CN104959395B - 一种方管铝合金型材的等温挤压加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及金属材料挤压加工领域，尤其涉及一种方管铝合金型材的等温挤压加工方法，包括：根据要加工的方管铝合金型材的规格，选择挤压设备，计算挤压坯料的尺寸；根据要加工的方管铝合金型材的挤压生产经验和资料数据，确定挤压坯料的加热温度、挤压模具的温度、挤压垫的温度和挤压筒的温度；在挤压设备的控制系统中设置挤压杆的分段变速模型，将150mm的总挤压行程分为5段，分别控制挤压速度；按照上述步骤确定的各个参数进行方管铝合金型材的等温挤压生产。本发明确保了方管铝合金型材出口温度维持在一定的范围内，从而保证了型材沿挤压方向上组织和性能的均一性，提高了型材的硬度、强度和塑性的稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及金属材料挤压加工领域，尤其涉及一种方管铝合金型材的等温挤压加工方法。
背景技术
铝合金型材因其自身的优势，在家电、建筑、交通、航空等各个领域均有广泛的应用。挤压成型铝合金型材无切削加工，具有省料、节能、工件性能高等优点，使得挤压成型成为铝合金型材的一种无可替代的生产工艺。然而，挤压过程中模具出口温度的差异严重影响着型材的尺寸精度、组织及性能，甚至造成开裂和扭曲现象。近几年快速发展的等温挤压工艺能有效保持模孔变形区金属温度始终恒定，使铝合金型材组织的均匀性，力学性能的一致性以及尺寸精度都得到了保证。
等温挤压是指在整个挤压工艺过程当中，挤压出模口附近变形区金属的温度一直保持恒定或者是基本恒定(一般允许相差±10℃)，尽量确保金属的变形阻力和金属的流动性的均一，进而保持模具模口的压力不变或者基本不变，以此获得较高的挤压速度，同时也提高挤压产品的尺寸、形状、组织性能沿断面方向和长度方向的均匀性。等温挤压不仅能提高生产效率，还能满足铝合金型材整体具备高比强、高比模和高韧性的力学性能，避免型材出现扭曲，裂纹等严重的现象。
因此，研究和应用铝合金型材等温挤压加工的新技术、新工艺对推动挤压铝合金型材的生产技术水平，提高挤压铝合金型材加工的经济效益具有重要的现实意义。其中，变速挤压是实现等温挤压工艺的措施之一，但如何控制挤压过程中挤压杆的移动速度，使得方管铝合金型材的力学性能更好是目前急需解决的问题。
发明内容
针对上述技术问题，本发明设计开发了一种方管铝合金型材的等温挤压加工方法，目的在于确保方管铝合金型材出口温度维持在一定的范围内，从而保证型材沿挤压方向上组织和性能的均一性，提高型材的硬度、强度和塑性的稳定性。
本发明提供的技术方案为：
一种方管铝合金型材的等温挤压加工方法，包括以下步骤：
步骤一、根据要加工的方管铝合金型材的规格，选择挤压设备，计算挤压坯料的尺寸；
步骤二、根据要加工的方管铝合金型材的挤压生产经验和资料数据，确定挤压坯料的加热温度、挤压模具的温度、挤压垫的温度和挤压筒的温度；
步骤三、在挤压设备的控制系统中设置挤压杆的分段变速模型，将150mm的总挤压行程分为5段，分别为挤压行程为0～40mm时，挤压速度为15mm/s，挤压行程为40～50mm时，挤压速度为10mm/s，挤压行程为50～90mm时，挤压速度为12mm/s，挤压行程为90～100mm时，挤压速度为8mm/s，挤压行程为100～150mm时，挤压速度为10mm/s；
步骤四、按照上述步骤确定的各个参数进行方管铝合金型材的等温挤压生产。
通过在方管铝合金型材的挤压过程中分段控制挤压速度，使得型材在出模口的温差较小，符合等温挤压的工艺要求，保证了型材前后端组织细致，分布均匀，硬度、强度和塑性均较稳定。
优选的是，所述的方管铝合金型材的等温挤压加工方法中，所述步骤一中挤压坯料的直径为190～210mm，长度为240～260mm。
优选的是，所述的方管铝合金型材的等温挤压加工方法中，所述步骤一中挤压坯料的直径为200mm，长度为250mm。
