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一、熔铸技术 熔炼和铸锭生产是铝合金压力加工生产过程中首要的、不可少的组成部分，它不仅给压力加工部门提供所必需的铸锭，而且铸锭在很大程度上影响着加工过程的工艺性以和制品质量。熔铸生产的主要任务就是提供符合加工要求的优质铸锭。铸锭成型方法及设备如下所述：铸锭成型方法，随着铝生产发展的需要，不断地在发展，现有几十种以上的铸锭成型方法。目前我国广泛采用：块式铁模铸锭法，连续及半连续铸锭法，连续铸轧等三种方法。 （一）块式铁模铸锭 块式铁模（水冷模）铸锭是目前我国小型铝加工厂和铝制品厂板材铸锭的主要生产方法，约占板材铸锭的2/3，其特点是：生产方便灵活，设备费少，利用余热加工，省去铣面和加热工序，各向异性小，深冲性能好，但铸锭质量差，成材率低，劳动条件差。铝合金常用的铸铁模有：对开的厚壁铁模、对开的水冷漠，以水冷模最多。 （二）半连续铸锭（DC） 半连续铸锭特点：由于浇铸过程是连续地、稳定地进行，允许用较低的铸造温度，并减少了液流的冲击作用，从而减少了夹杂、气孔和缩孔等缺陷，提高了成材率。缺点是由于铸锭受强烈直接水冷，产生收缩，应力大，铸锭裂纹倾向大。 半连续铸锭设备：主要是半连续铸造机，该机包括：铸造平台、升降台、传动装置、铸锭底座、水冷系统。 （三）连续铸轧 连续铸轧法的分类及特点：连续铸轧法使液态金属一次成坯或成材，简化了生产过程，减少了大量的设备投资和来源消耗，铸轧结合提高金属组织的致密性，消除了缩孔、疏松，减少了偏析等缺陷，省去切头切尾，提高了成材率。按铸轧的生产方式和特点分以下三类：双辊连续铸轧法、轮带式连续铸轧法、双带式连铸法。 1、双辊式连续铸轧法：在两个旋转辊的辊缝间，将液体金属从一方浇入，从另一方连续铸轧出板坯，因为金属在两辊之间既有结晶过程又有一定热变形，所以称之为双辊铸轧法。 2、双辊铸轧法：有下注式、倾斜式、水平式3种，3种铸轧机组配置如图1所示。  图1 双辊式连铸生产方法示意图 1－流槽；2－浮漂；3－前箱；4－供料嘴 3、双动式连铸法：金属液通过两条相互平行的无端带间组成连续的结晶腔而凝固成坯的装置，其种类如图2a、图2b、和图2c所示。  图2 双动式连铸法的连铸机 1－美国Hazelett连铸机；2－瑞士Alusuissell双履式连铸机； 3－美国Hunter－Dougles连铸机 二、压铸技术 压铸是一种多快好省的先进技术，是美国人布鲁斯于1838年发明的，至今已有150余年的历史，由于压铸件具有质量轻、耐腐蚀、导热、导电性能高等优点，广泛应用于现代工业的各部门如汽车、精密仪器、电讯器材、医疗器械、日用五金、航空、航海和国防工业等。西南铝加工厂压铸车间已装备十几台各种规格的压铸机，生产各种型号的压铸件，现在正在生产汽车轮毂，外销日本，就目前铝加工发展趋势来看压铸业是很有前途的。 （一）技术理论 压力铸造是利用高压将溶融金属压入精密的模具型腔内，并在压力下冷却凝固成型，从而获得高精度产品的一种铸造方法。 与一般铸造方法相比，压铸工艺具有以下特点：（1）生产速度快；（2）可获得薄壁、质量轻、强度大、形状复杂的制品及金属组合件；（3）尺寸精度高、加工余量少；（4）产品表面质量好；（5）产品的合金种类一般为铝锌合金；（6）不适合小批量生产。 （二）压铸方法 1、真空压铸（GF）法：在压射溶液前抽同模腔中的空气，减少压铸时气体的卷入，从而减少压铸件的含气量及气孔率，提高铸件质量。 