本发明涉及一种铝合金型材的合金成分的设计及制造工艺，具体涉及一种铝合金圆管，替代钢质材料，用作气弹簧部件—活塞杆，起到伸缩固定作用。
背景技术：
气弹簧(gasspring)是一种可以起支撑、缓冲、制动、高度调节及角度调节等功能的工业配件。它由以下几部分构成：压力缸、活塞杆、活塞、密封导向套、填充物(惰性气体或者油气混合物)，缸内控制元件与缸外控制元件(指可控气弹簧)和接头等。原理是在密闭的压力缸内充入惰性气体或者油气混合物，使腔体内的压力高于大气压的几倍或者几十倍，利用活塞杆的横截面积小于活塞的横截面积从而产生的压力差来实现活塞杆的运动。由于原理上的根本不同，气弹簧比普通弹簧有着很显著的优点：速度相对缓慢、动态力变化不大(一般在1：1.2以内)、容易控制。
以往的气弹簧组件均为钢质材料，体积重，易磨损锈蚀，使用寿命短；而铝合金的密度要比钢铁低，并且表面处理效果好，铝合金经过先高温挤压成型，后又经过严谨的时效工艺处理，有着很高的耐腐蚀性，铝合金的表面自然会形成氧化膜，不易生锈，易保持漂亮光洁的表面；
铝合金材料的强度与钢铁相比，密度是钢铁的1/3，吸收冲击能力是钢的2倍，导热性能比铁高3倍，体积要比钢铁轻，并且有着很好的回收利用价值性，随着汽车组件轻量化的发展，未来变形铝合金材料将在汽车组件中日益广泛的应用。
目前，市场上出现的铝合金材质的塑性和力学性能较差，且加工精度较低、表面质量不好，难以满足汽车气弹簧用铝合金的高质量要求。
技术实现要素：
本发明的目的就是为了解决现有技术存在的上述问题，而提供一种塑性和力学性能好、加工精度高、表面质量好的汽车气弹簧用新型铝合金圆管的制造方法。
为达到本发明的上述目的，本发明汽车气弹簧用新型铝合金圆管的制造方法采用以下技术方案：
为了克服现有技术存在的上述问题，本发明对汽车气弹簧用新型铝合金圆管的化学成分进行了优化设计，在大量试验研究的基础上，研发出了以下组分、含量的优化配方，原料中各合金元素质量百分含量为：si0.48％～0.52％，fe0.16％～0.20％，cu≤0.05％，mn≤0.05％，mg0.51％～0.55％，cr≤0.05％，zn≤0.05％，ti0.15％-0.25％，pb0.004％～0.01％，ca+na0.001％-0.002％，其它单个元素含量≤0.05％，其它元素总量≤0.15％，剩余为铝。
以上组分的铝棒采用以下工序、工艺加工成汽车气弹簧用新型铝合金圆管：
(1)热挤压
采用卧式挤压机，配备功率数显可调式电磁感应加热炉，铝棒加热采用梯度加热工艺，可有效地控制头尾温度的差距；铝棒上机温度为：头部500℃～515℃，尾部490℃～505℃，出料口产品实测温度控制在520℃～540℃，以保证产品后序塑性加工的性能要求；
挤压模具设计为组合式分流模，模具采用h13优质钢，模具内外工作定径带装配镶嵌yg8n硬质合金，模芯定径工作带部位使用高温耐磨硬质yg8n钨合金钢圈，并通过固定螺丝安装在上模前端锁紧；模孔定径工作带也使用耐磨硬质yg8n钨合金钢圈，并通过机械高温压嵌固定在下模中心孔内居正。
(2)冷加工
对步骤(1)处理后获得的铝合金素材制品，采用链式引拔机进行拉拔，链式引拔机采用三相交流变频电机调速系统，可对速度进行平滑无级调节和控制；在拉拔过程中，向管坯内外表面流体灌输喷淋运动黏稠度在600～800cst范围的润滑油。
(3)精整(矫直)
经过步骤(2)拉拔后的长料产品，再经过矫直机多辊旋压进行直线度的校整，控制产品的圆跳动度在0.05～0.08mm范围，同时对产品的内、外径尺寸与真圆度加以校圆，使外径真圆度控制在0.03～0.06mm范围、内径真圆度控制在0.015～0.03mm范围；并对拉拔后制品内产生的残余应力加以释放，使产品尺寸和性能稳定不反弹。
