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工業鋁型材擠壓過程中溫度-速度的控制
艾普斯 丨 2017.07.20 丨 2096
工業鋁型材擠壓生產過程中溫度和速度之間有著緊密的聯系。在擠壓溫度高而速度快的情況下,不均勻流動嚴重,附加應力大,工業鋁型材產品容易出現裂紋,尤其是塑性較差的合金,對擠壓速度特別敏感。高溫塑性好的金屬,擠壓速度大時雖然不會出現裂紋,但往往因為流出速度很大而出現漏斗狀縮尾,成品率降低。因此在擠壓溫度高時,需要適當控制擠壓速度;溫度低時,可以提高擠壓速度。要保證工業鋁型材產品質量和提高生產效率,關鍵是控制金屬出模具孔時的溫度要均勻,即實現等溫擠壓。實現等溫擠壓的主要方法有以下幾種:
(1)錠坯梯溫加熱。使錠坯在長度上或斷面上的加熱溫度有一梯度。最常采用的是沿長度上的梯溫加熱。由于工業鋁型材在擠壓過程中的機械性能轉換為熱能,摩擦生熱引起的錠坯熱量增加未能及時散發出去,導致擠壓過程中變形區中的溫度逐漸升高,使工業鋁型材出模孔出溫度也逐漸上升,從而造成工業鋁型材產品沿長度方向上的前后尺寸不一致,組織性能不一致。為此,對錠坯進行梯溫加熱,使其前端的溫度比后端高出一定的值,一般為50-80℃/m,就可以使工業鋁型材產品在擠壓過程中溫度變化不大。合理的梯溫加熱制度可以在長度上獲得組織和力學性能比較均一的鋁型材產品。
目前,梯溫加熱比較先進的是采用多線圈工頻感應直接加熱,加熱時間短且節省能源,無污染。感應爐采用多段加熱,各段之間加熱功率可以分別獨立調整,各段中裝有熱電偶進行溫度檢測,根據檢測值來調整加熱線圈的加熱功率,使錠坯被加熱到各段的預設值。鑄錠獲得合適的溫度梯度后,可以滿足等溫擠壓要求。
(2)控制工具溫度。采用擠壓筒和模具水冷的方法將變形區中的變形熱和摩擦熱通過工具逸散掉。實驗證明,用水冷模具擠壓硬鋁合金型材時可使金屬流出速度提高20%-30%。但是由于結構上和技術上的困難以及對減少熱效應并不顯著等原因,水冷模具沒有獲得實際應用。目前,采用冷卻擠壓筒內襯端部,即冷卻在擠壓過程中發熱量最大的變形區部位或冷卻模具支撐。
近20年來,國外開始采用液氮或氮氣冷卻擠壓模具。擠壓時液氮流經模具支撐對擠壓模具的出口端和工業鋁型材產品進行冷卻,提高了擠壓速度和模具壽命,同時還可以保護鋁型材產品使其表面不產生氧化。對2000系、5000系、7000系鋁合金型材的研究結果表明,采用液氮冷卻擠壓模,可以使工業鋁型材產品的極限流出速度提高50%-80%,6063等軟鋁合金型材可實現高速(大于60m/min)擠壓。
(1)錠坯梯溫加熱。使錠坯在長度上或斷面上的加熱溫度有一梯度。最常采用的是沿長度上的梯溫加熱。由于工業鋁型材在擠壓過程中的機械性能轉換為熱能,摩擦生熱引起的錠坯熱量增加未能及時散發出去,導致擠壓過程中變形區中的溫度逐漸升高,使工業鋁型材出模孔出溫度也逐漸上升,從而造成工業鋁型材產品沿長度方向上的前后尺寸不一致,組織性能不一致。為此,對錠坯進行梯溫加熱,使其前端的溫度比后端高出一定的值,一般為50-80℃/m,就可以使工業鋁型材產品在擠壓過程中溫度變化不大。合理的梯溫加熱制度可以在長度上獲得組織和力學性能比較均一的鋁型材產品。
目前,梯溫加熱比較先進的是采用多線圈工頻感應直接加熱,加熱時間短且節省能源,無污染。感應爐采用多段加熱,各段之間加熱功率可以分別獨立調整,各段中裝有熱電偶進行溫度檢測,根據檢測值來調整加熱線圈的加熱功率,使錠坯被加熱到各段的預設值。鑄錠獲得合適的溫度梯度后,可以滿足等溫擠壓要求。
(2)控制工具溫度。采用擠壓筒和模具水冷的方法將變形區中的變形熱和摩擦熱通過工具逸散掉。實驗證明,用水冷模具擠壓硬鋁合金型材時可使金屬流出速度提高20%-30%。但是由于結構上和技術上的困難以及對減少熱效應并不顯著等原因,水冷模具沒有獲得實際應用。目前,采用冷卻擠壓筒內襯端部,即冷卻在擠壓過程中發熱量最大的變形區部位或冷卻模具支撐。
近20年來,國外開始采用液氮或氮氣冷卻擠壓模具。擠壓時液氮流經模具支撐對擠壓模具的出口端和工業鋁型材產品進行冷卻,提高了擠壓速度和模具壽命,同時還可以保護鋁型材產品使其表面不產生氧化。對2000系、5000系、7000系鋁合金型材的研究結果表明,采用液氮冷卻擠壓模,可以使工業鋁型材產品的極限流出速度提高50%-80%,6063等軟鋁合金型材可實現高速(大于60m/min)擠壓。