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工业铝型材挤压过程中温度-速度的控制
艾普斯 丨 2017.07.20 丨 2099
工业铝型材挤压生产过程中温度和速度之间有着紧密的联系。在挤压温度高而速度快的情况下,不均匀流动严重,附加应力大,工业铝型材产品容易出现裂纹,尤其是塑性较差的合金,对挤压速度特别敏感。高温塑性好的金属,挤压速度大时虽然不会出现裂纹,但往往因为流出速度很大而出现漏斗状缩尾,成品率降低。因此在挤压温度高时,需要适当控制挤压速度;温度低时,可以提高挤压速度。要保证工业铝型材产品质量和提高生产效率,关键是控制金属出模具孔时的温度要均匀,即实现等温挤压。实现等温挤压的主要方法有以下几种:
(1)锭坯梯温加热。使锭坯在长度上或断面上的加热温度有一梯度。最常采用的是沿长度上的梯温加热。由于工业铝型材在挤压过程中的机械性能转换为热能,摩擦生热引起的锭坯热量增加未能及时散发出去,导致挤压过程中变形区中的温度逐渐升高,使工业铝型材出模孔出温度也逐渐上升,从而造成工业铝型材产品沿长度方向上的前后尺寸不一致,组织性能不一致。为此,对锭坯进行梯温加热,使其前端的温度比后端高出一定的值,一般为50-80℃/m,就可以使工业铝型材产品在挤压过程中温度变化不大。合理的梯温加热制度可以在长度上获得组织和力学性能比较均一的铝型材产品。
目前,梯温加热比较先进的是采用多线圈工频感应直接加热,加热时间短且节省能源,无污染。感应炉采用多段加热,各段之间加热功率可以分别独立调整,各段中装有热电偶进行温度检测,根据检测值来调整加热线圈的加热功率,使锭坯被加热到各段的预设值。铸锭获得合适的温度梯度后,可以满足等温挤压要求。
(2)控制工具温度。采用挤压筒和模具水冷的方法将变形区中的变形热和摩擦热通过工具逸散掉。实验证明,用水冷模具挤压硬铝合金型材时可使金属流出速度提高20%-30%。但是由于结构上和技术上的困难以及对减少热效应并不显著等原因,水冷模具没有获得实际应用。目前,采用冷却挤压筒内衬端部,即冷却在挤压过程中发热量最大的变形区部位或冷却模具支撑。
近20年来,国外开始采用液氮或氮气冷却挤压模具。挤压时液氮流经模具支撑对挤压模具的出口端和工业铝型材产品进行冷却,提高了挤压速度和模具寿命,同时还可以保护铝型材产品使其表面不产生氧化。对2000系、5000系、7000系铝合金型材的研究结果表明,采用液氮冷却挤压模,可以使工业铝型材产品的极限流出速度提高50%-80%,6063等软铝合金型材可实现高速(大于60m/min)挤压。
(1)锭坯梯温加热。使锭坯在长度上或断面上的加热温度有一梯度。最常采用的是沿长度上的梯温加热。由于工业铝型材在挤压过程中的机械性能转换为热能,摩擦生热引起的锭坯热量增加未能及时散发出去,导致挤压过程中变形区中的温度逐渐升高,使工业铝型材出模孔出温度也逐渐上升,从而造成工业铝型材产品沿长度方向上的前后尺寸不一致,组织性能不一致。为此,对锭坯进行梯温加热,使其前端的温度比后端高出一定的值,一般为50-80℃/m,就可以使工业铝型材产品在挤压过程中温度变化不大。合理的梯温加热制度可以在长度上获得组织和力学性能比较均一的铝型材产品。
目前,梯温加热比较先进的是采用多线圈工频感应直接加热,加热时间短且节省能源,无污染。感应炉采用多段加热,各段之间加热功率可以分别独立调整,各段中装有热电偶进行温度检测,根据检测值来调整加热线圈的加热功率,使锭坯被加热到各段的预设值。铸锭获得合适的温度梯度后,可以满足等温挤压要求。
(2)控制工具温度。采用挤压筒和模具水冷的方法将变形区中的变形热和摩擦热通过工具逸散掉。实验证明,用水冷模具挤压硬铝合金型材时可使金属流出速度提高20%-30%。但是由于结构上和技术上的困难以及对减少热效应并不显著等原因,水冷模具没有获得实际应用。目前,采用冷却挤压筒内衬端部,即冷却在挤压过程中发热量最大的变形区部位或冷却模具支撑。
近20年来,国外开始采用液氮或氮气冷却挤压模具。挤压时液氮流经模具支撑对挤压模具的出口端和工业铝型材产品进行冷却,提高了挤压速度和模具寿命,同时还可以保护铝型材产品使其表面不产生氧化。对2000系、5000系、7000系铝合金型材的研究结果表明,采用液氮冷却挤压模,可以使工业铝型材产品的极限流出速度提高50%-80%,6063等软铝合金型材可实现高速(大于60m/min)挤压。