2、无孔压铸（DF）法：也称作加氧保护压铸法，将氧气充满模腔，在压铸时氧与铝发生反应成微小的氧化铝颗粒从而阻止铸件内形成气孔。 3、层流填充压铸法：用比普通压铸法浇口截面积大4～10倍低速填充（1.5～1.6m/s）而使溶液以层流状态流入模腔，由液流的前端排除模腔中的空气，然后进行压铸的方法。 4、立式加压铸造法：是介于高压凝固铸造法和挤压铸造之间的一各铸造加工方法，此主法主要是在压铸件凝固的全过程中保持一定时间所加压力。 5、双冲头压铸（ARD）法：具有精密、快速、致密压铸法等特点，其优点为：减少废品，提高密度、强度，质量均匀，可热处理，焊接和烤漆等。 6、振动压铸法：用电动机带动偏心轴而使安装在型腔内的型芯产生往复运动，使压入的金属液在内腔壁上抛出，并在结晶过程中产生收缩，使芯和金属液之间形成间隙，保证了模具压溃性，从而使收缩变得容易。 7、卡尔压铸法：卡尔压铸法采用立式压铸机，压模水平分型，有上下两个冲头，合模后下冲头上升封闭浇铸系统，注入金属液后，上冲头下压，使下冲头下移，金属液流入型腔，铸件凝固后上半型上升，上冲头不动，当上冲头上升时，铸件完全退出压模。该法具有以下优点：不易夹渣，热量集中在压室内损失小，不需过热，减少飞边，提高铸模寿命。 8、半凝合压铸法：半凝合压铸法有两种方法，一是液固两相混合体可用浆液状直接压铸，也称半凝铸造；二是预铸成块，在需要时再重新加热到铸造温度后进行压铸，即熔融铸造。 9、铝及铝合金热室压铸：热室压铸具有以下优点：压室装料时，空气不与金属液接触；金属液成分均匀，充分利用设备，生产率高，废品率低。 （三）压铸工艺 压铸工艺过程如图3所示。  图3 压铸工艺过程流程图 压铸工艺参数主要包括：铸造温度、模具温度、脱具温度、铸造周期、铸造压力、浇口速度、填充时间。压铸技术设备以日本荣兴社铝压铸厂为例，其技术性能参见表1。 表1 日本荣兴社压铸厂设备技术性能表
（四）压铸设备 压铸设备主要包括：（1）压铸机；（2）浇注装置；（3）压铸工艺自动控制系统；（4）质量检测系统；（5）压铸优化设计系统。 一套完整的压铸机包括：（1）主机部分：合模装置、压射装置、铸件顶出装置；（2）辅助部分：供料装置、铸件取出装置、脱模剂喷涂装置；（3）溶化炉、保温炉。 随着压铸件应用范围的不断扩大，为满足市场的需要，积极研究开发耐压、耐磨蚀、易切削高强度以及特殊用途的铝合金压铸工艺，是现代铝合金压铸发展的方向。 三、板带材轧制技术 在铝及铝合金板带生产中，按板带材生产厚度分类可以为厚板、中厚板、薄板三类。厚度大于或等于8.0mm的称为厚板，中厚板厚度为5.0～7.0mm，厚度为0.3～4.0mm的称为薄板。板带材轧制按其生产方式分类有以下4种：按轧制温度可分为热轧、温轧、冷轧；按热轧方式可分为有锭轧制和无锭轧制；按冷轧制式可分为块片式轧制和带卷轧制；按轧机排列方式分为单机架轧制、半连续轧制和连续轧制，本文以轧制温度分为热轧和冷轧来论述板带材轧制。 典型的三种板带材轧制工艺流程如图4、图5和图6所示。  图4 用铁模铸锭轧制板带材工艺流程  图5 用半连续铸锭轧制铝合金板带材常用工艺流程  图6 典型的板带材轧制工艺流程 工艺流程简要说明： （一）蚀洗 为消除铣面与锯切后锭坯表面的乳浊液，油污残留刨屑及表面擦伤等缺陷，对LY6、LY7、LY11、LY12、LY16、LD10等合金的锭坯、纯铝锭坯以及包铝板都需蚀洗。 