【正文】 min1幾何成品率/%K0099正擠壓1075080095025200008070反擠壓107508001800254000060K0693正擠壓17580800。因?yàn)閷v向壁厚不均度的限制通常不如橫向壁厚嚴(yán)格，所以這一缺點(diǎn)對管材質(zhì)量影響并不突出。用正、反擠壓法擠壓5A06合金壁板的比較數(shù)據(jù)列于表12中。為了提高擠壓針的強(qiáng)度，在擠壓間隙時(shí)間可用壓縮空氣冷卻擠壓針，使其溫度由350℃～400℃降低到300℃左右。除了坯料壁厚不均以外，使管材產(chǎn)生周向壁厚不均的另一個(gè)原因是在擠壓時(shí)擠壓針的彎曲。當(dāng)擠壓難變形鋁合金（2022A12A15A06）壁板時(shí)，～；當(dāng)擠壓7077A07A09合金壁板時(shí)，～，以免堵塞擠壓模，然后逐漸提高擠壓速度。為了防止?jié)櫥瑒┪廴緮D壓筒工作內(nèi)襯套的表面，在擠壓針穿入坯料之前，將潤滑劑中的油分燒光，在其表面上保留比較均勻的石墨層。擠壓前，在擠壓針表面上涂上潤滑劑。擠壓筒也可以在擠壓機(jī)上直接用感應(yīng)加熱器加熱，但是這種加熱方法一般需要很長時(shí)間?！?。為了測量和確
定擠壓筒工作內(nèi)套狀態(tài)；必須在20%的NaOH溶液中用蝕洗方法排除其“鋁包殼”。表11 擠壓前帶筋管坯料加熱的溫度制度合 金坯料的加熱溫度/℃最高允許加熱溫度/℃2022A12A14400～4704907077A07A09400～4604655A05A05B06400～4905207N070070001915(俄羅斯)380～4404656A06006005A、6066082300～520550在冷狀態(tài)下裝配成套模具，然后將成套模具部件、墊片和擠壓針加熱到300℃～400℃。坯料長度上的允許溫差不應(yīng)超過30℃。坯料的加熱時(shí)間取決于擠壓時(shí)間和在感應(yīng)爐內(nèi)同時(shí)存放的坯料數(shù)量。一般在工頻感應(yīng)爐內(nèi)加熱擠壓帶筋管用的坯料。表10 坯料壁厚不均對帶筋管壁厚不均的影響坯料壁厚不均/mm擠壓帶筋管的壁厚不均/mm從表10數(shù)據(jù)中可以看出，坯料的壁厚不均度應(yīng)盡可能最小。在坯料的表面上不應(yīng)有裂紋、夾渣、氣泡、氣孔、碰傷及擦傷。例如，在196MN擠壓機(jī)上用反向擠壓法擠壓帶筋管時(shí)，可采用長度為1800mm～1850mm的坯料。在這種情況下，坯料的最大長度為640mm。這些因素包括擠壓機(jī)的結(jié)構(gòu)和擠壓過程的受力條件（實(shí)際上是設(shè)備噸位）等。間隙超過上述數(shù)值將容易導(dǎo)致擠壓管材壁厚不均。表9 不同擠壓筒用坯料規(guī)格擠壓筒直徑/mm3604205006508001100坯料外徑/mm3554144936417891085坯料內(nèi)徑應(yīng)考慮在加熱狀態(tài)下，坯料與擠壓針（穿孔針）之間有足夠的間隙，使擠壓針
自由地進(jìn)入坯料中，不損傷涂在擠壓針表面上的潤滑層。表8 標(biāo)準(zhǔn)擠壓筒系列擠壓力/MN49196擠壓筒直徑/mm360，420500，650，800800，1100坯料直徑的選擇應(yīng)考慮在加熱狀態(tài)下，保證坯料與擠壓筒之間的間隙，使之無阻礙地順
