2A12铝合金壳体件热反挤压成形工艺研究

韩岷

摘 要：热反挤压成形工艺应用于很多机械设备中，挤压成形工艺经常与热处理工艺交替使用。但是采用2A12铝合金作为某设备的壳体零部件是很少见的，它是一种新型的铝合金材料。本文主要阐述了铝合金壳体零部件采用2A12铝作为材料的具体工艺方案，并且对它的成形工艺进行了分析。

关键词，2A12铝合金;课题零部件;热反挤压;成形工艺

前言：

铝合金壳体通常安装在壁厚比较薄，而且具有深盲孔的壳体零部件中。这种壳体，通常其表面与壳体内部没有裂纹，同时也没有夹杂、划伤、分层以及破裂等缺陷。然而采用传统的机加工方式没有办法制作出质量较高的壳体零部件。为了满足这类壳体的特殊要求，发展比较新型的热处理工艺以及成形工艺能够有效的增强壳体的质量，同时还能够满足其他的性能要求。本文主要研究了一种用于铝合金壳体制备的热反挤压成形工艺。

1、结构及其性能特点

1.1壳体结构特性

本文所研究的壳体，其外壳壁比较薄，同时属于深盲孔壳体的一种。这种壳体结构的长半径比较大。它对壳体的内腔与形状有很高的要求，同时截面收缩率达到75%以上时，通常采用圆柱形实心坯料，然后通过挤压成形法来进行生产。

1.2 2A12铝合金性能特性

通常来说，铝合金是一种塑性材料。它在常温下具有很好的塑性，并且有一定的韧性。本文所提到的2A12铝合金，它就是一种塑性材料，在室温下，能够通过冷加工成形的热处理工艺来进行形状的变化。它的变形量也与热处理的性能相关。此外当温度高于室温时，2A12铝合金这种材料能够有很好的塑形，同时，它的变形抵抗力比较小。在这种温度环境中，2A12铝合金被认为是一种较好的热加工成形材料。

2、热反挤压成形工艺介绍

制备这种壁厚比较薄的壳体结构通常采用三种成形工艺。在热处理中有几大工艺是较为广泛的工艺，例如，挤压成形，拉拔，锻压成形，铸造成形以及热处理中4把火工艺的结合。生产这种壳体材料结构可以采用恒温挤压成形，热挤压成形和冷挤压成形。

2.1冷挤压成形方法

冷挤压成形的工艺流程通常是将圆棒状的原材料通过切削加工等工艺制备成坯料，然后经过热处理中的退火工艺，随后进行表面处理，再将模具润滑，最后通过冷挤压工艺将材料定形。研究发现通过冷挤压工艺所得到的材料具有很高的质量，同时精度也比较高，但是表面粗糙度较差。因为将坯料进行退火处理时花费的时间较长，且进行表面处理也需要耗费很长的时间。显然冷挤压成形加工方法周期比较长，而且效率也不太高。此外，研究发现2A12铝合金通过冷挤压成形方法进行加工时，容易产生冷作硬化的现象，这极大的影响材料内部的去应力，且位错阻碍更严重。由于这种材料壁厚很薄，而且变形量也比较大，在冷挤压加工过程中很容易使表面和内部产生压痕、破裂等缺陷。这些缺陷导致材料浪费，同时也不满足工艺质量要求。

2.2恒温挤压成形方法

恒温挤压成形方法的工艺流程与冷挤压成形方法的流程类似。首先通过机械加工等工艺将圆棒状的原材料切成坯料，进而通过加热保温的方法对坯料进行加工，随后放入模具中进行加热保温。紧接着是坯料和模具的润滑，最后通过恒温的方法进行挤压成形。简单来说，恒温挤压工艺方法也就是在加热的坯料中加入已经加热到相同温度的模具中。然后在恒定的温度下对坯料和模具进行擠压成形，最终获得壳体的挤压成形件。恒温挤压成形的方法是坯料与模具在相同温度下进行的挤压成形，所以它能够保证坯料在比较合适的温度下进行成形。与冷挤压成形方法不同的是恒温成形挤压方法获得的材料中再结晶过程与加工硬化过程是在同一时间进行的，所以能够保持材料的塑性，而且变形力较小，这个加工工艺能够规避冷挤压成形中，加工硬化的问题[1]。同时能够获得高精度，高稳定性的成形件。但是恒温成形挤压方法也有其缺点，重点体现在它的模具需要有加热和冷却两个系统，这就导致模具的复杂性，同时还要消耗更多的能量，生产效率不是很高，也不利于样件的批量生产。

