鋁合金加工技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)

伍志銘

（廣西南南鋁加工有限公司，廣西 南寧 530000）

1 鋁合金加工技術(shù)的現(xiàn)狀

1.1 熔鑄

就目前來(lái)看，鋁合金熔鑄加工環(huán)節(jié)的設(shè)備日漸趨向于大型化、節(jié)能化、高效化方向發(fā)展，熔鑄設(shè)備容量一般達(dá)到30t～50t，最多可達(dá)到100t以上，熔爐裝料已實(shí)現(xiàn)全面自動(dòng)化管理。目前大多采用蓄熱式燃燒系統(tǒng)，通過(guò)雙角度燒嘴設(shè)計(jì)保證爐氣最有效覆蓋熔池的空間以及與鋁金屬熔體間有良好的對(duì)流傳熱效果，使?fàn)t子有最佳的性能和溫度均衡性。采用小功率的燒嘴進(jìn)行最初的點(diǎn)火，燒嘴與蓄熱箱相連，燃燒廢氣經(jīng)過(guò)沒(méi)有工作的燒嘴由排氣風(fēng)機(jī)排出。通過(guò)性能可靠的四通換向閥和維護(hù)方便的蜂窩型蓄熱體，實(shí)現(xiàn)了極限余熱回收和超低廢氣排放，使熱量的損失率被控制在最小范圍之內(nèi)[1]。

1.2 軋制

（1）鋁合金軋制技術(shù)種類(lèi)。鋁合金軋制生產(chǎn)環(huán)節(jié)需要借助摩擦力，將錠坯拉近旋轉(zhuǎn)的軋輥內(nèi)，利用軋輥施加的壓力，將軋制橫斷面控制在設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi)，使其形狀改變、厚度減小、長(zhǎng)度增加，輔助軋制塑性變形。依照軋輥旋轉(zhuǎn)方向，軋制技術(shù)又可分為橫向軋制、豎向軋制、斜向軋制三種類(lèi)型[2]。

在進(jìn)行鋁合金軋制加工過(guò)程中，工作軋輥轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反，軋件軸線與軋輥軸線相互垂直，為縱軋。此種軋制方式多用于生產(chǎn)制作鋁合金板、鋁合金箔中；在開(kāi)展鋁合金軋制加工期間，工作軋輥轉(zhuǎn)動(dòng)方向相同，軋件軸線與軋輥軸線相互平行，為橫軋。此種軋制加工方式在鋁合金板帶生產(chǎn)制造期間的應(yīng)用次數(shù)很少，應(yīng)當(dāng)結(jié)合鋁合金構(gòu)件具體生產(chǎn)要求，合理規(guī)劃?rùn)M軋加工流程；在開(kāi)展鋁合金軋制加工期間，工作軋輥轉(zhuǎn)動(dòng)方向相同，軸線與軋輥軸線之間形成一定傾斜角度，為斜軋。此種軋制方式被更多應(yīng)用在鋁合金管材以及某些異型產(chǎn)品的生產(chǎn)制造過(guò)程中，通常也配合雙輥或多輥等生產(chǎn)設(shè)備。

（2）鋁合金軋制技術(shù)參數(shù)。鋁合金軋制加工期間，應(yīng)當(dāng)首先做好變形期技術(shù)參數(shù)的控制工作。具體而言，軋件在承受軋輥?zhàn)饔孟拢l(fā)生的變形部分被稱(chēng)之為軋制變形區(qū)。同時(shí)，該變形區(qū)域又指軋件在入輥后，垂直平面與軋件同輥垂直平面共同圍成的區(qū)域。咬入角主要就是指軋件與軋輥相接觸后，圓弧對(duì)應(yīng)的圓心角。軋制接觸弧長(zhǎng)度就是測(cè)量軋件與軋輥接觸時(shí)的圓弧水平。在表示軋制加工期間的變形情況時(shí)，需要計(jì)算出軋制前、后軋件之間的相對(duì)尺寸之差。用軋制前與后軋件尺寸用來(lái)表示相對(duì)變化的變形量。用軋制前與后軋件的尺寸比值用來(lái)表示軋制過(guò)程中的變形程度。

