趙啟淞

（廣西南南鋁加工有限公司，廣西 南寧 530031）

我國工業(yè)水平的提高，使得各領(lǐng)域?qū)τ诮饘俨牧系男枨罅坑兴f增。而在我國機(jī)械制造行業(yè)中，鋁合金得到了更多的利用機(jī)會(huì)，成功地引起了人們的重視，也吸引了眾多研究人員致力于對其軋制成形相關(guān)工藝的開發(fā)和研究。作為一種輕質(zhì)金屬材料，其諸多優(yōu)勢在工業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮了重要作用，而軋制成形工藝則是鋁合金材料的“主戰(zhàn)場”，相關(guān)企業(yè)應(yīng)對此引起高度重視。

1 鋁合金材料的概論

1.1 鋁合金材料的特性

第一，鋁合金密度較小。在工業(yè)生產(chǎn)中，合金鋼的密度為每立方厘米7.8克，而鋁合金的密度僅為其三分之一左右，是每立方厘米2.7克?；谶@一特點(diǎn)，鋁合金滿足了眾多相關(guān)領(lǐng)域內(nèi)，對于設(shè)備、材料的輕量需求，獲得了廣泛的應(yīng)用。在這些行業(yè)中運(yùn)用和發(fā)揮出鋁合金的特性，不僅有利于降低材料的運(yùn)輸和加工投入成本，也能從根本上節(jié)約施工或制造費(fèi)用，為相關(guān)企業(yè)帶來更多經(jīng)濟(jì)收益。第二，鋁合金導(dǎo)熱性能強(qiáng)。單質(zhì)鋁本身便具有較強(qiáng)的導(dǎo)熱性能，在整個(gè)金屬元素領(lǐng)域中，其導(dǎo)熱能力僅次于金、銀、銅。而鋁合金也同樣擁有這一特征，在諸多熱能轉(zhuǎn)化設(shè)備的制造中，尤其是取暖器、散熱器等方面的應(yīng)用頻率更高。第三，鋁合金力學(xué)性能好。單質(zhì)鋁具有塑性高的優(yōu)點(diǎn)，但其強(qiáng)度較低。在鋁合金制造中，若能在單質(zhì)鋁中加入強(qiáng)化類金屬單質(zhì)，如銅、鎂、鋅等，便能制得強(qiáng)度更佳的鋁合金。由于其強(qiáng)度甚至可媲美鋼鐵，使得鋁合金在交通運(yùn)輸、航空航天事業(yè)中應(yīng)用較多，符合對材料提出的高強(qiáng)度要求。第四，鋁合金具有一定的耐腐蝕性。當(dāng)鋁合金在空氣中暴露較長時(shí)間后，其表面位置會(huì)形成氧化膜，可對鋁合金表面起到保護(hù)作用，阻斷其被繼續(xù)氧化的過程。第五，鋁合金具有裝飾性。鋁合金因繼承了單質(zhì)鋁的高可塑性特點(diǎn)，在各種形狀、規(guī)格的產(chǎn)品制造行業(yè)中，工作人員可對其進(jìn)行多元加工處理，如對其表面進(jìn)行處理后，形成五顏六色的膜層，發(fā)揮出了鋁合金的裝飾能效。

