南車南京浦鎮(zhèn)車輛有限公司（江蘇 210031）王 強 李東風(fēng) 趙學(xué)武

目前鋁合金在產(chǎn)品加工制造行業(yè)被廣泛應(yīng)用。鋁合金產(chǎn)品在加工制造過程中由于受到外力或焊接應(yīng)力的影響，通常會產(chǎn)生一定程度的變形，這些變形通常都要進(jìn)行矯正，而使其符合產(chǎn)品質(zhì)量要求。實踐證明，多數(shù)變形的構(gòu)件是可以矯正的。矯正的原理都是設(shè)法造成新的變形來達(dá)到抵消已經(jīng)發(fā)生的變形。在生產(chǎn)實際過程中普遍應(yīng)用的矯正方法，主要有機械矯正、手工矯正和火焰矯正，因此要針對產(chǎn)品不同的結(jié)構(gòu)和變形程度合理選擇最佳的矯正方法，以獲得最佳的矯正效果。

1.鋁合金構(gòu)件變形的原因

（1）原材料在加工過程中產(chǎn)生的變形 由于原材料在擠壓生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力而引起的變形。如：擠壓過程中冷卻速度不一致、擠壓設(shè)備調(diào)試失常等。

（2）在產(chǎn)品制造過程中產(chǎn)生的變形 主要原因是外力影響。如剪切過程中產(chǎn)生的剪切擠壓應(yīng)力、熱切割過程中熱脹冷縮產(chǎn)生的收縮應(yīng)力等。

（3）焊接過程中產(chǎn)生的變形 主要原因是焊縫周圍產(chǎn)生的橫向和縱向收縮應(yīng)力，通常稱為焊接應(yīng)力引起的變形。

（4）構(gòu)件變形的實質(zhì) 不論構(gòu)件發(fā)生何種變形，其主要原因都是由于其內(nèi)部存在不同程度和不同形式的殘余應(yīng)力，使其結(jié)構(gòu)組織中一部分纖維變長受到周圍的壓應(yīng)力，另一部分纖維變短受到周圍的拉應(yīng)力，從而造成了金屬材料的變形。

2.矯正原理及常用方法

矯正的原理就是通過外力或局部加熱，使得較長的纖維縮短，較短的纖維伸長，最后使得各層的纖維長度趨于一致，或達(dá)到我們要求的纖維長度，從而消除變形或使變形減少到規(guī)定的范圍之內(nèi)。

各種矯正方法在現(xiàn)場使用過程中要根據(jù)其構(gòu)件結(jié)構(gòu)特點、變形形式、工件大小等不同情況做相應(yīng)的選擇，必要時還需采取多種矯正形式相結(jié)合的綜合矯正法。其中火焰矯正是應(yīng)用最為廣泛的一種方法，其對于大型構(gòu)件和自身強度較大構(gòu)件的變形矯正效果最好，但火焰矯正也是一門較難掌握的矯正方法，如加熱位置、溫度控制、冷卻方式不當(dāng)還會造成構(gòu)件新的更大變形，甚至導(dǎo)致產(chǎn)品的報廢。因此，火焰矯正作業(yè)人員除要有豐富的實踐經(jīng)驗外，還需掌握鋁合金的熱處理性能。

3.鋁合金構(gòu)件變形矯正方法

（1）機械矯正 鋁合金型材和8mm以上厚板常見的矯正設(shè)備是壓力機。一般來說，板材越厚越容易矯平，越薄的板材矯正起來越困難。在采用機械矯正時需在受力部位加墊板，以避免材料表面產(chǎn)生壓傷。用壓力機進(jìn)行矯正通常是針對型鋼單一方向的彎曲變形。通常還要配有專用墊塊和壓塊，以保證受力方向穩(wěn)定，同時避免材料表面壓傷保證矯正質(zhì)量，如圖1、圖2所示。

（2）手工矯正 對于變形較小的局部變形可采用手工矯正。手工矯正的效果取決于對錘擊部位、擊打工具及擊打方式的正確選擇。

鋁合金產(chǎn)品在選擇手工矯正時需謹(jǐn)慎，實施手工矯正時需考慮選用合適的擊打工具，如木錘、橡膠錘、尼龍錘等，如圖3所示。

圖3

用大力擊打時還需考慮在受力部位及墊、壓部位加膠墊、木片或木塊，以保證材料表面在矯正過程中不受損傷。

（3）火焰矯正 火焰矯正經(jīng)常采用以下三種加熱方法：線狀加熱法、點狀加熱法、三角形加熱法，如圖4所示。

圖4

4.火焰矯正

（1）火焰矯正的原理和實施難度 火焰矯正是利用金屬局部加熱后所產(chǎn)生的塑性變形來抵消原有的變形，而達(dá)到矯正的目的。火焰矯正是利用火焰加熱變形構(gòu)件的凸部，使凸部金屬加熱膨脹受阻而產(chǎn)生壓縮應(yīng)力，當(dāng)壓縮應(yīng)力超過加熱金屬的屈服點時，凸部金屬纖維產(chǎn)生塑性變形，從而達(dá)到矯正的目地。

火焰矯正是一門較難操作的工藝，方法掌握、溫度控制不當(dāng)會造成鋁合金構(gòu)件產(chǎn)生新的更大變形，甚至導(dǎo)致材料燒損。因此火焰矯正作業(yè)人員要有豐富的實踐經(jīng)驗。實際生產(chǎn)中作業(yè)人員往往將需要矯正的部位全部加熱，然后澆水急冷，獲得變形，這種變形的方向和尺寸都無法控制，往往需反復(fù)校正，人力、物力浪費嚴(yán)重，在規(guī)模生產(chǎn)中工藝實施難度很大。

