铝合金挤压板材生产工艺研究

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摘要：基于1070铝合金经常出现表面色差、机械纹、振纹严重、电导率较低等情况，从铸锭成分、挤压速度及模具等方面进行了试验研究。通过优化模具结构、提高铸锭成分中Al质量分数等方法措施，解决挤压板材的表面质量问题，并提高其电导率性能。结果表明：对铸锭成分做进一步提纯，减少杂质相的配比，可以提高材料电导率；通过增设促流角及缩短模具工作带长度，降低工作带粘着区宽度，增大滑动区，能有效避免1070铝合金挤压板材表面起浪面、粗糙度变大等问题；合理控制挤压制品速度，当挤压速度为6~8m/min时，制品表面质量最好。

关键词：电导率；表面质量；合金成分；模具

1070属于纯铝合金，不能通过热处理强化，其强度低、切削性不好。但其板材具有塑性高、耐蚀、导电性和导热性好等特点，可进行接触焊、气焊[1]，常应用于制造一些具有特定性能的结构件、电仪表部件、热交换材料等。例如其铝箔制品可用作垫片及电容器、电子管隔离网、电缆的防护套，以及网、线芯及飞机通风系统的零件及装饰件。1070合金板材生产过程中，易出现板材表面色差大以及震纹等问题，其电导率可达到59.5%IACS。此次所需产品表面不能有明显色差，表面粗糙度Rz≤18，电导率要求≥61%IACS。本文对挤压模具结构、挤压速度及合金成分进行了优化设计，并对挤压后的板材进行表面质量和性能检测，以获得最佳的工艺参数，并产出优质产品。

1试验材料与方法

1.1试验材料。1070铝合金板材的生产工艺路线为：熔炼铸造→均匀化退火→铸锭加热→挤压→淬火→锯切→性能检测。对铸锭化学成分进行设计，化学成分见表1中a、b两种配比。客户按照JISH4100标准检测，要求产品表面平整、洁净，无划痕、无油污，不能有明显色差和表面机械纹，表面粗糙度（Rz≤18）；切割面应平滑，无毛刺、毛边、拉毛、夹渣；电导率≥61%IACS。具体性能参数见表2。1.2试验方法。在相同挤压工艺参数下，设计两种不同结构的模具，挤压工艺参数见表3。根据不同的合金成分、挤压速度和模具结构设计，选取三因素两水平做L4（2^3）的正交表，如表4所示。正交试验共4组，分别按照表3生产工艺参数进行生产，并结合模具结构设计优化，分析在不同因素水平组合下挤压板材的电导率和表面质量情况。

2试验结果及分析

2.1电导率分析。用于强化合金的常规方法通常会降低导电性，例如合金化、沉淀强化和应变硬化[3]。要想提高强度而又不损害太多的导电性，微合金化是实现高导电率和高强度电导体的最有效方法之一[4]。采用AG-X100KN电子万能试验机、涡流电导仪对试样进行力学性能和电导率检测，其正交试验数据结果见表5。通过表5正交数据结果可知，只有采用化学成分b生产的产品电导率符合客户的高性能指标。因此，在JISH4100标准范围内，微调合金元素，将铸锭的铝含量由99.7%提高到99.8%，可有效提高挤压产品的电导率值。2.2表面质量分析。挤压制品速度越快，其产品表面质量越难以控制。根据表4数据结果可以看出，采用化学成分a进行挤压时，当制品挤压速度达到10m/min时，2#挤压模具生产的制品仍然具有良好的表面情况，只有轻微的震纹；采用化学成分b进行挤压生产时，当挤压速度控制在6m/min，同时采用2#挤压模具，可以得到优质的制品表面；而采用化学成分a和1#模具进行挤压时，当挤压速度达到10m/min时，其制品表面已出现严重震纹并伴有起浪现象。2.3模具结构优化。图1是本试验采用的两种不同结构的挤压模具截面图。合理的模具结构在一定程度上可控制产品的内部组织和力学性能。合理的模具设计和精确的制作能大大提高模具使用寿命，提高生产率、降低能耗[2]。针对1070铝合金铸锭本身较软的特点，根据以往生产经验，在铸锭经模具挤压成型的过程中，金属流经过模具工作带的挤压时间越短越好。于是按照这个思路设计了2#模具。相比于1#模具，其独特之处在于把工作带打磨成2~5°的微小倾角，即打磨成促流角，使模具工作带长度由2.0变成0.2，降低工作带粘着区宽度，减小该区的摩擦力，增大滑动区。这样，不仅不会影响模具寿命，而且能有效避免1070铝合金挤压板材表面起浪面、粗糙度变大等问题。通过上述试验分析，发现在1070纯铝合金挤压生产时，将铸锭中Al质量分数提高至99.8%，控制挤压工艺速度为6~8m/min，对模具增设促流角并缩短模具工作带长度，可生产出符合客户要求的高质量表面和高电导率的1070挤压板材。

3结论

（1）对于纯铝系铝合金，生产工艺对材料的电导率影响不大，铸锭成分对材料电导率影响较为明显，可对铸锭成分做进一步提纯，减少杂质相的配比，以此提高材料电导率。（2）增设促流角并缩短模具工作带长度，降低工作带粘着区宽度，增大滑动区，不仅不影响模具寿命，还能有效避免1070铝合金挤压板出现表面起浪面、粗糙度变大等问题。（3）合理控制制品挤压速度，当挤压工艺速度为6~8m/min时，制品表面质量最好。

作者:李洪林 周广宇 王国冰 吴琪 冯志强 单位:辽宁忠旺集团有限公司