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機械社區

標題: 鋁合金擠壓－－－－求助 [打印本頁]

作者: 大浪浪 時間: 2008-5-4 08:44
標題: 鋁合金擠壓－－－－求助
各位前輩，新手含淚求助，哪位能指點一下鋁合金擠壓方面的知識啊？我們要擠的東西比較大的，不過形狀比較簡單，就是鋁管，尺寸大概直徑300的樣子

作者: 星火燎原 時間: 2008-5-4 14:14
只可惜沒圖了！
擠壓鑄造鋁合金車輪工藝探討

摘要：　采用擠壓鑄造代替壓力鑄造生產鋁合金車輪，不僅克服了壓鑄件內部容易形成氣孔和氧化夾雜的缺陷，而且提高了成品率及材料利用率。介紹了鋁合金車輪擠壓鑄造的模具結構及設計參數，分析了擠壓鑄造的工藝參數及選擇依據。

關鍵詞：鋁合金車輪　擠壓鑄造　模具結構
目前，國內卡丁車(類似碰碰車)都從國外進口，其中鋁合金車輪是一個重要零件。過去，國外采用壓力鑄造生產該鑄件，鑄件質量差，且成品率低，勞動強度大。針對該鑄件的結構特點和性能要求，如何提高其產品質量、降低原材料消耗、節約能源、提高勞動生產率及降低鑄件成本，是當前生產中的關鍵。從研制的情況可知，采用擠壓鑄造代替壓力鑄造是今后制造鋁合金車輪行之有效的工藝。

1　車輪材料、要求及鑄件設計

圖1所示為鋁合金車輪零件圖。車輪不僅有較高的性能要求，而且形狀十分復雜。

圖1　車輪零件圖

車輪材料的化學成分(質量分數)為：1.5%～3.5%的Cu,10.5%～12.0%的Si,＜0.3%的Mg，＜1.0%的Zn，＜0.5%的Mn，＜1.3%的Fe,＜0.5%的Ni,＜0.5%的Sn，其余為Al。力學性能要求：σb＞276 MPa,σs＞115 MPa,σ＞4.4%,HB＞92。
該車輪內外形的尺寸精度較高，都應加放加工余量及余塊。按擠壓鑄造工藝的要求，把形狀復雜的車輪零件圖設計如圖2所示的鑄件圖。由該圖可見，為便于從鑄件內孔脫出及簡化模具加工，把原來的階梯軸孔設計成圓柱形中心孔，其直徑為?φ30 mm，內壁斜度為3°［1］。

圖2　車輪鑄件圖

2　模具結構及設計參數［1］

2.1　擠壓鑄造模具結構

鋁合金車輪擠壓鑄造的模具結構如圖3所示。它主要有凸模、右凹模、頂桿鑲塊和左凹模組成所要求的型腔。左凹模和右凹模分別固定在左凹模定模板和右凹模動模板上，左凹模定模板用螺釘緊固在下模板上，右凹模動模板經過側缸在導柱上實施開啟及閉合。

圖3　車輪擠壓鑄造模具
1.上模板 2.凸模固定板 3.凸模 4.導
柱 5.右凹模 6.右凹模動模板
7.墊板 8.下模板 9.頂桿鑲塊 10.左凹模 11.左凹模定模板

采用2000 kN油壓機改裝進行擠壓鑄造，其工作過程是：將定量的合金熔液澆入型槽后，固定在活動橫梁上的凸模以一定速度向下擠入型腔，壓力達一定數值后保壓；鋁合金凝固后卸壓，凸模通過工作缸的回程向上移動，頂桿鑲塊通過下頂缸從鑄件內向下退出，直到全部脫離鑄件之后，再用側缸開啟右凹模，取出鑄件。

2.2　模具設計的主要參數

(1) 間隙　凸模與左、右凹模之間的間隙要適當。過小則因凸模與凹模的裝配誤差而相碰或咬住；過大則合金熔液通過間隙噴出，造成事故；或者在間隙中產生縱向毛剌，減小加壓效果，阻礙卸料。合理的間隙與加壓開始時間、加壓速度、壓力大小、工件尺寸及金屬材料有關。根據實際生產經驗，單邊間隙取0.1 mm。