利裝入擠壓筒。用反擠壓法擠壓帶筋管時(shí)，根據(jù)以下關(guān)系式確定擠壓筒直徑： (4)式中：S—根據(jù)返回行程時(shí)的強(qiáng)度條件，空心擠壓軸的最小容許厚度；δδ2—筋條與擠壓軸之間、擠壓軸與擠壓筒之間的間隙。擠壓帶矩形筋條的壁板時(shí)，擠壓筒的直徑Dt根據(jù)以下關(guān)系進(jìn)行計(jì)算： (3)式中：W—成品壁板的寬度；ΔW—寬度方向的加工余量；t—壁板腹板(底板)的厚度；Hj—壁板筋條的高度；δ—擠壓筒內(nèi)表面與帶筋管筋條之間最小容許間隙值。采用圓形空心坯料擠壓帶筋管時(shí)，擠壓前將鑄坯切成所需長度，對其外表面車皮，內(nèi)表面鏜孔。通常以帶縱向外筋管方式擠壓壁板毛料，當(dāng)展開帶外筋管時(shí)，也易于在展開矯直機(jī)的工作臺上固定帶筋管。這無論在擠壓針的制造或在擠壓針的使用上，特別是在擠壓帶異形筋(г形和T形)的壁板時(shí)，都有一定的困難。在這種情況下，如果在帶穿孔系統(tǒng)的擠壓機(jī)上擠壓時(shí)，在擠壓過程中擠壓針是固定不動(dòng)的，那么在擠壓針的一定長度上(100mm～200mm)加上成形筋條的槽就能夠充分成形。當(dāng)擠壓外部帶筋的管材時(shí)，筋條的輪廓和尺寸在模子上成形。因?yàn)閹Ы罟軘D壓后需要展開和矯直成平面，擠壓帶內(nèi)筋或帶外筋的管對壁板的表面實(shí)際上是沒有區(qū)別的。因此，本節(jié)著重討論擠壓帶筋管的問題，并對實(shí)心坯料擠壓方法的某些特點(diǎn)(例如，擠壓鋁合金空心壁板)也加以討論。 大、中型扁寬壁板型材的擠壓工藝要點(diǎn) 用圓擠壓筒擠壓壁板型材的工藝用圓擠壓筒擠壓壁板的方法可以分為兩類：(1)用實(shí)心斷面坯料(鑄錠)擠壓平板形、V形或U形壁板；(2)用空心坯料擠壓外部帶筋或內(nèi)部帶筋的管子。25℃以內(nèi)。長度25m～30m或更長的時(shí)效爐一般采用電加熱(有時(shí)也可用氣加熱)，由多臺風(fēng)機(jī)進(jìn)行強(qiáng)制通風(fēng)，以確保溫度均勻。 圖14 WSP科梅塔爾公司30MN擠壓機(jī)的精密水－霧－風(fēng)冷卻系統(tǒng)布置概略圖 長件人工時(shí)效裝置鋁合金型材在淬火和拉伸矯直或輥式矯直后，一般要進(jìn)行人工時(shí)效處理。用水淬時(shí)需要注意防止型材的變形。噴嘴的排數(shù)、列數(shù)以及水、氣、霧的流量、壓力、速度、溫度和噴嘴的開閉等均由計(jì)算機(jī)根據(jù)型材的品種、形狀和尺寸規(guī)格等自動(dòng)控制，以保證型材經(jīng)淬火后既能獲得所需的性能，又不至于產(chǎn)生過大的扭曲變形。特別是對于交通運(yùn)輸用的長度大于25m的大型鋁合金型材，精密在線水、霧、氣淬火處理是一種較理想的熱處理方法。一般來說，大中斷面硬鋁合金軍用型材和重載結(jié)構(gòu)型材都采用立式淬火裝置，在充分固溶處理之后，以不大于15s的轉(zhuǎn)移時(shí)間盡快落入30℃～40℃的水中，以獲得較高的綜合性能。 