鋁合金鍛壓生產技術及鍛件研發應用前景

李海雄 清遠市海軒鋁業金屬制品有限公司

1 引言

交通運輸、航空航天及動力能源等部門中，在關鍵受力部件的制作中，主要使用的材料便是鋁合金鍛件。隨著現代交通運輸業、航空航天及新型能源等工業的快速發展，尤其是近年來提出了安全、環保及節能等一系列輕量化目標要求，諸多工業部門在發展中也逐漸轉至于以鋁代銅、以鋁代鋼、以鍛代鑄。

2 鋁合金鍛壓件特性

其一，密度小。鋁合金鍛壓件的密度僅有銅鍛件的30%、鋼鍛件的34%，是理想的輕量化材料；其二，內部組織細密無缺陷且均勻，具有比鋁合金鑄件、壓鑄件及其他材料鑄件遠遠更高的可靠性；其三，具有較高的比剛度、比強度、比彈性模量，加之高疲勞強度，在具有較高輕量化要求的關鍵受力部件中十分適用；其四，塑性好。加工時，能將各類復雜形狀的高精度鍛件滿足，機械加工余量進本僅有鋁合金拉伸厚板加工的20%，工時與成本能夠得到大幅度縮減[1]；其五，表明光潔美觀，具有良好的表面處理性能；其六，耐蝕性、非磁性及導熱性優異。通過上述分析不難發現鋁合金鍛壓件的優勢，這也是其能夠將鋼、銅、鎂及塑料等取代的主要憑證。

3 鋁合金鍛壓生產技術與發展水平

目前，有關鋁及鋁合金鍛件技術而言，已有大量鍛壓新工藝技術誕生，例如半固態模鍛、粉末鍛造、分部模鍛、等溫鍛造、多向鍛造、包套模鍛、液體模鍛及無斜度精密模鍛等，在工藝簡化、能耗節省、工序縮減、品質擴大、規格增加、效率提升、質量提高、環境保護及勞動強度降低等方面發揮的作用不可小覷[2]。通過專業計算機軟件的運用，控制鍛造壓力、溫度及變形程度等各個工藝的參數，同時能夠有效保障制品尺寸、力學性能及內部組織。

其中，多向模鍛機是精密鍛壓設備之一，其內有計算機控制系統與PLC系統，能夠自動調節行程、能量、速度及壓力，可有效控制關鍵部位最佳工作點，并監控顯示各項工作狀態、預報保護系統故障、過溫與失控、設備過載及制品質量等。此外，該設備還能夠對同步系統、集成電路、光纖通信、偏移檢測、工作臺及機架變形補償等進行控制，有利于車間整體科學管理與自動控制的實現。

4 鋁合金鍛壓生產技術與發展水平對比分析

4.1 鍛造制坯方面

鍛造制坯這一工序相當關鍵，能對整個鍛造過程生產效率、產量質量及產量構成巨大影響。以克里弗蘭鍛造廠為例，是在30MN鍛造水壓機上進行鍛造制坯的，該設備生產效率高且小巧靈活，工作臺配備了模座一個、輔助模座多個，在坯料鍛打、鐓粗、旋轉和翻滾中十分適用，尤其是大型鍛件具有復雜形狀時，移動與翻滾相當頻繁，同時需要不斷壓扁、拔長、鐓粗，而該設備則能將其一系列要求滿足[3]。同時，該設備配備的操作機相當先進、靈活，操作省力、安全且方便，具備坯料質量好、勞動效率高等優勢。而以國內某工廠為例，是在60MN鍛造水壓機上進行鍛造制坯的，設備不靈活、每道次鍛壓力偏小，配備了不靈活且有軌的鍛造車，不利于移動、翻滾，一般要多名工人的配合，不但耗費力氣且安全性無法得到保障，坯料質量粗糙、生產效率不高。

4.2 模鍛成形方面

鍛造成形的關鍵性工序之一就是模鍛。自動裝卸材料和潤滑技術的差異性是兩者之間最為主要的不同之處。克里弗蘭鍛造廠對于胚料的出爐處理以及后期裝模和出模操作選用的都是無軌操作車，天車通常只應用于大型磨具裝卸工作。西南鋁加工廠的工模具和胚料的裝卸環節全部使用的是天車，每一個料的模鍛都需要開啟水動機，再移動工作臺，所以臺班生產效率始終難以提升[4]。對于投影面積為0.5m2的鋁模鍛件，如果通過300MN的水壓機進行生產，克里弗蘭鍛造廠的生產效率為每小時完成12件，但西南鋁加工廠的生產效率僅為每小時6件，有著高達50%的效率差距。