(4)成品锯切
采用(cnc)编程全自动定尺锯切机，按单次15～20/s一个来回的运转速度进行全自动定尺锯切。
(5)脱脂
成品锯切后的短料产品在专用槽内经过煤油浸泡用来稀释粘附在产品内外表面的拉拔润滑油，再经过酸洗除脂；除脂后的产品再经过4～6道清水槽浸泡漂清粘附在表面的酸液，进烘干炉用75～90℃/20～30分钟做低温烘干处理。
(6)时效处理
经过步骤(5)处理后的产品，采用175～190℃/5.5～7h的时效工艺，进行均匀化热处理，以满足产品所需的力学性能和硬度要求。
(7)机加工
经过时效处理、定尺锯切后的产品，再采用(cnc)编程全自动倒角机上按外c30°、内c60°进行两端内外c倒角。
两端倒角后的产品进行一端内攻丝加工。
(8)清洗和除毛刺
步骤(7)加工出的铝合金圆管产品，再经过清洗和除毛刺清洁检查无误后，按流程装箱备库。
本发明汽车气弹簧用新型铝合金圆管的制造方法原料中各合金元素质量百分含量优选为：si0.48％～0.52％，fe0.16％～0.20％，cu0.01％～0.45％，mn0.01％～0.45％，mg0.51％～0.55％，cr0.02％～0.45％，zn0.02％～0.45％，ti0.15％-0.25％，pb0.005％～0.008％，ca+na0.0012％～0.0018％，其它单个元素含量≤0.04％，其它元素总量≤0.12％，剩余为铝。
在上述步骤(1)中采用的挤压模具规格为φ180mm×120t为佳，生产前加热保温时间控制在2～4h,挤压模具上机温度控制在465℃～485℃,挤压筒加热温度控制在420℃～440℃范围。
在步骤(2)中，拉拔工艺采用φ20±0.1×2.0±0.1的挤压素材为宜，拉拔一次成型φ16.2±0.1×13+0/-0.08，φ—mm。
在步骤(7)中，倒角刀具采用高性能钴合金(hss-e)高速钢；内攻丝加工采用立式齿轮式全自动/手动攻丝机，利用a/b齿轮挂盘对向交替咬合，配合变频电机可调速运转，带动夹头上下移动，夹头内装配优质高速钢螺旋丝锥进行盲孔内攻丝加工，并采用上排屑方式，配合电机油泵输送高效攻丝润滑油喷淋在产品端口与丝锥上；攻丝加工端采用气动夹盘夹持居中，运用双夹盘夹持产品，磁浮电机控制左右换位移动作业。
本发明汽车气弹簧用新型铝合金圆管的制造方法采用以上技术方案后，具有以下优点：
①生产的汽车气弹簧用新型铝合金圆管，可作为汽车气弹簧用部件－活塞杆使用，具有抗冲击性好、强度适中、焊接性能好、耐磨损等显著特点，而且加工精度高，表面质量好；
②通过严格控制合金元素的组分、含量，并添加了微量的pb、ca、na，产品的抗拉强度可达280～320mpa，屈服强度达220～260mpa，延伸率达12％～15％，产品性能达到并已超越dinen755-2力学性能要求(抗拉强度≥250mpa，屈服强度≥200mpa，延伸率≥10％)，取得了意想不到的技术效果。
③精整(矫直)后产品尺寸和性能稳定不反弹，圆跳动度控制在0.05～0.08mm范围，外径真圆度控制在0.03～0.06mm范围、内径真圆度控制在0.015～0.03mm范围，粗糙度达5～7μm。
④生产的产品已经在市场上取得了极大成功，已经在国内大、中型汽车制造厂家推广应用，并销售到欧美、日本等国外市场，仅销售到德国斯泰必鲁斯(stabilus)气弹簧专营商的系列化产品就达数万件。
具体实施方式
为进一步描述本发明，下面结合具体实施例对本发明汽车气弹簧用新型铝合金圆管的制造方法做进一步详细说明。