(2) 脫模斜度　合金熔液在凸模壓力下凝固成鑄件，冷卻后緊包在凸模及頂桿鑲塊上。為了便于凸模及頂桿鑲塊脫出，故在凸模及頂桿鑲塊上設有3°的脫模斜度。由于鑄件外形呈圓狀，且分在左、右兩片凹模，只要右凹模向右移動一定距離，鑄件就易從左凹模取出，故不必設置脫模斜度。

(3) 排氣　在左、右兩片凹模完全閉合后，合金熔液因緩慢地澆入型腔，型腔中氣體可基本排出。擠壓鑄造時，留在凸模導向部分的少量氣體，通過凸模與凹模之間的間隙排出。

(4) 模具材料　擠壓鑄造是在一定的壓力和一定的溫度下進行的，不存在像壓鑄模那樣受到金屬液的沖刷。工作壓力比壓鑄時高，只要求模具在高溫下有一定的抗壓強度即可。另外，為了防止與合金熔液接觸的模具表面產生熱疲勞裂紋，左右凹模、凸模及頂桿鑲塊均采用3Cr2W8V合金模具鋼制造，熱處理后硬度為HRC48～52，型腔表面進行軟氮化處理。

3　擠壓鑄造的工藝參數
擠壓鑄造是鑄鍛結合的工藝，其生產工藝過程是：合金的熔化、模具的準備(清理、預熱、噴涂潤滑劑)、金屬的澆注、液態金屬的加壓、壓力的保持、壓力的去除及鑄件的取出等。
為保證鑄件質量，須合理選擇工藝參數［1～2］。

(1) 比壓　壓力大小對鑄件的物理力學性能、鑄造缺陷、組織、偏析、熔點及相平衡等都有直接影響。所以確定成形必須的單位壓力是很重要的。如果比壓過小，鑄件表面與內在質量都不能達到技術指標；比壓過大，對性能的提高不十分明顯，還容易使模具損壞，且要求較大合模力的設備。擠壓鑄造試驗是在2 000 kN油壓機上進行的。試驗證明，適合于本鋁合金車輪擠壓鑄造的比壓應在50～60 MPa范圍內選取。

(2) 加壓開始時間　從車輪擠壓鑄造試驗的結果來看，其加壓開始時的間隔時間過長，鑄件的強度及伸長率降低。現用的開始加壓時間是3～5 s，較為合適。

(3) 加壓速度　擠壓鑄造要求一定的加壓速度，在可能情況下，以加壓速度快一點為好。加壓速度快，則凸模能很快地將壓力施加于金屬上，便于成形、結晶和塑性變形。但也不宜過快，否則會使部分合金熔液的表面產生飛濺及渦流，使鑄件產生缺陷，以及在凸、凹模之間的間隙中流出過多的合金熔液，形成難以去除的縱向毛刺。因此，必須使凸模緩慢地壓入液態金屬中。由于使用的油壓機工作進給速度較慢，故利用工作行程的速度進行壓制。

(4) 保壓時間　壓力保持時間主要取決于鑄件厚度，在保證成形和結晶凝固條件下，保壓時間以短為好。但是保壓時間過短，則鑄件內部容易產生縮孔，如果保壓時間過長，則會延長生產周期，增加變形抗力，降低模具使用壽命。考慮本車輪的壁厚情況，擠壓鑄造的保壓時間選用12 s左右。

(5) 模具預熱溫度　模具若不預熱，合金熔液注入型腔后會很快凝固，導致來不及加壓；但預熱溫度也不能過高，否則會延長保壓時間，降低生產率，同時也不利于噴涂潤滑劑。對本車輪擠壓鑄造模具的預熱溫度為200～300℃，通常是用煤油噴燈進行加熱。

