铝合金锻压生产技术及锻件研发应用前景

李海雄 清远市海轩铝业金属制品有限公司

1 引言

交通运输、航空航天及动力能源等部门中，在关键受力部件的制作中，主要使用的材料便是铝合金锻件。随着现代交通运输业、航空航天及新型能源等工业的快速发展，尤其是近年来提出了安全、环保及节能等一系列轻量化目标要求，诸多工业部门在发展中也逐渐转至于以铝代铜、以铝代钢、以锻代铸。

2 铝合金锻压件特性

其一，密度小。铝合金锻压件的密度仅有铜锻件的30%、钢锻件的34%，是理想的轻量化材料；其二，内部组织细密无缺陷且均匀，具有比铝合金铸件、压铸件及其他材料铸件远远更高的可靠性；其三，具有较高的比刚度、比强度、比弹性模量，加之高疲劳强度，在具有较高轻量化要求的关键受力部件中十分适用；其四，塑性好。加工时，能将各类复杂形状的高精度锻件满足，机械加工余量进本仅有铝合金拉伸厚板加工的20%，工时与成本能够得到大幅度缩减[1]；其五，表明光洁美观，具有良好的表面处理性能；其六，耐蚀性、非磁性及导热性优异。通过上述分析不难发现铝合金锻压件的优势，这也是其能够将钢、铜、镁及塑料等取代的主要凭证。

3 铝合金锻压生产技术与发展水平

目前，有关铝及铝合金锻件技术而言，已有大量锻压新工艺技术诞生，例如半固态模锻、粉末锻造、分部模锻、等温锻造、多向锻造、包套模锻、液体模锻及无斜度精密模锻等，在工艺简化、能耗节省、工序缩减、品质扩大、规格增加、效率提升、质量提高、环境保护及劳动强度降低等方面发挥的作用不可小觑[2]。通过专业计算机软件的运用，控制锻造压力、温度及变形程度等各个工艺的参数，同时能够有效保障制品尺寸、力学性能及内部组织。

其中，多向模锻机是精密锻压设备之一，其内有计算机控制系统与PLC系统，能够自动调节行程、能量、速度及压力，可有效控制关键部位最佳工作点，并监控显示各项工作状态、预报保护系统故障、过温与失控、设备过载及制品质量等。此外，该设备还能够对同步系统、集成电路、光纤通信、偏移检测、工作台及机架变形补偿等进行控制，有利于车间整体科学管理与自动控制的实现。

4 铝合金锻压生产技术与发展水平对比分析

4.1 锻造制坯方面

锻造制坯这一工序相当关键，能对整个锻造过程生产效率、产量质量及产量构成巨大影响。以克里弗兰锻造厂为例，是在30MN锻造水压机上进行锻造制坯的，该设备生产效率高且小巧灵活，工作台配备了模座一个、辅助模座多个，在坯料锻打、镦粗、旋转和翻滚中十分适用，尤其是大型锻件具有复杂形状时，移动与翻滚相当频繁，同时需要不断压扁、拔长、镦粗，而该设备则能将其一系列要求满足[3]。同时，该设备配备的操作机相当先进、灵活，操作省力、安全且方便，具备坯料质量好、劳动效率高等优势。而以国内某工厂为例，是在60MN锻造水压机上进行锻造制坯的，设备不灵活、每道次锻压力偏小，配备了不灵活且有轨的锻造车，不利于移动、翻滚，一般要多名工人的配合，不但耗费力气且安全性无法得到保障，坯料质量粗糙、生产效率不高。

4.2 模锻成形方面

锻造成形的关键性工序之一就是模锻。自动装卸材料和润滑技术的差异性是两者之间最为主要的不同之处。克里弗兰锻造厂对于胚料的出炉处理以及后期装模和出模操作选用的都是无轨操作车，天车通常只应用于大型磨具装卸工作。西南铝加工厂的工模具和胚料的装卸环节全部使用的是天车，每一个料的模锻都需要开启水动机，再移动工作台，所以台班生产效率始终难以提升[4]。对于投影面积为0.5m2的铝模锻件，如果通过300MN的水压机进行生产，克里弗兰锻造厂的生产效率为每小时完成12件，但西南铝加工厂的生产效率仅为每小时6件，有着高达50%的效率差距。