1.2 鋁合金材料的應(yīng)用領(lǐng)域

第一，在電子行業(yè)中，因鋁合金的導(dǎo)電、導(dǎo)熱能力，在多種類型的導(dǎo)線制造中，鋁合金發(fā)揮了應(yīng)有的價(jià)值。外加其散熱能力好、耐用性強(qiáng)，以及具有易著色性和節(jié)約成本等特點(diǎn)，其在各種電子設(shè)備的外殼、部件制造中得到了應(yīng)用。第二，在汽車制造行業(yè)中，目前全球的汽車制造方面，正朝著“輕量”特性的方向發(fā)展。由于鋁合金密度小的特點(diǎn)，成為了輕質(zhì)材料的絕佳選擇，也成為了汽車制造業(yè)發(fā)展過程中的重點(diǎn)應(yīng)用材料，無論是發(fā)動(dòng)機(jī)的內(nèi)部氣缸、外部罩，還是制動(dòng)器的消聲罩、車身構(gòu)架等，均以鋁合金為主要材料。與此同時(shí)，變形鋁合金也在這一行業(yè)中得到了應(yīng)用，如在汽車內(nèi)外板制造上，利用變形鋁合金取代傳統(tǒng)的鋼板，可明顯降低車身的重量，最高可減輕其一半重量。第三，包裝行業(yè)中應(yīng)用鋁合金，主要發(fā)揮了其易塑性的特征。在飲品包裝的瓶、桶、易拉罐中，以及化妝品、藥物、工業(yè)產(chǎn)品等方面的包裝，鋁合金都擁有較高的“出場率”。第四，在航空航天行業(yè)中，鋁合金在飛機(jī)制造方面的使用頻率較高，與其優(yōu)良的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)密切相關(guān)，尤其在飛機(jī)配件中的蒙皮、起落架制造方面，其應(yīng)用次數(shù)會(huì)更高。航天飛船的燃料箱、儀器倉等，也較多由鋁合金制成，是一種關(guān)鍵的制造材料。第五，在建筑工程行業(yè)中，主要發(fā)揮了鋁合金的強(qiáng)度好、耐腐蝕性特點(diǎn)，一般體現(xiàn)在施工工藝、焊接等方面，在建筑的吊頂、門窗方面的應(yīng)用優(yōu)勢更加明顯。而其裝飾性的特點(diǎn)，也能在建筑物的設(shè)計(jì)、布局過程中，憑借鋁合金制成的多種顏色、形狀的裝飾品，對建筑進(jìn)行點(diǎn)綴和裝飾，滿足用戶的個(gè)性化審美需求。

2 鋁合金軋制技術(shù)現(xiàn)狀

鋁合金軋制生產(chǎn)中，通常要憑借摩擦力，使旋轉(zhuǎn)的軋輥靠近錠坯，在軋制橫斷面維持在設(shè)計(jì)的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，使其在軋輥施加的壓力作用下，發(fā)生形狀的改變，或者長度的增加、厚度的減少。從本質(zhì)上分析來講，軋制是鋁合金的塑性發(fā)生變形的過程。

2.1 軋制技術(shù)的種類

鋁合金的軋制技術(shù)有兩種分類方式。一種按照鋁合金軋制中的溫度劃分，即熱軋和冷軋制。前者即維持鋁合金在再結(jié)晶溫度以上的高溫狀態(tài)的方式，高溫情況可有利于提高生產(chǎn)質(zhì)量的穩(wěn)定性，也有利于確保生產(chǎn)活動(dòng)的效率。而后者即在常溫或低溫情況下進(jìn)行軋制，適用于鋁箔毛料、薄板等的生產(chǎn)過程。另一種按照軋輥的旋轉(zhuǎn)方向進(jìn)行劃分，即橫向、縱向、斜向軋制。第一種即軋輥轉(zhuǎn)動(dòng)方向相同，軋輥與軋件的軸線處于平行的狀態(tài)。在實(shí)際鋁合金板帶生產(chǎn)過程中，這種軋制技術(shù)的應(yīng)用頻率相對較低，需要工作人員根據(jù)軋件的實(shí)際生產(chǎn)情況，對工藝步驟進(jìn)行科學(xué)規(guī)劃。第二種即軋輥轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反，但軋輥與軋件的軸線處于垂直的狀態(tài)，在鋁箔、鋁板的生產(chǎn)中應(yīng)用次數(shù)較多。第三種即軋輥轉(zhuǎn)動(dòng)方向相同，但軋輥與軋件的軸線間存在角度傾斜的情況，在部分異型產(chǎn)品生產(chǎn)，或在管材制造中應(yīng)用較多，相關(guān)企業(yè)有時(shí)會(huì)搭配雙輥、多輥等設(shè)備的使用，用以獲得理想的生產(chǎn)效益。