蚀洗工艺：碱洗－冷水洗－酸法（中和）－冷水洗－热水洗。 （二）包铝 为提高合金制品的抗蚀性能，在锭坯表面包上一定厚度的包铝板，经热轧后与基体焊合在一起。 （三）加热 锭坯的加热温度根据合金选定。 （四）热轧 块式法生产采用二辊或三辊轧机，热轧后板厚为4～6mm，带式法生产板带材采用单机架热轧，轧后带坯厚度为6～8mm；双机架热轧后带坯厚度为2.5～5mm；半连续热轧带坯厚度为3～6mm。 在热轧过程中，必须对一些重要项目进行控制，目前所能控制的项目如下： 1、轧制温度：轧温与热处理条件相结合，决定结晶组织方向性等基本的材料特性。 2、表面质量：多数表面缺陷起因于热轧工序，应当特别注意轧制油的选择和管理，刷辊的控制与辊道的划伤等。 （五）冷轧 现代铝加工厂广泛采用带式法生产，所用轧机有单机架带卷取装置的可逆冷轧机和多机架半连续冷轧机，冷轧的重要控制项目为：板形控制，板厚控制及表面质量。 （六）精整 采用带式法生产的带卷，除成卷供应外，需在矫直前剪切成板材，剪切可在退火或冷作硬化状态下进行，卷材边部裂纹、锯齿等缺陷需剪掉，板材精整矫直采用滚平压光、多辊矫直和拉伸矫直。 （七）热处理 铝合金材料可采用退火、淬火以及时效进行热处理。 四、型棒材挤压 目前，铝和铝合金型、棒材品种近三万种，大部分是用挤压方法生产的，这主要是由于铝和铝合金型棒材规格品种繁多，尺寸表面质量要求严，批多量少等特点决定的。 挤压方法的主要优点有： （一）金属在挤压筒内处于三向压力状态，因而可充分发挥金属塑性； （二）能生产各种复杂断面的实心和空心型材； （三）对含有Mg、Mn、Cr、Zr等元素铝合金来说，可获得挤压效应。 挤压与轧制相比较，其产量低、成本高、成品率低、加工费用高。 典型的挤压工艺流程如图7所示。  图7 典型挤压工艺流程 现代生产方法中应用最广泛的挤压方法有：正向挤压法、反向挤压法，其他还有连续挤压法、侧向挤压法、联合挤压法、静液挤压法以及由正向挤压法发展起来的冷挤压法、宽展挤压法、润滑挤压法、扁挤压筒挤压法、异型挤压法等。下面简单介绍其中的几种。 1、正向、反向挤压法 正向挤压法特点：挤压时挤压筒一端紧靠梁并且被模支承封死，挤压轴在主柱塞力的作用下向前挤压，迫使挤压筒内金属流出模孔。目前绝大多数型棒材都采用正向挤压法生产。 反向挤压法特点：现代专用的反向或反/正用挤压机有双挤压轴，挤压时模轴固定不动，挤压筒紧靠挤压轴，在主柱塞和挤压筒柱塞力的作用下，挤压轴和挤压筒同步向前移动而模轴逐步进入挤压筒进行反向挤压，反向挤压特别适合用于硬合金型棒材及要求精度高，组织细密的制品。 2、康福姆（CONFORM）连续挤压法 康福姆连续挤压是一种新的铝合金连续挤压法，其特点是利用送料辊和坯料之间的接触摩擦力而产生挤压力并同时将坯温度提高到500℃左右。康福姆挤压法的优点：可以一次成形，生产出尺寸小、壁薄的型材、管材、成品率高，一般可达98.5%，毛坯无需加热，设备造价低，可以连续生产，生产效率高。缺点：目前只适应于尺寸小的和软合金制品的生产，规格品种均受到限制，中国引进的康福姆连续挤压机与卡斯特克斯连续挤压铸机简明技术参数见表2。 表2 康福姆连续挤压机与卡斯特克斯连续挤压铸机简明技术参数
3、静液挤压法 挤压筒中的铸锭周围充满高压机油，铸锭在无摩擦的条件下挤压。 各种管棒型材挤压方法的应用情况见表3。 表3 各种挤压方法的应用