大中型鋁合金型材在線精密淬火與人工時(shí)效 大中型鋁合金型材的熱處理大中型鋁合金型材的熱處理方法主要有退火、淬火和時(shí)效。特別是對于那些采用原色鋁材而不涂飾的車輛等，不應(yīng)該有輥矯接觸面的輥痕和由此而產(chǎn)生的不規(guī)則反射而影響車輛的表面。基于上述原因，如同軋制成形加工那樣采用串列式機(jī)架進(jìn)行自動(dòng)連續(xù)矯直處理是非常困難的。如前所述，在一根擠壓材的長度上，由于受金屬流動(dòng)和模具撓曲的影響，其擠壓前端、中端和后端所產(chǎn)生的形狀不良程度也各不相同，所以，矯直時(shí)輥?zhàn)雍线m的壓下量、放置的位置及角度，在同一根型材上的不同部位也不同，需要綜合考慮。另外，拉伸機(jī)矯直時(shí)可以采用如前所述的專用夾具。
形狀矯直存在的最根本問題是質(zhì)量、交貨期限和成本，所以如何減少使用輥式矯直并獲得合
格型材是生產(chǎn)車輛用大型型材的關(guān)鍵問題之一。自然時(shí)效快的三元合金，由于提高了力學(xué)強(qiáng)度，給矯直作業(yè)帶來很大的困難，而且在矯直變形時(shí)往往容易再次引起和產(chǎn)生縱向彎曲和撓度。所以對于這類大型型材，通常都要進(jìn)行輥式矯直。因此只靠設(shè)計(jì)模具來防止形狀不良是不夠的。對于小型型材，即使產(chǎn)生了彎曲等形狀不良問題，幾乎都是在擠壓后通過拉伸矯直即可消除，并能得到正規(guī)的斷面形狀。而且，近年來在車體長26m的車輛上，往往采用整根大型材，所以有必要研究能夠保證整根型材具有均勻凸度的技術(shù)。然而對于寬幅型材來說，有很多情況即使是使用這些專用夾具也不能固定復(fù)雜型材的形狀。此外，車檐梁、長橫梁等具有較大曲面的型材，曲面還容易在拉伸時(shí)被拉平。圖11 扁擠壓筒擠壓的車檐梁型材對于形狀復(fù)雜、有深海灣形狀的寬幅薄壁型材，進(jìn)行拉伸矯直作業(yè)，容易造成型材的軸向彎曲變形。為了獲得平直的型材，冷卻后，可以用拉伸機(jī)進(jìn)行拉伸矯直。 精整矯直 拉伸矯直因?yàn)榇笾行托筒臄嗝孑^大，采用牽引機(jī)牽引，其效果未必理想。因?yàn)橛埠辖鹦筒臄D壓性能很差，調(diào)節(jié)金屬流動(dòng)困難。要求修模人員技術(shù)高度熟練，經(jīng)驗(yàn)非常豐富。但有些形狀特別復(fù)雜，技術(shù)難度特別大的型材模具，往往要經(jīng)過幾次，乃至十幾次的修整才能擠出合格的型材來。模具修理工作，即使是針對小型擠壓機(jī)的模具，也需要有多年的經(jīng)驗(yàn)，可以說這是擠壓生產(chǎn)中最難的技術(shù)之一。VAW公司72MN擠壓機(jī)模具制造中心配備的主要設(shè)備有：①5套CAD／CAM系統(tǒng)；②3臺CNC加工機(jī)床；③3臺CNC精密電火花線切割(大型)機(jī)床；④3臺CNC立式精密電火花(大型)機(jī)床；⑤1套CNC真空熱處理系統(tǒng)和CNC表面處理系統(tǒng)；⑥若干臺傳統(tǒng)銑床及其他加工機(jī)床；⑦修模間及修模設(shè)備及工具。圖10 大型模具的撓曲示意圖
