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论温度对挤压型材的影响及对策

2018/5/16 12:52:52 人评论 次浏览 分类:技术

前言

 

在没有意外停工的情况下,生产力的高低主要是取决于挤压的速度,而挤压的速度又受限于四个因素,其中三项是已定的,一项是可以调整的。第一项因素是挤压机的吨数,较大型的挤压机就可以在较低的温度下来挤压;第二项因素是模具的设计;第三项因素是挤压合金的特性,此项因素较难控制;最后一项就是温度,由于其是可以控制的,所以可以在这方面控制来达到提高生产力的目的。温度对挤压型材的质量尤其是型材的表面质量有着非常重要的影响。温度包括:挤压时的温度及挤压时摩擦所引起的上升的温度,盛锭筒的温度,模具的温度,铝棒的温度,热处理的温度(包括:均质化处理的温度、固溶热处理(淬火)的温度、时效的温度和退火的温度)等一系列的温度。一个优秀的挤压生产厂商对温度是非常重视的。他们会对温度的变化以及温度的变化给型材带来的影响做详细的记录。留意意温度、记录温度并控制温度是他们保证产品质量的一大法宝。每个挤压厂商都会有自己独有的温度控制工艺,都有最适合自己的一系列温度参数。这些参数,工艺用到其他厂家就不一定适用,因为这些参数,工艺是厂商根据自己硬件和软件的实际情况积累下来的。一套在A厂最适合的工艺到了B厂可能会是最不适合的。为什么呢?因为不同的机型、不同的挤压速度、不同的挤压型状、不同的合金成分,如:在挤压铝镁硅(AlMgSi)合金时加热的最高温度是480℃;在挤压铝镁锰(AlMgMn)合金时加热的最高温度是450℃。同一合金成分要求的状态不同对温度的要求也会有所不同、甚至不同的生产地点都会对生产出同样质量的型材有不一样温度要求。由于与温度有关的方面众多,下面只选几个相对来说比较重要的方面来说。但请注意的是,这个没论及的方面并不代表它不重要。挤压是一项讲求“团队合作"的工作,需要各个方面的配合才能生产出优质的产品。

 

1.模具的温度:

 

模具,是直接与型材表面接触的器具。其质量好坏将直接影响挤压出来型材表面质量的好坏。模具及相关的器具在挤压之前要进行加热处理。其加热必须在挤压开始前完成,并在挤压的过程中保持一定的温度,这样做是为了减少挤压过程中的热应力及热疲劳,同时减缓模具在挤压过程的冷却速度,从而减少变形抗力和模具的负荷,延长模具的寿命。在一般的情况下,模具在上机前要放到模具加热炉里面加热到427℃以上,持续加热1.5到5个小时不等。平板型(flat)模要加热2个小时以上;空心模则要加热4个小时以上。除此之外,虽然已将模具加热到可操作的温度,但若是体积比模具大两倍的模具支撑块未加热,那么支撑块也会成为模具的散热片,使加热的效果大打折扣。若是加热的温度低于427℃,则容易产生断裂现象或需要用特殊的合金铝棒来制造所需要的挤压形状。但模具加热的温度也不是说越高越好,高了则会使其硬度降低而产生氧化物,氧化物一般发生在受力面。还有的是,如果加热的温度或时间不够会增加挤压时对挤压压力的需求,此时就必须降低挤压的速度,从而导致生产效率的降低,挤压残料较厚,对挤压出来的型材的造成严重的影响,而且还可能造成模具堵塞,甚至把模具挤破。所以要对模具的温度及加热时间做严格的全程记录,监督,控制。另外,模具在挤压的过程中会与铝合金产生激烈的摩擦。这通常会使挤压的合金温度增加38℃左右并损失30%-40%的挤压力。因此对模具造成的最常见的问题就是模具的磨损,特别是工作带(bearing)的磨损。如果温度超过450℃模具的氮化处理表面就容易开始腐蚀,对型材表面造成破坏。所以,在设计模具的时候就应考虑这种情况,使挤压型材在达到临界破损温度前,得到较高的挤压速度。这样就可以避免在挤压过程中产生裂纹或粘着等缺陷。最后,在对模具进行加热时加热炉不能太小,否则模具彼此靠得太近,空气不易循环流动,也会对模具加热的效果大打折扣。

 

2.盛锭铜的温度:

 

