铝管生产技术

铝合金基础知识铝管生产技术主要内容铝合金简介及状态简介挤压工艺冷拉拔工艺1.1变形铝合金分类铝合金根据其化学成分的生产工艺特点的不同，可分为铸造铝合金和变形铝合金如下所示变形铝合金又可根据合金的热处理特点，可分为热处理可强化合金和热处理不可强化合金。热处理不可强化合金——不能通过热处理方法使其强化的合金。热处理可强化合金——能利用热处理方法（淬火、时效）提高合金的机械强度的合金。根据合金的化学成分，变形铝合金可分为不同的合金系见下表1所示表1铝合金系列1.2空调圆管生产线常用合金牌号及所属合金系列1***系铝合金纯铝我公司已用的合金牌号有：1050、1060、1070、1100。其中1060、1070含铝量≥99.6%和≥99.7%是空调圆管车间用量最多的纯铝合金。纯铝合金特点是：热处理不可强化，强度低，只能靠加工硬化进行强化，抗腐蚀性和焊接性良好，主要用途：用于要求抗腐蚀、焊接性良好的工业设备上广泛用于炊具、散热器和工业设备的各个领域，目前客户利用我司纯铝拉拔管多用于生产储液罐。2、3***系铝合金防锈铝合金Al-Mn系合金我公司常用的合金牌号有：3003、3A21（LF21）•3003主要合金成分如下：Si≤0.6%Fe≤0.7%Cu0.05~0.2%Mn1.0~1.5%Zn≤0.1%属铝锰系合金，Mn是其主要合金元素，其突出特点是：抗腐蚀性好，仅在中性介质中稍次于纯铝，在其它介质中与纯铝相近，强度比纯铝高，焊接性能优良。主要用途：化工设备，民用五金，汽车空调管路冷却水箱，易拉罐灌体等•3A21(LF21)主要合金成分如下：Si≤0.6%Fe≤0.7%Cu≤0.2%Mn1.0~1.6%Mg≤0.05%Zn≤0.1%Ti≤0.15%3A21和3003是目前我国现行国家标准中的两种表示方法，3A21包含了3003的所有合金元素，但又有所不同，3003把Cu作为合金元素进行控制，而3A21则只提出了上限。性能和用途上完全相同。3、6***系锻造铝合金Al-Mg-Si系合金典型常用的有606360616063属于低合金化的Al-Mg-Si系高塑性合金特点：①热处理强化后有中等强度，冲击韧性高；②极好的热塑性，可挤压各种结构复杂、薄壁、中空的型材；③焊接性能和抗蚀性优良；④加工后表面十分光洁，易阳极氧化和着色。主要用途：主要用作建筑装饰结构材料，是Al-Mg-Si系合金中应用最广的一个合金。6061特点：中等强度，良好的塑性，优良的可焊性和抗蚀性，强度比6063高。主要用途：广泛用作建筑装饰和一般结构材料，如地铁、大巴车内的装饰结构，自行车车架等。1.3变形铝合金状态与代号基础状态代号及名称我国2008年发行的新标准采用美国标准制定的基本状态代号。旧标准采用的状态代号现仍大量在使用，主要有：MYY1Y2Y3Y4T等ISO和美国基本状态代号的意义：F----自由加工状态，对力学性能不作规定和要求。O----完全退火态，空调圆管生产线最常用的状态。H----加工硬化状态W----固溶热处理状态T----不同于M、F、O或H状态的热处理状态原代号新代号原代号新代号MOY4H12YH18Y2H14Y1H16RH112或F空调圆管生产线车间常用新老状态代号对照表1.4空调圆管常用状态代号及其含义挤压：H112态、T4态、O态、F态、H112是3003、3A21、1060挤压常用状态，它表示经热加工成型但不经冷加工而获得的一些加工硬化产品，该状态对力学性能有要求。在国标4437.2铝及铝合金热挤压管中O态性能和H112态性能范围比较接近，故在车间实际生产的挤压管材中常用H112挤压管代替O态挤压管（但是拉拔不可以）。T4态是固溶处理后自然时效至基本稳定的状态。适用于固溶处理后，不再进行冷加工（可进行矫直、矫平，但不影响力学性能极限）的产品。F态是对性能等无要求的加工状态拉拔：O(M)态、Y(H)态、Y2(H14)态、Y4(H12)态、T4态O态指完全退火状态，退火主要是为了消除加工硬化，使管材变为软态，便于管材的加工。