SCI论文（www.lunwensci.com）:
摘要 ：文章简单介绍了金属铝合金在轻量化中的优 势，论述了轻量化金属铝合金压力加工中工艺润滑的重要 性，对轻量化金属铝合金压力加工中的工艺润滑进行了进 一步研究。研究发现，工艺润滑可以提高金属铝合金压力 加工效率。因此，应在冲压、冷轧、热轧、锻造、切削等压 力加工环节科学使用工艺润滑。
关键词 ：轻量化 ；铝合金 ；压力加工 ；工艺润滑
1 金属铝合金在轻量化中的优势
1.1 提高耐腐蚀性
金属铝合金耐腐蚀性较佳，利用金属铝合金材质的车 顶篷、发动机罩、行李箱盖、车身骨架、地板、冲压车轮、 车厢装饰件、座椅、保险杠等系统部件， 可以实现无涂装。 同时金属铝合金材料较为美观耐用，表面处理难度较小， 也可以再次回收利用。
1.2 降低油耗
金属铝合金减重效果较为明显，将金属铝合金材料应 用到覆盖件中，可以间接提升燃油经济性。特别是在底盘 （制动系统、悬架系统、转向系统、行驶系统等） 中采用金 属铝合金材料， 可以有效降低油耗。
1.3 提高安全性能
在动力一定的情况下，轻量化的全金属铝合金主体操 控性能更加优良，速度提升效率更高。在弯道转弯期间， 金属铝合金材质的侧向倾覆力远远小于传统侧向倾覆力。 而同等强度下，金属铝合金材质的惯性更小，出现事故后 承担的撞击力度更小， 事故后果也更轻微。
1.4 减少热应力
在发动机活塞中应用金属铝合金材料，可以发挥金属 铝合金导热性佳与重量小、惯性小的特点，减少热应力聚 集，延长机油质量异变时间。特别是金属硅铝合金（硅含 量 12%）的应用，可以在确保发动机油塞强度、刚度满足 设计要求的同时，提高高温下活塞稳定性。除此之外，在 轮毂中应用金属铝合金，可以改善轮毂散热效果，延长轮 胎、制动碟使用时间。
2 轻量化金属铝合金压力加工中工艺润滑的重要性
2.1 降低铝合金表面缺陷
金属铝合金是一种具有易粘伤、质地软、易腐蚀等金 属特性的材料，其在金属制造中要求表面不涂装、零缺陷 与阳极氧化。然而， 金属铝合金的压力加工成型难度更大、 延展率更低，且其较小的硬度也埋下了压力加工中损伤隐 患。因此，在金属铝合金的加工过程中，应用工艺润滑可 以减轻压力加工对金属铝合金材料的影响，降低金属铝合 金材料表面缺陷概率， 提高金属铝合金压力加工效果。
2.2 提高冲压加工效率
金属铝合金冲压加工涉及了弯曲成形加工、剪切冲 裁、拉伸成形加工等多种。在金属铝合金冲压加工工艺中 应用润滑剂，可以控制工件、模具之间磨损处于较低水 平，增强大压力下金属铝合金工件抗裂能力。同时，润滑 剂可以在金属铝合金工件冲压加工表层形成均匀的油膜， 降低模具、工件之间的摩擦，在确保模具表面金属性能良 好的同时， 提高工件表面清洗效率。
2.3 优化热轧加工过程
热连轧金属铝工艺主要采用高速、大铸锭轧制高精度 金属铝板等材料，轧件、轧辊所处环境温度、压力较高， 且材料高度摩擦，需要乳化液润滑，避免铝合金粘连、变 形、色差等问题。同时，热轧工艺中乳化液润滑，可以通 过喷射量控制冷却环境温度与轧辊温度， 实现金属铝合金 轧件在轧制过程中的良好咬入。除此之外，适宜的乳化液 润滑可以降低热轧力， 为金属铝合金压力加工效率的提高提供依据。
2.4 提高锻造加工效益
锻造工艺涉及了冷锻造、温锻造、热锻造，加工环境 高度复杂。利用金属铝合金锻造润滑剂，可以控制金属铝 合金锻造负荷在较低的水平，降低模具磨损量、加工温 度，规避模具卡死等问题。同时，促使金属铝合金材料在 模具中完美成形，锻件与型腔之间无孔隙，顺利完成模具 脱模， 延长模具寿命， 提高锻造效益。