盛锭筒如果加热得不均匀就会产生较大的热应力。热应力简单来说就是由于热量分布的不均匀所引起的膨胀压力的不均匀。热应力是有害的,当热应力超过盛锭筒所能承受的最大应力时就会造成盛锭筒破裂。所以,对盛锭筒的加热,时间一定要足够,梯度式升温,每小时温度的增加幅度不可以超过37℃,而且每升到一个新的温度都要保温一定的时间,切不可急于求成。目前比较常见的做法是,先把盛锭筒逐步加热到加热232℃后保温8个小时,然后在开始挤压前温度到达427℃时再保温4个小时,确保盛锭筒整个筒体温度分布均匀,其内部的热应力也充分消失,这时就可以开始挤压了。另外,为了得到最佳的挤压效果,在挤压的过程中,盛锭筒的温度应该比铝棒的温高低10℃-38℃左右。但在实际的挤压过程中盛锭筒的温度难免会受到挤压速度的影响,高于铝棒的温度。这时要设法对盛锭筒进行冷却。因为在一般情况下,盛锭筒温度到达468℃时,废品就会增加。当型材表面极为重要时,挤压杆前垫(压饼)的温度亦应当有所控制,以减少铝屑,也就是说让铝棒末端的温度不会因为太高而挤出杂质。方法是:在挤压杆轴心通入空气直达挤压杆前垫(压饼),使前垫的中心部分降低约52℃左右,这样就可以减少废品的产生,提高生产力。同时,这些空气还可进一步使盛锭筒降低24℃,也有助于生产力的提高。综上所述,盛锭筒的温度对挤压非常重要,为了使热应力降到最低,防止内衬收缩,并且使盛锭筒与内衬同时达到可操作的温度,所以,对盛锭筒的加热必须渐进式地完成。

 

3.铝棒的温度:

 

铝棒的温度分为在铝棒加热炉里预热的温度、在盛锭筒里面的温度和在出料口的温度。

3.1、铝棒加热炉里预热的温度:铝棒在挤压前的预先加热是放在铝棒加热炉里进行的,加热时要确保铝棒前后和内外的温度均匀透彻。目前国内常用的铝棒加热炉有燃油反射炉和燃气喷射炉。在使用气体加热炉加热时,要留意温度及时间,不要把铝棒放在325℃-425℃的加热炉里超过一个小时,否则,任何合金都会在时效后达不到要求的机械性能,特别是硬度。在这里给大家推荐一个很好的加热设备—工频电感应梯级加热炉。它不仅加热速度快,而且铝棒内外温度均匀,就算是直径较大的铝棒也可以达到同样的效果,有效地避免了传统性加热时间长而造成棒皮过烧,内外温度不均匀影响型材表面质量,造成物理性能不稳定等缺陷。

3.2、铝棒在盛锭筒里的温度:挤压时最适宜的温度跟挤压机型的吨位数、挤压合金的种类、型材的形状、模具的温度和挤压的速度等一系列因素有关。通过加热使铝棒达到固溶相线温度(Solvus temperature),这样硅跟镁就能在铝棒里固溶,并在其中均匀地流动。由于挤压时铝料与盛锭筒筒壁摩擦,温度会上升38℃左右,使挤出的型材的温度超过固溶相线温度,此时镁和硅熔化,向四处流动,极不稳定。不过有时较低温的铝棒在挤压过程中有较大的升温空间,也可以得到较高的挤压速度。所以铝棒的温度最好保持在420℃—440℃间。高了会引起撕裂,低了会降低挤压速度、生产效率。

3.3、出料口的温度:为了使镁和硅在铝棒里固溶,出料口的温度应保持在520℃到550℃之间。但决不能高过固溶相线温度,否则会导致撕裂,并影响型材的表面质量。型材的出料温度也是一流的挤压厂商密切关注的,这个温度是由挤压杆的速度和模具的摩擦程度所决定。挤压温度不应低于固溶相线温度(Solvus temperature),不高于固相线温度。具体的固溶相线温度要根据不同合金来定,如:6063合金的固溶相线温度是615℃、6005合金的固溶相线温度是607℃。

 

总结

 

通过以上对挤压中各种温度的分析,我们得出了一个结论:只要在挤压生产过程中控制好各方面的温度,使个方面的温度配合得当,那就可以大大提高生产效率。但要获得适合自己的一套温度工艺参数那是一个长期积累的过程,要靠平时在生产中对各温度及各温度变化对型材的影响做严格的记录和控制,这样才能找到一套适合自己的生产工艺,保证产品质量。一流的挤压生产厂商,拥有的不单是先进的生产设备,还要拥有丰富的生产经验及先进的管理系统。两者配合才能生产出一流的产品。


来源:LW2004 铝型材技术(国际)论坛文集

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