鋁合金擠壓板材生產工藝研究

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摘要：基于1070鋁合金經常出現表面色差、機械紋、振紋嚴重、電導率較低等情況，從鑄錠成分、擠壓速度及模具等方面進行了試驗研究。通過優化模具結構、提高鑄錠成分中Al質量分數等方法措施，解決擠壓板材的表面質量問題，并提高其電導率性能。結果表明：對鑄錠成分做進一步提純，減少雜質相的配比，可以提高材料電導率；通過增設促流角及縮短模具工作帶長度，降低工作帶粘著區寬度，增大滑動區，能有效避免1070鋁合金擠壓板材表面起浪面、粗糙度變大等問題；合理控制擠壓制品速度，當擠壓速度為6~8m/min時，制品表面質量最好。

關鍵詞：電導率；表面質量；合金成分；模具

1070屬于純鋁合金，不能通過熱處理強化，其強度低、切削性不好。但其板材具有塑性高、耐蝕、導電性和導熱性好等特點，可進行接觸焊、氣焊[1]，常應用于制造一些具有特定性能的結構件、電儀表部件、熱交換材料等。例如其鋁箔制品可用作墊片及電容器、電子管隔離網、電纜的防護套，以及網、線芯及飛機通風系統的零件及裝飾件。1070合金板材生產過程中，易出現板材表面色差大以及震紋等問題，其電導率可達到59.5%IACS。此次所需產品表面不能有明顯色差，表面粗糙度Rz≤18，電導率要求≥61%IACS。本文對擠壓模具結構、擠壓速度及合金成分進行了優化設計，并對擠壓后的板材進行表面質量和性能檢測，以獲得最佳的工藝參數，并產出優質產品。

1試驗材料與方法

1.1試驗材料。1070鋁合金板材的生產工藝路線為：熔煉鑄造→均勻化退火→鑄錠加熱→擠壓→淬火→鋸切→性能檢測。對鑄錠化學成分進行設計，化學成分見表1中a、b兩種配比。客戶按照JISH4100標準檢測，要求產品表面平整、潔凈，無劃痕、無油污，不能有明顯色差和表面機械紋，表面粗糙度（Rz≤18）；切割面應平滑，無毛刺、毛邊、拉毛、夾渣；電導率≥61%IACS。具體性能參數見表2。1.2試驗方法。在相同擠壓工藝參數下，設計兩種不同結構的模具，擠壓工藝參數見表3。根據不同的合金成分、擠壓速度和模具結構設計，選取三因素兩水平做L4（2^3）的正交表，如表4所示。正交試驗共4組，分別按照表3生產工藝參數進行生產，并結合模具結構設計優化，分析在不同因素水平組合下擠壓板材的電導率和表面質量情況。

2試驗結果及分析

2.1電導率分析。用于強化合金的常規方法通常會降低導電性，例如合金化、沉淀強化和應變硬化[3]。要想提高強度而又不損害太多的導電性，微合金化是實現高導電率和高強度電導體的最有效方法之一[4]。采用AG-X100KN電子萬能試驗機、渦流電導儀對試樣進行力學性能和電導率檢測，其正交試驗數據結果見表5。通過表5正交數據結果可知，只有采用化學成分b生產的產品電導率符合客戶的高性能指標。因此，在JISH4100標準范圍內，微調合金元素，將鑄錠的鋁含量由99.7%提高到99.8%，可有效提高擠壓產品的電導率值。2.2表面質量分析。擠壓制品速度越快，其產品表面質量越難以控制。根據表4數據結果可以看出，采用化學成分a進行擠壓時，當制品擠壓速度達到10m/min時，2#擠壓模具生產的制品仍然具有良好的表面情況，只有輕微的震紋；采用化學成分b進行擠壓生產時，當擠壓速度控制在6m/min，同時采用2#擠壓模具，可以得到優質的制品表面；而采用化學成分a和1#模具進行擠壓時，當擠壓速度達到10m/min時，其制品表面已出現嚴重震紋并伴有起浪現象。2.3模具結構優化。圖1是本試驗采用的兩種不同結構的擠壓模具截面圖。合理的模具結構在一定程度上可控制產品的內部組織和力學性能。合理的模具設計和精確的制作能大大提高模具使用壽命，提高生產率、降低能耗[2]。針對1070鋁合金鑄錠本身較軟的特點，根據以往生產經驗，在鑄錠經模具擠壓成型的過程中，金屬流經過模具工作帶的擠壓時間越短越好。于是按照這個思路設計了2#模具。相比于1#模具，其獨特之處在于把工作帶打磨成2~5°的微小傾角，即打磨成促流角，使模具工作帶長度由2.0變成0.2，降低工作帶粘著區寬度，減小該區的摩擦力，增大滑動區。這樣，不僅不會影響模具壽命，而且能有效避免1070鋁合金擠壓板材表面起浪面、粗糙度變大等問題。通過上述試驗分析，發現在1070純鋁合金擠壓生產時，將鑄錠中Al質量分數提高至99.8%，控制擠壓工藝速度為6~8m/min，對模具增設促流角并縮短模具工作帶長度，可生產出符合客戶要求的高質量表面和高電導率的1070擠壓板材。

3結論

（1）對于純鋁系鋁合金，生產工藝對材料的電導率影響不大，鑄錠成分對材料電導率影響較為明顯，可對鑄錠成分做進一步提純，減少雜質相的配比，以此提高材料電導率。（2）增設促流角并縮短模具工作帶長度，降低工作帶粘著區寬度，增大滑動區，不僅不影響模具壽命，還能有效避免1070鋁合金擠壓板出現表面起浪面、粗糙度變大等問題。（3）合理控制制品擠壓速度，當擠壓工藝速度為6~8m/min時，制品表面質量最好。

作者:李洪林 周廣宇 王國冰 吳琪 馮志強 單位:遼寧忠旺集團有限公司