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铝型材塑性加工成形方法的分类与特点
内容来源:http://www.apas.net.cn/    作者:武将    发布日期:2021-02-03 08:47    阅读次数:110 次 点击收藏

铝型材塑性加工成形方法很多,分类标准也不统一;目前,最常见的是按铝型材在加工时的温度特征和铝型材变形过程中的应力-应变状态来进行分类;

 

1. 按铝型材加工时的温度特征分类

按铝型材在加工过程中的温度特征,铝型材加工方法可分为热加工、冷加工和温加工;

2080工业铝型材

(1)热加工

热加工是指铝型材锭坯在再结晶温度以上所完成的塑性成形过程;热加工时,锭坯的塑性较高,而变形抗力较低,可以用吨位较小的设备生产变形量较大的产品;为了保证铝型材的组织性能,应严格控制型材的加工热度、变形温度与变形速度、变形程度以及变形终了温度和变形后的冷却速度;常见的铝型材热加工方法有热挤压、热轧制、热锻压、热顶段、液体模锻、半固态成形、连续铸轧、连铸连轧、连铸连挤等;

 

(2)冷加工

冷加工是指在不产生回复和再结晶的温度下所完成的塑性成形过程;冷加工的实质是冷加工和中间退火的组合工艺过程;冷加工可得到表面光洁、尺寸精确、组织性能良好和能满足不同性能要求的最终产品;最常见的冷加工方法有冷挤压、冷顶锻、管材冷轧、冷拉拔、板带箔冷轧、冷冲压、冷弯、施压等;

 

(3)温加工

温加工是指介于冷、热加工之间的塑性成形过程;温加工大多是为了降低金属的变形抗力和提高金属的塑性性能(加工性)所采用的一种加工方式;最常见的温加工方法有温挤、温轧、温顶锻等;

 

2. 按铝型材变形过程的应力-应变状态分类

按铝型材在变形过程中的受力与变形方式(应力-应变状态),铝型材加工可分为轧制、挤压、拉拔、锻造、施压、成形加工及深加工等;

 

铝型材通过熔炼和铸造生产出铸坯锭,作为塑性加工的坯料,铸锭内部结晶组织粗大而且很不均匀,从断面上看可分为细晶粒带、柱状晶粒带和粗大的等轴晶粒带;铸锭本身的强度较低,塑性较差,在很多情况下不能满足使用需求;因此,在大多数情况下,铸锭都要进行塑性加工变形,以改变其断面的形状和尺寸,改善其组织与性能;为了获得高质量的铝型材,铸锭在熔铸过程中,必须进行化学成分纯化、溶体净化、晶粒细化、组织性能均匀化,以保证得到高的冶金质量;

 

(1)轧制

轧制是锭坯依靠摩擦力被拉进旋转的轧辊间,借助于轧辊施加的压力;使其横断面减小,形状改变,厚度变薄而长度增加的一种塑性变形过程;根据轧辊旋转方向不同,轧制又可分为纵轧、横轧和斜轧;纵轧时,工作轧辊的转动方向相反,轧件的纵轴线与轧辊的轴线相互垂直,是铝型材平辊轧制中最常用的方法;横轧时,工作轧辊的转动方向相同,轧件的纵轴线与轧辊轴线相互平行,在铝型材轧制中很少使用;斜轧时,工作轧辊的转动方向相同,轧件的纵轴线与轧辊轴线呈一定的倾斜角度;在生产铝型材管材和某些异形产品时常用双辊或多辊斜轧;根据辊系不同,铝型材轧制可分为两辊(一对)系轧制、多辊系轧制和特殊辊系(如行星式轧制、V形轧制等)轧制;根据轧辊形状不同,铝型材轧制可分为平辊轧制和孔型辊轧制等;根据产品品种不同,铝型材轧制又可分为板、带、箔材轧制、棒材、扁条和异形型材轧制,管材和空心型材轧制等;

 

在实际生产中,目前世界上绝大多数企业是用一对平辊纵向轧制铝型材、铝板材、带、箔材等;铝合金板带材生产可分为以下几种:

①按轧制温度可分为热轧、中温轧制盒冷轧;

②按生产方式可分为块片式轧制和带式轧制;

③按轧机排列方式可分为单机架轧制、多机架半连续轧制、多机架连续轧制、连铸连轧和连续铸轧等;

在生产实践中,可根据铝型材的合金、品种、规格、用途、数量与质量要求,市场需求及设备配置与国情等条件选择合适的生产方法;

 

冷轧主要用于生产铝及铝合金薄板、特薄板和铝箔毛料,一般用单机架多道次的方法生产,但近年来,为了提高生产效率和产品质量,出现了多机架连续冷轧的生产方法;

 

热轧用于生产热轧厚板、特厚板及拉伸厚板,但更多的是用于热轧开坯,为冷轧提供高质的毛料;用热轧开坯生产毛料的优点是生产效率高、宽度大、组织性能优良,可作为高性能特薄板的冷轧坯料,但设备投资大,占地面积大,工序较多,生产周期较长;目前国内外铝型材热轧与热轧开坯的主要方法有:两棍单机架轧制;四辊单机架单卷取轧制;四辊单机架双卷取轧制;四辊两机架(热粗轧+热精轧,简称1+1)轧制;四辊多机架(1+2,1+31+4,1+5等)热连轧等;

 

