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计算机用6061铝合金型材生产工艺研究

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金 加

工 技 术

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计算机用 !"!# 铝合金型材生产工艺研究
"#$%&’()$* +,’-*$.$/0 $1 232! 4.&5)*)&5 4..$0 "#$1).,6 76,% 1$# 8$59&(,#
黄 嵘

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(兰州铝业股份有限公司技术中心, 甘肃 兰州 :;3323<
摘要: 通过对喷水淬火装置、 模具制造技术、 合金成分和生产工艺的研究, 就国内铝加工厂生产计算机用 !"!#-.! 铝合 金型材的问题进行了讨论。 关键词: 计算机用 !"!# 铝合金型材;挤压机在线淬火 / 上模制造 / 下模制造 / 硬度 / 挤压工艺 / 时效制度 中图分类号: .(012 文献标识码: 3 文章编号: ( #""1-1405 4""4) "!-""66-"0

随着信息化时代的到来, 电脑需求量激增, 带动了 市场对计算机用的电脑传动臂铝型材和底板铝型材的 需求。由于这些型材对尺寸精度要求很高, 对力学性能 (硬 度 )又 有 上 、 限 的 要 求 , 前 国 内 仅 有 少 数 厂 家 下 目 可以生产, 成品率不高, 能也不稳定, 此这些型 且 性 因 材大部分从美国进口。本文着重介绍用 !"!# 铝合金生 产计算机用电脑传动臂型材和底板型材的关键工艺参 数及模具制造技术,希望对提高计算机用型材的成品 率及性能的稳定性有所帮助。

理如图 # 所示。淬火水压共分三组: 组, & "?"@A"?#"

3 "?#4A"?#6 BCD; 组, : "?#5A"?#! BCD。淬火水 BCD; 组,
温: 0"A5"E。 (4)挤压模具委托四川青龙模具厂制造。挤压模 具加工工艺流程为: 上模锻造 ! 车外圆 ! 划模芯线、 分 流孔线 ! 铣模芯 ! 钻模孔 ! 铣分流孔 ! 修光分流孔 ! 热处理(淬火、 回火) 磨两端面 ! 车、 电加工模芯 磨、 ! 止 出 外 形 ; 模 锻 造!车 外 圆!划 焊 合 腔 线 、 口 线 、 口 下 止 出 丝 带 线!铣 焊 合 腔 、 口 、 口 带!钻 螺 孔 、 孔!热 处 理(淬 火 、 火 )! 磨 两 端 面 ! 车 焊 合 腔 、 口 平 面 ! 回 止 划模孔线 ! 模孔线切割编程 ! 模孔线切割 ! 出口带电 加工 ! 模孔测量 ! 修模 ! 再测模孔 ! 再修摸;上下模 组合装配 ! 配车外圆 ! 模孔抛光 ! 模孔与平面氮化处 理 !检验。

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试验内容
试验思路 计算机用电脑传动臂铝型材和底板铝型材的所有

尺 寸(包 括 实 体 尺 寸 和 非 实 体 尺 寸 )均 有 严 格 的 公 差 要求。而且型材的尺寸精度高于德国 78’#1!#0 标准、 美国 &’98! &9:05-#220 标准和我国航空航天用铝合金 挤压型材标准 (;345"1-25-#22! 的高精度挤压型材的 要求; 同时型材的硬度值有上、 下限的双向要求。为了 提高型材的成品率及性能的稳定性,试验准备采用挤 压机在线淬火, 这样不仅能增加铸锭长度, 减少几何废 料,而且还能减少型材的搬运次数,减少磕碰伤和擦 伤, 提高型材的表面质量。并从优化在线淬火系统, 选 择合适的淬火水压和水温; 优化模具设计, 保证模具的 选 制 造 精 度 ; 整 合 金 成 分 , 要 是 :<、 的 含 量 ; 择 调 主 => 挤压工艺、 时效制度等四方面进行一些试验。

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试验方案 制造喷水淬火装置, 装置系统的原 (#)自行设计、 收稿日期: 4""4-"4-"0 作者简介: 黄 嵘(#21#-) 男, , 甘肃陇西人, 助理工程师。

图!