2.5 降低切削加工成本
金属铝合金切削工艺包括 ：车削、刨削、铣削、钻削、磨削等。在上述工艺实施过程中，金属铝合金材料表面极 易出现黑色腐蚀点或白色斑点。而利用切削液，可以有效 对抗细菌、真菌，抑制金属铝合金切削加工业腐败，避免 褐色腐蚀点出现。同时，利用切削液润滑、冷却、防锈作 用，可以在高难度加工条件下延长切削刀具使用年限，提 高加工效率， 降低生产成本。
2.6 提高铸造加工精度
金属铝合金铸造加工工艺实施过程中，金属铝合金柔 韧性导致铝屑易粘结到模具表面， 严重干扰加工件表面粗 糙度，甚至形成积屑瘤。同时金属铝合金较高的延展性， 导致其在铸造过程中易出现长条状裂纹，增加铸造难度。 利用润滑剂，可以及时带走铝屑，改善金属铝合金材料、 工件之间环境，抑制铝合金材料延展，为铝合金铸造加工 精度提高提供依据。
3 轻量化金属铝合金压力加工中的工艺润滑
3.1 冲压工艺润滑
在轻量化金属铝合金冲压工艺中，主要采用固体润滑 和水性润滑方法。从金属铝合金冲压成形过程来看，压边 阶段需要进行全膜润滑， 板料稳定变形阶段则需要边界润 滑， 以避免铝合金表面在冲压成形阶段形成氧化膜黏附模 具表面，甚至划伤模具。金属铝合金冲压成形工艺润滑剂 的选择标准是冷却性、润滑性、可清洗性、无公害性以及 稳定性。若采用固体润滑，则可以选择剪切强度低于金属 铝合金流动剪切强度的固体位置，如石墨、MoS2/WS2 等 晶体结构为六方晶系的层状， 便于通过分子层面相对滑动 形成坚固薄膜，改善冲压性能。若采用液 - 固润滑剂，则 可以选择油基 - 纳米添加剂覆膜润滑，在改善金属铝合金 表面质量的同时， 提高清洗效率。
冲压工艺润滑主要是利用化学镀法在金属铝合金表 面形成致密且均匀的MoS2 镀层，也可以利用微弧氧化技 术在铝合金材料表面沉淀含MoS2 的润滑介质。化学镀法 较为常用，需要事先根据配比混合粒径为 1μm ～ 7μm 的 MoS2 与适量镀液表面活性剂（十六烷基三甲基溴化铵）， 在电磁搅拌器内搅拌成悬浮液。在 15g/lMoS2 微小颗粒均 匀分散到悬浮液后，加热镀液进行铝合金施镀。施镀期间 间歇搅拌，促使大电阻润滑物质进入多孔质层，改善摩擦 性能。
3.2 热轧工艺润滑
在轻量化金属铝合金热轧工艺中，主要采用水性润 滑。乳化液分段分级控制是热连轧机组工艺控制的关键， 辊型控制的依据是板带材的板形。在热轧高温作用下，乳 化液随温度升高由水包油状态转换为油包水状态， 最终经油添加剂发挥润滑作用。其中乳化液的热分离性能是热连 轧过程中润滑效果的决定因素，乳化液粒径分布、大小则 是其热分离性能的决定因素。因此，需要严格控制工艺润 滑稳定性，选择尺寸适中、油液分离较容易的乳化液，尽 可能降低金属铝合金材料热轧最终环节高温对润滑剂吸 附与解吸附、润滑、老化过程甚至板带厚度精度、板形的 不利影响。同时，根据轧制压力一定时压下率与乳化油黏 度之间的关系，选择黏度大于 50mm2/s，但小于 70mm2/s 的乳化液，规避热连轧时铝合金材料咬入打滑问题。乳化 液浓度与铝合金材料硬度具有一定关系，油质量分数为 0.8% ～ 1.5% 的乳化液适用于热轧硬铝合金工艺 ；油质量 分数为 1.0% ～ 2.0% 的乳化液适用于热轧软铝合金工艺。 同时，在金属铝合金热精轧中，应添加常用添加剂 1.5 倍 以上、2.0倍以内的油性剂， 以有效发挥润滑效果。