2.2 技術(shù)參數(shù)的控制

在鋁合金軋制過程中，工作人員的首要任務(wù)是對技術(shù)參數(shù)進(jìn)行控制。在軋輥的壓力作用下，軋件會(huì)產(chǎn)生形變，其中發(fā)生形變的部分為“軋制變形區(qū)”，也是軋件進(jìn)入軋輥后，其垂直平面位置上與輥的相同平面構(gòu)成的區(qū)域。當(dāng)軋件同軋輥接觸后，會(huì)形成特定的角度，圓弧所對應(yīng)的圓心角被稱為“咬入角”，圓弧水平則叫做“接觸弧長”。在對軋件變形情況進(jìn)行標(biāo)識(shí)的過程中，工作人員應(yīng)重點(diǎn)計(jì)算入軋前、后之間，軋件的相對尺寸差值，用來展示軋件發(fā)生的變形量，而尺寸之間的比值，則能夠表示出軋制中發(fā)生變形的程度。

前滑和后滑也是軋制中的關(guān)鍵參數(shù)，前者為軋件出口速度超過軋輥的速度，后者為相反的情況。為了減少軋制工藝中發(fā)生質(zhì)量問題的比率，工作人員便要留意對這兩項(xiàng)參數(shù)的及時(shí)調(diào)整。前滑的數(shù)值可采取“刻痕法”加以決定，即在軋輥表面做好標(biāo)記后，記下刻痕的位置。在軋制開始后，對軋件表面的壓痕長度進(jìn)行標(biāo)記，可將此為重要參考依據(jù)計(jì)算前滑值。對前滑值大小產(chǎn)生影響的因素眾多，壓下率、軋輥直徑、摩擦系數(shù)、張力四項(xiàng)因素，均與前滑值呈正比例關(guān)系，而軋件厚度則與前滑值呈反比例關(guān)系。

2.3 軋制寬展的控制

寬展度是軋件在寬度方向上，其尺寸發(fā)生的形變程度。根據(jù)軋制方向的差異性，寬展可分為滑動(dòng)、翻平、鼓形三種。通過調(diào)查和實(shí)踐可以發(fā)現(xiàn)，對軋件寬展的影響因素眾多。軋制下壓量、軋輥直徑、摩擦系數(shù)與寬展度成正比，而軋制次數(shù)與寬展度成反比。軋件寬度的情況則較為特殊，若其數(shù)值增大，則寬展度先增加，到達(dá)峰值后接近無變化。

2.4 軋制張力的控制

張力是設(shè)備的前后卷軸與機(jī)架間產(chǎn)生的相互作用，對軋件產(chǎn)生了拉力。工作人員控制張力的目的，是降低軋制力的參數(shù)，減少軋件彎曲壓力值，達(dá)成管控軋制主電機(jī)負(fù)荷的目標(biāo)，也有利于使軋制工作的能源消耗量控制在科學(xué)合理的范圍內(nèi)，契合于我國現(xiàn)階段提倡的綠色環(huán)保的工業(yè)生產(chǎn)理念。工作人員對鋁合金材料厚度的控制，可以讓張力的調(diào)整對軋制力產(chǎn)生影響，保證減小軋機(jī)彈跳力，使軋輥彈性壓扁，最后使軋件的厚度被控制在科學(xué)范圍內(nèi)，有利于改變軋輥的彈性彎度和軋制力，讓材料板形得到更好的管理。