為了有效紡織金屬出現黏膜，提升鍛模模腔的流動性能，必須在鋁合金 模鍛時加入適量的潤滑劑，這是鋁模鍛工藝的一項核心技術，與鍛件內部的質量、生產效率以及外表質量都有著很直接影響關系。所以，潤滑技術的研發和使用受到了世界各國的高度關注。相比克里弗蘭鍛造廠，在潤滑劑品種方面西南鋁加工廠顯得非常單一，幾乎都是石墨和礦物油混合物，此外潤滑方式水平也較低，甚至還是沿用以往的涂刷方式，最大的問題就是模樘潤滑不夠均勻，尤其是對于又窄又深的模樘，總是出現存積太多潤滑劑或者完全沒有油的現象，進而出現黏膜問題嚴重筋頂部充不滿的情況。這一點克里弗蘭鍛造廠就做好了提前的準備，完成了集中潤滑站的修建，可持續向幾臺模鍛水壓機同時供應高壓潤滑劑，具體操作只需要潤滑工連接好噴槍和機臺潤滑管，就能直接開始噴涂潤滑。

4.3 產品檢驗與質量控制方面

克里弗蘭鍛造廠為了提升產品內部質量，確保優良性特征，其積極引進了先進的自動化水浸超盧波檢測，同時將自動掃描儀和自動升降式載物臺安裝在大型水槽上，先將工件放在載物臺上，調整好掃描儀各縣參數后就將整個載物臺沉入水中進行自動化檢測。這樣的檢測模式具有更高的準確性和效率性。但西南鋁加工廠幾乎還是全手工操作，盡管有水浸探傷裝置，其工作效率還是無法有效提升。

經過加工處理后的鋁合金模鍛件很容易在表面出現裂紋、折疊的問題，就算進行了全面仔細的打磨清除還是無法用肉眼或者放大鏡來判定其中是否還有缺陷存在，這種情況就需要使用到熒光滲透檢測法，這是一種先進的檢驗設備，克里弗蘭鍛造廠就一直在使用。而西南鋁加工廠當前還未引入這種檢測設備，使用的方法還是反復打磨、蝕洗，相對而言消耗了更多的勞動力和成本，而效率也并沒有改善。

5 鋁合金鍛件應用前景分析

采取鍛造法制作鋁合金汽車車輪，具有良好的力學性能、較高的結構強度與抗沖擊能力，加之重量輕、康疲勞強度、防腐蝕性能優異，能將商用車車輪要求有效滿足，故而成為了汽車尤其是大型、重型及豪華型汽車中首選的車輪配件，以往鑄造鋁合金車輪逐漸被其取代。以美國鋁業公司生產自80MN鍛壓水壓機的6061T6汽車輪轂，具有與受力方向一致的晶粒變形流向，且具備遠超鑄造合金車輪的疲勞強度、強度及韌性，然而其重量卻實現了20%的縮減，能夠達到12%～16%的伸長率，且吸震、承壓能力、沖擊承受能力相當優異。此外，鍛鋁車輪無疏松、針孔，致密度極高，表面不存在氣孔，表面處理性能優異，結合力高，涂層一致均勻。此外，鍛鋁車輪的機械加工性能也十分優異，導熱性佳，使用安全，圓形度好，維修方便，使用成本低，能滿足環保、節能等要求，因此必然會成為汽車車輪等交通運輸轉動部件的首選對象，其應用前景相當廣闊。

6 結語

目前，各個工業部門機械零件毛坯基本都是通過鍛壓生產獲取的，因而鍛壓生產在國明經濟發展、國防軍工現代化中具備極其關鍵的地位。鋁合金鍛件具備的優良特性相當多，擁有龐大的市場潛力與應用前景，我國現有的發展水平與國外相比依舊有一定差距存在，因此有必要對現有鋁合金鍛壓生產工藝及設備水平予以重視，以便將國內外市場需求更好地滿足，促進我國鋁合金鍛件生產技術水平的提升。