喷水淬火系统原理图

,11,,CQE) !18 R 2





金 加

工 技 术

’*

(!) 调整合金中 "#、 (质量分数, 下同) 含量, 观察 $% 其对型材硬度的影响。共分两组, 合金成分如表 & 所示。 表!
组别

孔后因为自重而产生扭曲, 并减少型材的磕碰伤, 还可 在一定程度上减小型材的矫直拉伸率,从而保证型材 的尺寸精度和表面质量。 用 ( ,)通 过 优 化 模 具 设 计 及 修 模 , 第 四 套 模 具 挤

"#"!$%" 合金型材的成分
9= $% ;< N= K< O<

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9:

出的底板型材 &3 个尺寸全部合格, 合格率为 &117 ; 电 脑传动臂型材 5! 个尺寸, 个合格, 合格率为 @5)37 。 5, 型材的尺寸主要由模具来保证,通过制定合理的模具 加工工艺流程, 并利用先进的检测仪器, 能够生产出高 精度的模具。利用计算机辅助设计和监控制造系统 加 产 ( "(A! "(9)生产的 模 具 , 工 精 度 显 著 提 高 , 品 的 一次合格率也很高[ !]。 (!)两 组 试 样 的 硬 度 值 均 位 于 上 、 限(BC&11+ 下 范围内。( 组试样的硬度值为 BC&1,+&&*, 组试 &&2) 0 样的硬度值为 BC&1,+&&2。 由于两组试样的合金成分中 均小于 &)3!, 过剩 8所以合 9:D;< 值分别为 &)23 和 &)*, ;< 金强度较高。试验用的 212& 合金中 "# 含量为 1),7+

( 0

1),1 1)@3 I1)&* 1)!1 1)@@ I1)&*

1)&* 1)*5 I1),* 1)1’& I1)1* 1),1 余量 1),1 1)22 I1),* 1)1!5 I1)1* 1),1 余量

(’)挤压工艺及时效制度对型材硬度的影响。共 分三组: 挤压速度 *)* ..! ; ()铸锭温度 *&*+*,*- , / 挤压速度 !)1 ..! ; 0)铸锭温度 *’1+**1- , / 挤压速度 ,)* ..! ; ")铸锭温度 *’*+*21- , / 铸 时效制度均 采 用 人 工 时 效 , &31-4*- 保 温 5 6; 锭采用感应炉加热。

!

试验结果及分析
(&)型材出模孔经过喷水淬火装置后,用牵引机

1)!78;< 含量为 1)*57+1)2278因为两者含量较少8不可能
形成 "#,9:5;<2(E* 相 8而 $% 与 9= 形成的 F$%9=G!;<,(E* 相 又很少 8 所以 212& 铝合金的主要强化相为 9:,;<。在热 使合金有人工时效硬 处理状态下 9:,;< 相固溶于铝中, 化能力[ ,]。当合金中 9:D;<H&)3! 时, 合金中含有多余的 消 合 当 9:, 弱 了 9:,;< 相 的 溶 解 度 , 金 强 度 不 高 ; 合 金 合金中含有多余的 ;<, 虽然使合金强 中 9:D;<I&)3! 时, 度有所提高, 但过剩的 ;< 易沿晶界偏析, 使塑性降低, 由于在适 引起晶界脆化。 所以过剩 ;< 也应尽量少一些。 当范围 F"# 1)&*7+1)’7, 1)&7+1)37G 调整合金中 "#、 $%

牵引, 存在弯曲、 扭拧等缺陷。拉伸矫直时, 当拉伸率小 型材的弯曲、 扭拧等缺陷不能完全消除, 当 于 1)!7 时, 型材表面产生桔皮现象 8 表面质量 拉伸率大于 &)17 时, 变差。 具有较宽的淬火 212& 铝合金的淬火敏感性较差, 温度范围,即使制品在出料台上温度有所降低也不致 引 起 其 力 学 性 能 明 显 下 降 。若 想 获 得 较 高 的 强 度 , 含

