挤压模具结构对5052铝合金薄壁管材成型的影响

王宪勇 李吉

哈尔滨东安高精管轴制造有限公司 黑龙江哈尔滨市 150060

摘要：5052铝合金具有密度低、静强度中等、塑性好、耐腐蚀、铸造性好等优点，广泛应用于航空和汽车工业，挤压行业的快速发展对设计提出了更高的要求，基体的合理设计是挤出成型的基础，对保证产品的性能和安全起着重要的作用。

关键词：5052铝合金；挤压力；挤压模具；薄壁管材成型；

1. 前言

5052铝合金属于Al-Mg系，主要合金元素Mg。结果表明，镁合金在加工过程中硬度提高，变形硬化明显，微流变元素包括Mn、CR、Ti等CR元素。钛和锰一样可以使合金产品着色；5052铝合金具有良好的设计、腐蚀和铸造性能，用于生产油箱、输油管道、锡件、仪器仪表、灯具铆钉、金属制品等。

2. 铝合金背景介绍

由于铝合金具有良好的耐腐蚀性，压杆的使用越来越多，一方面它可以作为结构件或作为二次压缩件生产，经过二次压缩后，在一定条件下，合金的压缩效果可能会降低或几乎消失。另一方面，它们可能与相关行业或部门直接相关，但棒料生产中最大的问题是，国内外许多科学家、工程师和工程师对影响大棒料晶粒尺寸的因素进行了深入研究，但对铝合金挤压过程的研究主要集中在化学成分、均匀化等方面。

目前生产铝合金的主要方法是直接挤压棒材，但这些研究没有考虑成形过程对粗晶的影响，即晶粒，挤压变形和应力对晶粒尺寸的影响主要是由于杆件在挤压过程中变形和压实程度相对较低，使挤压压力相对较小。从挤压形式的角度来看，挤压形式很容易达到。假设金属变形程度和压力也是决定晶粒尺寸的重要因素，而基体组织是一个重要因素，因此对大晶粒的影响因素进行了研究和分析，仅在工艺和成分、对铸件形态的影响方面非常有限^[1]。

3、挤压模具设计的重要性

对大直径铝合金薄壁管的高技术要求也对热挤压工具提出了很高的要求，由于挤压基体对整个挤压过程非常重要，杆件是金属成形和压缩压力传递的关键部件，它是保证产品形状正确的最重要的工具。尺寸和精度也是重要因素，喷嘴的形状和尺寸在很大程度上控制着挤出制品的力学性能和内部结构（特别是力学性能）；对金属流动性、压力温度场、速度场、电压场和应变场有很大影响，为了保证生产和设备的安全，保持挤出工艺的改进是非常重要的^[2]。

4、基于反复模压法的挤压模具结构的分类

反复模压是一种强塑性变形的方法，与传统方法相比，SPD-RGP消除了这种方法的缺陷，如通过角度压缩和高压扭转，成功地避免了制造过程中对板材表面、角色和环境的严格要求，提高了材料在补缩和导向过程中的弯曲性能，类似于低疲劳变形。RGP法由于更容易积累有效变形，达到磨损颗粒的目的，因此迅速成为科学研究的热点，工业纯铝、工业纯铜及两相Cu、Zn合金已被成功磨削。

目前正在根据RGP的基本原理设计两种不同的结构。第一种方法是限制模压（CGP），即设计一个在平轧模型外制造的容器，完成容器内试样的重复变形，另一种方法是简化设计，去掉容器。试样可以在整个形状上自由移动，变形区不再受限制，所谓非限制模压（UGP）。许多科学家已经证明，用CGP和UGP变形的细化效果有很大的差异，并且已经得到了初步的论证^[3]。

5、试验结果与讨论

5.1CGP变形对5052合金拉伸性能的影响

5052铝合金CGP变形后的常温阻力曲线，铝合金CGP变形后的常温阻力曲线，给出了室温下强度和伸长率随压力的变化曲线，假定cgp5052铝合金变形后的抗拉强度为188.5mpa～249.9mpa，约为30%；同时，材料的韧性大大降低，延伸率由35%提高到12%，抗拉强度随孔道形成量的增加而单调增加。经过三轮后，抗拉强度提高到275,5mpa，在发光状态下约为1,5mpa，但生长速率要低得多，同时变形试样的相对伸长率随通道内变形速率的增加而保持不变，经过三轮后略有增加^[4]。

典型CGP变形的1级和3级样品的TEM结构，CGP导致样品变形，结果样品被分解成块状，形成大量高密度位移，结构主要由细丝组成，具有一定的精度，三次CGP变形后晶粒明显破碎，分段法测得的平均晶粒尺寸约为0.4um；结果表明，晶界存在大量的冗余位移。