为了降低成本,节省投资和占地面积,对于普通用途的冷轧板带材用毛料和铝箔毛料,国内外广泛采用连铸连轧法和连续铸轧法等方法进行生产;

 

铝箔的生产方法可以分为以下几种:

①叠轧法:采用多层块式叠轧的方法来生产铝箔,是一种比较落后的方法,仅能生产厚度为0.01~0.02mm的铝箔,轧出的铝箔长度有限,生产效率很低,除了个别特殊产品外,目前很少采用;

②带式轧制法:采用大卷径铝箔毛料连续轧制铝箔,是目前铝箔生产的主要方法;现代化铝箔轧机的轧制速度可达2500mm/min,轧出的铝箔表面质量好,厚度均匀,生产效率高;一般在最后的轧制道次采用双合轧制,可生产宽度达2200mm、最薄厚度可达0.004mm、卷重达25t以上的高质量铝箔;根据铝箔的品种、性能和用途,大卷铝箔可分切成不同宽度和不同卷重的小卷铝箔;

③沉积法:在真空条件下使铝变成铝蒸汽,然后沉积在塑料薄膜上而形成一层厚度很薄的铝膜,这是最近几年发展起来的一种铝箔生产新方法;

④喷粉法:将铝制成不同粒度的铝粉,然后均匀地喷射到某种载体上而形成一层极薄的铝膜,这也是近年来开发成功的新方法;

 

轧制铝箔所用的毛料:一是用热轧开坯后经冷轧所制成的0.3~0.5mm的铝带卷;二是采用连铸连轧或连续铸轧所获得铸轧卷经冷轧后,加工成的0.5mm左右的铝带卷;

 

(2)挤压

挤压是将锭坯装入挤压筒中,通过挤压轴对金属施加压力,使其从给定形状和尺寸的模孔中挤出,产生塑性变形而获得所要求的挤压型材的一种加工方法;按挤压时金属流动方向不同,挤压又可分为正向挤压法、反向挤压法和联合挤压法;正向挤压时,挤压轴的运动方向和挤出金属的流动方向相反;按锭坯的加热温度,挤压可分为热挤压、冷挤压和温挤压;热挤压是将锭坯加热到再结晶温度以上进行挤压,冷挤压是在室温下进行挤压,温挤压介于二者之间;

 

(3)管材和棒材的冷轧与拉拔

铝合金管坯和管材的冷轧制常用两棍或多辊孔型轧机生产,可分为单线式、多线式、直线式、盘管式等生产方式,其自动化程度不断提高;

 

铝合金管材和棒材或线材的冷拉拔是用拉伸机通过夹钳把铝型材坯料从给定形状和尺寸的模孔拉出来,使其产生塑性变形而获得所需形状的铝型材的加工方法;根据所生产的型材品种和形状不同,拉伸可分为线材拉伸、管材拉伸、棒材拉伸和铝型材拉伸;管材拉伸又可分为空拉伸、带芯头拉伸和游动芯头拉伸;拉伸加工的要素是拉伸机、拉伸模和拉伸卷筒;根据拉伸配模可分为单模拉伸和多模拉伸;铝型材拉伸机按型材形式可分为直线和圆盘式拉伸机两大类;为提高生产效率,现代拉伸机正朝着多线、高速、自动化方向发展;多线拉伸最多可同时拉9根;拉伸速度可达150m/min;有的已实现了装、卸等工序全盘自动化;

 

(4)锻造

锻造是锻锤或压力机通过锤头或压头对铝型材施加压力,使型材产生塑性变形的加工方法;铝型材锻造有自由锻和模锻两种基本方法;自由锻是将铝型材放在平钻间进行锻造;模锻是将铝型材放在给定尺寸和形状的模具内;近年来,无飞边精密模锻、多向模锻、辊锻、环锻以及高速锻造、全自动的CAD/CAM/CAE等技术也获得了发展;

 

(5)铝型材的其他塑性成形方法

铝型材除了采用以上4种最常用、最主要的加工方法来获得不同品种、形状、规格及各种性能、功能和用途的铝型材以外,目前还研究开发出了多种新型的加工方法,主要有:

①压力铸造成形法,如低、中、高压铸造成形,挤压铸造成形等;

②液态或半固态成形法,如半固态轧制、半固态挤压、半固态拉拔、液体模锻、连铸连挤等;

③连续成形法,如连铸连挤、高速连铸轧、Conform连续挤压法等;

④复合成形法,如层压轧制法、多坯料挤压法和铝型材复合材料加工法等;

⑤制粉法和粉末冶金法及喷射成形法;

⑥变形热处理法等;

⑦深度加工;深度加工是指将塑性加工所获得的的各种铝型材根据最终产品的形状、尺寸、性能或功能、用途的要求,继续进行加工,使之成为最终零件或部件的加工方法;铝型材深度加工对于提高产品的性能和质量,扩大产品的用途和拓宽市场,提高铝型材的附加值和利润,变废为宝和综合利用等都有重大的意义;

 

铝型材加工材料的深度加工方法主要有以下几种:

①表面处理法,包括氧化上色、电泳涂漆、静电喷涂和氟碳喷涂等;

②焊接、胶接、铆接及其他接合方法;

③冷冲压成形加工,包括落料、切边、深冲(拉伸)、切断、弯曲、缩口、胀口等;

④切削加工;

⑤复合成形等;

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