（3）鋁合金軋制條件現(xiàn)狀與控制。為切實(shí)保障鋁合金加工期間的軋制質(zhì)量，需要嚴(yán)格控制軋制咬入條件。咬入主要就是指依靠軋輥與軋件摩擦力，將軋件拖入到軋輥之內(nèi)的情況。在軋件被咬入且逐漸向輥間填充時(shí)，軋輥與軋件的作用力點(diǎn)也逐步趨向出口移動(dòng)，其最大咬入角與摩擦角之前的關(guān)系隨之發(fā)生變化[3]。為確保咬入環(huán)節(jié)質(zhì)量能夠得到根本把控，需要依照鋁合金構(gòu)件生產(chǎn)要求工藝，選擇適宜軋輥直徑?？刂栖堉破陂g的壓下量。采用科學(xué)手段合理改善軋輥表面狀態(tài)，進(jìn)一步提高咬入期間的角度。注重控制軋制加工期間的速度，盡量保證低速且自然的咬入，確保軋制速度與摩擦系數(shù)卻能夠被控制在合理范圍之內(nèi)。

前滑與后滑是鋁合金軋制期間的重要參數(shù)，在軋件出口速度大于軋輥在該處的速度時(shí)，被稱(chēng)之為前滑現(xiàn)象；反之在軋件出口速度小于軋輥的線速度水平分量時(shí)，被稱(chēng)之為后滑現(xiàn)象。為切實(shí)降低鋁合金軋制期間的質(zhì)量問(wèn)題發(fā)生幾率，應(yīng)當(dāng)注重調(diào)整前滑與后滑值。其中，前滑值可以用刻痕法確定，在軋輥表面上刻痕，記錄刻痕位置。在軋制加工后，標(biāo)注軋件表面壓痕距離，并依照此距離計(jì)算出軋制過(guò)程中的前滑值。影響到鋁合金加工軋制前滑值的因素較多，現(xiàn)在以下幾方面：第一，軋制期間的壓下率增加，前滑值增長(zhǎng)：由于軋制過(guò)程中高向壓縮變形能力增加，縱向與橫向變形情況更加顯著；第二，軋制期間的軋件厚度減少，前滑值增加：由于軋輥半徑以及中性角固定，在軋件厚度減小的情況下，前滑值也會(huì)相應(yīng)增大；第三，軋輥直徑增加的情況下，前滑也會(huì)相應(yīng)增長(zhǎng)：通過(guò)計(jì)算出軋制期間的前滑規(guī)律，發(fā)現(xiàn)在軋制直徑與前滑值具有正比關(guān)系；第四，在摩擦系數(shù)增加的情況下，前滑值也會(huì)隨之增加：由于軋制過(guò)程中的摩擦系數(shù)增大，剩余摩擦力增長(zhǎng)，前滑值也會(huì)隨之增加；第五，軋制期間前張力增長(zhǎng)，金屬上前流動(dòng)的阻力減小，前滑值增加：在軋制期間后張力增長(zhǎng)的情況下，后滑值也會(huì)相應(yīng)增長(zhǎng)。

（4）鋁合金軋制寬展現(xiàn)狀及控制。在鋁合金軋制過(guò)程中，軋件寬度方向尺寸的變化稱(chēng)之為寬展。依照軋制方向的不同，寬展也被分為滑動(dòng)寬展、翻平寬窄、鼓形寬窄。經(jīng)過(guò)實(shí)際研究發(fā)現(xiàn)，影響軋制寬展度的因素較多。具體而言，在軋制下壓量增加的情況，寬展度增加、在軋制次數(shù)增加的情況下，寬展度將會(huì)減小、在軋輥直徑逐漸增加時(shí)，寬展度增加、在摩擦系數(shù)增加時(shí)，寬敞度也會(huì)隨之增長(zhǎng)。在軋件寬度增加的情況下，寬展度的變化絕對(duì)量是先增加，而后逐漸趨于不變。