五、管材生产 （一）生产方法及工艺流程 铝及铝合金管材可用热挤压、冷挤压、冷轧制冷拉拔（包括盘管拉伸）冷弯、焊接。旋压、康福姆挤压等方法生产。 铝及铝合金管材的用途很广，飞机、火箭上的导管，小型导弹壳体，原子反应堆中的轴棒套管，电讯雷达系统的导波管以及航空交通运输中要求刚度大、质量轻的结构件都大量采用各种形状的铝及铝合金管材。表4是常用的铝及铝合金管材技术标准名称、代号、合金牌号及规格范围。 表4 铝及铝合金管材
目前，铝及铝合金管材生产方法较多，比较有实用意义的方法及其优缺点见表5。 表5 铝及铝合金管材的主要生产方法
管材生产的工艺流程如图8、图9和图10所示。  图8 热挤压生产工艺流程  图9 热挤压－拉伸生产工艺流程  图10 热挤压－冷轧制－减径拉伸 （二）挤压工具和设备 挤压工具和设备有： 1、挤压模：挤压管材所采用的模子主要有锥形模和组合模。 2、挤压针：挤压针的基本类型有两种：固定在没有独立穿孔系统挤压机轴上的随动针，固定在有独立穿孔系统挤压机的针支承上的瓶口状针或圆柱形针－固定针。 3、挤压垫片。 4、冲头。 （三）冷挤压 这种方法对生产工序复杂的铝合金薄壁管及难变形材料具有重大技术和经济效益，它是根据金属塑性变形原理，在相当大的压力和较高速度下，迫使冷态金属在模腔内塑性变形，并一次完成组织过渡，达到所需形状尺寸和一定性能的产品。 （四）管材轧制 管材轧制可分为热轧、冷轧两大类，比较常用的热轧管方法是穿孔斜轧、横向辊轧以及热旋压等。用冷轧方法生产的管材尺寸精确、表面质量高，因此常用此法生产，它的毛料由热压供给，冷轧管的种类很多，目前比较有效和常用的方法是周期式二辊或多辊冷轧管以及横向多辊旋压等。 多辊横向旋压管其工艺流程：加热－热旋压－切头尾－冷旋压－切成品－退火。 （五）管材拉拔 拉拔制品具有高的尺寸精确度和光洁表面，所使用的设备和工具简单、容易制造。目前，对于直径100mm以下的管材仅能用拉拔方法生产，管材拉拔方法分为：无芯头拉拔（空拉）、短芯头拉拔、长芯头拉拔、游动芯头拉拔和扩径拉拔等。 管材拉拔工艺分： （1）管坯准备：1、切断；2、退火；3、打头；4、外表面修理；5、内外表面润滑。 （2）拉拔配模。 六、锻压生产 锻压是金属压力加工主要方法之一，其实质在于利用金属的塑性，使坯料在工具的冲击或压力作用下，成为具有一定形状的工件的加工过程。锻造加工的目的，不仅为了得到形状和尺寸最大限度地接近成品零件工件，而且能够改善金属组织和提高机械性能，与切削、铸造以及其他加工方法相比这是一个显著的优点。 锻压加工在机器制造、汽车、拖拉机和国防工业部门中占有很主要的地位，近年来，由于航空工业迅速发展，锻压在航空工业生产中的应用越来越广泛。 自由锻件的典型生产工艺流程参见图11。  图11 自由锻件和模锻件的典型生产工艺流程 七、铝箔生产 铝箔是很薄的带材，在不同国家，厚度不同。我国定为0.2mm以下，铝箔生产以0.4～0.6mm的退火带卷坯为原料，经3～6道次轧制成所要求的厚度，厚度轧制至0.09～0.014mm时则进行双合叠轧，铝箔生产基本工艺流程如下：液体铝→铸锭→锯切→铣面→铸锭加热→热轧→热轧带卷→冷轧→切边/分边→铝箔毛料→退火→初轧→合卷→精轧→铝箔→分切和切边→成品退火→包装→发货。 （一）铝箔坯料 铝箔坯料生产有铸锭热轧和连铸轧两种方法。铝板带生产铝箔采用铸锭热轧法、即半连续铸造出的铸锭经铣面后，加热热轧至0.4～0.6mm。 （二）坯料退火 经冷轧后的带卷坯料塑性差，为进行箔材轧制必须给予退火炉中进行，退火温度一般为400～500℃，退火周期6～12h。 （三）轧制 规模较大的铝箔车间，根据所轧箔材的厚度和轧机专业分工，将轧制工序分为粗轧、中精轧等工序，轧制程序见表6。 表6 铝箔轧制程序表