2.5 軋制條件的控制

為了獲得更好的軋制加工質(zhì)量，工作人員應(yīng)控制好軋制的咬入條件，即軋件帶入軋輥內(nèi)的情況。當(dāng)軋件已經(jīng)完成了被咬入環(huán)節(jié)，且已經(jīng)開始向軋輥進(jìn)行填充之時(shí)，軋件和軋輥的作用力點(diǎn)也會(huì)發(fā)生位移，逐漸朝著出口的方向變化，而摩擦角和咬入角的關(guān)系也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的轉(zhuǎn)變。為管控咬入的成效，工作人員便要參考軋件生產(chǎn)的實(shí)際需求，優(yōu)選最佳直徑的軋輥，做好軋制下壓量的工作。利用針對性更強(qiáng)的方式，不斷對軋輥的表面加以優(yōu)化處理，使咬入過程中的角度有所增大。工作人員還應(yīng)該控制軋制的速度，保證摩擦系數(shù)處于可控的合理范圍內(nèi)，在維持低速的狀態(tài)下，使軋件能夠得到自然地咬入。

2.6 軋制力值的控制

在整個(gè)鋁合金軋制工藝中，軋制力值是其中一項(xiàng)最關(guān)鍵的力學(xué)數(shù)值，甚至?xí)埣庸さ淖詈蟪晒麕碇苯佑绊?。軋制力也是軋輥與軋件形成合力時(shí)，在垂直狀態(tài)下的分量值，可經(jīng)由測量壓下螺絲承受壓力而決定。在實(shí)際軋制工作中，軋輥?zhàn)饔昧σ话惴譃閮煞N情況，即軋輥與接觸表面相切、垂直時(shí)的摩擦力與壓力，兩種力在垂直方向上投影的和，變?yōu)檐堉屏Φ木唧w值。工作人員在控制壓力值的過程中，要優(yōu)先校準(zhǔn)軋制設(shè)備電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)功率，以及計(jì)算出軋輥等軋制設(shè)備部件的彈性形變、強(qiáng)度等，做好對壓下值的控制工作。還需要分析和獲得對軋件厚度、板型方面的具體要求，對軋制機(jī)械設(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)不斷調(diào)整和完善，保證在軋制工作中的順利完成。

2.7 軋制潤滑的控制

在鋁合金軋制過程中開展?jié)櫥ぷ?，其作用在于對軋件和軋輥摩擦力的控制，用以為軋制?chuàng)造更加良好的摩擦面，使整體加工水平得到提升，也能夠達(dá)到高效加工的目的。從鋁合金軋制加工環(huán)境分析來看，潤滑油應(yīng)具備較強(qiáng)的特性，且能夠在高溫、高壓的環(huán)境中也能發(fā)揮出應(yīng)有的性能，不會(huì)在加工中出現(xiàn)變質(zhì)的情況，在揮發(fā)量較小的同時(shí)，也不會(huì)產(chǎn)生斑痕，這樣才能滿足軋制工藝的高標(biāo)準(zhǔn)，也有助于規(guī)避危害工作人員身體健康的風(fēng)險(xiǎn)。目前潤滑油的添加劑中，通常會(huì)含有極性基團(tuán)烴基，可在靜電引力的作用下，在軋件的表面形成油膜，使得軋件與軋輥發(fā)生分離，確保潤滑價(jià)值的有效發(fā)揮。

工作人員在使用潤滑油期間，要嚴(yán)格管理軋制過程中涉及到的參數(shù)，對潤滑油中的多項(xiàng)指標(biāo)，尤其是對膠質(zhì)、添加劑、殘留物等方面進(jìn)行分析，確定其老化程度，也有利于避免在工作溫度、軋制力值較大的情況下，對潤滑油的壽命產(chǎn)生負(fù)面影響。