Y态指管材经过数次塑性加工后管材因加工硬化而达到比较高的强度的状态。Y2态指管材经过加工硬化管材强度较高的状态，一般处于Y态和Y4态之间。Y4态管材一般处于Y4态和O态之间。T4态同挤压T4态，在空调圆管车间特指6系合金的状态。第二部分挤压工艺2.1挤压基本方法所谓挤压，就是对放在容器（挤压筒）中的金属一端施加外力，使之通过模孔以实现塑性变形的一种压力加工方法。其基本原理如图挤压的基本原理示意图最基本的挤压方法是正向挤压法和反向挤压法。挤压时金属制品的流动方向与挤压轴运动方向相同的挤压方法，叫做正向挤压。2.2挤压时金属的流动挤压时金属的变形大致分为三个阶段。（1）开始挤压阶段（填充挤压阶段）金属受挤压轴压力作用后，铸锭被墩粗，并充满挤压筒和模孔，挤压力直线上升到最大值。2）基本挤压阶段（平流挤压阶段）当金属从模孔流出到挤压过程快要结束时为止属于这个阶段，正挤压时，挤压力随铸锭长度的减少而平稳下降。（3）终了挤压阶段（紊流压出阶段）挤压过程末期，随着变形区内金属的减少，铸锭外层金属向中心紊乱流动，变形区内的金属也发生剧烈的横向流动，并形成缩尾，同时挤压力有所上升。2.3挤压铸锭铸锭质量的好坏直接影响挤压制品的组织、性能、成品率和生产效率。对铸锭质量的要求有：化学成分、内部组织、表面质量、尺寸偏差、铸锭的均匀化处理等。铸锭在铸造过程中易造成铸锭化学成分和组织性能的差异，主要表现在以下三个方面：晶粒内部化学成分不均匀（晶内偏析）；铸锭内部存在残余应力；晶粒组织不均匀等。这种差异在挤压过程中，一般是不能被消除的，为了改善铸锭的组织性能，适应生产工艺和产品质量要求，通常，对铸锭进行在某一高温下长时间加热的处理，这种热处理过程就是铸锭的均匀化又称均匀化退火人工时效2.4挤压温度2.4.1铸锭加热温度指在挤压过程中挤压金属所允许的的从低温度到最高温度的范围。挤压温度的下限是以能够挤动铸锭为限，上限是以稍低于合金低熔点熔化温度（过烧温度）20～30℃。挤压温度过高时，模具工作带容易粘金属，使制品表面不光滑，出现麻面，降低了制品的表面质量和尺寸精度。随着挤压温度的不断提高，挤压速度需逐级下降，生产效率就降低了。挤压1060、3003、3A21、6061、6063合金管材时，要根据不同的合金牌号选择不同的挤压温度。2..4.2挤压筒温度挤压筒温度的高低对金属流动的好坏和生产效率的高低起着十分重要的作用。在生产中为了产品质量和生产效率的要求，挤压筒温度应比铸锭温度较低为宜，但不能低于挤压温度的下限，一般采用挤压筒温度比挤压温度低30～50℃。2.5挤压速度对制品的质量、组织、性能及尺寸的影响挤压速度低，金属热量逸散得多，造成挤压制品尾部出现加工组织。挤压速度过快，金属流动的越不均匀，使铸锭表面的氧化物、赃污物提前介入制品内部形成缩尾。因此，当进入结尾阶段时，应降低挤压速度。挤压速度高，由于热量来不及逸散，加之变形热和摩擦热的作用，使金属温度不断升高，其结果导致在制品的表面出现裂纹。或由于模具工作带和流出金属制品外层之间的摩擦作用，所引起的外层金属的附加拉应力也随着增加，当与基本应力叠加后所得的应力值超过金属在该温度下的抗拉强度时，使制品表面出现裂纹。所以，在保证产品组织、性能的前提下，适当的降低挤压温度，则可以有效的提高挤压速度，从而提高了挤压机的生产效率。但是挤压速度过快时，变形时的热效应也随之增高，易造成模具工作带粘金属，从而导致金属表面产生麻面和外形精度变劣。挤压速度过快或控制不当时，挤压筒内金属的平衡供给与模孔阻力不相适应将使制品产生波浪、拧扭、间隙或尺寸不均，型材的扩口、并口等缺陷，甚至报废。空调圆管挤压生产工艺规程：1、生产前的准备1.1模具的准备备用的模具模垫应整齐摆放在模架上，报废的模具和不能使用的模垫应及时清除出车间，防止错用不合格的模具和模垫；模具维修工接到生产任务单后，组织合格模具进行抛光，完毕后配送机台；模具在炉中的停留时间最长不超过24小时。