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铝合金精密挤压技术

2019-01-15   
摘要:介绍铝合金精密挤压的特点和技术要求,以及一些小型精密铝合金型材实例   关键词:铝合金;精密挤压;技术要求   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、断面尺寸非常准确的铝型材,对其尺寸公差要求非常严格。型材的壁厚较小的只有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】。   1 精密铝挤压型材实例   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。
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  图1 小型精密铝型材断面举例
  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。   A1050、A1100、A3003、A6061、A6063(低、中强度合金)小型精密挤压型材的较小壁厚0.5mm,较小断面积20mm2。A5083、A2024、A7075、(中、高强度铝合金)小型精密挤压型材的较小壁厚0.9mm,较小断面积110mm2。   小型精密铝型材尺寸公差举例如图2所示。

  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   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。
    2.1 对工模具的要求   模具是影响挤压制品尺寸精度较直接的因素,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。

  图3  挤压型材精度影响因素
  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。
  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。   挤压制品在热状态下冷却会产生收缩变形.其变形量S%为:   沿挤压方向的位置/m
  图5 A7075合金挤压型材的尺寸变化
  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。  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准确,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。  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。  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、送料机械手之间较大允许偏差小于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。
  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   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 结束语   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。
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