铝合金精密挤压技术

HEATS

现代许多工业设备仪器如精密仪器、弱电设备中的部分零件要求小型的、薄壁的、断面尺寸非常精确的铝型材，对其尺寸公差要求非常严格。型材的壁厚最小的只有0.4 mm，其公差要求为±0.04mm。挤压生产过程对设备、工模具、工艺要求相当严格。通常把这种挤压技术称为精密挤压 【1-3】。

. } f, w5 T- x' O* }+ H; A r

　　1 精密铝挤压型材实例

! ~7 B& Z4 B; r$ o/ `8 \$ h

　　有一些小型精密铝型材的公差比JIS标准中特殊级的公差还小一半以上，一般精密铝型材要求的尺寸公差在±0.04～±0.07mm之间。部分小型精密挤压铝型材的断面示于图1。

$ f# k( u- v! u# N7 t

' Q. L! w# v2 F' u. d' }

图1 小型精密铝型材断面举例

. \$ Y4 g& C6 O4 u: q& o p

　　电位差计用的精密铝型材断面为“︼”型材重量30 g／m，断面尺寸公差范围为±0 07 mm。织机用的精密铝型材断面为“■”，断面尺寸公差为±0.04mm，角度偏差小于0.5°，弯曲度为0.83×L。

* o. T7 g; ~- Y" }% J' a/ j/ D% c

　　A1050、A1100、A3003、A6061、A6063（低、中强度合金）小型精密挤压型材的最小壁厚0.5mm，最小断面积20mm2。A5083、A2024、A7075、（中、高强度铝合金）小型精密挤压型材的最小壁厚0.9mm，最小断面积110mm2。

1 R9 _3 x0 d% B# _

　　小型精密铝型材尺寸公差举例如图2所示。

 

6 K# x$ x# |+ d

/ u( l3 n% y4 J C

 

图2 精密铝型材尺寸公差举例

　　尺寸/mm 尺寸允许公差/mm
　　JIS特殊级 小型、精密
　　A 2.54 ±0.15 ±0.07
　　B 1.78 ±0.15 ±0.07
　　C 3.23 ±0.19 ±0.07

# _# i. B/ S% J; }2 p

　　2 精密挤压技术要求

　　一般说，铝合金热挤压变形程度大，挤压温度和速度的变化、挤压设备的对中性、工模具的变形等都容易对型材尺寸的精度产生影响，而且它们相互影响因素很难克服。图3列出精密挤压的影响因素。

9 q' b, u9 Y% M4 V! o

　　2.1 对工模具的要求

　　模具是影响挤压制品尺寸精度最直接的因素，要保证挤压制品在生产中断面尺寸不变或变化很小，必须使模具的刚性、耐热性、耐磨性达到一定的要求。

* E8 d# O( G# S- P. X7 a8 h

 

5 |% M/ q- m- Q% M

# v `, Y5 \+ V9 q" y

图3  挤压型材精度影响因素

- w8 Q2 [5 J J9 K. m6 y

9 [, @# l/ U0 V- ?9 d& X

首先要保证模具在高温高压下不易变形，有很高的耐热性，对精密挤压而言更为严格，要求在工作温度（500℃左右）下，模具材料的屈服强度不小于1200N/mm2。其次需要有高的耐磨性，这主要决定于氮化层硬度和厚度，一般要求氮化层的硬度在1150HV以上，氮化层深度在0.25 mm～0.45mm之间，而氮化后模具尺寸的变化应在0.02mm以内。

　　对于断面有悬壁的实心型材和空心型材，还要考虑模具的弹性变形，为了使模具保证一定的刚度，可以考虑适当增加模具的厚度或配形状相似的专用垫。

　　为控制型材开口尺寸的变化，可以在模子上开导流槽来控制金属的流动，如图4所示。

) J- ~ f- {+ C: F8 Q# e. S

图4 模子上开导流槽

　　2．2 对挤压工艺要求

　　挤压方法对制品的精度有影响。正向挤压一般容易出现前端（开始挤出部分）比后端的壁厚较大的现象，反向挤压制品的前后端壁厚变化很小，如图5所示。因此采用反相挤压较容易控制制品尺寸的精度。

/ _2 U7 F: S# Y- M9 j

　　挤压制品在热状态下冷却会产生收缩变形．其变形量S%为：

9 Q* x1 l/ ^2 k. _# ?( F

　　沿挤压方向的位置／m

 

图5 A7075合金挤压型材的尺寸变化

+ p4 o9 }7 u% U8 E6 X+ u

　　式中：
　　s％——收缩率；
　　lt——热状态的断面尺寸；
　　l0——冷却后的断面尺寸；
　　a——热膨胀系数；
　　Te——挤压温度；
　　Ts——周围环境温度。

2 ?! d2 F& r: Q8 b

　　由（l）式可知，温度的变化会引起制品尺寸的变化，温度变化越大，其变形量越大，因此要保证制品尺寸的精确，挤压机应有Tips控制系统（等温挤压系统）。即采用等温挤压。如挤压机没有这种装置，对铝棒可采用梯度加热，做到近似等温挤压，总之要保证制品前后端温度一致或相差较小。

　　另外，从（1）式可以看出，挤压温度越高，产生的变形越大，因此在保证制品力学性能情况下，尽可能来用较低的挤压温度。

: ~) [. w3 g( _) l$ g1 i

　　挤压速度的变化也会使制品的尺寸发生变化，特别是有开口的制品易引起开口尺寸的变化，应采用等速挤压、现代挤压机一般都有Fi控制系统（等速挤压控制系统）。

　　制品从挤压模孔出来的冷却至关重要，必须保持均匀、恒定的冷却速度，使制品的收缩保持一致。

* L2 p/ C U. n6 b( W7 ^. P

　　2.3 对设备的要求

　　挤压机的品质影响挤压制品的精度。一般要求挤压机张力柱为预应力的整体结构，设备的刚度和对中性要好，一般挤压轴、挤压筒、模具、送料机械手之间最大允许偏差小于1.5mm，通常控制在1.2mm以内。对于精密挤压而言，模具、挤压筒、挤压杆中心偏差应小于0.2mm用于精密挤压的挤压机应有等温挤压控制系统和等速挤压控制系统，至少应有等速挤压控制。

& f7 s* L6 ]: ~

　　除此之外，模具应有冷却装置，确保模具在一定温度下的刚性、耐磨性和尺寸的稳定性。

　　2.4 对铸棒材质的要求

8 m/ S$ \$ L! ~4 ^4 z

　　铸棒的成分、组织不均匀，有夹杂、偏析、晶粒粗大等缺陷都会影响金属的流动和变形，使制品的尺寸发生变异。对于精密挤压而言，对铸棒的材质要求更为严格，必须经过均匀化处理，晶粒应控制在一级以内。

_3 m# \/ a: M8 C6 J: Y: w

　　3 结束语

2 I# q1 f" R; F0 `

　　精密挤压是一项综合性技术。要求模具的材质、设计、制造非常严格；挤压机必须是先进的设备；根据不同的制品断面选择不同的挤压方法和工艺；铝棒需经均匀化处理，其组织、性能必须均匀。只有这样才能满足精密挤压的要求。

【MechNet】