2A12鋁合金殼體件熱反擠壓成形工藝研究

韓岷

摘 要：熱反擠壓成形工藝應用于很多機械設備中，擠壓成形工藝經常與熱處理工藝交替使用。但是采用2A12鋁合金作為某設備的殼體零部件是很少見的，它是一種新型的鋁合金材料。本文主要闡述了鋁合金殼體零部件采用2A12鋁作為材料的具體工藝方案，并且對它的成形工藝進行了分析。

關鍵詞，2A12鋁合金;課題零部件;熱反擠壓;成形工藝

前言：

鋁合金殼體通常安裝在壁厚比較薄，而且具有深盲孔的殼體零部件中。這種殼體，通常其表面與殼體內部沒有裂紋，同時也沒有夾雜、劃傷、分層以及破裂等缺陷。然而采用傳統的機加工方式沒有辦法制作出質量較高的殼體零部件。為了滿足這類殼體的特殊要求，發展比較新型的熱處理工藝以及成形工藝能夠有效的增強殼體的質量，同時還能夠滿足其他的性能要求。本文主要研究了一種用于鋁合金殼體制備的熱反擠壓成形工藝。

1、結構及其性能特點

1.1殼體結構特性

本文所研究的殼體，其外殼壁比較薄，同時屬于深盲孔殼體的一種。這種殼體結構的長半徑比較大。它對殼體的內腔與形狀有很高的要求，同時截面收縮率達到75%以上時，通常采用圓柱形實心坯料，然后通過擠壓成形法來進行生產。

1.2 2A12鋁合金性能特性

通常來說，鋁合金是一種塑性材料。它在常溫下具有很好的塑性，并且有一定的韌性。本文所提到的2A12鋁合金，它就是一種塑性材料，在室溫下，能夠通過冷加工成形的熱處理工藝來進行形狀的變化。它的變形量也與熱處理的性能相關。此外當溫度高于室溫時，2A12鋁合金這種材料能夠有很好的塑形，同時，它的變形抵抗力比較小。在這種溫度環境中，2A12鋁合金被認為是一種較好的熱加工成形材料。

2、熱反擠壓成形工藝介紹

制備這種壁厚比較薄的殼體結構通常采用三種成形工藝。在熱處理中有幾大工藝是較為廣泛的工藝，例如，擠壓成形，拉拔，鍛壓成形，鑄造成形以及熱處理中4把火工藝的結合。生產這種殼體材料結構可以采用恒溫擠壓成形，熱擠壓成形和冷擠壓成形。

2.1冷擠壓成形方法

冷擠壓成形的工藝流程通常是將圓棒狀的原材料通過切削加工等工藝制備成坯料，然后經過熱處理中的退火工藝，隨后進行表面處理，再將模具潤滑，最后通過冷擠壓工藝將材料定形。研究發現通過冷擠壓工藝所得到的材料具有很高的質量，同時精度也比較高，但是表面粗糙度較差。因為將坯料進行退火處理時花費的時間較長，且進行表面處理也需要耗費很長的時間。顯然冷擠壓成形加工方法周期比較長，而且效率也不太高。此外，研究發現2A12鋁合金通過冷擠壓成形方法進行加工時，容易產生冷作硬化的現象，這極大的影響材料內部的去應力，且位錯阻礙更嚴重。由于這種材料壁厚很薄，而且變形量也比較大，在冷擠壓加工過程中很容易使表面和內部產生壓痕、破裂等缺陷。這些缺陷導致材料浪費，同時也不滿足工藝質量要求。

2.2恒溫擠壓成形方法

恒溫擠壓成形方法的工藝流程與冷擠壓成形方法的流程類似。首先通過機械加工等工藝將圓棒狀的原材料切成坯料，進而通過加熱保溫的方法對坯料進行加工，隨后放入模具中進行加熱保溫。緊接著是坯料和模具的潤滑，最后通過恒溫的方法進行擠壓成形。簡單來說，恒溫擠壓工藝方法也就是在加熱的坯料中加入已經加熱到相同溫度的模具中。然后在恒定的溫度下對坯料和模具進行擠壓成形，最終獲得殼體的擠壓成形件。恒溫擠壓成形的方法是坯料與模具在相同溫度下進行的擠壓成形，所以它能夠保證坯料在比較合適的溫度下進行成形。與冷擠壓成形方法不同的是恒溫成形擠壓方法獲得的材料中再結晶過程與加工硬化過程是在同一時間進行的，所以能夠保持材料的塑性，而且變形力較小，這個加工工藝能夠規避冷擠壓成形中，加工硬化的問題[1]。同時能夠獲得高精度，高穩定性的成形件。但是恒溫成形擠壓方法也有其缺點，重點體現在它的模具需要有加熱和冷卻兩個系統，這就導致模具的復雜性，同時還要消耗更多的能量，生產效率不是很高，也不利于樣件的批量生產。

