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平衡学在铝合金正反向挤压中的运用

时间:2014-02-14 11:17来源:挤压模具设计培训 作者:www.365aps.com 点击:
平衡学正向挤压篇 一、产品 (一)、产品简述: 正向挤压铝型材产品从挤压原理上剖析,主要采用铝棒先加热到450-500℃,将其放
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平衡学——正向挤压篇

一、产品

(一)、产品简述:

正向挤压铝型材产品从挤压原理上剖析,主要采用铝棒先加热到450-500℃,将其放入盛锭筒,后面采用与盛锭筒同等大直径挤压杆(也可以理解为与铝棒同等大小)直接押出,为了确盛锭筒内不停留残铝,一般在挤压杆前加上清缸垫(即在铝棒尾部)再押出。在挤压模的设计方面一般采用组合模(即由分流模、平模组成),铝棒在一定温度下通过分流模的分流孔经过焊合室,然后铝通过模孔自动焊合而成,分流孔具体的工作原理在后面的模具部分再详细介绍。

(二)、铝型材产品尺寸:

1、头尾外径尺寸、壁厚

根据挤压一般圆管和异型管材头尾外径、壁厚波动值一般在0.02-0.05,相对目前一般反向挤压的管材容易管控(也许是目前我接触反向挤压技术还未突破新的瓶颈),所以目前正向挤压产品还是具体竞争的优势。

2、偏心

在正向挤压产品的偏心主要受两个方面的影响:一是受模具(组合模)装配的影响,若模具师傅装配的不合理,模具上机后产品头中尾的肉偏都会较大,导致无法满足图纸公差要求。二是受铝棒押出时的流速影响,若几个分流孔的流速不一致,也会产生厚薄差,一般分流孔为三孔和四孔较多,分流孔的大小设计因根据产品截面积的大小决定,产品截面小,分流孔的截面积相对设计较小,具体设计的比例值我们应该留给模具设计师们去探讨。

一般铝挤压模具师傅为了便于修模,在挤压异常的那个棒的料头要求取样保留,因为从料头上可以看出分流孔流速快慢的比较,对流速较慢的分流孔调整助流条件,对于流整较快的分流孔增加阻流条件。具体的操作方法留给大家去思考和实践吧。

(三)、产品性能:

1、焊合

焊合的不良现状是表现在挤压成品通过碱蚀后有明显的亮线(与铝本色亮度

不一样),而焊合线数量取决于分流孔的多少,焊合性能较好的产品在碱蚀是看到焊合线的,一般铝管在碱蚀后较明显,而型材一般模具设计师们将其焊合线布置在型材比较隐蔽的角,主要为了避免在氧化后不易发现焊合线。检查铝管焊合线的另一种方法采用冲破实验,若铝管出现规则的直线破裂,证明焊合性能达不到焊合的要求,若出现不规则破裂,证明焊合性能符合要求。

 

正向挤压的挤压原理是通过分流孔将铝流入模孔,在焊合室铝在一定温度下自动焊合从模孔流出,焊合的质量好坏取决于挤压速度快慢、温度的高低、焊合室桥的高度等。所以,正向挤压的工艺参数稳定性和唯一性是很关键的。

2、硬度

因正向挤压铝棒在盛锭筒内产生巨裂摩擦,温升变化大,而正向挤压模存在焊合室。在挤压下一个铝棒之前,停留在焊合室的铝合金温度受模具吸热而降温与理论产生温差,而在一般中小型铝加工企业挤压过程的温度管控很难实际。所以在挤压下一个铝棒的过程头中尾的出口温度会出现一定的波动值,波动值的大小取决于产品挤压比大小、挤压速度的快慢。在正向挤压厚壁管时,硬度的峰值一般是较难突破的。

3、夹心、缩尾

夹心不良现象主要表现为管、棒材端面在碱蚀后曾半月形的阴暗面,一般正向挤压头切1-1.5米左右夹心可避免,具体产生原理留给读者思考或探讨吧。

4、晶粒度

正向挤压产品因受焊合性能、挤压工艺的限制,一般A6061材料在管控晶粒度方面(尤其是厚壁管材)难度较大,具体改善方法留给正向挤压行业的工程师们探讨。

二、模具

(一)、模具设计原理(主要以介绍管材模具设计为主)

一般由模套、分流模、平模组成,分流模又分为分流孔、焊合桥、焊合室、芯头组成。平模和分流模一般在通过固定插针或螺杆连接在一起,再将其装入模套内。

(二)、对模具人员要求

对一般模具人员的整体要求很重要,一是对铝合金产品的加工工艺非常熟悉,二是对模具设计和修模原理非常熟悉,才能满足一般正向挤压企业模具的日常维护,在这一点,模具师傅的经验非常重要。

(三)、模具的日常保养

模具的日常保养主要做好库存模具的工作区润滑,防止模具生锈和腐蚀。模具应根据挤压铝棒量和上机次数做好定期的氮化工作,确保模具的工作强度和提高模具使用寿命。

三、温度

正向挤压过程主要管控温度环节有:铝棒温度、盛锭筒温度、模具温度、出口温度。

一般铝棒温度是根据铝棒材质系列牌号的物理条件决定的,一般A6000系列棒温在500-520℃左右。

盛锭筒温度一般比铝棒温度低50-80℃,主要原因是避免铝棒在盛锭筒内摩擦温度升高,若盛锭筒温度与铝棒温度相同或更高,反向破坏挤压温度平衡关系,铝产品的性能就会严重受到影响。