3 鋁合金楔橫軋技術(shù)分析

楔橫軋是一種當(dāng)代鋁合金成形技術(shù)，對于軸類部件的成形可彰顯出更強(qiáng)的工藝效果，重點(diǎn)用于機(jī)械制造領(lǐng)域中，可對此類部件毛坯、預(yù)制的生產(chǎn)提供高質(zhì)量模鍛件。該技術(shù)最早出現(xiàn)在20世紀(jì)初，因科技和生產(chǎn)水平相對落后的原因，當(dāng)時(shí)并未將其在生產(chǎn)工作中加以應(yīng)用。到了20世紀(jì)中葉，捷克某公司將其應(yīng)用于小型汽車部件制作中，之后才逐步演變?yōu)檩S類成形技術(shù)大家族中的一員。我國對于該技術(shù)的研究，也最早開始于20世紀(jì)60年代，經(jīng)過了幾十年的實(shí)踐，目前中國已經(jīng)在設(shè)備、工藝上取得了較大的突破，使其在鋁合金軋制成形生產(chǎn)工作中，為節(jié)能降耗、高效生產(chǎn)貢獻(xiàn)了巨大力量。

與傳統(tǒng)構(gòu)件加工技術(shù)相比，該技術(shù)不僅節(jié)約了投入成本，也具有更高的精確度。其原理是兩組帶楔形模具的軋輥，在實(shí)際軋制時(shí)按照同一方向發(fā)生旋轉(zhuǎn)，而圓形構(gòu)件則反向旋轉(zhuǎn)。在此期間，構(gòu)件的直徑會(huì)出現(xiàn)壓縮，軸向發(fā)生了延伸，最終形成金屬制軸類零件，達(dá)成生產(chǎn)目標(biāo)。伴隨機(jī)械制造業(yè)規(guī)模的擴(kuò)張，對于該技術(shù)的研究，業(yè)已成為該領(lǐng)域內(nèi)生產(chǎn)技術(shù)革新的重要內(nèi)容。尤其在軸類部件生產(chǎn)中，在此技術(shù)應(yīng)用的影響下，材料的強(qiáng)度、塑性會(huì)有所提高，靈活運(yùn)用專業(yè)的加工方法，使得此技術(shù)可在模具設(shè)計(jì)、生產(chǎn)中發(fā)揮出更大的力量，對于軸類部件的批量加工具有推動(dòng)作用。

同傳統(tǒng)的車、銑、刨、磨等工藝比較而言，該技術(shù)在鋁合金體積成形上應(yīng)用更為廣泛。此技術(shù)實(shí)際上是一個(gè)大彈塑性變形的過程，壓制流程較短，且影響工藝的參數(shù)項(xiàng)目較多，也因軋制工藝具有成形復(fù)雜、速度較快等特點(diǎn)，在工作人員操作時(shí)會(huì)遇到多種干擾因素，尤其相關(guān)參數(shù)問題，若工藝參數(shù)發(fā)生了改變，均可能會(huì)對工藝的正常開展產(chǎn)生不同程度的影響。盡管我國當(dāng)前在該技術(shù)應(yīng)用上具有一定的工藝基礎(chǔ)，但在鋁合金的成形加工方面，部分企業(yè)仍有待完善和改進(jìn)。其原因在于鋁合金對于工作人員的塑性變形控制上的要求更高，使得對其加工比鋼制難度更大，更需要這些企業(yè)對軋制技術(shù)的革新處理，根據(jù)鋁合金自身的多種特征，結(jié)合具體工藝需求進(jìn)行深入探究，使參數(shù)符合既定規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，確保得到理想的體積成形成效。