（四）分卷 分卷是将叠轧的两张箔材分开，分别卷在两个套筒上。 （五）成品退火 箔材成品退火的目的不仅是为了提高作为包装材料所必需的塑性，而且也是为了消除箔材表面上残留的轧制油，获得表面无油渍、光亮的箔材。 （六）剪切 箔材剪切时应避免边部不齐或损坏的缺陷。其生产的原因是刀片位置不对或刀片不锐所致。 （七）检查 检查包括：卷材外观检查、尺寸检查和表面质量检查。 现代化铝箔生产向大卷、宽幅高速和自动化的方向发展，现代化铝工业生产所达到的水平是：轧辊长2200mm，轧速2500mm/min，自控板形和测厚，产量达3t/h，成品率大于80%，铝箔厚度0.005mm，箔宽2000mm，卷重10t以上。到1997年底，中国共有铝箔生产企业78家，有轧机322台，这些小型轧机的生产能力为43.96kt/a，而我国铝箔需求量以及我国铝箔进口量见表7。 表7 我国铝箔需求量及进口量 （t）
八、铝合金粉末生产 铝合金粉末的制造方法及其冶金技术，作为下一代材料的制造技术，近几年颇为引人注目，因为这种方法能够制造出过去广为使用的铸造法无法得到的各种合金的过饱和固溶体粉末及其成形体，能够制造重量轻而且强度、刚性、耐热强度、耐磨性均能与钢铁材料相匹敌的新型材料。 目前的铝合金粉末，又称作PM铝制品，目前主要分为两类，其性能及加工工艺如下。 （一）普通PM铝合金 这类铝合金特点是：具有与铸锭合金（IM）铝合金相应的化学成分，利用常规PM工艺（即冷压、烧结工艺）直接得到零件。主要用于汽车、仪表等。 1、合金。普通PM合金主要有三类：（1）2014即Al－Cu－Mg系合金；（2）6061即Al－Mg－Cu－Si系合金；（3）7075即Al－Zn－Mg系合金。 2、合金用途：广泛用于缝纫机、办公器材、汽车工业等。 （二）高性能粉末冶金合金 1、合金成分。目前高性能PM铝合金主要有以下几类：（1）主强度耐腐蚀PM铝合金；（2）低密度、高刚性PM铝合金；（3）高温度PM铝合金；（4）PM铝基复合材料；（5）耐磨、低热膨胀系数粉末铝合金。典型高性能PM铝合金成分见表8。 表8 典型高性能PM铝合金的成分部分性能
2、生产工艺 生产工艺如下： （1）冷压→装罐→除气→热压→除罐………………→Ⅰ （2）敞盘除气→冷压→装罐→热压→除罐…………→Ⅰ锻压 （3）敞盘除气→冷压→真空热压……………………→Ⅰ挤压 （4）敞盘除气→直接成形……………………………→Ⅰ半成品 （5）冷压→烧结………………………………………→Ⅰ 另外，高性能铝合金粉末冶金制备工艺的主要特点表现在其制粉与致密化两个方面。 除了以上所述的粉末冶金制造铝及铝合金粉末外，其他各种粉末制造方法及用途参见表9。 表9 粉末冶金铝合金制造方法
