铝合金锻压生产技术及锻件的开发与应用

收稿日期: 2011 － 02 － 14
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铝合金锻压件的特性及应用领域
铝合金锻压件的特性
①密度小， 只有钢锻件的 34% ， 铜锻件的 30% ， 是 轻量化的理想材料; ②比强度大、 比刚度 大、 比 弹 性 模 量大、 疲劳 强 度 高， 宜用于轻 量化要求 高 的 关键 受 力 部件， 其综合性 能远远高于其它材料;
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高温 下 保 持 优 秀 的 强 度 及 耐 蠕 变 性， 焊接性能良好。 高温强度优秀 中温下的强度高， 热膨胀系 数 小， 耐 磨性能好。
飞机、 火箭部件及车辆材料。 活塞、 增压 机 风扇、 橡胶 模具、 一般 耐 热部件。 活塞和耐磨部件。
2618 － T6
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4032 － T6 1100 － 0 1200 － 0 5083 － 0 耐 蚀 铝 合 金 5056 － 0 6061 － T6 6082 － T6 6070 － T6 6013 － T6 6351 － T6 6005A － T6 注: A － 优; B － 良; C － 一般; D － 差
铝合金锻压生产技术与发展水平
国外发展状况与水平分析 锻件生产 是一个 很 古老 的行业， 铝合金锻件的 大
大品 质 、 增加 规格、 提 高 质 量 和 生产 效率、 保 护环 境、 降低劳 动 强 度、 提 高 经济 效益 等 方 面 发 挥 了 重 大 作 用。专用的计 算 机软 件 控 制 锻 造 温 度、 压 力、 变形程 工艺润滑等工艺 参 数， 控 制制 品 尺寸、 内 度( 欠 压 量 ) 、 部组织和力学性能等提供了可靠的保证。 锻模的设计与制造 是 铝合金锻压技术的 关键， 锻 件 CAD / CAM / CAE 系 统 已 十 分 成 熟 和 普 及， 美国 CAD / CAM / CAE 系统正 被 CIM ( 计 算 机 一 体 化 ) 所 代 CAD / CAM / CAE 替。CIM 包括成套技术、 计算机 技术、 技术、 机器人、 专 家 系统、 加工计 划、 控 制 系统 以 及 自 动材料处理等， 为模锻件的 优化 设计 和 工 艺 改 进 提供 羊角、 轮毂、 曲轴等零件 了条件。 如汽车 工业 对前 梁、 的设计和工艺 过 程 优化， 使 羊角减 重 15% ， 轮毂 减 重 30% ， 曲 轴 减 重 20% ， 大大 降 低 了 能 耗， 提 高 了 生产 效率。 产品品 种和质 量获得了 突破 性 进 展。 目 前 世 界 上研制开发的锻 造 铝合金有 上 百 种， 十 几个状 态， 可 大批量生产 不 同 合 金、 不 同 状 态、 不 同 性 能、 不同功 能、 各种形状、 各种 规格、 各种 用 途 的铝合金锻件， 规 模在 30000 吨 / 年以上 的 大 型 企 业 已 有 十 来 家。 可 生
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有色金属加工
第 41 卷
③内 部 组 织 细 密、 均 匀、 无 缺陷， 其可 靠 性 远远 高 于铝合金铸件和压铸件， 也高于其它材料铸件; ④铝合金的 塑 性 好， 可 加工 成 各种 形状 复杂 的 高 精度锻件， 机 械 加工 余 量 小， 仅 为 铝合金 拉伸厚板 加 工余量的 20% 左右， 大大节省工时和成本; ⑤铝锻件具 有 良好 的 耐蚀 性、 导 热 性 和 非 磁 性， 这些都是钢锻件无法比拟的; ⑥表 面 光 洁、 美 观， 表 面 处 理 性 能 良 好， 美观 耐用。
飞机部件、 宇航材料、 结构部件。
飞机、 船舶、 汽车部件、 结构件。
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飞机、 船舶、 汽车部件、 结构件。
高强、 高韧、 高抗应力腐蚀裂纹 的 系 列 新 合 金， 综 合 性 能 优 于 7075 、 7475 － T73 。
用于高受 力 部件， 特别 是大 型 飞 机 关 键部件及宇航材料和重要结构材料。
2 产的铝合金模锻件的 最 大 投影 面 积 达 5m ( 750MN ) ， 最长的铝锻件达 15m， 最重的铝锻件达 1． 5 吨， 最大的