2.3热挤压成形方法

热挤压成形方法是一种比较成熟的成形工艺，其工艺过程主要为将坯料加热到合金的固相线特定温度之后再进行挤压成形[2]。其工艺流程主要是通过机械加工等工艺将圆棒状材料切成坯料，然后再将坯料进行保温加热，随后，对模具进行预热并对坯料和模具进行润滑处理，最后再进行热挤压成形工艺，最终得到热挤压成形的样件。由于热挤压成形是在温度较高的条件下进行的，在这种环境下，2A12铝合金具有高塑性，较低的变形抗力，很容易成形同时制备出的样件精度较高，且尺寸稳定。此外，这种模具的制备比较简单，工艺简单化，同时生产周期较短，这极大的提高了热成形样件的生产效率。它规避了冷挤压成形方法中时间长，效率低，受加工硬化影响等问题。同时还解决了恒温成形挤压方法中模具结构复杂、消耗大量能量以及效率低等问题。因此，热挤压成形方法是目前来说较好的成形方式。它不仅能够优化工艺，降低能量消耗率，同时还能极大的提高生产效率，是热处理挤压成形工艺中较好的方式。

3、工艺方案设计的流程及参数设置

3.1热挤压成形件方案图设计

本文主要是以壳体材料为基础，这种壳体材料的结构较为特殊，它的长半径比较大，而且是一种深盲孔结构材料。在热挤压成形工艺中需要注意很多细节内容，特别是结构图纸的设计方面。需要注意的方面有以下几个地方。首先原材料在切削加工过程中锻炼的倾斜角度。其次，热挤压模具中，冲头轴线和凹模的型腔同轴度，以及设备精度低等问题，这极大的影响材料的均匀性。除此之外，还应该考虑材料不同部位的温度是否均匀、模具与坯料的润滑是否能够均匀？这些问题都严重的影响了壳体的结构均匀性，特别是通过热挤压成形后，壳体的壁厚是否均匀？考虑到上述问题，热挤压成形制图设计师应考虑壳体内腔与腔底的锥形区域要留有一些加工的余量。通过在设计图纸中保留相应的机械加工余量，然后根据壳体零部件的具体要求以及工艺特征来完善壳体的热挤压成形工艺图纸。

3.2热挤压成形工艺流程以及原始配料的相关参数的确定

热挤压成形工艺具体的过程如下：将原包装的原始材料，通过机械加工工具切成一定尺寸的坯料。然后把坯料放在150℃左右的温度下进行预热，并且保温10分钟。随后将坯料表面对进行润滑，通常采用石墨润滑剂，然后将涂有润滑剂的坯料放置在450℃温度下保温45～75分钟。随后在将其放到模具中进行加热，温度大约为150℃。最后通过石墨润滑剂对模具进行润滑，再进行反挤压成形工艺。这些成形样件的具体尺寸要结合材料行业的国标进行选材。根据国标中金属材料的规格尺寸等相关要求，选用圆棒状材料作为坯料，然后根据体积计算出其长度，随后进行相应的热反挤压成形工艺。

结 语：

2A12铝合金壳体样件，通过热反挤压成形工艺能够实现该样件的大量生产。同时采用这样的材料能够极大的提高材料利用率，降低材料消耗率，此外，还可以提高生产效率，降低生产的成本，提升产品的质量。

参考文献

[1] 贺晨晨，李国俊，张治民，et al. 2A12铝合金带筋薄壁梯形环件挤压成形研究[J]. 热加工工艺，2018（7）：121-125.

[2] 王自启，伍太宾，唐全波，et al. 2A12铝合金壳体件热反挤压成形工艺研究[J]. 轻合金加工技术，2019（11）：43-46.

[3] 张会，王同乐，王玉梅，et al. Effects of Equal Channel Angular Pressing on Microstructure and Properties of 2A12 Aluminium Alloy%等通道挤压对2A12铝合金组织性能的影响[J]. 热加工工艺，2014，043（011）：106-108.