金属铝合金热轧中所使用的微乳液由基础油、表面 活性剂、助表面活性剂、水组成，其中基础白油质量分数 为 20%， 表面活性剂 SP-80 质量分数为 4% ～ 8%， 表面 活性剂 BH-1 质量分数为 15% ～ 20%，油酸润滑剂质量 分数为 14%，聚醚类润滑剂质量分数为 1% ～ 3%，MEB- 40 润滑剂质量分数为2%，助表面活性剂乙醇质量分数为 4% ～ 20%，助表面活性剂DT 醇质量分数为2% ～ 20%， 其余为水。先混合基础白油、表面活性剂，搅拌后加入助 表面活性剂、水继续搅拌至均匀透明。配置成微乳剂原液 后，利用水将其稀释为 5% 溶液，在热轧操作过程中直接 使用。或者将铝合金坯料浸泡到质量分数为 10% 的氢氧 化钠水溶液内， 促使铝合金坯料表面产生一种疏松的化学 氧化涂层后加入润滑剂， 发挥润滑剂效果。
3.3 锻造工艺润滑
在轻量化金属铝合金锻造工艺中，主要采用固体润 滑。金属铝合金锻造工艺润滑的标准是均匀浸润铝合金表 面、无润滑剂残留、不腐蚀模具、冷却模具、自动进料、绿 色无污染。因此，可以选择石墨润滑剂来规避局部润滑不 足的问题，因为石墨润滑剂价格低廉，颗粒小易分散。同 时，为了满足环境保护和控制模具深处润滑剂残留量的要 求，可以使用基于乙醇的硬脂酸钙润滑剂，以满足热锻造 360℃~ 480℃环境下的润滑需求。
固体润滑涂覆方法可以采用化学反应在金属铝合金 表面形成润滑涂层。也可以使用速度可调节的多边形滚 筒，在滚筒内放入固体润滑剂（硬脂酸锌），待涂覆铝合金 坯料后滚动滚筒。滚动时间为20min ～ 60min，滚筒运转 速度为 15r/min ～ 60r/min， 润滑剂量为 100g， 金属铝合 金直径为 1mm，质量为 0.5kg。在滚动期间，细小丸料对坯 料进行打击作用，促使金属铝合金材料表面吸附润滑剂，使润滑剂能够牢固附着在铝合金表面。
3.4 切削工艺润滑
在轻量化金属铝合金切削工艺中，主要采用油性润 滑和水性润滑。选择金属铝合金润滑液时，应考虑其润滑 性能、低泡沫、生物稳定性、适应多种水质环境和环境友 好等标准。常用的润滑剂是Bluebe 润滑油，其在40℃下的 运动黏度为 9.26mm2/s，室温下密度为 0.932g/cm3，碘值 为 0.53mg/100g， 开口闪点为204℃, 无杂质和水分， 水溶 性酸碱含量低，灰分占比为 0.01%，初馏点和终馏点分别 为 221℃和 321℃, 倾点为 -31℃, 凝点为 -34℃。同时， 考 虑到基础矿物油生物降解能力差的特点， 可使用具有生物 降解能力佳、水解稳定性和氧化稳定性高的合成酯（长链 醇 + 酸），如脂肪酸单酯和多元醇酯，来提高金属铝合金 加工切削液的效能。除了基础油外，切削液中还包括 10% 合成脂、2% ～ 5% 杀菌剂、1% ～ 3% 防锈剂、5% ～ 10% 有机胺、0.5% ～ 1.0% 铝腐蚀抑制剂、20% ～ 30% 乳化剂、 0.1% ～ 0.2% 消泡剂、0.1% ～ 0.2% 铜腐蚀抑制剂和适量 的水。考虑到传统切削液极压添加剂（含硫、氯、磷等有 机物）在水溶液内助长微生物繁殖腐蚀铝合金的特点，可 以使用具有固有润滑性、氧化安定性、热安定性和水解安 定性的聚酯，或者添加新型非磷非硅型铝缓蚀剂、脂肪醇 聚氧乙烯醚羧酸的乳化剂， 来避免金属铝合金工件在切削 加工过程中出现表面变黑、长白斑、失光泽等情况。
