锻造是金属塑性加工的重要方法之一。锻造的最大的目的是:成形和改性(机械性能和内部组织的改善)。其中后者是其他工艺方法难以实现的,另外锻造生产还具有节约金属、生产效率高、灵活性大等优点。 通过锻造能使铸造组织中的疏松、气孔压实,把粗大的铸造组织(树枝状晶粒)击碎成细小的晶粒,并形成纤维组织。当纤维组织沿着零件轮廓合理地分布时,能提高零件的机械性能。因而,锻制成的零件强度高,可承受更大的冲击载荷。在承受同样大小冲击载荷的情况下,锻制零件尺寸能减小,即节省了金属。 锻造按成形方法则可分为自由锻、模锻、冷镦、径向锻造、挤压、成形轧制、辊锻、辗扩等。坯料在压力下产生的变形基本不受外部限制的称自由锻,也称开式锻造。其他锻造方法的坯料变形都受到模具的限制,称为闭模式锻造。成形轧制、辊锻、辗扩等的成型工具与坯料之间有相对的旋转运动,对坯料进行逐点、渐近的加压和成形,故又称为旋转锻造。 国家统计局最新多个方面数据显示,2021年,我国铝产量达到创纪录的3850万吨,同比增长4.8%。铝作为能源富集性产业,虽然受能耗双控影响,一些地区的铝生产有所削减,但整体还是呈上升趋势。 铝产量的上升,与铝合金的应用广泛性功不可没,与钢铁材料相比,铝合金优势多,是工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料。工业经济的快速的提升,对铝合金锻造工艺等方面的要求也逐步升高。 锻压生产是向各个工业行业提供机械零件毛坯的主要途径之一。锻压生产的优越性在于:它不但获得机械零件的形状,而且能改善材料的内部组织,提高力学性能。通常来说,对于受力大、力学性能要求高的重要机械零件,多数采用锻压方法来制造。铝合金由于比重小、比强度、比刚度高等一系列优点,已大量使用在各个工业部门,铝合金锻压件已成为各个工业部门机械零件必不可少的材料。凡是用低碳钢可以锻出的各种锻件,都可以用铝合金锻造出来。铝合金可以在锻锤、机械压力机、液压机、顶锻机、扩孔机等各种锻造设备上锻造,可以自由锻、模锻、轧锻、顶锻、辊锻和扩孔。 一般来说,尺寸小、形状简单、偏差要求不严的铝锻件,可以很容易地在锤上锻造出来,但是对于规格大、要求剧烈变形的铝锻件,则宜选用水(液)压机来锻造。对于大型复杂的整体结构的铝锻件则非采用大型模锻液压机来生产不可。对于大型精密环形件则宜用精密轧环机轧锻。特别是近十年来,随着科学技术的进步和国民经济的发展,对材料提出慢慢的升高的要求,迫使铝合金锻件向大型整体化、高强高韧化、复杂精密化的方向发展,大大促进了大中型液压机和锻环机的发展。 随着我国交通运输业向现代化、高速化方向发展,交通运输工具的轻量化要求日趋强烈,以铝代钢的呼声慢慢的变大,特别是轻量化程度要求高的飞机、航天器、铁道车辆、地下铁道、高速列车、货运车、汽车、舰艇、船舶、火炮、坦克以及机械设备等重要受力部件和结构件,近几年来大量使用铝及铝合金锻件和模锻件以替代原来的钢结构件,如飞机结构件几乎全部采用铝合金模锻件;汽车(特别是重型汽车和大中型客车)轮毂、保险杠、底座大梁;坦克的负重轮;炮台机架;直升机的动环和不动环;火车的气缸和活塞裙;木工机械机身;纺织机械的机座、轨道和绞线盘等等都已应用铝合金模锻件来制造。而且,这些趋势正在大幅度增长,甚至某些铝合金铸件也开始采用铝合金模锻件来代替。 随着国防工业的现代化和民用工业特别是交通运输业的发展,铝合金模锻件的品种和产量,在国际国内市场均存在巨大需求。因此,抓紧建设几条大、中型铝合金锻压生产线是十分必要的、及时的,对国民经济的快速地发展和国防军工现代化有重要的现实意义和长远意义。 多数铝合金的锻造变形温度在350〜450℃范围内,变形温度范围在100℃左右,少数铝合金的变形温度范围甚至只有50-70℃,允许锻造操作的时间较短。