铝合金材料的应用及其加工成形技术
于峰屹
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于峰屹,. 铝合金材料的应用及其加工成形技术[J]. 新材料,2023.9. DOI:10.12721/ccn.2023.158285.
摘要:
我国工业建设最近几年随着我国整体经济建设的快速发展而发展迅速,使得我国快速进入现代化发展阶段。铝合金属于一种有色金属结构材料,已普遍应用于车辆工程、高速列车、船舶制造、航空航天乃至体育、生活用品等领域。由于较为复杂的铝合金焊接工艺,所以该金属材料的使用范围略少于钢铁等传统结构材料。
关键词: 铝合金材料的应用加工成形技术
DOI:10.12721/ccn.2023.158285
基金资助:

引言

我国整体经济建设自改革开放发展至今已经取得了非常不错的成就和成果,为我国基础建设贡献力量。铝合金作为一种导电性、导热性、可塑性和抗腐蚀性优良的金属材料,现在广泛应用于社会及工业的方方面面。但是由于铝合金其自身属性的限制,在焊接时常常存在接头软化、焊渣较多、气孔裂纹等现象。

1.铝合金材料的应用

1.1航天、航空

针对飞机的飞行特性及需求,分析了飞机结构部件的使用寿命。可见,航空铝合金及其材料的加工工艺对其性能的要求主要有:一是对其静力性能的要求。即,在设计载荷条件下,航空铝合金必须在载荷作用后的全寿命中保持安全、稳定,不会出现损伤、变形和裂纹等问题。同时,针对飞机制造过程中的一些问题,可以根据其特性和发展规律,采用相应的损伤补偿方法,对其进行有效的控制,使得该结构能够在全生命周期内,有效地经受住飞机的工作负荷,从而保证材料的裂纹、损伤等在预定的时间内不会蔓延或扩展,不会对结构的可靠性、耐久性、稳定性和安全性造成负面影响。第二个是对服务绩效的需求。即,由于飞机各部件在飞行时所受到的外部负荷不同,所以对其使用性能的要求也不尽相同。

1.2交通

在今天的运输工业中,铝的应用也非常重要。与空间发展的需求相一致,新时期的交通运输必须在节能和环境保护两个方面取得突破。目前,我国铁路车辆车身主要采用碳钢、不锈钢、铝合金等材质,但就应用领域而言,铝合金材质的应用最为广泛。我国目前在我国铁路车辆车身上使用的铝合金材料有5系、6系和7系。与之相比,目前使用最多的是6类铝合金,大多数为6005A及6082。目前,5083、6082等铝合金已得到了广泛的应用。铝合金具有优异的挤出特性,为其广泛应用打下了坚实的基础,而中国的成熟、稳定的挤压技术也为其在我国的应用提供了有力的推动。

1.3铝合金门窗中梃装配及设计

就铝合金门窗的中梃设计而言,必须根据建筑的具体情况来进行选择,保证其可以达到建筑门窗的主要使用效果,同时注意提高其美观效果与使用效果,从而获得最好的设计效果。在设计铝合金门窗中梃的过程当中,必须充分结合实际需求来展开设计,确保其满足最基本的使用需求,同时也要具备良好的美观性,达到预期设计效果。在中梃装配设计的过程当中,应科学合理地做好框架区分工作,并结合实际需求来进行功能分区及设计,进而更好地满足用户的使用需求。中梃主要分为两种,一种是横梃,另一种是竖梃,在设计的过程当中要结合实际情况选择应用。除此之外,由于材料强度的不同,建筑铝合金门窗可以分为普通中梃和加强中梃两种,在设计中也要结合相关需求及实际情况来选择应用。

2.铝合金材料加工成型技术

2.1轧压

轧钢机轧制的主要优点:

(1)为了达到两条或多条连轧,这样就能大幅度地增加小型轧机的产量,这对于小规模的产品特别重要(2)要用同样大小的原料制造同样大小的产品,仅需一半的断面,这样就能减少轧道次数。(3)与常规热轧工艺比较,分切可以提高5~6%的精确度。其原因在于,纵切后,两根钢丝的横向断面几乎没有变化,头部和尾部的温度分布均匀。另外,只在最后的3个架子上进行纵切,其余的架子则是用来进行微张力和无张力的轧制。(4)在同样的工艺条件下,可以使铸坯的加热温度下降40℃、燃油减少20%、电力消耗减少15%、生产成本下降10%~15%,是一种简便、有效的方法。分切轧制的不足之处在于,分切头应该增大0.5%左右。在轧压的过程中也会产生一些工业技术的缺陷例如:结痂、表面夹朵、分层、气泡、裂纹、尺寸超差等。这些问题可以通过更换原料;改轧别的尺寸;更换孔型;更换芯棒;调整轧辊平行;减少送进量来解决。

