【文章內(nèi)容簡介】 雜型材易擠壓合金105075182001601203A216020180145110中等可擠壓合金606330351008060700512507055425A03760504030難擠壓合金2A11753528212A121001814117A04110131185A061201086表5的可擠壓性指數(shù)數(shù)值與表2的數(shù)值存在差異，而且與其他文獻(xiàn)給出的值也不完全一樣。這是因?yàn)榭蓴D壓性對一種合金來說不是一個固定不變的特性，而是與許多因素有關(guān)。主要的影響因素有化學(xué)成分、坯料的熱處理制度、晶粒度的大小、擠壓條件等。事實(shí)上，可擠壓性指數(shù)是一種相對值，其主要意義在于相對大小的比較，單純考慮某一合金的可擠壓性指數(shù)值的大小并無多大實(shí)用意義。比較不同鋁合金型材的擠壓條件，可以確定出一個變形抗力與最大擠壓流出速度之間的近似經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式： (2)式中，k為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)。即合金的變形抗力越高，可達(dá)到的最大擠壓流出速度就越小。可擠壓性除了與合金的特性有關(guān)外，還與型材斷面形狀的復(fù)雜程度有關(guān)。這是由于型材斷面形狀越復(fù)雜，變形不均勻程度增加，會導(dǎo)致擠壓力增大，流出速度減小。型材斷面的復(fù)雜程度一般用型材斷面的周長與斷面積之比f１來表征，此比值稱為形狀系數(shù)或型材斷面復(fù)雜程度系數(shù)，也可以將鋁型材根據(jù)其擠壓的難易程度分成若干組。圖1所示的型材按擠壓性由易到難的順序排列。但是，用形狀系數(shù)f１來表征型材擠壓的難易程度只是在型材斷面形狀比較簡單時(shí)才有較好的比例對應(yīng)關(guān)系。隨著斷面形狀的復(fù)雜化，與比例對應(yīng)關(guān)系偏離較遠(yuǎn)。因此，實(shí)際使用中為簡單起見，(1)式中的型材斷面復(fù)雜系數(shù)f１可近似取值為：對棒材和條材，取f１=1；對等壁厚對稱實(shí)心斷面的型材，取f１=；對不等壁厚非對稱空心型材，取f１=。對于介于以上三種情形兩兩之間的情形，可在相應(yīng)的f１值之間適當(dāng)取值。圖1 鋁型材擠壓難易程度排列2 大中型鋁合金擠壓型材的分類及其主要應(yīng)用范圍 大中型鋁合金擠壓型材的生產(chǎn)現(xiàn)狀與發(fā)展水平分析在結(jié)構(gòu)、裝飾和功能方面，鋁合金型材是一種“永不衰敗”的材料，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，各種大型扁寬、薄壁、高精、復(fù)雜的實(shí)心和空心型材應(yīng)運(yùn)而生，成為許多重要領(lǐng)域(如航天航空、交通運(yùn)輸、現(xiàn)代汽車、電子電器、艦船兵器、空調(diào)散熱器、電力能源、石油化工、機(jī)械制造等)的首選材料，特別是大中型工業(yè)用結(jié)構(gòu)鋁合金型材更是當(dāng)
