计方面,模具设计水平决定着压生产水平的高低,提高模具质量和寿命工业生产意义重大。为获得高质量、高精的复杂结构挤压制品,有待研发新型模具构设计和新型模具制造工艺,数值模拟可减少试模次数,有效提高生产效率和精,并且节能环保, 因此利用计算机进行数模拟将成为模具设计的重要发展方向。,,大型铝型材成形成性一体化制造方,大型的铝型材成形成性一体化制造就是材料、铸造、挤压和热处理等一体的综合术, 因此,要通过挤压过程工艺控制,提铝型材挤压制品的尺寸精度、表面质量和织性能,实现成形成性一体化调控。开发合金制坯短流程铸挤复合成形新工艺,不可以提高生产率和经济效益,而且还有利节能减排和清洁生产。但大型铸锭在凝固形过程中可能会产生偏析、缩孔、夹杂等陷,并将会影响后续挤压与热处理工艺。此,需要研发先进的冶炼铸造工艺、挤压形工艺与质量控制方法,来保证铝型材制的的质量和性能,这将是一项极具挑战性研究工作。参考文献】,】武红林,宋薇,张燕飞 铝合金型棒材挤压生产,,】 长, 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