本发明对汽车气弹簧用新型铝合金圆管原料中各合金元素质量百分含量为：si0.48％～0.52％，fe0.16％～0.20％，cu≤0.05％，mn≤0.05％，mg0.51％～0.55％，cr≤0.05％，zn≤0.05％，ti0.15％-0.25％，pb0.004％～0.01％，ca+na0.001％-0.002％，其它单个元素含量≤0.05％，其它元素总量≤0.15％，剩余为铝。
以上组分的铝棒采用以下工序、工艺加工成汽车气弹簧用新型铝合金圆管：
(1)热挤压：
采用1000t卧式挤压机，配备320kw功率数显可调式电磁感应加热炉，铝棒加热采用梯度加热工艺，可有效地控制头尾温度的差距，铝棒上机温度为：头部500℃～515℃，尾部490℃～505℃，出料口产品实测温度控制在520℃－540℃，以保证产品后序塑性加工的性能要求；
挤压模具设计为组合式分流模，模具采用h13优质钢，装配镶嵌yg8n硬质合金，用于模具内外工作定径带，模芯定径工作带部位使用的是高温耐磨硬质yg8n钨合金钢圈，通过固定螺丝安装在上模前端锁紧，模孔定径工作带也是使用的耐磨硬质yg8n钨合金钢圈，通过机械高温压嵌固定在下模中心孔内居正。模具的定径工作带(耐磨硬质yg8n钨合金钢圈)均使用数控车床高速运转研磨抛光成镜面状。通过研磨抛光，模具定径工作带的光滑度质量显著提高，能够有效地减轻挤压变形时的摩擦力，从而提高了挤压坯料内外表面的光洁质量及模具使用的周期与寿命；同时也保证了在挤压过程中能承受高温、高压及剧烈变形摩擦力的条件下，模具定径带的光洁度和强度不受任何影响，挤生产出的坯料表面光洁，无颗粒、无竖线，从而保障了制品在后序拉拔后表面程度光亮圆滑，尺寸精度稳定达标无异常。
模具规格为φ180×120t，生产前加热保温时间控制在2-4h，模具上机温度控制在465℃～485℃，挤压筒加热温度为420℃～440℃，以保证素材产品达到等温挤压的模式；
该产品采用t8加工状态[t8是指热、冷加工成型的铝合金制品，其经过固溶热处理(强风冷)后再经冷加工(拉拔)提高产品的强度后，再进行人工时效的状态]；采用恒速40％(4.8mm/s)挤压速度，以保证素材产品的尺寸精度并获得良好的表面焊缝线质量；长料素材产品再经过定尺锯切、旋压束头、清洁处理后，进行冷加工(拉拔)生产。
(2)冷加工(拉拔)
拉拔是指铝合金素材制品通过拉拔模具，实施减径减壁塑性变形加工的模式，从而获得高精度的最终产品尺寸要求。
拉拔设备为链式引拔机，采用三相交流变频电机调速系统，可对速度进行实现平滑无级调节和控制。拉拔设备由主机体、夹车装置、链带回程输送，模座、拉杆、产品放置工作台、气动系统及电气控制系统组成。
技术参数：主电机功率40-50kw，拉拔速度采用变频调速控制方式，0～60m/min，气源压力0.3-0.6mpa，可拉拔φ5～φ60mm的圆管、棒材、异型材等产品，引拔长度≤7m。
拉拔工艺：
采用φ20±0.1×2.0±0.1挤压素材，拉拔一次成型φ16.2±0.1×13+0/-0.08，加工变形量为35.11％减径量3.8mm，减壁量0.4mm。
为了保证产品内外表面的光洁粗糙度，配备使用高效的铝材拉拔专用润滑油，在拉拔过程中，采用有效地拉拔润滑油和润滑方式对于强化拉拔生产工艺，提高生产效率和产品质量具有重要的意义；拉拔生产时，需向管坯内外表面流体灌输喷淋一种运动黏稠度600-800cst的润滑油，在管坯与模具变形摩擦相对运动过程时，在弧形模角压缩的作用下，润滑油在模具变形区入口处形成翻卷堆积，形成全面润滑及物理吸附效应，当压力达到金属变形屈服极限时，润滑油就被挤压顺着弧角过渡带入变形区内，形成一层有着一定厚度的润滑油膜，黏附在管坯内外表面将模具金属隔开，起到对模具减磨冷却的作用和良好的润滑效果。使用高效润滑油，能避免金属变形摩擦相对运动中的过界摩擦与混合摩擦，有效地减小拉拔过程中的变形摩擦阻力，从而提高润滑作用和效果。