量生产应用是从 20 世纪 50 年代开始的。经过几十年 的现代化改造， 无论工业 装 备、 模具 设计 和 制造、 生产 工艺和技术， 还 是 产 品品 种 规格、 生产 规模 和质 量 等 都得到 飞 速 发 展， 尤 其 是 美 国、 俄罗斯、 德 国、 日 本、 法 国、 意大 利、 捷 克、 奥 地 利、 瑞士 等 国， 锻压生产的发 展 达到了 相当 高 的 水 平。 目 前， 全世界有锻压厂上千 家， 锻压 机 数 千 台， 年产锻件 近 500 万吨， 其 中， 铝合 金模锻件约 30 万吨( 年 需求 近 50 万吨 / 年) 。 全 球 有 水( 液 ) 压 机 500 余 台， 其 中 100MN 以 上 的 大 型 水 ( 液) 压机 10 余台。300MN 以上的重型锻压机的 分 布 情况是: 俄罗斯 4 台 ( 其 中 2 台 是 750MN ) ， 为世界之 最; 美 国 5 台 ( 其 中 包 括 2 台 450MN ) ; 法 国 1 台 为 650MN; 德 国 2 台; 中国 1 台 ( 中国 正 在 建 设 和 制 造 450MN 和 800MN 巨 型 模 锻 液 压 机 ) ; 罗 马 尼亚 1 台; 英国 1 台。这些 大 型 水 ( 液 ) 压 机 的 主要 特点 是 结 构 紧凑、 功能多、 自动化程度 高、 配 备 有 操 作机和 快 速 换 模装置、 平面 配置 合 理、 有 利 于 连 续 作 业、 生产效率 高。此外 随 着 铝合 金 模 锻 件 大 型 化、 精密化程度提 高， 大型精密 多向 模 锻 液 压 机 日 益 受 到 重 视， 各国已 拥有多台大型 多向 模 缎 液 压 机， 其 中 美 国 3 台， 最大 为 300MN; 法国 1 台为 650MN; 英国 1 台为 300MN; 中 俄罗斯 2 台为 200MN 和 500MN; 德 国 1 台为 100MN， 国 1 台为 350MN。多向模锻机 属 于 精密 锻压设 备， 配 备了 PLC 和计 算 机控 制 系统， 可 对 能 量、 行 程、 压 力、 速度进 行 自 动 调 节， 对 关键 部件 最佳 工 作 点 进 行 控 制， 对各项工作状态进 行 监 控和 显示， 对 系统 故障、 设 备过载、 过温和 失 控 等进 行 预 报 和 保 护， 对制品质量 进行控制。有的 还包括 有 偏 移 检测、 同 步 系统、 工作 台和机架 变 形 补 偿、 磁 包 存 储 器、 集 成 电 路、 光纤通 讯、 彩色屏等， 可实现全 机 或 全 机 列， 甚至 整 个车 间 的 自动控制与科学管理。 除 此以 外， 为 了 生产 各种 规格 和品种的大、 中 型 精密 锻件， 各 国 还装配 了 各种型 号 50 吨 以 上 的 大 型 锻 锤、 的精 锻 机， 平 锻 机 及 5 ～ 12m 的大型精密 轧 环 机， 如 美 国的 12m、 俄罗斯 的 10m 精密轧环机， 中国 也 装 备了多 台 5m 的 精密 轧 环机。 铝及铝合金锻压生产技术 方面 研 制 开发出 了大 量的新工艺、 新 技术， 如 液 体模 锻、 半 固 态 模 锻、 等温 锻造 、 粉末锻 造、 多向 锻 造、 无 斜 度精密模 锻、 分部模
锻造铝合金的特性及用途
焊 接 性 特点 主要用途
锻造性、 塑 性 好， 耐蚀 性 差， 是典型 的硬铝合金。
飞 机 部件， 铁 道 车 辆， 汽车 部件， 机器 结构件。
超硬锻造合金， 耐蚀性、 抗应力 腐 蚀 裂纹性差。 通过适当的时效处理改善了 抗 应力 腐蚀裂纹性能， 强度低于 T6 。 强度、 韧性、 抗应力腐蚀裂纹 性能 均 优于 7075T6 的新型合金。
可见， 铝锻件 具 有 一 系 列 优 良 特 征， 为 铝锻件 代 替钢、 铜、 镁、 木材和塑料提供了良好条件。 2． 2 铝合金锻件的应用领域 近几年来， 由于铝 材成 本 下 降， 性能 提 高， 品种规 格扩大， 其 应用 领域 越来越大。 主要 用 于 航 天 航 空、 交通运输、 汽车、 船舶、 能 源 动 力、 电 子通 讯、 石油化 工、 冶金矿山、 机 械 电 器 等 领域。 主要 锻 造 铝合金的 特征及用途见表 1 。
第 41 卷 第 1 期 2012 年 2 月
有色金属加工 NONFERROUS METALS PROCESSING
Vol. 41
No. 1
February 2012
铝合 金 锻 压 生产技术及锻件的开 发 与应用
1 2 刘静安 ， 盛春磊
( 1 西南铝业( 集团) 有限责任公司， 重庆 401326 ) ( 2 上海捷如重工机电设备有限公司， 上海 200232 ) 要: 全面系统深入地介绍了铝合金锻压生产 在 国 民经济 中的 重要地位、 生产 现 状 及发 展水平， 分析 了 锻