模具温度一般与棒温接近,在500-510℃左右,模具一般是提前保温1-2H,确保与铝棒温度平衡,这也就是正向挤压的头尾尺寸相对稳定的因素之一。

平衡学——反向挤压篇

一、产品

(一)产品概述

反向挤压产品的特点主要以硬合金的无缝管为主,材质以A5056、A5052、A7005、A7046、A7075、A2017、A7050、A2024、A2011为主。随着各行各业铝制品的需求或更新的不断提高,对反向挤压的管材需要是越来越大,主要体现在工业产品领域,如数码镜筒类、车架、减震器类、油管类、运动器材类等。为了满足市场质和量需求,对我们反向挤压行业又提出了新的挑战。

(二)产品尺寸

1、内外径和壁厚

反向挤压尺寸受挤压棒温、模具温度、工作带长度影响较大,所以反向挤压

的管棒材头尾外径和壁厚一般相差在0.05-0.3,所以一般产品的内外径公差管控在±0.2至±0.6左右。

2、偏心

反向挤压一般采取空心锭和实心锭穿孔挤压,而目前我所涉及的挤压为实心锭穿孔挤压,其优势挤压的产品组织均匀,氧化层缺陷少,不受原材料偏心影响。其缺点是硬质合金穿孔难度大,对模具的要求相对要求高。

反向挤压偏心的控制一般设备装配(穿心杆、盛锭筒、挤压杆、挤压外模等)的影响,另外主要取决于反向挤压操作机手调机的经验丰富程度(其具体分析方法详见笔者的反向挤压偏心分析鱼骨图)。

(三)产品性能

1、无焊合、无夹心缩尾

因反向挤压原理有别于正向挤压,所以反向挤压产品无焊合线、无夹心、缩尾,其组织性能稳定。

2、硬度

针对可热处理强化铝合金而言,材料的硬度同样取决于挤压材料出口温度(即冷却时温度)和冷却速度,因材料而异则工艺不同,如A6061-T6态最佳挤压出口温度在530-540℃,冷却时间一般在10S以内。

针对不可热处理强化铝合金而言,材料的硬度取决冷变形程度,变形的余量越大(未超出材料延伸率极限),其材料的硬度越高。

3、晶粒度及力学性能

反向挤压产品的晶粒度在挤压过程容易长大主要体现在A6061、A7005、A7046等淬火敏感性高的铝合金,而晶粒度的控制取决于铝棒温度、挤压速度以及原材料。一般在T6态下晶粒度组织越细,其最终的力学性能越高(指抗拉强度、屈服强度)。

4、其他

反向挤压管材在氧化后相对比正向挤压产品缺陷较少,无焊合线、色差相对较少。

二、模具

(一)模具设计原理(以无缝管为主)

1、穿心杆

穿心杆的针头设计一般采用瓶颈式,工作带长度一般在15-25mm之间,其助流锥度一般在15-25度之间。这样设计有助于穿孔。

2、堵头

堵头一般与穿心杆采用间隙式配合,配合的间隙一般在0.2以内。

3、挤压杆

挤压杆一般与盛锭筒采用的也是间隙式配合,配合的间隙在0.15以内。因配合间隙较小,所以挤压杆的模座定位很关键。

4、其他辅助设备

主要注意设备的水平度、平整度,具体设计原理留挤压设备厂解析。

三、温度

反向挤压过程的铝棒温度、模具温度、盛锭筒温度、出口温度等。

铝棒温度一般采用是梯度加温,根据铝棒尺寸大小和挤压速度的快慢来设定梯度加温的间距数值。铝棒温度的设定取决于材质系列牌号、物理条件及产品挤压难度大小。但一般棒温设定原理要比材料固相线温度低60-100℃。若超硬合金(A7075、A7050)受挤压难度影响,挤压棒温设定可比固相线温度低30-50℃。

模具温度因受模具(挤压杆、堵头、穿心杆)装配难度影响,所以采取低温作业,然后采用煤气加热在一定时间后,开始挤压。因目前国内设备条件有限,无法测量模具加温后的温度,所以只能凭经验掌握温度的高低。

盛锭筒温度很关键,因反向挤压材料一般是硬合金,所以盛锭筒温度的高低直接会影响到挤压的压力和速度,更严重的后果是无法押出。所以,一般盛锭的温度控制在420±5℃是最佳的。

出口温度取决于材质不同而言,尤其是热处理强化合金对出口温度的管控较为严格,出口温度相对较高,其最终热处理后硬高也越高。

 

小结:本文写作的目的,是告诉大家维护事物环境的平衡,才能追求更理想化的东西,无论正向挤压,还是反向挤压,其贯穿全文的核心是温度(即挤压过程共同所依赖的环境,只能维护了环境的平衡,反向挤压产品才可能突破新的瓶颈。

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