（2）鋁合金構(gòu)件在火焰矯正時必須考慮的因素 ①應(yīng)先掌握被加熱鋁合金的熱處理特性及加熱溫度。矯正后材料性能有顯著下降的，不能采用火焰矯正。②火焰矯正中加熱火焰的選擇十分重要。鋁合金一般采用中性焰或輕微碳化焰。③矯正前應(yīng)仔細(xì)觀察變形情況，考慮加熱位置、加熱順序和矯正步驟。

（3）影響火焰矯正效果的因素 ①工件剛性。②加熱位置。③火焰熱量。④加熱面積。⑤加熱方式（點狀加熱、線狀加熱、三角形加熱）。⑥冷卻方式（水冷、風(fēng)冷、空冷）。

（4）鋁合金加熱時的溫度控制 由于鋁合金在加熱過程中顏色無明顯變化，因此在火焰矯正過程中需格外謹(jǐn)慎和仔細(xì)。加熱溫度需用溫度筆來測試，如圖5所示。

圖5 溫度筆

（5）5系鋁合金構(gòu)件火焰矯正的典型工藝 ①測量構(gòu)件結(jié)構(gòu)尺寸及幾何公差，確定火焰加熱的部位和方向，再由變形量的大小確定加熱區(qū)域的大小，用記號筆標(biāo)示加熱位置及加熱形式。②將工件置于調(diào)修平臺或支架上，利用長螺栓、F鉗、壓力機和壓板等輔助工具固定工件，同時施加外力，使預(yù)加熱區(qū)產(chǎn)生塑性變形（做反變形）。③調(diào)整加熱火焰，準(zhǔn)備好冷卻介質(zhì)（水）。④用250 ℃溫度筆涂抹在加熱區(qū)域。⑤加熱標(biāo)示區(qū)域，當(dāng)加熱溫度使溫度筆變色時立即停止加熱，并澆水冷卻。⑥一個加熱矯正循環(huán)后松開所有壓板、夾具等釋放外力。自由狀態(tài)下檢查工件各部尺寸及幾何公差。局部不合格處再進(jìn)行一次火焰矯正。第二次加熱部位必須避開第一次加熱部位，盡量避免重復(fù)加熱同一部位，冷卻后檢查尺寸。

注意事項：加熱時焊炬不停晃動，防止局部高溫，每加熱約5s用測溫筆及時測量加熱區(qū)溫度,嚴(yán)禁超過350℃，尤其要嚴(yán)格控制加熱區(qū)中心的溫度，澆水時要考慮澆水方向?qū)ψ冃蔚挠绊憽?/p>

鋁合金火焰矯正示例圖片，如圖6所示。

圖6

5.機械矯正在實際生產(chǎn)中的應(yīng)用

在CRH6動車司機室乘務(wù)員門生產(chǎn)中，乘務(wù)員門在組焊后門立柱直線度超差，大量的采用了機械矯正法，其主要優(yōu)點是：調(diào)修量容易操作掌控，無附加變形的影響，且對材質(zhì)強度影響較小，生產(chǎn)效率高。

矯正過程如下：

（1）將待矯正乘務(wù)員門放置在工作平臺上，并用支撐定位塊墊起。支撐定位塊材質(zhì)為鋁合金和尼龍塊，要求表面光滑，無棱角毛刺。

支撐定位塊的形狀要與待調(diào)修工件輪廓相適應(yīng)。支撐定位塊的設(shè)置要使工件待調(diào)修部位與調(diào)修受力方向保持垂直，使工件受力方向與與其變形方向一致，保證調(diào)修效果

（2）門柱調(diào)修時門柱兩端支撐定位塊到壓頭的距離要相等或近似相等（d≈d'），保證工件在進(jìn)行壓力調(diào)修過程中壓頭兩端工件變形均勻，且保持穩(wěn)定的狀態(tài)。支撐定位塊到壓頭的距離d較大時，調(diào)修時所需要的調(diào)修力較小，但工件回彈大，適用于變形較小的均勻變形；當(dāng)d較小時，所需要的調(diào)修力較大，調(diào)修效果明顯，但工件表面易產(chǎn)生壓痕。因此要根據(jù)工件變形情況來確定支撐定位塊的擺放位置。

（3）調(diào)修過程中壓力機壓頭不能直接接觸工件施壓，必須在施壓部位增加墊塊。墊塊的大小和形狀要與工件相適應(yīng)，墊塊要求具有足夠剛度和適當(dāng)硬度。墊塊應(yīng)選擇表面光滑的鋁合金板、尼龍塊或木塊。

墊塊的作用主要有兩點：一是增加工件受力面積，防止壓頭對工件表面產(chǎn)生壓痕，同時確保受力方向穩(wěn)定；二是調(diào)修過程中墊塊與工件表面能產(chǎn)生微小的相對滑動，減少對工件變形過程的影響。

（4）壓力機對門立柱施壓位置的選擇，應(yīng)選擇門立柱剛度較大的位置，即門立柱變形最為嚴(yán)重的部位。調(diào)修時注意壓頭的進(jìn)給行程，先初步設(shè)定一個較小的進(jìn)給行程，松開后查看變形矯正的效果；如果矯正效果不好，再次矯正時適當(dāng)增加壓頭行程。如此反復(fù)摸索變形調(diào)修所需要的力，逐漸矯正變形以滿足技術(shù)要求，如圖7所示

圖7

6.結(jié)語

鋁合金構(gòu)件的矯正方法和矯正原理與鋼結(jié)構(gòu)矯正有很多共通的方面，關(guān)鍵是要掌握矯正鋁合金的金屬特性和熱處理性能，特別是熱加工溫度的區(qū)別和控制手段，區(qū)別應(yīng)對，以此為原則采用合理的矯正手段實施矯正，即能獲得良好的矯正效果。