5052铝合金含2.2%～2%，抗拉强度的提高主要是由于CGP变形后的凝固，第一晶粒开始断裂形成高密度的滑移，但磨粒不明显，同时抗拉强度的提高主要来自硬化；然而，随着剪切变形的加深，变形样品在更剧烈的运动中的位移更容易滑移，并结合在原来的大晶体中。新晶界的形成有利于晶粒的致密化和均匀化。新晶界的形成将在一定程度上降低还原密度。因此，抗拉强度的提高主要取决于晶粒颜色的调整，不同变形阶段晶粒的凝固和磨削起着不同的主导作用。随着CGP变形量的增加，合金的微观组织逐渐改善，如轴向和均匀性，晶界结构处于高能不平衡状态，在电压作用下，倾斜运动可以激活其它变形机制，如晶粒旋转和面间变形，提高合金的塑性

^[5]。

5.2UGP铝合金5052的变形

5052铝合金UGP变形后，室温拉伸强度随变形程度的变化UGP试样的拉伸强度降低了30%以上，但材料的伸长率明显降低，拉伸强度单调增加，伸长系数单调减小。假设变形后的UGP试样的抗拉强度与CGP试样的相同，并且在单个序列中呈现上升趋势。但应注意的是，UGP变形试样的伸长率随通道变形量的增加而减小，明显低于CGP变形试样。

已有研究表明，5052铝合金中的UGP变形也具有很强的破碎性，即CGP变形中的晶粒破碎度和晶粒破碎度要高得多，四级UGP变形试验的平均晶粒尺寸甚至大于三级CGP变形试验的平均晶粒尺寸。

结果表明，UGP试样的应变随变形程度的增加而减小，拉伸强度随材料塑性的降低而提高。CGP试样与UGP试样拉伸性能的差异是由晶粒压缩性的本质差异决定的，CGP试样具有不同的拉伸性能和较好的力学性能组合。

5.3样本分解

显示了室温下RGP变形时SEM的拉伸强度。假设5052铝合金在CGP和UGP变形下具有抗撕裂性，在这种抗撕裂性下可以观察到大量的条带；第一次变形后，样品中的矿坑较多，大矿坑仍为小直径、小尺寸的大矿坑，地面为空洞；随着轨道变形量的增加，矿山变得平坦，但矿山分布的均匀性明显提高；此外，CGP变形样品的平均孔径明显小于UGP变形样品，经过四步后，平均孔径仍然较高。结果表明，CGP的孔径大于平均孔径。CGP和UGP试样的晶粒开始碎裂，但晶粒尺寸非常不均匀，随着变形量的增加，带状变得更细、更小、更均匀；结果表明，CGP变形试样的平均孔径小于UGP变形试样的平均孔径，它比UGP变形试验更有效^[6]。

6、结束语

结果表明，RGP变形（CGP变形和UGP变形）对5052铝合金具有明显的双向增强作用，抗拉强度随变形量的增大而增大，5052铝合金经CGP和UGP变形后具有抗撕裂性能，三次变形后抗撕裂性能略有提高；UGP的延伸率随变形程度的增加而降低，显著低于CGP；CGP与UGP在牵引性能上的差异是由粒径的显著差异决定的，CGP具有较好的力学性能。合理的基体设计对整个挤出过程至关重要，对产品的挤出性能起着关键作用。

参考文献

[1] 直妍, 梁鹏程, 李兴林,等. 镁合金薄壁管材的双向挤压成型模具及其成型方法:, CN110576070A[P]. 2019.

[2] 邱泽宇, 徐雪峰, 付春林,等. 5A02铝合金薄壁管材热挤压缩径增厚成形试验研究及优化[J]. 塑性工程学报, 2019.

[3] 周广宇, 庞俊铭, 荣伟,等. 提高6082铝合金薄壁管材伸长率的试验研究[J]. 轻合金加工技术, 2019(8).

[4] 黄珍媛、赵亚萌、潘健怡、章弦、梁奕清. 基于遗传算法的6063铝合金矩形管材挤压模具的结构优化[J]. 轻合金加工技术, 2020, v.48;No.517(09):38-42.

[5] 鲍世斌. 薄壁铝合金型材挤压模具的设计分析[J]. 科技经济导刊, 2019, v.27;No.688(26):106-106.

[6] 程文. 施工过程中建筑铝合金结构挤压材模具的设计与制造[J]. 工程技术研究, 2019(20).