此技術(shù)的重點(diǎn)環(huán)節(jié)之一——模具設(shè)計(jì)，可分為擋板、上下模具設(shè)計(jì)，相關(guān)工藝參數(shù)為斷面收縮率、成形角、展寬角。這一環(huán)節(jié)可幫助軋件發(fā)生旋轉(zhuǎn)，也是軋制工作的前提。為了促進(jìn)軋件的順利旋轉(zhuǎn)，工作人員要采取相應(yīng)措施增加摩擦系數(shù)，還應(yīng)顧及斷面收縮率方面。這一參數(shù)會(huì)關(guān)系到軋件出現(xiàn)拉斷、頸縮問題的幾率，為了確定大斷面收縮率和軋制工作間的關(guān)系，通過實(shí)踐可知，斷面收縮率若具有較高的數(shù)值，軋件中心部位的質(zhì)量將會(huì)有所提升。產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因在于，軋制流程進(jìn)展之時(shí)，軋件的瞬間周向流動(dòng)會(huì)增加，而中心部位剩余材料較少，使得軋制無法滿足曲線發(fā)展空間。

在使用該技術(shù)加工鋁合金之時(shí)，有時(shí)會(huì)發(fā)生內(nèi)部損傷的問題，會(huì)對成型后的整體質(zhì)量帶來影響。在多種因素的綜合影響下，鋁合金的三維應(yīng)力、塑性變形均會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的變化。材料內(nèi)部在軋制過程中，會(huì)出現(xiàn)壓縮、拉伸、開裂、彎曲等一系列現(xiàn)象，而材料中心位置上，因拉應(yīng)力帶來的影響，當(dāng)?shù)竭_(dá)既定形變量之后，會(huì)逐漸產(chǎn)生塑性疏松的問題，最后變?yōu)榱鸭y。在整體應(yīng)力場的作用下，裂紋會(huì)朝著軸向方向蔓延后出現(xiàn)孔腔，這也是成形后構(gòu)件存在損傷的主要原因，在此期間還會(huì)受到變形的速率、溫度等方面的影響。為此，工作人員更要在軋制之時(shí)，將構(gòu)件存在的內(nèi)部損傷問題加以考慮，合理利用當(dāng)代技術(shù)，分析溫度、收縮率等相關(guān)因素，對問題的預(yù)防、解決方式進(jìn)行重點(diǎn)研究，同時(shí)還需要全力做好科學(xué)控制工作。

隨著信息技術(shù)的普及，有限元模擬技術(shù)逐漸在鋁合金軋制研究中得到應(yīng)用，二者的綜合使用，為解決這一問題提供了更多科學(xué)的研究方式。在兩種技術(shù)使用之時(shí)，不僅要考慮到軋件的組織、外形尺寸，還應(yīng)著重研究組織變化規(guī)律。因鋁合金具有氧化性質(zhì)，在加工中更要做好溫度控制工作，在軋制后迅速水淬，使變形組織更為完整。

在此技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)中逐步擴(kuò)大使用規(guī)模的今天，對于鋁合金軋制工藝也提出了更新、更高的要求，用以獲得力學(xué)性能更卓越、質(zhì)量更佳的產(chǎn)品。在軋制環(huán)節(jié)中，對于軋件的微觀組織來講，其會(huì)伴隨鋁合金的溫度、變形而產(chǎn)生相應(yīng)的變化，比如靜態(tài)、動(dòng)態(tài)的再結(jié)晶，以及晶粒變大等，隨著這些變化過程的推進(jìn)，會(huì)逐漸對最終鋁合金產(chǎn)品的各項(xiàng)性能產(chǎn)生不同程度的影響。

4 結(jié)語

綜上所述，軋制成形是機(jī)械制造行業(yè)中的關(guān)鍵工作內(nèi)容，而鋁合金材料的應(yīng)用，滿足了部件加工中對于形狀、體積等的要求。因此，工作人員應(yīng)意識(shí)到鋁合金使用的重要性，通過牢牢把握軋制過程中的種類、參數(shù)、寬展、張力、條件、軋制力、潤滑幾項(xiàng)重要影響工藝的因素，依照實(shí)際部件加工要求，靈活使用楔橫軋技術(shù)，將鋁合金自身的優(yōu)勢發(fā)揮的淋漓盡致，不斷提高鋁合金構(gòu)件的質(zhì)量，從而推動(dòng)我國機(jī)械制造行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。