9:,;< &)’7 的 212& 铝 合 金 在 ,1’- 临 界 冷 却 温 度 范 围
内, 其冷却速度不应小于 2*1-! .<=
[ &]

。 而风冷淬火不能

满足冷却速度的要求, 所以必须水淬。为了获得满意的 这样 9:,;< 力学性能, 淬火前料温应保持在 *’1+**1- , 相才能够充分固溶[ ,]。型材在挤压机上淬火, 由于淬火 前不需要加热, 型材表面不会氧化发黑, 从而可获得光 亮的表面, 增强产品的市场竞争力[ &]。淬火水温应控制 水压控制在 1)&+1), 9>? 。淬火水温过高将 在 !1+*1- , 影响淬火效果, 型材的强度无法保证; 淬火水温过低淬 火时型材表面会产生很大的热应力,使型材的冷却变 形不均匀, 生较严重的扭拧、 曲等缺陷, 拉伸矫 产 弯 给 直带来困难。电脑传动臂型材出模孔后进入喷水淬火 装置, 由于喷水淬火装置的喷水孔成环形均匀分布, 且 集 中 在 *1+21 .. 的 环 形 带 上 , 喷 孔 直 径 为 1)’+1)5 型 ..,由于在短时间内喷射到型材表面的水量很大, 材的形状又不对称且壁厚差别较大,使得型材冷却变 形不均匀, 从而产生较大的变形应力, 造成型材的扭拧 和弯曲。为了减少型材的扭拧和弯曲, 应改变喷水淬火 装置的喷孔大小及分布。将喷孔分三段排列, 每段相隔 喷孔直径改为 1),+1)’ .., 并按型材的形状和 ,11 .., 壁厚大小对喷孔进行疏密排列,使水以雾状的形式喷 到型材表面, 从而保证型材冷却变形均匀。在挤压过程 中,用牵引机牵引型材是为了避免断面复杂型材出模

$% 含量对合金的力学性能不会产生太大的影响。所以
要想获得高强度的 212&JK2 型材,关键应严格控制合 将 型材 金中 9: 、 的含量, 9:D;< 值控制在 &)’+&)3 时, ;< 的综合性能优良而稳定。 (’)不同的挤压工艺对型材硬度的影响见表 , 和 表 !。从表 , 可以看出,对 于 底 板 型 材 ,铸 锭 温 度 在

*’1 +*21- 时 , 淬 火 时 效 后 型 材 的 硬 度 值 均 大 于 BC&11,满足计算机用 212&JK2 型材对硬度值的要 求 BLM53+@* (BC&11+&&2);而 当 铸 锭 温 度 低 于 *’1时, 淬火时效后底板型材的硬度值均小于 BC&11。从表 当铸锭温度小于 *’1-时, 传动臂型材淬火 ! 可以看出, 时 效 后 的 硬 度 值 均 小 于 BC&11; 当 铸 锭 温 度 为 *’1+

*21- ,传动臂型材的硬度值均满足计算机用 212&JK2
型材对硬度值的要求 BLM53+@* BC&11+&&2) ( 。这说 明铸锭温度和冷却速度是决定型材硬度的关键因素。 要想将型材的硬度值控制在一定的范围内,铸锭温度 既不能太高, 也不能太低, 应控制在合适的范围。另外, 提高铸锭温度和挤压速度会促进模具表面形成粘结 层, 恶化制品表面质量。因为提高挤压速度会引起金属 温度和模具表面温度升高,将进一步恶化制品表面质

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表!
制品序号 铸锭温度 ! 3 前 后 挤压速度





金 加

工 技 术

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底板型材的挤压工艺及试验结果
挤压力 ! %45 突破 挤压 终了 水压 ! %45 淬火后料温 ! 3 时效后型材的硬度值 ! 67

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注: 挤压筒温度 9//3 , <!1"0& 挤压制品长度 !) =。 !