1.2盛锭筒的准备1.2.1盛锭筒必须保持干净，无严重磨损或大肚，否则，挤压产品将会出现夹渣或气泡。1.2.2.盛锭筒与模具配合的端面应平整无损伤和粘铝，否则挤压时会跑铝。1.2..3盛锭筒的加热元件必须完好并有足够的加热能力。否则，盛锭筒将无法达到工艺要求的温度。1.2..4盛锭筒温度控制在450℃之间，严禁超出范围。1..2.5盛锭筒应避免急冷急热，在正常情况下，盛锭筒应在工艺要求的温度范围内长期保温，交班时不要断电。1.2.5每班次要在生产前用清筒垫将挤压筒清理一次。在改用不同合金铸锭生产时也要用清筒垫清理一次。1.3铝合金圆铸锭的准备1.3.1根据生产任务单的选用相应牌号的合金，其数量由生产任务的多少决定。1.3.2各机台所使用的铝合金圆铸锭必须是有厂家和炉次编号的圆铸锭。1.3.3圆铸锭在入炉加热之前，应作表面质量自检，自检由主机手负责，凡是有明显夹渣、冷隔、中心裂纹和弯曲的圆铸锭，都不应入炉加热，应将其挑选出来。1.3.4不允许圆铸锭在地面上滚动，凡是表面有铝屑、油污、泥沙、灰尘时，均应清理干净后再入炉加热。1.3.5每隔一小时用测温仪测量铸锭表面温度。1.4其他准备：挤压之前应将各种工具、模具、计量器具、排产单等准备好。2、挤压：2.1在生产前应试空车，让挤压机空载运行一次。检查机械电器运转是否正常，确认无任何问题后，才可正式投料挤压。2.2在开机前先检查盛锭筒温度和铝合金铸锭温度是否达到工艺要求，确认盛锭筒温度和铝合金铸锭温度符合工艺要求以后，再测量模具温度，当三者温度都达到工艺要求时，才好装模上机挤压。2.3模具上机时，应用手提测温仪测量温度并记录在《工艺记录本中》中。装模过程应迅速快捷，而且要防止模具冷却。2.4不符合温度要求的铸锭不准上机挤压，上机的前2根铸锭最好取规定的高限温度，以防塞模。合金牌号产品类型挤压筒内径（mm）挤压系数铸锭温度(℃)挤压温度(℃)挤压速度（m/min）压余厚度(mm)6063管、空型￠120/￠17520-100480-510480-50010-3015-306061管、空型￠120/￠17520-50480-510480-5003-815-303003所有产品￠120/￠17512-80360-460350-45012-8015-303A21所有产品￠120/￠17512-80360-460350-45012-8015-301060所有产品￠120/￠17512-100380-450350-43012-10015-30K70A所有产品￠120/￠17512-80380-420380-41012-10015-302.5铸锭加热温度的监控：挤压过程中，挤压班长要每隔10-20个铸锭用手提测温仪测量一次温度，并如实作好记录，以便随时掌握铸锭温度变化情况，保持正常挤压温度。2.6挤压时，要注意压力的变化。正常挤压时，压力会随过程下降，若在起压后超过1分钟压力不下降，则应停止挤压，以防损坏设备和模具。2.7控制好挤压速度：要保持管材光滑平直，应使挤压过程前、中、后挤速适中。挤压速度根据管材表面质量而定，在保证表面质量符合技术要求的前提下尽可能快。具体的挤压工艺参数如下表2所示：表21250美吨卧式双动挤压机挤压工艺参数表2.8.1应根据不同合金的不同特性控制挤压速度。2.8.2若铝棒温度偏高，应减低挤压速度，若想加大挤压速度，应将铝棒温度控制低些。2.8.3为了控制好力学性能出料口的温度最低必须≥500℃。2.9首件检查：上模挤压出来的第1支管材应将其料头切下500mm长留给修模作依据，第1支与第2支棒切下500mm长交质检员作外观尺寸和形位公差检查，以确认是否符合尺寸从而判定该模具可否继续生产。2.10若决定卸模后，质检员应在料头及样板上用记号笔标明模具规格及编号，并在检验记录上注明缺陷。2.11为了防止模具端面、盛锭筒端面和挤压垫片端面粘铝，允许在模具端面和垫片端面上涂少量脱模油脂，但要尽量少涂或不涂，而且不允许