优选的是，所述的方管铝合金型材的等温挤压加工方法中，所述步骤二中挤压坯料的加热温度为435～445℃、挤压模具的温度为425～435℃、挤压垫的温度为415～425℃和挤压筒的温度为405～415℃。
优选的是，所述的方管铝合金型材的等温挤压加工方法中，所述步骤二中挤压坯料的加热温度为440℃、挤压模具的温度为430℃、挤压垫的温度为420℃和挤压筒的温度为410℃。
优选的是，所述的方管铝合金型材的等温挤压加工方法中，在距离所述挤压设备的模具口1.5m处设置有红外测温仪，所述红外测温仪对挤压成型的方管铝合金型材的温度进行测试，若测试温度在预定的温度范围内，则继续进行等温挤压生产，否则需要对挤压设备进行检修，以防止由于设备故障影响型材最终的力学性能。
优选的是，所述的方管铝合金型材的等温挤压加工方法中，所述预定的温度范围为474～484℃。
本发明所述的方管铝合金型材的等温挤压加工方法中，通过在方管铝合金型材的挤压过程中分段控制挤压速度，挤压速度快慢交替，使得型材在出模口的温差较小，符合等温挤压的工艺要求，保证了型材沿挤压方向上组织和性能的均一性，型材前后端组织细致，分布均匀，硬度、强度和塑性均较稳定。
附图说明
图1是本发明所述的方管铝合金型材的示意图；
图2是挤压过程中挤压杆的分段变速模型的示意图；
图3是挤压过程中型材的出模口的温度变化示意图；
图4是方管铝合金型材的前后端的显微组织示意图，左图为前端的示意图，右图为后端的示意图；
图5是方管铝合金型材的前后端的硬度分布示意图，带有方形标识的曲线为前端的示意图，带有圆形标识的曲线为后端的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
如图1-3所示，本发明提供一种方管铝合金型材的等温挤压加工方法，包括以下步骤：
步骤一、根据要加工的方管铝合金型材的规格，选择挤压设备，计算挤压坯料的尺寸，挤压坯料的直径为190～210mm，长度为240～260mm。
步骤二、根据要加工的方管铝合金型材的挤压生产经验和资料数据，确定挤压坯料的加热温度、挤压模具的温度、挤压垫的温度和挤压筒的温度，挤压坯料的加热温度为435～445℃、挤压模具的温度为425～435℃、挤压垫的温度为415～425℃和挤压筒的温度为405～415℃。
步骤三、在挤压设备的控制系统中设置挤压杆的分段变速模型，将150mm的总挤压行程分为5段，分别为挤压行程为0～40mm时，挤压速度为15mm/s，挤压行程为40～50mm时，挤压速度为10mm/s，挤压行程为50～90mm时，挤压速度为12mm/s，挤压行程为90～100mm时，挤压速度为8mm/s，挤压行程为100～150mm时，挤压速度为10mm/s。
步骤四、按照上述步骤确定的各个参数进行方管铝合金型材的等温挤压生产。在距离所述挤压设备的模具口1.5m处设置有红外测温仪，所述红外测温仪对挤压成型的方管铝合金型材的温度进行测试，若测试温度在预定的温度范围474～484℃内，则继续进行等温挤压生产，否则需要对挤压设备进行检修。
实施例1
一种方管铝合金型材的等温挤压加工方法，包括以下步骤：
步骤一、根据要加工的方管铝合金型材的规格，选择挤压设备，计算挤压坯料的尺寸，挤压坯料的直径为200mm，长度为250mm。
步骤二、根据要加工的方管铝合金型材的挤压生产经验和资料数据，确定挤压坯料的加热温度为440℃、挤压模具的温度为430℃、挤压垫的温度为420℃和挤压筒的温度为410℃。
步骤三、在挤压设备的控制系统中设置挤压杆的分段变速模型，将150mm的总挤压行程分为5段，分别为挤压行程为0～40mm时，挤压速度为15mm/s，挤压行程为40～50mm时，挤压速度为10mm/s，挤压行程为50～90mm时，挤压速度为12mm/s，挤压行程为90～100mm时，挤压速度为8mm/s，挤压行程为100～150mm时，挤压速度为10mm/s。
