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03
2025
-
03
驰能铝业前沿·铝合金材料成型技术及工艺原理
驰能铝业前沿·铝合金材料成型技术及工艺原理
铝合金凭借其密度低、比强度高、耐腐蚀性良好等诸多优势，在航空航天、汽车制造、电子设备等领域得到了广泛应用。铝合金材料成型技术对于充分发挥铝合金性能、满足不同领域的使用要求起着关键作用。深入了解铝合金成型技术及工艺原理，有助于优化成型工艺，提高产品质量与生产效率。
一、铝合金材料特性
铝合金是以铝为基，加入一种或几种其他元素（如铜、镁、锌、硅等）组成的合金。其密度约为钢的三分之一 ，这使得在对重量有严格要求的应用场景中，铝合金成为理想选择。同时，通过合适的合金化和热处理，铝合金能够获得较高的强度，部分铝合金强度甚至可与中碳钢媲美。良好的耐腐蚀性使铝合金在潮湿、酸碱等恶劣环境下仍能保持稳定性能。此外，铝合金还具备良好的导热性、导电性和加工性能，便于进行各种成型加工。
二、以下是常见铝合金材料成型技术及工艺原理：
1、铸造
重力铸造：利用重力作用，将液态铝合金从浇包注入铸型型腔，在自然冷却条件下凝固成型，获得铸件。其工艺简单、成本较低，适用于制造形状复杂的铸件，如汽车发动机缸体等。
压力铸造：通过高压将液态铝合金快速压入铸型型腔，在压力下快速凝固成型。此方法生产效率高，铸件尺寸精度高、表面质量好，但设备投资大，常用于制造汽车、电子等行业的零部件，如发动机缸盖等。
离心铸造：把液态铝合金浇入旋转的铸型中，在离心力作用下，铝合金液紧贴铸型内壁，经冷却凝固形成铸件。这种方式可使铸件组织致密，力学性能好，主要用于制造铝合金管、套类等回转体铸件，如航空发动机的空心涡轮叶片 。
2、塑性加工
挤压成型：将铝合金坯料放入挤压筒，用挤压杆施加压力，使坯料从模孔挤出，形成所需截面形状和尺寸的型材、管材或棒材等。可生产复杂截面型材，产品强度和尺寸精度高，常用于建筑、航空航天领域，如建筑门窗型材、飞机大梁等。
锻造：利用压力设备对铝合金坯料施加压力，使其产生塑性变形，改善组织和性能，获得所需形状和尺寸的锻件。该技术能提高铝合金的强度和韧性，常用于制造对性能要求高的零件，如飞机的起落架、汽车的曲轴等。
拉拔：将铝合金坯料通过拉拔模孔，在拉力作用下使其截面减小、长度增加，从而生产出丝材、管材等产品。其产品表面质量好、精度高，但生产效率较低，常用于制造电线电缆、管材等，如电线、自行车车把管等。
3、机械加工
车削：通过车床的旋转运动和刀具的直线运动，对铝合金坯料进行切削加工，以获得回转体表面的零件。可加工出各种精度要求较高的轴类、盘类零件，如电机轴、汽车轮毂等。
铣削：利用铣床的旋转刀具对铝合金工件进行切削，能加工平面、沟槽、齿轮等各种形状。其加工精度较高，但刀具磨损快，常用于制造各种铝合金结构件、模具等，如飞机的机翼结构件、模具型腔等。
4、增材制造
3D打印：以数字模型为基础，将铝合金粉末或丝材等材料通过逐层堆积的方式制造零件。可实现复杂结构的一体化制造，缩短产品研发周期，但设备和材料成本高、生产效率较低，在航空航天、医疗等领域有独特优势，如制造航空航天零部件的原型、定制化的医疗器械等 。
三、以下是常见的铝合金材料成型技术设备：
铸造设备
1、重力铸造
熔炉：如燃气炉、电阻炉，用于熔化铝合金，需精确控温，以保证铝合金液质量和温度适合浇注。
浇包：用于承接和转运铝合金液，有不同容量规格，其材质要确保能耐受高温铝合金液且不影响其成分。
铸型：可以是砂型、金属型等，砂型成本低、可制造复杂形状；金属型则能提高铸件精度和表面质量。
2、压力铸造
压铸机：由合模机构、压射机构、液压系统等组成，能提供高压将铝合金液压入模具型腔，压力和速度可精确调节。
熔炉：与重力铸造类似，但对温度控制精度要求更高，以满足压铸工艺要求。
模具：用高强度耐热模具钢制造，结构复杂，需设计冷却系统和顶出机构，以保证铸件顺利脱模。
3、离心铸造
离心机：有卧式和立式之分，通过电机带动旋转，产生离心力使铝合金液在旋转的铸型内成型，转速可调节。
熔炉和浇包：作用与重力铸造相同，但浇包需适应离心铸造的浇注方式。
铸型：多为金属型，根据铸件形状设计，要确保在高速旋转下结构稳定。
塑性加工设备
1、挤压成型
挤压机：主要由挤压筒、挤压杆、模具座等组成，提供强大挤压力使铝合金坯料通过模具挤出成型，压力和速度可调控。
加热炉：用于坯料加热，精确控制加热温度和时间，以满足不同铝合金材料和挤压工艺要求。
模具：根据产品截面形状设计制造，需有足够强度、硬度和耐磨性，以及良好的脱模性能。
2、锻造
锻造设备：如空气锤、摩擦压力机、液压机等，通过冲击力或压力使铝合金坯料变形，不同设备适用于不同类型和尺寸的锻件。
加热炉：与挤压成型的加热炉类似，将坯料加热到合适锻造温度范围。
模具：要承受巨大压力和摩擦力，设计时需考虑坯料的流动性和成型情况，确保锻件尺寸精度和质量。
3、拉拔
拉拔机：由卷筒、拉拔模具座、传动装置等组成，提供稳定拉力，使铝合金坯料通过拉拔模具变形，拉力和速度可调节。
模具：其孔径和形状决定拉拔产品尺寸和形状，需有良好的耐磨性和光洁度，以保证产品表面质量。
4、增材制造设备
3D打印机：基于粉末床熔融、直接能量沉积等技术的3D打印机，通过逐层堆积铝合金粉末或丝材制造零件，设备配有激光或电子束等能量源、粉末输送与铺展系统等，可精确控制打印参数。本文来源：公众号@铝熔铸专家
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