科创中国

高性能工业铝型材被广泛地应用于航空航天、船舶舰艇以及军工等领域,是我国国防事业发展的有力保障。采用传统挤压生产的高性能工业铝型材，由于挤压过程中金属流动不均匀致使挤压产品存在表层与中心、头部与尾部的组织性能不均匀现象，使得挤压产品的表层和尾端晶粒粗大、产生粗晶，从而使挤压产品组织性能不均匀。反向挤压由于没有挤压筒和锭坯之间的摩擦力，金属流动均匀性提高，粗晶区域比正向挤压少，但是依然存在一定的粗晶区域。对于航空航天等高性能工业铝材来讲，粗晶环和沿长度方向性能的均匀性是一个重要指标，西南铝就出现挤压的某型号直升机旋翼产品质量很难过关的情况。

无论正向挤压还是反向挤压，挤压生产能耗都非常高，尤其是正向挤压，由于铝锭与挤压筒直接存在摩擦力，其能量损耗在15~30%左右，这些都造成了我国高性能工业铝型材的生产成本居高不下，成品率较低，产品性能较差。基于此，需要采取新的挤压工艺，变摩擦阻力为动力，改善挤压过程金属流动特性，尽可能地消除粗晶环，提高铝型材沿长度方向的均匀性，提高产品成材率。本项目的实施也是在国家、部委和企业的多重支持下开展的研究工作。

研制出挤压筒与挤压杆独立数控运动、挤压模具固定的铝型材有效摩擦挤压新工艺和装备，显著改善了挤压过程中金属流动性，消除了工业铝型材产品粗晶环，提高了产品的组织均匀性，将挤压筒与铝锭坯之间的摩擦力由阻力转换为挤压动力，降低了挤压能耗。

通过对挤压过程的研究，提出用于实际生产的挤压筒与挤压杆独立数控运动的有效摩擦挤压新工艺，建立有效摩擦挤压方法的计算模型，提出有效摩擦作用下的铝锭坯挤压成形的三维弹塑性有限元模型，探明多场有效摩擦作用力下铝锭坯挤压成形机理、金属流动规律和温度变化趋势，在此基础上，揭示有效摩擦力和挤压力的变化趋势；进而提出有效摩擦挤压工艺技术路线，按照工艺要求提出有效摩擦挤压机的结构形式；建成了挤压杆和模轴的双顶杆国内首台套双动有效摩擦挤压设备。降低了挤压生产能耗和生产成本，提高了挤压产品性能。授权发明专利《超重型双动挤压机主机结构》(ZL201610219513.0)、《双动铝挤压机挤压的穿孔机构》(ZL201210590567.X)、《铝挤压机挤压容室挤压装置及挤压方法》(ZL201210565890.1)和《一种重型锻压装置及高速液压控制方法》(ZL201210588208.0)等，发表论文4篇。

(1) 挤压力减少 15%
(2) 挤压能耗降低 15%
(3) 固定针精度   ±1 mm
(4) 固定针震荡精度 ±0.1 mm
(5) 管材偏心率  ±5%
(6) 固定非挤压时间减少  40%
(7) 挤压产品成材率 85%
(8) 粗晶环厚度 无
(9) 成品率提高 ~18%