喷雾法：该法是用高压气体冲击从坩埚等容器底部细流出的铝或铝合金熔体使之粉化的方法。 水中滴下法：是把溶体从小孔滴入水中得到粉末的方法。 ①用途：（1）保温材料；（2）脱氧材料；（3）介质；（4）火药、火箭燃料；（5）水泥发泡剂；（6）粉末冶金；（7）涂料、油墨颜料；（8）制动器材；（9）耐火砖。 熔体搅拌法：是在空气中激烈搅拌处于半熔融状态的铝及铝合金熔体的方法。 离心力粉化法：该法是利用离心力粉化熔化熔体的方法，其原理是把铝熔体定量供给侧壁有许多孔的旋转筒，依靠旋转筒离心力使熔体粒子飞散。 九、线材生产 （一）线材的生产方法 线材是金属材料中的主要品种之一，它在电气工业、航空工业及机械制造业等部门中广泛应用。铝及铝合金线材主要分为铆钉线、焊条线及导线三类。线材常用的生产流程参见图12。 图12 常用线材生产工艺流程 目前，生产线毛料的主要方法有挤压法、轧制法和连续铸造法3种，在实际生产中铆钉线多用挤压线毛料，导线多用轧制和连续铸造的线毛料，各种线毛料生产方法优缺点见表10。 表10 各种线材毛料生产方法的优缺点比较
（二）线材的拉拔 在拉伸力的作用下，通过截面逐渐减小的拉拔模孔，控制线材圆形断面制品的金属压力加工方法。 线材拉拔设备：用于铝合金的拉线机主要是一次拉线机，多次积蓄式无滑动拉线机。一般情况下，一次拉线机用于生产成品直径较大、强度较高、塑性较差而且线坯不焊接的线材，而二次积蓄式无滑动拉线机则常用于生产较小规模或中等强度的铝合金线材，纯铝线常用更多次的积蓄式无滑动拉线机拉伸。 拉伸辅助设备：（1）焊接机；（2）研磨设备；（3）碾头设备。 （三）铝线连铸连轧 在铝线材的三种生产方法中（挤压法、铝杆轧制法和连铸连轧），从生产成本和后续工序考虑，认为用连轧法生产铝材具有较大优势，连铸连轧法包括普罗泊泽铝连铸连轧、赛西姆铝线连铸连轧等，下面主要介绍普罗泊泽生产方法。 20世纪50年代，世界上生产铝线材分两步：铸造铝杆然后轧制，普罗泊泽铝线连铸连轧法把两步合成一步，即把熔融金属的连续铸造与连续轧制结合。 该铝线材生产线的主要设备有：熔炼炉、静置炉、铸造机、剪切机、轧线机、探伤仪、线材剪切机、卷取机等，辅助设备有冷却水系统及连续轧制结合。生产铝线、铝杆规格品种见表11。 表11 普罗泊泽法生产铝杆类别
十、DI罐的生产 随着我国饮料业的发展，我国饮料业改变了传统包装技术，大规模采用铝制易拉罐。由于铝制DI罐质量轻，卫生、美观，易回收等特点，占领了广大饮料市场，因此铝制DI罐的加工生产将有广阔的前途。DI罐生产工艺技术如下： （一）制罐方法 DI罐生产线的特点是从铝卷到罐成品采用高速连续的流水线作业方式。其制罐工艺如图13所示。 图13 DI罐生产制罐工艺 （二）生产流程简介 1、冲杯：作为原料的铝卷经开卷，再由润滑机涂润滑剂，后被送往多模的二步工作式的冲杯机进行比较浅的拉深加工。 2、变薄拉伸：送过来的浅杯，通过再拉伸模及第二、第三段变薄模和装配在冲头上的冲模一起再拉伸为最终的罐径，一次成型规定了罐高和壁厚，并在冲程的极点由底模（圆顶型）将罐底成型为规定形状。 3、切边：变薄后的罐口径部由于毛料的刺耳、拉伸毛刺和压曲等原因而不整齐，所以由切边机切边以符合规定的罐高尺寸。 4、清洗及表面处理：因成型加工时带有润滑油及其他污物，所以必须洗涤干净。 5、外表面印刷：由于曲面印刷，所以采用具有特殊结构的多色上漆传动印轮转机印刷。 6、内喷涂：为了保持内装物的颜色、新鲜及风味感，应对内表面采用喷雾方式喷涂涂料。 7、缩颈与翻边：使罐的口径部小于罐径的缩口，其加工叫缩颈，为了将盖二重卷接在罐体上所需的卷边加工叫翻边，它是DI罐成型加工的最后一道工序。 8、检罐及码垛：通过自动检罐机可连续进行泄漏检查，检罐后，还要码垛－包装－入库。 |
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