2.2挤压

铝合金挤压工艺主要是借助相应的模具以及挤压筒,对金属材料实施挤压管孔,通过施加相应的压力,将材料从挤压模具的孔中挤压出相应的截面尺寸和形状。铝合金挤压机是一种塑料加工方法,用于一类半成品,具有良好的结构和加工性能,工程人员需要对压缩应力状态进行有效管控,同时分析金属加工本身的塑性结构特征。在挤压生产过程中,工作人员可对棒、管、形、线产品进行简单生产控制,同时也能够对截面相对复杂的型材、管材进行生产加工。挤出加工的灵活性相对较大,只有通过更换相应的挤出工具、挤出模具,通过设置相应的设备,完全分散控制,才能生产出不同规格的产品,同时,挤出模具的操作更加方便高效,在挤出生产的过程中具有较高的精度,而且能够实现良好的生产控制质量。在生产过程中可以提高成品率和利用率。

与其他诸如滚压等塑性加工工艺相比,本发明的主要优势如下:(1)使金属材料的变形性能得到改善。该挤压工艺采用三维压缩变形,一次成型时能承受大量塑性变形,是一种低塑性、不易变形的成型工艺。(2)有多种不同的产品。该设备能制造出各种形状非常复杂的管道和异形。(3)挤出产品的弹性。本发明的挤出模适应性强,能生产出多品种、多规格的产品,且易替换。(本产品具有精确的大小、高表面品质和良好的综合品质。(5)该工艺具有工艺简便、设备投资低、易于实现自动化等优点。但它的不足之处是:1)生产效率低下。挤出周期内存在大量的辅助工序,这些工序耗时较长,生产效率较低。(2)金属废料的损耗大,产量也低。挤出后,压力残余和挤压尾段是固定的,仅压力残余物就占据了毛坯的10%~15%。在正向挤出时,由于坯料长度的限制(毛坯长度与直径的比例不超过3~4),并且不能通过增大坯料长度来减少固定压力损失,从而使生产效率下降。(3)消耗大量的装备。挤出工艺具有较高的工作应力。在高温、高应力、高摩擦力的条件下,挤出模具的寿命比辊子要短。(4)制品具有非均质性。在挤出时,由于毛坯内外、前后两端的不均匀变形,使毛坯表面的组织和性能出现了不均匀的变化。

2.3打印

3D打印技术在当今数字化模型快速发展的时代取得较大的发展突破,利用3D打印模型,建立三维图形结构,结合图形数据,利用切片以及软件对模型进行分层控制,可得到各个轮廓以及二维平面数据信息,之后利用高能激光束完成打印控制从而生成金属零件。3d打印具备:(1)提高生产效率;(2)有效控制成本;(3)方便携带且可移动;(4)保密性强的特点,大大加强了生产力。但其也会受到材料和机器的约束,稀缺的材料需求和机器的普及都还未得到解决,这也是我国发展的方向,更快更便捷更加的提高工作效率的同时降低成本。

2.4铝合金中铤优点

中梃在整个铝合金门窗中实际的应用中,起到美观作用的同时,能安全牢牢的扣住上面的固定玻璃,特别是面积大的窗,固定玻璃不能做太多,自然就要加入中梃牢固玻璃,提高安全系数。

结语

总体来说,在铝合金材料领域,我国还需要实现技术沉淀、技术积累,完成技术创新,并且优化现有的技术体系,完成对相关专业人才的管理储备,进一步提高相关行业发展的维度和广度。

参考文献

[1]张振华.钛/铝异种金属复合接头搅拌摩擦焊工艺及连接机制[D].江苏:南京航空航天大学,2014.

[2]陈国庆,柳峻鹏,树西,等.铝合金焊接工艺的研究进展[J].焊接,2017(9):7–12.

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