摘
件的市场需求及应用前景， 建议我国抓紧建设 几条大、 中 型 铝合金锻压生产 线， 这对 国 民经济 的 高速 持 续 发 展和国防军工现代化有重大的现实意义和长远意义。 关键词: 铝合金锻压生产; 大、 中型铝合金锻件; 生产技术; 发展水平; 应用开发; 飞机铝锻件; 汽车铝轮毂 中图分类号: TG316 文献标识码: A 文章编号: 1671 － 6795 ( 2012 ) 01 － 0001 － 05
表1
强 类别 合金及状态 度 2024 － T6 2124 － T6 2424 － T6 7075 － T6 7175 － T6 7475 － T6 高 强 度 铝 合 金 7075 － T73 7475 － T73 7175 － T736 7050 － T73 7150 － T73 7055 － T73 7155 － T79 7068 － T77 2219 － T6 耐 热 铝 合 金 A B A B A B A D B B A D A C A D B C A D 耐 蚀 性 切 屑 性
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锻压生产在国民经济中的重要地位
飞机上锻压件的 重量占 70% ， 坦 克 上 占 60% ， 汽
车上占 50% ， 电 力 工业中 水轮 机 主 轴、 透 平 叶 轮、 转 子、 护环等均 是 锻压 而 成。 由此可见， 锻压生产 在 工 业行业中占有极其重要的地位。 铝合金 由 于 具 有 密度 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。 近十年来， 随 着 科 学 技术的 进步 和 国 民经济 的发 展， 对材料提出越来越高的 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。
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。 一般来讲， 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。
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 的呼声越来越大， 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 和 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 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。 目 前， 世 界 上 大 型 锻压 液 压 机 为 数不多， 中国 更 是寥寥无几， 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， 不仅不能满足国内市 场 的 需要， 且国际市场也有很大 缺口。因此， 我 国 抓紧建 设 几条大、 中 型 铝合金锻压 生产线对国 民经济 的 高速 发 展 和 国 防 军 工 现 代化 具 有重要的现实意义和长远意义。
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强度低、 耐腐蚀、 热、 冷加工 性能 好， 电子 通 讯 零 件， 电子计算机用记忆 切削性不良。 腐蚀性强、 焊 接性 及 低温 力学性能 好， 典型的海军合金。 磁鼓。 液化天然 气 法 兰 盘 和 石 化 机 械， 舰船 部件和海水淡化结构。
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强 度 中 等、 腐 蚀、 抗 疲 劳， 综合性 能好。
航空航天、 大 型 汽车车 辆 和 铁 道 车 辆 材料及转动体部件。
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耐腐蚀性良好， 强度略高于 6061 。
增压机风扇， 高速 列 车车 厢 材 料 及 运 输机械部件等。
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锻、 包套 模 锻 等， 对 简 化 工 艺、 减 少 工 序、 节 省 能 耗、 扩
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