(6) 合金澆注溫度　澆注溫度過高或過低都對合金成形有明顯影響。過低，合金極易凝固，所需單位壓力大；過高，易產生縮孔。必須指出，擠壓鑄造合金的澆注溫度要比砂型澆注溫度高。一般希望把澆注溫度控制在比較低的數值，因為擠壓鑄造時希望消除氣孔、縮孔和疏松。在澆注溫度低時，氣體易于從合金熔液內部逸出，極少留在金屬中，易于消除氣孔。此外，也可減少縮孔形成機會，同時由于澆注溫度較低，金屬溢出較少，可減少毛刺。對本車輪擠壓鑄造的澆注溫度選用720～740℃為最合適。

(7) 潤滑劑　潤滑劑的作用是保護模具，提高鑄件表面質量和便于從模具內取出鑄件。采用機油石墨潤滑劑，即5%的200～300目的石墨粉加入到95%機油中，攪拌均勻即可。用噴槍噴涂在模具型腔表面上，其厚度為0.05～0.1 mm，過厚會影響鑄件表面質量。

(8) 冷卻　擠壓鑄造卸壓后，一般應立即脫模，故鑄件的出模溫度較高。為了防止高溫的鑄件空冷時在薄壁與厚壁的交界處產生裂紋，應將出模后的鑄件立即放入砂堆中，待冷卻到150℃以下時再取出空冷。

4　結　論
在汽車、摩托車及自行車等交通工具零件生產中，世界各國逐漸用鋁合金代替鋼質材料的系統工程研究是今后長時間需要解決的問題。鑄造技術和熱鍛技術有機結合，形成先進的擠壓鑄造成形工藝，在技術上和經濟上明顯優于壓力鑄造工藝。它特別適合于形狀復雜、帶有多孔或臺階形狀類零件的成形，是一種具有較寬的適用性、較大推廣價值及很有發展前途的工藝。

下篇！

擠壓工藝、拉深工藝) l N6 X4 I: F. c4 c

9 H, h2 I6 e- l8 [' `擠壓
用衝頭或凸模對放置在凹模中的坯料加壓﹐使之產生塑性流動﹐從而獲得相應於模具的型孔或凹凸模形狀的製件的鍛壓方法。擠壓時﹐坯料產生三向壓應力﹐即使是塑性較低的坯料﹐也可被擠壓成形。擠壓﹐特別是冷擠壓﹐材料利用率高﹐材料的組織和機械性能得到改善﹐操作簡單﹐生產率高﹐可製作長桿﹑深孔﹑薄壁﹑異型斷面零件﹐是重要的少無切削加工工藝。擠壓主要用於金屬的成形﹐也可用於塑料﹑橡膠﹑石墨和黏土坯料等非金屬的成形。
17世紀法國人用手動螺旋壓力機擠壓出鉛管﹐用作水管﹐是為冷擠壓之始。19世紀末實現了鋅﹑銅和銅合金的冷擠壓﹐20世紀初期擴大到鋁和鋁合金的擠壓。30年代德國人發明磷化﹑皂化的表面減摩潤滑處理技術﹐使鋼的冷擠壓獲得成功﹐最初用於擠制鋼彈殼。第二次世界大戰后﹐鋼的冷擠壓推廣到其他國家﹐并擴大了應用范圍。50年代開始採用熔融玻璃潤滑法﹐鋼的熱擠壓遂在冶金和機械工業中得到應用和發展。
分類擠壓按坯料溫度區分有熱擠壓﹑冷擠壓和溫擠壓 3種。金屬坯料處於再結晶溫度(見塑性變形)以上時的擠壓為熱擠壓﹔在常溫下的擠壓為冷擠壓﹔高於常溫但不超過再結晶溫度下的擠壓為溫擠壓。
按坯料的塑性流動方向﹐擠壓又可分為﹕流動方向與加壓方向相同的正擠壓﹐流動方向與加壓方向相反的反擠壓﹐坯料向正﹑反兩個方向流動的復合擠壓(見圖正﹑反﹑復合擠壓示意圖