今世界最短缺緊俏商品之一。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前全球年產(chǎn)擠壓材1000萬t左右，其中鋁合金擠壓型材約800萬t，而建筑門窗和幕墻型材及小規(guī)格型材占90%以上，大、中型鋁合金型材僅80萬t左右。其中大中型工業(yè)用結(jié)構(gòu)鋁合金型材只占50萬t左右。而世界每年需大中型材100萬t以上，其中大中型工業(yè)用結(jié)構(gòu)鋁合金型材需要80萬t以上。由于供不應(yīng)求，設(shè)計(jì)者和使用者不得不采用幾根小型材接合成大中型材或者改用木材、塑料、鋼鐵、銅材來代替，造成了能源的浪費(fèi)、環(huán)境的污染、成本的增高，大大影響了國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。為了改變這種局面，各國紛紛斥巨資新建或擴(kuò)建35MN以上的大中型擠壓生產(chǎn)線。有人預(yù)言，21世紀(jì)將是“大擠壓機(jī)世紀(jì)”或“大中型鋁型材世紀(jì)”。我國的情況更是如此，一方面是小擠壓機(jī)和鋁合金小型材大量過剩，另一方面是大中型擠壓機(jī)和大中型工業(yè)用結(jié)構(gòu)鋁合金型材十分短缺。據(jù)初步統(tǒng)計(jì)，我國目前有擠壓機(jī)3000臺以上，而其中95%以上為25MN以下的小擠壓機(jī)。擠壓型材年產(chǎn)量達(dá)300萬t以上，而其中80%以上為建筑門窗和裝飾型材。大中型材，特別是大中型工業(yè)用結(jié)構(gòu)鋁合金型材缺口達(dá)20萬t以上，絕大部分依賴進(jìn)口或用其他材料替代，大大制約了我國國防現(xiàn)代化和國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的速度。
國外發(fā)展?fàn)顩r與趨勢據(jù)報(bào)道，目前全球共裝備有各種擠壓機(jī)6 000臺左右，年產(chǎn)鋁擠壓材能力約1 200萬t；2005年鋁型材實(shí)際產(chǎn)量約1 000萬t，涉及到1到3系的400多種鋁合金和30多種熱處理狀態(tài)，絕大部分為中小型材，主要用于建筑門窗和裝飾等民用行業(yè)，大中型工業(yè)用結(jié)構(gòu)鋁合金型材年產(chǎn)量約為50萬t左右。型材寬度為200mm～700mm，最寬達(dá)2500mm；～25mm，～；高度為20mm～300mm，最高可達(dá)500mm；～30m。型材品種多、規(guī)格范圍廣，形狀復(fù)雜，技術(shù)含量高，具有多種性能和功能，可適于多種用途使用。成為國民經(jīng)濟(jì)各部門和人民生活各方面不可或缺的重要結(jié)構(gòu)材料、裝飾材料和功能材料，大有替代鋼鐵、銅材、木材和塑料的趨勢。在工藝技術(shù)方面也有了大的改進(jìn)和發(fā)展。高效反擠壓、扁擠壓、寬展擠壓、組合模擠壓、穿孔擠壓、等溫?cái)D壓、連續(xù)擠壓、快速擠壓等新工藝新技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用和推廣，達(dá)到了很高的水平。在設(shè)備方面，正向著大型化、緊湊型、組裝式、成套化、自動化、高效節(jié)能環(huán)保型方向發(fā)展。大批低水平的小擠壓機(jī)已淘汰，日本已不再生產(chǎn)15MN以下的擠壓機(jī)，世界正興起一股大擠壓機(jī)熱潮，預(yù)計(jì)在近幾年內(nèi)25MN以上的擠壓機(jī)所占比例會超過20%，50MN以上的擠壓機(jī)可達(dá)100臺以上，80MN以上的擠壓機(jī)可達(dá)40臺以上。擠壓機(jī)本體結(jié)構(gòu)更趨緊湊，強(qiáng)度和剛度更高，工模具配置更合理，功能更齊全，全部使用自給油壓傳動，其液壓系統(tǒng)、電控系統(tǒng)達(dá)到了相當(dāng)高的自動化水平。此外，機(jī)前的坯料加熱與剪切裝置，機(jī)后的在線自動淬火、牽引機(jī)、同步熱鋸和精密定尺鋸、自動輸出系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)、拉矯、輥矯精整系統(tǒng)和熱處理等配套齊全，達(dá)到了相當(dāng)高的水平，可實(shí)現(xiàn)全機(jī)乃至全線自動化。