(4)尺寸精度、硬度和表面光潔程度很難得到保證，特別是寬面窄的?？撞糠钟脗鹘y(tǒng)的制模方法很難達(dá)到設(shè)計(jì)要求。(3)結(jié)構(gòu)特殊，?？仔螤詈拖嚓P(guān)尺寸繁雜，設(shè)計(jì)要素多，影響因素復(fù)雜，擠壓時(shí)的溫度場、速度場和應(yīng)力應(yīng)變場難以控制。然而，在使用大型模具的情況下，由于模具單位面積上的壓力變化，撓曲量也隨之變化，因而預(yù)撓曲量也是一個(gè)不易控制的因素。相應(yīng)的對策是在模具的后部采用加厚的專用墊塊或?qū)Ｓ媚Ｗ容o助工具來防止模孔產(chǎn)生撓曲。1滑動(dòng)模架；2支承環(huán)；3空心型材；4支承墊；5組合模；6模支承；7坯料；8擠壓筒；9擠壓墊片；10擠壓軸圖9 大中型空心型材擠壓模具組裝圖(2)在擠壓時(shí)由于金屬嚴(yán)重的不均勻變形和大的擠壓應(yīng)力，?？滓桩a(chǎn)生大的彈性變形、塑性變形和整體撓曲(見圖10)，這對大型寬幅型材的薄壁底板部分影響很大，輕則在型材上產(chǎn)生波浪、波紋缺陷，重則可能使型材完全停止流動(dòng)，產(chǎn)生堵塞現(xiàn)象。大型模具具有如下5個(gè)特點(diǎn)：(1)外形尺寸大，模具組的質(zhì)量大，如72MN和96MN擠壓機(jī)用大型整體模具組的外徑達(dá)800mm～1200mm，厚度達(dá)280mm～400mm，質(zhì)量達(dá)3t～5t。而對于鐵道車輛用鋁合金大型型材，特別是空心型材，為了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的需要，或?yàn)榱私雍系男枰枰谝粋€(gè)側(cè)端采取加厚或減薄的措施，致使型材斷面上厚度差異增大，非對稱性更強(qiáng)烈，因而更增加了擠壓的難度。變形不均勻的主要表現(xiàn)之一是厚壁部分的金屬流量充分、流速快，而薄壁部分的金屬流量不足、流速慢，其結(jié)果使型材內(nèi)部產(chǎn)生嚴(yán)重的殘余應(yīng)力，甚至型材產(chǎn)生嚴(yán)重的波浪、扭擰和彎曲等缺陷。在這種狀態(tài)下，如欲通過把薄壁部分配置在擠壓筒中心附近來調(diào)節(jié)大型型材的金屬流速將是十分困難的。此外，由于擠壓力的波動(dòng)，模具容易產(chǎn)生撓曲，也會使型材尺寸產(chǎn)s生變化。如果要使之薄壁化，不僅會增加表面模痕缺陷，平面度、扭擰度和彎曲等也容易變差。VAW公司的車輛用寬幅型材中就有不少具有這種形狀特點(diǎn)的型材。目前已研發(fā)出大量的各種用途的鋁合金見表表3和表4。而且側(cè)板掛鉤、檐梁和地板等也廣泛地采用大型寬幅空心型材。由于6N01合金的擠壓性能與6063合金相當(dāng)，因而可以生產(chǎn)更薄壁的寬幅型材。另一方面，在歐洲研制了一種Al－Ｍg－Si系的6005A合金，作為底板等強(qiáng)度構(gòu)件材料，生產(chǎn)了寬幅空心型材。日本東北和上越新干線、札幌地鐵的許多車輛上大量使用了壁厚3mm的7003和7N01寬幅型材，并取得了成效。由于該合金擠壓加工性能很好，可以擠壓壁比較薄的大型寬幅型材。此后，由于開發(fā)了Al－Mg－Zn系三元合金，從而使薄壁化向前推進(jìn)了一步。