應用熱擠壓廣泛用於生產鋁﹑銅等有色金屬的管材和型材等﹐屬於冶金工業范圍。鋼的熱擠壓既用以生產特殊的管材和型材﹐也用以生產難以用冷擠壓或溫擠壓成形的實心和孔心(通孔或不通孔)的碳鋼和合金鋼零件﹐如具有粗大頭部的桿件﹑炮筒﹑容器等。熱擠壓件的尺寸精度和表面光潔度優於熱模鍛件﹐但配合部位一般仍需要經過精整或切削加工。
冷擠壓原來只用於生產鉛﹑鋅﹑錫﹑鋁﹑銅等的管材﹑型材﹐以及牙膏軟管(外面包錫的鉛)﹑乾電池殼(鋅)﹑彈殼(銅)等製件。20世紀中期冷擠壓技術開始用於碳素結構鋼和合金結構鋼件﹐如各種截面形狀的桿件和桿形件﹑活塞銷﹑扳手套筒﹑直齒圓柱齒輪等﹐后來又用於擠壓某些高碳鋼﹑滾動軸承鋼和不銹鋼件。冷擠壓件精度高﹑表面光潔﹐可以直接用作零件而不需經切削加工或其他精整。冷擠壓操作簡單﹐適用於大批量生產的較小製件(鋼擠壓件直徑一般不大於100毫米)。
拉深
用平面板坯製作杯形件的衝壓成形工藝﹐又稱拉延。通過拉深可以製成圓筒形﹑球形﹑錐形﹑盒形﹑階梯形﹑帶凸緣的和其他復雜形狀的空心件。採用拉深與翻邊﹑脹形﹑擴口﹑縮口等多種工藝組合﹐可以製成形狀更復雜的衝壓件。汽車車身﹑油箱﹑盆﹑杯和鍋爐封頭等都是拉深件。拉深設備主要是機械壓力機。圖1 拉深原理圖為拉深的原理。在圓筒形工件的拉深過程中﹐板坯由初始直徑D 0 縮小為衝壓件的圓筒直徑。表示拉深變形的大小﹐稱為拉深變形程度。變形程度很大時﹐拉深所需變形力可能大於已成形零件側壁的強度﹐而把工件拉斷。為了提高拉深變形程度以製出滿意的工件﹐常常把變形程度較大的拉深分為兩道或多道成形﹐逐步縮小直徑﹑增加高度(圖2 兩道拉深 )。
拉深時﹐平板坯料受凸模向圓筒側壁傳遞的拉力﹐由四周向中心移動﹐直徑逐漸縮小﹐這部分金屬互相受壓。當板坯的厚度小﹑拉深變形程度大時﹐在壓應力作用下﹐圓筒工件的平面法蘭部分會出現失穩起皺現象。為了防止起皺現象和保證拉深件質量﹐在拉深模中常設有壓邊裝置(壓邊圈)。簡單的壓邊圈是靠彈簧或壓縮空氣壓住坯料周邊的。大型件拉深時﹐常採用雙動壓力機﹐利用外滑塊的作用壓邊。當毛坯的厚度較大﹑零件的尺寸較小時﹐不用壓邊裝置也可以進行拉深。壓邊圈的作用力在保證板坯不起皺前提下﹐應選取儘量小的數值。
拉深件各部位的厚度因受力不同有所不同。一般是底部中心厚度不變。底部周邊和側壁下部受拉力作用﹐厚度稍減少。側壁上部和平面法蘭部分受壓力作用﹐厚度稍增加。若拉深模與壓邊圈之間的間隙稍大於坯料的厚度﹐則製成的拉深件的壁厚基本上等於初始的板料厚度。如果拉深模與壓邊圈之間的間隙小於坯料的厚度﹐拉深件的側壁就會受模具間隙的作用而變薄﹐這種方式稱為變薄拉深。用變薄拉深法可以製成底厚﹑壁薄﹑高度大的零件﹐如深筒食品罐等。
拉深時板坯的法蘭部位變形抗力最大。為減少這個部位的抗力﹑加大變形程度和提高變形效率﹐在生產中可採用差溫拉深法。差溫拉深的原理是﹕在坯料變形區﹐即板坯法蘭部位加熱﹐降低拉深變形抗力﹔在傳力區﹐即筒壁下部和底部保持常溫﹐以保持抗拉強度﹐防止拉斷。用這種方法可以減少拉深次數﹐但需要?透呶碌哪＞擤o在鋼板拉深中應用尚少。此外﹐還可用橡膠﹑液體或氣體代替剛體的凸模或凹模對金屬進行拉深成形﹐即軟模拉深﹐其特點是可以提高拉深變形程度和節省模具費用。