2.3熱擠壓成形方法

熱擠壓成形方法是一種比較成熟的成形工藝，其工藝過程主要為將坯料加熱到合金的固相線特定溫度之后再進行擠壓成形[2]。其工藝流程主要是通過機械加工等工藝將圓棒狀材料切成坯料，然后再將坯料進行保溫加熱，隨后，對模具進行預熱并對坯料和模具進行潤滑處理，最后再進行熱擠壓成形工藝，最終得到熱擠壓成形的樣件。由于熱擠壓成形是在溫度較高的條件下進行的，在這種環境下，2A12鋁合金具有高塑性，較低的變形抗力，很容易成形同時制備出的樣件精度較高，且尺寸穩定。此外，這種模具的制備比較簡單，工藝簡單化，同時生產周期較短，這極大的提高了熱成形樣件的生產效率。它規避了冷擠壓成形方法中時間長，效率低，受加工硬化影響等問題。同時還解決了恒溫成形擠壓方法中模具結構復雜、消耗大量能量以及效率低等問題。因此，熱擠壓成形方法是目前來說較好的成形方式。它不僅能夠優化工藝，降低能量消耗率，同時還能極大的提高生產效率，是熱處理擠壓成形工藝中較好的方式。

3、工藝方案設計的流程及參數設置

3.1熱擠壓成形件方案圖設計

本文主要是以殼體材料為基礎，這種殼體材料的結構較為特殊，它的長半徑比較大，而且是一種深盲孔結構材料。在熱擠壓成形工藝中需要注意很多細節內容，特別是結構圖紙的設計方面。需要注意的方面有以下幾個地方。首先原材料在切削加工過程中鍛煉的傾斜角度。其次，熱擠壓模具中，沖頭軸線和凹模的型腔同軸度，以及設備精度低等問題，這極大的影響材料的均勻性。除此之外，還應該考慮材料不同部位的溫度是否均勻、模具與坯料的潤滑是否能夠均勻？這些問題都嚴重的影響了殼體的結構均勻性，特別是通過熱擠壓成形后，殼體的壁厚是否均勻？考慮到上述問題，熱擠壓成形制圖設計師應考慮殼體內腔與腔底的錐形區域要留有一些加工的余量。通過在設計圖紙中保留相應的機械加工余量，然后根據殼體零部件的具體要求以及工藝特征來完善殼體的熱擠壓成形工藝圖紙。

3.2熱擠壓成形工藝流程以及原始配料的相關參數的確定

熱擠壓成形工藝具體的過程如下：將原包裝的原始材料，通過機械加工工具切成一定尺寸的坯料。然后把坯料放在150℃左右的溫度下進行預熱，并且保溫10分鐘。隨后將坯料表面對進行潤滑，通常采用石墨潤滑劑，然后將涂有潤滑劑的坯料放置在450℃溫度下保溫45～75分鐘。隨后在將其放到模具中進行加熱，溫度大約為150℃。最后通過石墨潤滑劑對模具進行潤滑，再進行反擠壓成形工藝。這些成形樣件的具體尺寸要結合材料行業的國標進行選材。根據國標中金屬材料的規格尺寸等相關要求，選用圓棒狀材料作為坯料，然后根據體積計算出其長度，隨后進行相應的熱反擠壓成形工藝。

結 語：

2A12鋁合金殼體樣件，通過熱反擠壓成形工藝能夠實現該樣件的大量生產。同時采用這樣的材料能夠極大的提高材料利用率，降低材料消耗率，此外，還可以提高生產效率，降低生產的成本，提升產品的質量。

參考文獻

[1] 賀晨晨，李國俊，張治民，et al. 2A12鋁合金帶筋薄壁梯形環件擠壓成形研究[J]. 熱加工工藝，2018（7）：121-125.

[2] 王自啟，伍太賓，唐全波，et al. 2A12鋁合金殼體件熱反擠壓成形工藝研究[J]. 輕合金加工技術，2019（11）：43-46.

[3] 張會，王同樂，王玉梅，et al. Effects of Equal Channel Angular Pressing on Microstructure and Properties of 2A12 Aluminium Alloy%等通道擠壓對2A12鋁合金組織性能的影響[J]. 熱加工工藝，2014，043（011）：106-108.