（5）鋁合金軋制力現(xiàn)狀及控制。軋制力是鋁合金軋制過(guò)程中的重要力學(xué)參數(shù)，可直接影響到鋁合金整體加工時(shí)的質(zhì)量與效率。在控制軋制力值期間，應(yīng)當(dāng)計(jì)算出軋輥與軋制設(shè)施等設(shè)備部件的強(qiáng)度與彈性變形值，對(duì)電機(jī)的功率進(jìn)行反復(fù)校準(zhǔn)確認(rèn)，控制壓下數(shù)值。注重分析鋁合金板厚及板形控制要求，進(jìn)一步優(yōu)化軋制設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)，確保軋制期間的效率能夠得到穩(wěn)定提升。軋制力又指軋件與軋輥合力的垂直分量值，通過(guò)測(cè)量壓下螺絲承受的總壓力確定。在金屬軋制過(guò)程中，軋輥?zhàn)饔昧煞譃榕c接觸表面的相切單位摩擦力、與接觸表面相垂直的單位壓力兩種，此兩種力在垂直軋制方向的投影之和就是軋制力數(shù)值。

（6）鋁合金軋制張力現(xiàn)狀及控制。鋁合金軋制張力主要就是指前后卷輪給帶材壓力與機(jī)架之間的相互作用。在控制軋制張力期間，能夠進(jìn)一步降低軋制力數(shù)值，控制軋制主電機(jī)的負(fù)荷值，減少軋件的彎曲抗壓力值，確保軋件的能耗量被控制在有效范圍之內(nèi)。對(duì)鋁合金帶材的厚度進(jìn)行控制，使張力能夠有效調(diào)節(jié)軋制期間的軋制力，確保軋輥彈性壓扁與軋機(jī)彈跳減小，使軋件厚度能夠不斷被調(diào)整到指定范圍之內(nèi)。通過(guò)合理控制軋制期間的張力，也可以改變軋制力以及軋輥彈性彎曲，對(duì)鋁合金材料的板形進(jìn)行全面管控。

（7）鋁合金軋制潤(rùn)滑現(xiàn)狀及控制。潤(rùn)滑是鋁合金軋制過(guò)程中的重要環(huán)節(jié)，主要作用為控制軋輥與鋁材之間的摩擦力，提供更加穩(wěn)定的摩擦界面，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定高效軋制目標(biāo)，保障鋁合金加工整體水平。就目前來(lái)看，軋制期間的軋制油需要具備較高的潤(rùn)滑性能，確保其能夠在高溫高壓環(huán)境下也能夠發(fā)揮出潤(rùn)滑作用。要求潤(rùn)滑油在軋制過(guò)程中不發(fā)生明顯變質(zhì)。潤(rùn)滑油在軋制過(guò)程中的揮發(fā)量應(yīng)減小，不易形成油斑，對(duì)于相關(guān)操作人員的身體健康不會(huì)造成明顯損傷。

由于軋制油內(nèi)部的添加劑具有極性基團(tuán)羥基(-OH)，極性基團(tuán)可以通過(guò)靜電引力牢固吸附在金屬表面，并且將軋輥與鋁合金材料基本分離，發(fā)揮出潤(rùn)滑作用。

在使用軋制油過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)管控生產(chǎn)期間的各項(xiàng)工藝參數(shù)，防止軋制力與溫度較高的情況下，對(duì)軋制油使用周期造成嚴(yán)重不利影響。注重在軋制油應(yīng)用期間細(xì)致分析添加劑含量、殘留物、膠質(zhì)等指標(biāo)，判斷出軋制油的老化變質(zhì)程度。

1.3 擠壓

在鋁合金擠壓加工過(guò)程中，擠壓加工技術(shù)多應(yīng)用于鋁合金管以及鋁合金箱等生產(chǎn)加工處理中。相較于熔鑄及軋制加工技術(shù)相比，擠壓技術(shù)能夠使鋁合金材料始終保持在三像壓縮用力較為均勻的狀態(tài)，最大限度發(fā)揮出鋁合金材料的塑性性能。