[ 本帖最后由星火燎原于 2008-5-4 14:17 編輯 ]

作者: 星火燎原 時間: 2008-5-4 14:18
鋁合金拉桿的熱擠壓工藝及模具設計

作者：劉瑞華宋克興郜建新

1 引言

高壓開關產品零件品種多、改型頻繁，拉桿是 LW8-35SF6型戶外斷路器中的關鍵零件，要求具有較高的導電、導熱性能和良好的力學性能，以降低能耗和提高產品的可靠性鋁合金材料不僅導電導熱性好、力學性能優良，而且比強度高、密度小，因而在高壓電器零部件的制造中，除采用銅及其合金外，大量采用鋁合金。研究表明，對于綜合性能要求較高的一類功能件，如拉桿、接頭、導體、觸頭座等，一般采用鋁合金擠壓棒 (管)經切削加工制成，2A50 合金就是其中常用材料之一。2A50合金在熱態下具有良好的可塑性，可通過鑄造、擠壓等變形工藝改善組織，提高性能，且可以熱處理強化，工藝性較好，因而成為高壓開關類零部件的首選材料。

拉桿的擠壓件如圖1所示，傳統上采用棒料直接切削加工而成，材料的利用率一般在 16%-40%，浪費嚴重、效率低。新工藝采用桿部反擠頭部正擠的復合熱擠壓方法，能使坯料尺寸精度大幅度提高，毛坯重量減輕72%以上，產品的導電率、硬度及強度等完全達到設計標準。

2 拉桿熱擠壓工藝分析

拉桿零件材料為 2A50(LD5) 合金，屬于 A1-Mg-Si-Cu系，具有良好的鍛造性能，在熱態下易變形，且抗蝕性能、焊接性能和切削性能良好，中等強度，塑性很好閉。在生產過程中，將圓柱形毛坯表面涂上水劑石墨，然后感應加熱至490℃，放入組合凹模的模具中擠壓成形。工作前把模具預熱至250℃左右，每次擠壓前，需向模腔噴灑潤滑劑。擠壓變形后可進行固溶時效熱處理，以提高其硬度，固溶溫度為 (515±5)℃，時間為3h，時效溫度為(160±5) ℃，時間為5h。

拉桿擠壓可以采用正擠壓或反擠壓的方法成形桿部。由于拉桿變形程度大，且桿部長徑比大于7，正擠壓時，金屬的流動方向與凸模運動方向相同，坯料與凹模之間存在摩擦力，則擠壓力中不僅有變形力，還包括該摩擦力。在坯料與凹模溫度過高及潤滑不良時，因坯料與凹模之間有相對運動，會進一步增大擠壓力。由于該零件的桿部較長，直接頂出時容易失穩彎曲.若間接頂出模具結構復雜，操作困難加。

采用一次復合擠壓成形工藝，即桿部反擠頭部正擠的復合擠壓成形工藝可以解決上述問題，其工藝流程如圖2所示。由于采用了桿部反擠，坯料與凹模之間無相對運動產生的摩擦力，從而降低了擠壓力。該方案模具結構簡單，生產效率高 YA23-315四柱式萬能液壓機活動橫梁到工作臺面距離為1250mm，行程長，凸模設計為中空結構，成形桿部的模腔在凸模上，可以完成脫模。拉桿熱擠壓工藝的生產過程是 :下料-加熱-擠壓-熱處理-精加工。