这无疑给锻造操作带来极大困难,为争取较长的锻造时间,需要依靠将毛坯尽量加热到上限温度、增加锻造火次和将工、模具预热至更高的温度。 铝合金对应变速率敏感,要选择工作速度较低和速度平稳的锻压设备做锻造。对于铸锭,为防止锻裂,常常要在压应力状态下、低速进行开坯,采用挤压和锻造或者轧制。铝合金模锻时,往往需要在液压机或机械压力机上进行,尽量不在锻锤类锻压设备上进行,锻造设备选择的余地相对较小。 由于铝合金锻造变形温度范围窄,为延长锻造操作时间,应尽可能加热到变形温度允许的上限,这就要求采用高精度的加热炉和温度控制仪表控制加热温度;否则,易产生过热。 多数经过开坯的铝合金半成品的槊性较高,在正常的情况下不容易锻裂;但在锻造过程中应避免激烈变形,以免溢升过高而影响锻件组织和性能,如果不注意操作,采用高速(如使用锻锤)、大变形量锻造,大量变形能转变的热能有可能使锻件温度超过锻造温度的上限,引起过烧,而造成锻件组织和性能不合格。 铝合金的导热率为钢的3-4倍,其优点是毛坯小必预热,就能直接装人高温炉加热;优缺点是在锻造过程中表面散热太快,造成锻造过程中锻件内外温差太大,使得变形不均匀,导致部分会出现临界变形,会造成锻件局部粗晶,使锻件组织不均匀。多数铝合金,尤其是具有挤压效应的铝-锰系合金,挤压棒材表层常见的粗晶环,可能就与毛坯表面散热快以及摩擦大,内外层变形不均匀落入临界变形区有关。为防止热量散失太快,必须把模具和与工件接触的工具预热至300℃或更高的温度。 铝合金与钢质模具之间的摩擦系数大,变形时流动性差,使模锻时金属充满模槽困难,常常要增加工步和模具,并加大校具的圆角半径。 铝合金黏性大,当进行激烈地大变形锻造时,毛坯往往会黏结在模具上,会造成锻件起皮、翘曲等缺陷,还会引起模具磨损,严重时会导致锻件和模具二者都报废。 铝合金对裂纹敏感,锻造过程中产生的裂纹若不及时清理,在随后的锻造中会迅速扩大,导致锻件报废。 (1)铝合金锻件在国际上是一种发展的新趋势。因为汽车轻量化具备极其重大意义(降低油耗,减少环境污染),欧美日汽车巨头都纷纷投入大量人力、财力研究降低汽车重量,采用铝合金代替钢材制作部分零件。例如,日本对铝合金研发投入巨大人力和物力,2009年日本铝合金锻件产量30459t,占模锻件总量2.7%,本田汽车公司2004年10月发表战略报告中指出,每辆轿车将使用200kg铝合金零件(约占轿车总重量20%),其中40kg是铝锻件。 铝合金锻件在国际上是一种发展的新趋势,大多数锻件用于汽车车桥、底盘构件,例如铝合金轮毂和铝控制臂。据统计,铝锻件在世界锻件总量中的占比由1985年的0.5%上升到2002年15%。随着节能环保的发展,今后铝合金锻件必将有很大发展。 (2)铝合金锻件发展迅速。近年来,汽车用铝合金锻件获得加快速度进行发展,由于全球气候变暖,能源紧张。另外,消费者要求乘车舒适,操控灵活,这些都对汽车工业提出严峻挑战,加快汽车工业轻量化发展(轿车重量减轻10%,油耗降低8%~10%)。根据会议资料介绍,美国每辆轿车铝合金使用量(锻件、冲压件)达到36.3%,欧洲和日本每辆轿车铝合金使用量超过自重15%以上,而国产轿车上铝合金使用量较少。汽车专家预测,今后将有更多铝合金锻件替代钢质锻件。 另外,高速列车轻量化也促使采用铝合金零件,例如,某锻造企业就生产高速列车7075高强度铝合金锻件。 阿斯顿·马丁用3D打印出速度最快的自行车,3D打印对自行车行业有何影响? 跑出“加速度” ,国内首个M701J型燃机项目实现双投,“燃”动大湾区! 不锈钢制造、可重复使用,朱雀三号首飞确定,将搅动商业航天江湖超越美国? 国产大规格镁合金锻件ϕ2550*120mm成功出炉!另附11种先进镁合金 这家公司的铣刀成功攻克“卡脖子”,让钢轨“急救车”的铣磨车用上中国铣刀 将“卡脖子”变成“杀手锏”!齐重数控推进“工业母机”国产化,走出自主品牌创新之路