切削工艺中的润滑主要采用电化学原位合成法，进 行硬脂酸锌基自润滑阳极氧化铝膜（或者二氧化钼基自润 滑阳极氧化铝膜）。硬脂酸锌基自润滑阳极氧化铝膜是一 种类似微型镶嵌的结构，首先，借助恒电流法，营造阳极 氧化环境，环境中电解液为 0.78%草酸溶液，冷水浴均匀 搅拌20min，处理铝合金材料后，利用大量自来水冲洗并 进行冷风吹干。进而配置预镀液（6% 七水硫酸锌 +4.7% 硫酸钠 +0.6% 二水硫酸铝钾 +0.3% 十八水硫酸铝 + 适量 水），在温度为20℃、电流密度为 50A/m2 的环境下预镀处 理 10min。预镀后转移到硬质酸钠电解液内，调整温度至 75℃~ 85℃, 二次电解 35min，获得表面呈土黄色的硬脂 酸锌基自润滑阳极氧化铝膜， 改善金属铝合金表面软质的 特点， 降低摩擦拉伤问题。
3.5 铸造工艺润滑
在轻量化金属铝合金铸造工艺中，主要采用高温油 脂润滑。生产铸锭是金属铝合金加工的关键工序，直接影 响下一步挤压工序、轧制工序的质量。在半连续铸造过程中，金属铝合金铸锭的模具需要进行2 次冷却。这时，边 界层收缩容易引发铝合金铸锭表面的拉痕、皮下偏析、冷 隔和偏析瘤等问题。为了消除铝合金铸锭铸造缺陷，可以 采用高温油脂润滑内部热换方式。通常情况下，在结晶器 上添加的耐火材质保温帽虽然可以稳定铝液流动与内部 品质，但会导致一次冷却传热下降，增加表层隐藏式冷 隔，甚至出现超过 1mm 的偏析层。因此，可以利用石墨环 代替保温帽，将其设置到结晶器内壁。在铸造前将润滑脂 涂抹到石墨环内部， 以利用石墨环与高温油脂复合润滑特 性，降低凝固壳体与模具之间的摩擦。石墨内衬上层与下 层对称， 结晶器上部独立水腔与下部独立水枪均具有独立 进水口与挡水板，上部水腔底部、下部水腔底部均成排布 置喷水口，上下层喷水孔角度交错。在金属铝合金铸造加 工期间，可以通过油腔向石墨内衬渗透润滑油，形成一层 连续油膜。这样在润滑金属铝合金材料加工面的同时，隔 绝热量，减少铸锭一次冷却压力。2 个独立的水腔可以在 供应冷却水的同时确保金属铝合金铸锭初期无热裂纹， 提 高铝合金铸锭表面质量。
在铸造胶体悬浊液中添加矿物油时，需要在550℃±50℃ 高温环境下加入石墨与机器油混合物（比例为1.5 ：1）。由于 石墨与机器油混合润滑剂残留物不易去除，石墨粒子嵌入锻 件表面并引起腐蚀和麻坑等问题，因此可以借鉴气膜铸造经 验，利用氮气、二氧化碳、氩气等空气代替润滑油作为润滑 剂。在结晶器内使用石墨环的基础上，加压输入油气，经石墨 环外表面凹槽以及内部大量毛细管道传到结晶器内壁。这样， 以非雾化形式的连续油膜可以附着在液态铝表面，约束液态 铝凝固过程， 降低铸锭初次凝固壳体与结晶器之间的摩擦力。
4 结语
综上所述，金属铝合金材料是实现金属轻量化的关 键，压力加工是金属铝合金材料在轻量化中应用的主要渠 道之一。轻量化金属铝合金压力加工中主要采用工艺润滑 作为金属塑性加工润滑剂，包括润滑性粉末、润滑脂、润 滑油、薄膜材料、整体材料等。根据不同的压力加工方式， 可以选择不同的润滑剂。在确保轻量化金属铝合金压力加 工顺利进行的同时，降低铝合金材料表面缺陷率，为金属 轻量化的实现提供保障。
关注SCI论文创作发表，寻求SCI论文修改润色、SCI论文代发表等服务支撑，请锁定SCI论文网！
文章出自SCI论文网转载请注明出处：https://www.lunwensci.com/ligonglunwen/67599.html