這種材料由于含鎂量高，擠壓性很差，要使之薄壁化非常困難。但是，用高比壓擠壓筒擠壓時(shí)，其內(nèi)套的強(qiáng)度是一個(gè)值得十分重視的問題。而鐵道車輛用大型薄壁復(fù)雜型材擠壓時(shí)，即使是Al－Ｍg－Si軟鋁合金，其比壓也要求在450MPa以上才能順利進(jìn)行擠壓。圖6所示為擠壓機(jī)能力(擠壓力)與擠壓筒直徑、比壓之間的關(guān)系。其中一個(gè)最突出的問題就是型材大寬幅、大寬厚比(寬度與厚度之比)、大擠壓比與擠壓筒的小比壓(最大單位擠壓力)之間的矛盾。 高比壓擠壓筒［１０］為了適應(yīng)鐵道運(yùn)輸業(yè)日益現(xiàn)代化的發(fā)展，對以輕量化為目的的車輛用大型扁寬鋁合金型材薄壁化的要求越來越高。這3臺擠壓機(jī)都配有坯料感應(yīng)加熱爐，機(jī)后配有自動(dòng)出料臺、精密氣淬和水淬裝置、牽引機(jī)、精密中斷鋸、拉伸矯直機(jī)、輥式矯直機(jī)和長度達(dá)30m以上的人工時(shí)效爐等輔助設(shè)備。在德國VAW公司則是用72MN臥式油壓驅(qū)動(dòng)擠壓機(jī)進(jìn)行擠壓的，該機(jī)配備有500mm、560mm圓擠壓筒、675mm230mm和675mm２８0mm扁擠壓筒，可生產(chǎn)不同合金、不同厚度規(guī)格、寬度可達(dá)650mm、長度可達(dá)30m的車輛用大型型材。地鐵和高速列車車輛用大斷面寬幅薄壁鋁合金型材，在日本KOK公司是用96MN臥式油壓驅(qū)動(dòng)擠壓機(jī)進(jìn)行生產(chǎn)的。用帶筋圓管法、V形法、U形法和凹形法生產(chǎn)的壁板，需要在專用設(shè)備上進(jìn)行剖分、展平和精整矯直工序。
當(dāng)δ＜10mm時(shí)，t≤40min35～４０室溫≥962A11498～５１０35～40室溫≥962A14497～５０５35～４０室溫≥967A04465～47540～50135～145167A09460～48040～50105℃ 8h＋150℃16h7005(在線淬火)40～50155～1658～126A02520～５３５40～50165～1756～86063517～525175～1856～8(在線淬火)為了消除擠壓時(shí)產(chǎn)生的刀彎和縱向彎曲以及淬火時(shí)的翹曲，擠壓壁板和大中型型材應(yīng)在
淬火后2h內(nèi)于4MN～25MN拉伸矯直機(jī)上進(jìn)行拉伸矯直，拉矯伸長率為15%～2%。對于6066005A、6007007005等合金的壁板和大型型材，可以在擠壓機(jī)上進(jìn)行在線水、霧、氣淬火，然后進(jìn)行人工時(shí)效處理。淬火保溫時(shí)間依壁板最大厚度而定，一般來說，厚度小于5mm的壁板和型材，保溫時(shí)間不超過20min；厚度小于10mm的壁板和大中型型材，不應(yīng)超過40min。(4)壁板和大中型型材的熱處理和精整矯直擠壓后的壁板和大中型型材，在立式空氣循環(huán)電爐中進(jìn)行淬火加熱。一般來說硬合金的擠壓比可取30左右，軟合金的可取30～８０。寬展壁板和空心壁板的擠壓速度應(yīng)適當(dāng)降低，／min～／min。
擠壓壁板時(shí)的金屬流出速度取決于合金牌號