挤压素材制品在经过拉拔模具内外精心搭配控制，以实施拉拔一次成型的作业模式，从而制造出尺寸高精性能良好的优质长料产品。
(3)精整(矫直)
表1为矫直前后尺寸检查对比的有关数据。
表1矫直前后尺寸检查对比数据
经过拉拔后的长料产品，再经过矫直机多辊旋压进行直线度的校整，以达到产品跳动度的控制要求，同时也对产品的内外径尺寸与真圆度加以校圆，并对拉拔后制品内产生的残余应力加以释放，使产品尺寸和性能稳定不反弹。
(4)成品锯切：
采用(cnc)编程全自动定尺锯切机，单次每排可同时锯切≤25pcs,运用磁浮电机和气动压持配合输送系统，锯片以每s/3000转的速度，配合喷淋高效的冷却液，按单次15-20/s一个来回的运转速度进行全自动定尺锯切，期间只需要人工配合上下料操作即可，该设备可以保证产品锯切后的长度公差达到≤0.4mm，与端口垂直度达到≤0.1mm以下。
(5)脱脂(除油清洗、烘干)
成品锯切后的短料产品在专用槽内经过煤油浸泡20分钟左右，用来稀释粘附在产品内外表面的拉拔润滑油，再经过酸洗除脂5-10分钟，溶液配比：2％-5％的酸液，添加3m3的自来水稀释；除脂后的产品再经过5道清水槽浸泡漂清粘附在表面的酸液，进烘干炉用80℃/20-30分钟做低温烘干处理。
(6)时效处理(热处理)
为了保证和稳定提升产品的力学性能，采用185℃/6h的时效工艺，进行均匀化热处理，以满足产品所需的力学性能和硬度；不同的时效工艺对产品的力学性能有着很大的变化，实验检测数据如表2：
表2时效处理实验检测数据比较
(7)机加工(两端倒角、一端内攻丝)
经过时效处理、定尺锯切后的产品，再采用(cnc)编程全自动倒角机上按外c30°,内c60°进行两端内外c倒角。
倒角刀具采用高性能钴合金(hss-e)高速钢，该刀具材质具有含钴量多，抗耐磨性能好，刀刃采用独特的技术角度设计，以满足30°/60°角度要求，在加工过程中不产生震刀和屑肌瘤等不良异常；角度精度均可以达到国标、欧标控制范围内。
两端倒角后的产品进行一端内攻丝加工，采用立式齿轮式全自动/手动攻丝机，利用a/b齿轮挂盘对向交替咬合，配合变频电机可调速运转，带动夹头上下移动，夹头内装配优质高速钢螺旋丝锥进行盲孔内攻丝加工，并采用上排屑方式，配合电机油泵输送高效攻丝润滑油喷淋在产品端口与丝锥上，以保证丝锥与产品工作时不产生高温摩擦，避免因润滑不足造成的烂牙、屑肌屑等不良异常；产品需攻丝加工端采用气动夹盘夹持居中，运用双夹盘夹持产品，磁浮电机控制左右换位移动作业，从而可以保障设备自动上下运行不停顿，大大地提高了生产效率，同时也能保证产品攻丝加工后的精度。
该产品攻丝后均采用专用通止规旋拧检测，通过为良品，通不过为不良品，把产品对半破开，采用2d视频检测丝牙深度和牙距高度，以保证产品丝牙部位的尺寸要求的准确性；
圆管(活塞杆)产品经过上述流程加工，再经过清洗和除毛刺清洁检查无误后，按流程装箱备库待交货。
本发明研制的汽车气弹簧用新型铝合金圆管与汽车气弹簧用铝合金异形管(外轮廓为五齿花型结构或内轮廓为七齿花型结构)组合，即：汽车气弹簧用新型铝合金圆管的一端套装、焊接固定在汽车气弹簧用铝合金异型管内，构成铝合金系列产品组件，已经成功研发试制完成，深受市场欢迎。