铝合金锻压生产及锻件在生活中的应用

发布时间: 2014-01-14 16:07 作者: 浏览次数: 字号:

1 锻压生产在国民经济中的重要地位

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。

在飞机上锻压件的重量占70%,坦克上锻压件的重量占60%,汽车上锻压件重量占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。从这些例子可以看出,锻压生产在工业行业中占有极重要的地位。

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。

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;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。

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,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是十分必要的、及时的,对国民经济的高速发展和国防军工现代化有重要的现实意义和长远意义。

2 铝合金锻压件的特性及应用领域

2.1 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。

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。

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。

3 铝合金锻压生产技术与发展水平

3.1 国外发展状况与水平分析

锻件生产是一个很古老的行业,但铝合金锻件的大量生产应用是从1950年代开始的。经过几十年的现代化改造,无论在工业装备上,模具设计和制造上,生产工艺和技术上,还是在产品品种规格、生产规模和质量等方面都得到飞速发展,尤其是美国、俄国、德国、日本、法国、意大利、捷克、奥地利、瑞士等国的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/年,其中,铝合金模锻件30万吨/年左右(年消耗近50万吨/年)。全球有大小水(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:俄国4台。其中一台是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压液压机,其中美国3台,最大为300MN;法国1台为650MN;英国1台为300MN;中国1台为100MN,俄国2台为200MN和500MN;德国1台为350MN。多向模锻机属于精密锻压设备,配备了PLC系统和计算机控制系统,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的精锻机,50吨以上的大型锻锤、平锻机及Φ5~Φ12M的大型精密轧环机,如美国的Φ12M、俄国的Φ10M精密轧环机,中国也装备了多台Φ5M的精密轧环机。