這些都為批量生產(chǎn)大中型工業(yè)用特種結(jié)構(gòu)鋁合金擠壓材創(chuàng)造了良好的條件。 國內(nèi)差距及解決的措施近年來我國擠壓工業(yè)雖有了很大進(jìn)步，但與國外先進(jìn)水平相比仍有較大差距，主要表現(xiàn)在：擠壓機(jī)臺數(shù)雖多，但絕大部分為裝機(jī)水平低下的小擠壓機(jī)；產(chǎn)能雖大，但絕大多數(shù)為中低檔民用建材，大中型工業(yè)用結(jié)構(gòu)鋁合金型材尚未形成規(guī)模，高檔產(chǎn)品大部分依賴進(jìn)口，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足國防現(xiàn)代化和國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的要求。為了縮短差距，盡快趕上世界先進(jìn)水平，適應(yīng)國際經(jīng)濟(jì)一體化的要求，唯一的辦法是盡快裝備一批35MN以上的具有世界一流水平的先進(jìn)設(shè)備和技術(shù)，并加以消化、吸收、開發(fā)和國產(chǎn)化，以促進(jìn)我國擠壓工業(yè)和技術(shù)的發(fā)展，大大提高我國鋁合金型材擠壓技術(shù)和產(chǎn)品水平，以滿足國內(nèi)外市場需求，減少加入WTO后的沖擊，促進(jìn)我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展。 大中型鋁合金擠壓型材的分類據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前全世界大中型鋁合金型材的用量大約在100萬t／a以上，規(guī)格品種達(dá)15 000種以上。對大中型鋁合金型材進(jìn)行科學(xué)的分類，有利于合理地選擇生產(chǎn)工藝和設(shè)備，正確地設(shè)計(jì)與制造工模具，迅速地處理擠壓車間的生關(guān)技術(shù)問題和管理問題。 按照用途或使用特性分類按照用途或使用特性，大中型鋁合金型材可分為通用型材和專用型材。由于大中型型材的外廓尺寸大，形狀復(fù)雜，造價(jià)高，所以，除了條形、T字形、工字形、槽形等幾種常見的通用型材外，絕大多數(shù)為專用型材。專用型材按用途可分為：(1)航天航空用大中型型材。如整體帶筋壁板、工字大梁、機(jī)翼大梁、梳狀型材、空心大梁型材等，主要用作飛機(jī)、宇宙飛船等航天航空器的受力結(jié)構(gòu)部件以及直升機(jī)異形空心旋翼大梁和飛機(jī)跑道等。(2)車輛用大中型型材。主要用于高速列車、地鐵列車、輕軌列車、雙層客車、豪華大巴以及貨車等大型車輛的外形結(jié)構(gòu)件，重要受力部件及大型裝飾部件。 (3)艦船、兵器用大中型型材。主要用做船舶、艦艇、航空母艦、汽艇、快艇、水翼艇的上層結(jié)構(gòu)和甲板、隔板、地板，以及坦克、裝甲車、運(yùn)兵車等的整體外殼；重要受力部件；大中型火箭和中遠(yuǎn)程導(dǎo)彈的外殼；魚雷、水雷的殼體等。圖2 大中型鋁合金恒斷面型材分類 (4)電子電氣、家用電器、郵電通訊以及空調(diào)散熱器用大中型型材。主要用做外殼、散熱部件等。(5)石油、煤炭、電力等能源工業(yè)以及機(jī)械制造工業(yè)用大中型型材。主要用做管道、支架、礦車架、輸電網(wǎng)、匯流排，以及電機(jī)外殼和各種機(jī)器的受力部件等。(6)交通運(yùn)輸、集裝箱、冷藏箱以及公路橋梁用大中型型材。