为了有效纺织金属出现黏膜，提升锻模模腔的流动性能，必须在铝合金 模锻时加入适量的润滑剂，这是铝模锻工艺的一项核心技术，与锻件内部的质量、生产效率以及外表质量都有着很直接影响关系。所以，润滑技术的研发和使用受到了世界各国的高度关注。相比克里弗兰锻造厂，在润滑剂品种方面西南铝加工厂显得非常单一，几乎都是石墨和矿物油混合物，此外润滑方式水平也较低，甚至还是沿用以往的涂刷方式，最大的问题就是模樘润滑不够均匀，尤其是对于又窄又深的模樘，总是出现存积太多润滑剂或者完全没有油的现象，进而出现黏膜问题严重筋顶部充不满的情况。这一点克里弗兰锻造厂就做好了提前的准备，完成了集中润滑站的修建，可持续向几台模锻水压机同时供应高压润滑剂，具体操作只需要润滑工连接好喷枪和机台润滑管，就能直接开始喷涂润滑。

4.3 产品检验与质量控制方面

克里弗兰锻造厂为了提升产品内部质量，确保优良性特征，其积极引进了先进的自动化水浸超卢波检测，同时将自动扫描仪和自动升降式载物台安装在大型水槽上，先将工件放在载物台上，调整好扫描仪各县参数后就将整个载物台沉入水中进行自动化检测。这样的检测模式具有更高的准确性和效率性。但西南铝加工厂几乎还是全手工操作，尽管有水浸探伤装置，其工作效率还是无法有效提升。

经过加工处理后的铝合金模锻件很容易在表面出现裂纹、折叠的问题，就算进行了全面仔细的打磨清除还是无法用肉眼或者放大镜来判定其中是否还有缺陷存在，这种情况就需要使用到荧光渗透检测法，这是一种先进的检验设备，克里弗兰锻造厂就一直在使用。而西南铝加工厂当前还未引入这种检测设备，使用的方法还是反复打磨、蚀洗，相对而言消耗了更多的劳动力和成本，而效率也并没有改善。

5 铝合金锻件应用前景分析

采取锻造法制作铝合金汽车车轮，具有良好的力学性能、较高的结构强度与抗冲击能力，加之重量轻、康疲劳强度、防腐蚀性能优异，能将商用车车轮要求有效满足，故而成为了汽车尤其是大型、重型及豪华型汽车中首选的车轮配件，以往铸造铝合金车轮逐渐被其取代。以美国铝业公司生产自80MN锻压水压机的6061T6汽车轮毂，具有与受力方向一致的晶粒变形流向，且具备远超铸造合金车轮的疲劳强度、强度及韧性，然而其重量却实现了20%的缩减，能够达到12%～16%的伸长率，且吸震、承压能力、冲击承受能力相当优异。此外，锻铝车轮无疏松、针孔，致密度极高，表面不存在气孔，表面处理性能优异，结合力高，涂层一致均匀。此外，锻铝车轮的机械加工性能也十分优异，导热性佳，使用安全，圆形度好，维修方便，使用成本低，能满足环保、节能等要求，因此必然会成为汽车车轮等交通运输转动部件的首选对象，其应用前景相当广阔。

6 结语

目前，各个工业部门机械零件毛坯基本都是通过锻压生产获取的，因而锻压生产在国明经济发展、国防军工现代化中具备极其关键的地位。铝合金锻件具备的优良特性相当多，拥有庞大的市场潜力与应用前景，我国现有的发展水平与国外相比依旧有一定差距存在，因此有必要对现有铝合金锻压生产工艺及设备水平予以重视，以便将国内外市场需求更好地满足，促进我国铝合金锻件生产技术水平的提升。