鋁合金擠壓加工需對(duì)容器內(nèi)的金屬錠坯施加外力，確保錠坯能夠從預(yù)設(shè)好的模孔內(nèi)流出，獲得所需的形狀及尺寸大小鋁合金斷面。為實(shí)現(xiàn)鋁合金安全高效擠壓加工目標(biāo)，相關(guān)工作人員應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)關(guān)注以下要點(diǎn)：

首先，在鋁合金材料加工期間，需要對(duì)投入使用前的擠壓設(shè)備進(jìn)行細(xì)致檢查，依照嚴(yán)格的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)擠壓設(shè)備運(yùn)行效率；

其次，在擠壓設(shè)備啟動(dòng)過(guò)程中，需要依照先開(kāi)低壓閥門(mén)、后開(kāi)高壓閥門(mén)的順序，在機(jī)械設(shè)備停止運(yùn)行后，也需要嚴(yán)格遵照此順序操作擠壓設(shè)備，避免擠壓設(shè)備處的閥門(mén)壓力過(guò)大，出現(xiàn)損害問(wèn)題；

最后，在鋁合金材料擠壓期間，操作人員需要時(shí)刻關(guān)注周邊環(huán)境，提醒其他操作人員遠(yuǎn)離導(dǎo)路口。在擠壓加工后，還需對(duì)擠壓加工產(chǎn)品進(jìn)行逐個(gè)檢查，區(qū)分出質(zhì)量合格與不合格產(chǎn)品。

2 發(fā)展趨勢(shì)

為確保鋁合金加工行業(yè)能夠以響應(yīng)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展號(hào)召，需要在發(fā)展鋁合金加工工藝時(shí)，確實(shí)提升各類(lèi)資源利用率。積極引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)理念，在激光熔覆溫度場(chǎng)及流量場(chǎng)模型的建立、全面拓展與研發(fā)激光熔覆材料系統(tǒng)、研究激光熔覆技術(shù)在鋁合金加工期間的實(shí)際應(yīng)用、對(duì)鋁合金加工期間的各類(lèi)關(guān)鍵因素進(jìn)行全面監(jiān)測(cè)等方面投入大量的人力及物力，確保鋁合金加工過(guò)程中的質(zhì)量與效率能夠符合實(shí)際加工要求，推動(dòng)鋁合金加工行業(yè)平穩(wěn)有序開(kāi)展。

同時(shí)，在鋁合金加工工藝未來(lái)發(fā)展過(guò)程中，還需要推出鋁合金軋制環(huán)節(jié)的專(zhuān)項(xiàng)管控機(jī)制，不斷優(yōu)化鋁合金加工期間的各類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，加強(qiáng)加工人員專(zhuān)業(yè)技能與職業(yè)素養(yǎng)培訓(xùn)力度，進(jìn)一步降低鋁合金加工質(zhì)量問(wèn)題發(fā)生幾率。

3 結(jié)論

總而言之，我國(guó)鋁合金加工技術(shù)雖起步較晚，但發(fā)展速度極快，鋁合金加工行業(yè)取得了顯著成就，為提升各類(lèi)鋁材質(zhì)量，進(jìn)一步鞏固與夯實(shí)我國(guó)鋁材市場(chǎng)國(guó)際地位奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。隨社會(huì)主義市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)逐漸趨向于新常態(tài)化發(fā)展，為確保鋁加工業(yè)平穩(wěn)度過(guò)發(fā)展瓶頸期，還需要重點(diǎn)關(guān)注鋁合金加工技術(shù)的優(yōu)化及完善工作，積極引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)理念，主動(dòng)開(kāi)展技術(shù)攻關(guān)項(xiàng)目，加強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新力度，進(jìn)一步提高鋁合金生產(chǎn)加工水平，實(shí)現(xiàn)綜合效益最大化生產(chǎn)目標(biāo)。