主要用做集裝箱板、集裝箱框架、跳板、冷藏箱型材以及橋面板等。(7)民用建筑及農(nóng)業(yè)機(jī)械用大中型型材。如大中型建筑結(jié)構(gòu)件、大中型幕墻型材和大中型農(nóng)用噴灌器械部件等。圖3 大中型變斷面型材分類(8)其他大中型型材。如文體器材、跳水板、家具構(gòu)件型材等。 按照形狀與尺寸變化特征分類按形狀與尺寸變化特征，大中型型材可分為恒斷面型材和變斷面型材。恒斷面型材可分為通用實(shí)心型材、空心型材、壁板型材和建筑門窗型材等，如圖2所示；變斷面型材分為階段變斷面和逐漸變斷面型材，如圖3所示。 國外的開發(fā)應(yīng)用與需求情況交通運(yùn)輸業(yè)早已成為工業(yè)發(fā)達(dá)國家經(jīng)濟(jì)與社會發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)，是大中型工業(yè)結(jié)構(gòu)鋁合金型材的最大用戶。在航天航空領(lǐng)域，大中型材在飛機(jī)、導(dǎo)彈、火箭及其他航天航空器上早被大量采用，是傳統(tǒng)的鋁型材市場；在汽車制造方面，車身大梁、側(cè)板空心型材、側(cè)柱型材、貨箱壁板型材、帶槽壁板等車廂板型材、棚架型材，以及坦克、裝甲車、運(yùn)兵車、郵車、醫(yī)用車、冷藏車等特種車輛的車廂車架等采用大中型鋁合金型材。美國早在1974年就開始生產(chǎn)用作卡車低盤的高強(qiáng)度鋁合金型材，日本每年用于汽車制造業(yè)的鋁合金型材達(dá)30萬t。在鐵道運(yùn)輸和城市軌道交通方面，工業(yè)發(fā)達(dá)國家為了達(dá)到高速、安全、節(jié)能、美觀、舒適、低成本和高效的目的，不斷提高鋁化程度，使高速列車、地鐵列車、輕軌列車、雙層客車輕量化和現(xiàn)代化。近年來，甚至在普通鐵路上的客運(yùn)和貨運(yùn)車也開始大量使用鋁型材制造車體。美國和前蘇聯(lián)早已用鋁型材制造客車和運(yùn)煤、化學(xué)品、礦石和其他貨物的貨車的車身、框架、側(cè)壁板和端門，鋁質(zhì)車輛早已超萬輛。截至2005年，日本已投入運(yùn)行的鋁車(客車和貨車)已達(dá)20000輛以上，全世界鋁質(zhì)車輛已多達(dá)15萬輛以上。據(jù)報(bào)道，日本政府已下令，到2010年日本的所有鋼制車輛將全部退役，而代之以鋁質(zhì)車輛。在船舶制造方面，所有艦艇和船舶的上層建筑、地板、甲板、隔板和裝飾板已大量使用鋁合金型材，全鋁潛艇、快艇、汽艇、水艇和賽艇已用于運(yùn)營。與交通運(yùn)輸業(yè)密切相關(guān)的臨時(shí)機(jī)場跑道、軍用浮橋、公路和鐵路橋梁與塔架，以及船用與車用集裝箱等領(lǐng)域也開始大量使用鋁板和型材，其中大中斷面鋁型材占45%以上。 此外，現(xiàn)代工業(yè)發(fā)達(dá)國家在電子電器、郵電通訊、散熱空調(diào)、石油化工、礦山砧探、煤炭電力、機(jī)電制造等行業(yè)也已大量使用鋁材，其中大中斷面鋁型材用量占50%左右。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前全球共有30MN以上的擠壓機(jī)400臺左右，年產(chǎn)大中型工業(yè)結(jié)構(gòu)鋁合金型材50萬t左右，而全世界每年需要80萬t以上，缺口較大。 國內(nèi)大中型工業(yè)用結(jié)構(gòu)鋁合金擠壓材的使用與需求我國鋁合金擠壓產(chǎn)品從20世紀(jì)70年代開始崛起，目前需求量每年已超過300萬t，其用途已從國防軍工、建筑業(yè)等擴(kuò)展到更加廣泛的領(lǐng)域。