3 拉桿熱擠壓工藝設計

3.1 模具結構及工作過程

熱擠壓工藝設計是熱擠壓模具設計的第一步，直接影響到制件質量、生產效率、模具壽命、生產成本等。根據擠壓件形狀，凸模設計為空心狀，采用二層組合凹模結構。復合熱擠壓模具結構如圖3所示，擠壓時.先將坯料放人凹模型腔內.隨著凸模 4的下行，坯料在組合式凹模內正擠成形，同時桿部反擠成形，隨著擠壓變形力逐漸增大，當金屬正向流動到頂件器時，頭部成形結束，此時金屬反向繼續流動。當擠壓完成后，上模回程，工件留在凹模7中，壓力機下缸動作，通過頂桿11將頭部大直徑部分頂出凹模 7，即可完成脫模。工件頭部內形與頂件器口之間應留有一定的斜度，以保證工件與頂件器不發生抱死現象，頂桿1兼作頭部正擠壓的凹模。

3.2 坯料尺寸的計算

根據拉桿零部件的要求，考慮到 2A50在熱處理后的零件尺寸和留機加工余量，擠壓件內外各留2mm 的單邊加工余量。根據原材料供貨情況，決定在生產中坯料采用Φ90mm 的棒料，高度取85mm。

3.3 許用變形程度的計算

采用熱擠壓成形工藝，需對材料的許用變形程度進行驗證，許用變形程度用斷面收縮率 ε來表示擠壓過程中毛坯的變形程度為:

3.4 擠壓力的計算

在此復合擠壓中，凸模下行，擠壓力克服金屬的變形阻力及毛坯與模具之間的摩擦力，金屬開始流人型腔，拉桿頭部預先成形，金屬流經轉彎處桿部反擠;凸模繼續下行，當桿部成形結束時，擠壓力達到最大，其復合擠壓力為 P復=P反。由此可知應計算出復合擠壓中的反擠壓力，擠壓力計算采用經驗公式，反擠壓力的計算：

4 模具結構特點及工作過程中應注意的問題

本工藝采用一次擠壓成形，采用通用模架，凹模設計為二層組合結構。實際生產證明，該模具結構簡單、使用方便。通過改變凸模與頂件器，可以擠壓出不同頭部形狀和桿部直徑及長度的零件。

由于凸模為空心結構，截面積小，單位擠壓力高，又長時間工作在高溫狀態，易變形，因此，應采用熱強度較高的 3Cr2W8V材料，熱處理硬度50-55HRc。凹模采用單層預緊結構，凹模材料選5CrNiMo，熱處理硬度44-84 HRC。凹模預緊圈要求不高，材料選40Cr就可以了，熱處理硬度24-46HRC。

設計合理的人模角度和工作帶寬度，便于金屬流動，以盡量減小金屬與模具間的摩擦力，降低擠壓力。凹模尺寸與頂件器應有斜度，工作中保持凹模與制件有一定的摩擦力，又不影響開模后制件脫模，同時應注意模具的預熱。保證錐面摩擦的均勻，以避免在擠壓過程中拉桿頭部的偏移。在反擠過程中要保證坯料與模具的清潔度和間隙尺寸，減少成層和氣泡

5 結語

采用桿部反擠頭部正擠的復合擠壓工藝生產高壓開關零件 LW8-35SF6鋁合金拉桿是一種值得推廣的新工藝，不僅工藝合理，而且操作方便。該工藝最大限度地利用了 3150 k油壓機的設備能力，一次成形頂出，模具結構簡單、通用性強，且擠壓力小，特別適用于變形程度較大的長桿件的熱擠壓成形。新工藝的采用，使生產效率大大提高，同時對于在小設備上生產成形變形程度較大的其他類似長桿零件有很好的借鑒意義。

作者: 大浪浪 時間: 2008-5-5 10:06
謝謝老大～～學習ing，崇拜ing，感動ing～

作者: 上海阿輝 時間: 2012-7-24 22:11
學習了

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