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传动臂型材的挤压工艺及试验结果
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量, 以 铸 锭 温 度 最 好 控 制 在 09/+00/3 , 压 速 度 控 所 挤 制在 ,"0+)"/ ==! 。从 1/1! 合金的人工时效硬化曲线 > 上可以看出,最佳的时效制度为 !*03?03 保温 ( @ 或

先进的尺寸检测仪器,利用国内的设备完全能够生产 出高质量、高精度的模具,满足生产高精度产品的要 求。 ( ))1/1! 铝 合 金 的 主 要 强 化 相 为 %E,FG, 、 、 ;H IJ

,//3?03 保温 ! @。 1/1! 合金铸锭挤压前需进行均匀
这样可使粗大的 化退火, 其制度为 00/+0*/3 保温 1 @, 共晶组织溶解, 并在冷却时固溶体产生局部分解, 析出 可溶相的细微质点;挤压时可以提高合金元素进入固 溶体中的比例, 从而显著提高 1/1! 合金的塑性和淬火 效果。

KL 等元素的含量对合金的性能影响不大,只要将 ;H、 IJ、 、 、 、 、 、 等 元 素 的 含 量 控 制 在 N:! KL %E FG %L ;M BG B
并 )!’/A!’’1 标准要 求 的 范 围 内 , 保 证 %EOFGP!"*)(尽 量控制在 !"9+!"* 之间) 1/1! 铝合金就可以获得较高 , 的强度。 (9)计算机用 1/1!AB1 电脑传动臂型材和底板型 材的生产工艺制度如下: 铸锭温度 09/+01/3 , 压 速 挤 , 淬 度 ,"0+*") =! (制 品 ) 淬 火 水 压 /"!,+/"!1 %45, =GL 火水温 )/+0/3,人工时效制度 !*/3?03 保温 ( @; 铸 锭需进行均匀化退火, 其制度为 00/+0*/ 3 保温 1 @。 (0)利 用 国 内 目 前 的 生 产 条 件 和 装 备 , 合 理 选 在 择生产工艺的基础上,完全可以生产出高质量、高精 度、性能稳定的计算机用 1/1!AB1 电脑传动臂型材和 底板型材。

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结束语
(!)计算机用 1/1!AB1 电脑传动臂型材和底板型

材可通过挤压机在线淬火获得要求的硬 度 值 6CD(*+ 关键是设计合理的喷水淬火装置和控 ’0#67!//+!!1$, 制 淬 火 前 料 温(09/+01/3 ) 淬 火 水 温()/+0/3 ) 并 、 , 配置牵引装置,保证牵引机的拉力不随运行速度而变 化, 且能提供所需的牵引力。 并 (,)通 过 制 定 合 理 的 模 具 加 工 工 艺 流 程 , 配 以

参 考 文 献:
[!] 许其亮 " 建筑铝型材生产 #上册 $ %] 西安: [ 西安冶金建筑学院 & !’(’" )*(+)(’" " [,] 田荣璋、 王祝堂主编 " 铝合金及其加工手册 #第二版 $ -%." 长沙: 中南大学出版社 & ,///" ,0!+,1!& )))+)0/" [)] 刘静安 " 铝型材挤压模具设计、 制造、 使用及维修[%] 北京 2冶金工业出版社 & !’’’" )0/+)0," "

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一种生产高纯铝的方法
日本住友化学工业公司(FH=GTQ=Q ;@J=GU5R ;Q=V5LW& XG=GTJY)发明一种生产高纯铝的新工艺, 并在美国取 得了专利, 专利号为: 将一个受到冷却的物体插入铝熔体中, 铝熔体温度保持在液相范围内, 1!01/’0。生产工艺为: 在冷却体表面上有高纯的铝晶体形核并长大为晶粒; 使受冷物体旋转, 带动铝熔体旋转并向铝熔体施加离心力; 向 每生产 ! ZE 高纯铝通入的气体量为 /"/!+!0/ X 气体。 熔体通入 ! 大气压的 ,0 3 的气体,

#王祝堂 $




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