近年來，由于科學(xué)技術(shù)的飛速進(jìn)步和國民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，對大中型工業(yè)用結(jié)構(gòu)鋁合金擠壓材提出了越來越高的要求，不僅結(jié)構(gòu)鋁合金品種增多，質(zhì)量提高而且需求數(shù)量迅速增加，2005年需產(chǎn)量達(dá)10萬t以上，主要部門的需求量列于表6中。由于我國目前大中型擠壓材數(shù)量小、裝機(jī)水平低，加之技術(shù)開發(fā)能力較差，因此遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足我國市場對大中型工業(yè)用結(jié)構(gòu)鋁合金擠壓材的需求，大部分依賴進(jìn)口，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2005年我國進(jìn)口高檔擠壓型材5萬t以上。表6 2010年各行業(yè)對大中型工業(yè)鋁合金擠壓材的需求量(估計(jì))產(chǎn)品名稱外接圓直徑／mm使用部門年需要量／ta１鐵道列車(客、貨)型材200～640鐵路部門15000地鐵和輕軌列車型材和高速列車200～６４０地鐵和城交部門18000飛機(jī)及軍工型材180～６００軍工部門2000汽車(豪華大巴)型材160～４５０汽車制造6000冷藏車廂和冷凍板180～３５０汽車制造3000專用車車廂型材160～400汽車制造2000船舶用大中型材150～５００船舶制造業(yè)2000集裝箱用大中型材150～４００集裝箱制造業(yè)40000硫化機(jī)架和礦井設(shè)備150～３５０礦山機(jī)械2000空調(diào)散熱器型材180～５００電器行業(yè)18000機(jī)架、框架、連桿、滑板等200～４００機(jī)械行業(yè)2000路燈桿、旗桿、電線桿200～400機(jī)制行業(yè)5000電梯骨架240～320電梯制造1000電機(jī)外殼180～330電機(jī)制造1000管母線及電力配件200～400電力工業(yè)15000其他(含棒材)80～500各工業(yè)部門20000合計(jì)1520003 大中型鋁合金型材的工藝特點(diǎn)與生產(chǎn)技術(shù) 大中型鋁合金型材的生產(chǎn)工藝流程與主要工藝參數(shù)的確定原則 生產(chǎn)工藝流程以熱擠壓狀態(tài)供貨的型材，在擠壓后進(jìn)行以下工序：拉伸矯直，鋸切夾頭，用扭擰的方法矯直其縱向和橫向的幾何形狀，在輥式矯直機(jī)上矯直和壓平，切取試樣，進(jìn)行力學(xué)性能試驗(yàn)和切成定尺。型材在不做力學(xué)性能試驗(yàn)的情況下交貨時(shí)，當(dāng)幾何形狀矯平以后，馬上切成定尺，最后一道工序是檢查驗(yàn)收型材。在退火狀態(tài)下供貨的型材，擠壓后應(yīng)進(jìn)行退火，其余工序與上述相似。但是，如果型材在擠壓后其幾何形狀具有很大的縱向彎曲時(shí)，則在退火前要進(jìn)行拉伸矯直。以淬火及自然時(shí)效狀態(tài)供貨的型材，擠壓后進(jìn)行淬火。以淬火及人工時(shí)效狀態(tài)供貨的型材，在矯直和精整幾何形狀以后進(jìn)行人工時(shí)效。在生產(chǎn)鋁合金型材時(shí)，上述的這些工序是最基本的。但在某些情況下，工藝程序與前面所敘述的不同。例如，生產(chǎn)6066007001911925合金型材時(shí)，當(dāng)型材擠出?？滓院?，常常直接用空氣或水－空氣混合物強(qiáng)烈冷卻的方法淬火。在這種情況下，對擠壓后的型材直接進(jìn)行矯直，然后進(jìn)行人工時(shí)效。這種工藝方