鋁合金精密擠壓技術

　　現代許多工業設備儀器如精密儀器、弱電設備中的部分零件要求小型的、薄壁的、斷面尺寸非常精確的鋁型材，對其尺寸公差要求非常嚴格。型材的壁厚最小的只有0.4 mm，其公差要求為±0.04mm。擠壓生產過程對設備、工模具、工藝要求相當嚴格。通常把這種擠壓技術稱為精密擠壓。


　　1 精密鋁擠壓型材實例

　　有一些小型精密鋁型材的公差比JIS標準中特殊級的公差還小一半以上，一般精密鋁型材要求的尺寸公差在±0.04～±0.07mm之間。


　　電位差計用的精密鋁型材斷面為“︼”型材重量30 g／m，斷面尺寸公差范圍為±0 07 mm。織機用的精密鋁型材斷面為“■”，斷面尺寸公差為±0.04mm，角度偏差小于0.5°，彎曲度為0.83×L。


　　A1050、A1100、A3003、A6061、A6063（低、中強度合金）小型精密擠壓型材的最小壁厚0.5mm，最小斷面積20mm2。A5083、A2024、A7075、（中、高強度鋁合金）小型精密擠壓型材的最小壁厚0.9mm，最小斷面積110mm2。


　　精密鋁型材尺寸公差舉例

　　尺寸/mm 尺寸允許公差/mm

　　JIS特殊級 小型、精密

　　A 2.54 ±0.15 ±0.07

　　B 1.78 ±0.15 ±0.07

　　C 3.23 ±0.19 ±0.07

　　2 精密擠壓技術要求

　　一般說，鋁合金熱擠壓變形程度大，擠壓溫度和速度的變化、擠壓設備的對中性、工模具的變形等都容易對型材尺寸的精度產生影響，而且它們相互影響因素很難克服。圖3列出精密擠壓的影響因素。


　　2.1 對工模具的要求

　　模具是影響擠壓制品尺寸精度最直接的因素，要保證擠壓制品在生產中斷面尺寸不變或變化很小，必須使模具的剛性、耐熱性、耐磨性達到一定的要求。


　　首先要保證模具在高溫高壓下不易變形，有很高的耐熱性，對精密擠壓而言更為嚴格，要求在工作溫度（500℃左右）下，模具材料的屈服強度不小于1200N/mm2。其次需要有高的耐磨性，這主要決定于氮化層硬度和厚度，一般要求氮化層的硬度在1150HV以上，氮化層深度在0.25 mm～0.45mm之間，而氮化后模具尺寸的變化應在0.02mm以內。


　　對于斷面有懸壁的實心型材和空心型材，還要考慮模具的彈性變形，為了使模具保證一定的剛度，可以考慮適當增加模具的厚度或配形狀相似的專用墊。


　　為控制型材開口尺寸的變化，可以在模子上開導流槽來控制金屬的流動。


　　2．2 對擠壓工藝要求

　　擠壓方法對制品的精度有影響。正向擠壓一般容易出現前端（開始擠出部分）比后端的壁厚較大的現象，反向擠壓制品的前后端壁厚變化很小，如圖5所示。因此采用反相擠壓較容易控制制品尺寸的精度。

　　擠壓制品在熱狀態下冷卻會產生收縮變形．其變形量S%

　　沿擠壓方向的位置／m 中：


　　s％——收縮率；


　　lt——熱狀態的斷面尺寸；


　　l0——冷卻后的斷面尺寸；


　　a——熱膨脹系數；


　　Te——擠壓溫度；


　　Ts——周圍環境溫度。


　　可知，溫度的變化會引起制品尺寸的變化，溫度變化越大，其變形量越大，因此要保證制品尺寸的精確，擠壓機應有Tips控制系統（等溫擠壓系統）。即采用等溫擠壓。如擠壓機沒有這種裝置，對鋁棒可采用梯度加熱，做到近似等溫擠壓，總之要保證制品前后端溫度一致或相差較小。


　　另外，可以看出，擠壓溫度越高，產生的變形越大，因此在保證制品力學性能情況下，盡可能來用較低的擠壓溫度。


　　擠壓速度的變化也會使制品的尺寸發生變化，特別是有開口的制品易引起開口尺寸的變化，應采用等速擠壓、現代擠壓機一般都有Fi控制系統（等速擠壓控制系統）。


　　制品從擠壓模孔出來的冷卻至關重要，必須保持均勻、恒定的冷卻速度，使制品的收縮保持一致。


　　2.3 對設備的要求

　　擠壓機的品質影響擠壓制品的精度。一般要求擠壓機張力柱為預應力的整體結構，設備的剛度和對中性要好，一般擠壓軸、擠壓筒、模具、送料機械手之間最大允許偏差小于1.5mm，通常控制在1.2mm以內。對于精密擠壓而言，模具、擠壓筒、擠壓桿中心偏差應小于0.2mm用于精密擠壓的擠壓機應有等溫擠壓控制系統和等速擠壓控制系統，至少應有等速擠壓控制。


　　除此之外，模具應有冷卻裝置，確保模具在一定溫度下的剛性、耐磨性和尺寸的穩定性。

　　2.4 對鑄棒材質的要求

　　鑄棒的成分、組織不均勻，有夾雜、偏析、晶粒粗大等缺陷都會影響金屬的流動和變形，使制品的尺寸發生變異。對于精密擠壓而言，對鑄棒的材質要求更為嚴格，必須經過均勻化處理，晶粒應控制在一級以內。


　　3 結束語

　　精密擠壓是一項綜合性技術。要求模具的材質、設計、制造非常嚴格；擠壓機必須是先進的設備；根據不同的制品斷面選擇不同的擠壓方法和工藝；鋁棒需經均勻化處理，其組織、性能必須均勻。只有這樣才能滿足精密擠壓的要求。