步骤四、按照上述步骤确定的各个参数进行方管铝合金型材的等温挤压生产。在距离所述挤压设备的模具口1.5m处设置有红外测温仪，所述红外测温仪对挤压成型的方管铝合金型材的温度进行测试，若测试温度在预定的温度范围474～484℃内，则继续进行等温挤压生产，否则需要对挤压设备进行检修。
实施例2
一种方管铝合金型材的等温挤压加工方法，包括以下步骤：
步骤一、根据要加工的方管铝合金型材的规格，选择挤压设备，计算挤压坯料的尺寸，挤压坯料的直径为190mm，长度为240mm。
步骤二、根据要加工的方管铝合金型材的挤压生产经验和资料数据，确定挤压坯料的加热温度为435℃、挤压模具的温度为425℃、挤压垫的温度为415℃和挤压筒的温度为405℃。
步骤三、在挤压设备的控制系统中设置挤压杆的分段变速模型，将150mm的总挤压行程分为5段，分别为挤压行程为0～40mm时，挤压速度为15mm/s，挤压行程为40～50mm时，挤压速度为10mm/s，挤压行程为50～90mm时，挤压速度为12mm/s，挤压行程为90～100mm时，挤压速度为8mm/s，挤压行程为100～150mm时，挤压速度为10mm/s。
步骤四、按照上述步骤确定的各个参数进行方管铝合金型材的等温挤压生产。在距离所述挤压设备的模具口1.5m处设置有红外测温仪，所述红外测温仪对挤压成型的方管铝合金型材的温度进行测试，若测试温度在预定的温度范围474～484℃内，则继续进行等温挤压生产，否则需要对挤压设备进行检修。
实施例3
一种方管铝合金型材的等温挤压加工方法，包括以下步骤：
步骤一、根据要加工的方管铝合金型材的规格，选择挤压设备，计算挤压坯料的尺寸，挤压坯料的直径为210mm，长度为260mm。
步骤二、根据要加工的方管铝合金型材的挤压生产经验和资料数据，确定，挤压坯料的加热温度为445℃、挤压模具的温度为435℃、挤压垫的温度为425℃和挤压筒的温度为415℃。
步骤三、在挤压设备的控制系统中设置挤压杆的分段变速模型，将150mm的总挤压行程分为5段，分别为挤压行程为0～40mm时，挤压速度为15mm/s，挤压行程为40～50mm时，挤压速度为10mm/s，挤压行程为50～90mm时，挤压速度为12mm/s，挤压行程为90～100mm时，挤压速度为8mm/s，挤压行程为100～150mm时，挤压速度为10mm/s。
步骤四、按照上述步骤确定的各个参数进行方管铝合金型材的等温挤压生产。在距离所述挤压设备的模具口1.5m处设置有红外测温仪，所述红外测温仪对挤压成型的方管铝合金型材的温度进行测试，若测试温度在预定的温度范围474～484℃内，则继续进行等温挤压生产，否则需要对挤压设备进行检修。
通过显微组织观察、硬度实验和拉伸实验对本发明的实施例1的等温挤压产品的前后端进行测试，如图4、图5和表1所示，结果表明本发明的等温挤压方法能够保证产品沿挤压方向上组织和性能的均一性。
图4是方管铝合金型材的前后端的显微组织示意图。在Axiom imager A2M型卡尔蔡司金相显微镜上观察方管铝合金型材前后端的金相组织，结果发现方管铝合金型材前后两端因为挤压变形，打碎了原来坯料铸造枝晶网状，形成了晶粒细小，方向分布不显著，组织分布均匀的组织。前后两端组织十分类似，型材没有在挤压后端出现晶粒粗大的现象，说明本发明的等温挤压方法能保证铝合金型材前后端组织细致，分布均匀。
图5是方管铝合金型材的前后端的硬度分布示意图。利用HVT-1000型显微硬度计做硬度实验，结果发现型材的硬度沿型材长度方向分布均匀，大小相差不明显，前端的平均硬度是81.35HV0.1，后端的平均硬度是80.45HV0.1，说明该型材的硬度性能稳定。
表1是方管铝合金型材的前后端拉伸性能的对比。利用WDW3100微机控制电子万能试验机做拉伸实验，结果发现方管铝合金型材前端的抗拉强度是241.60MPa，屈服强度是226.79MPa，伸长率是10.56％，断面收缩率是28.60％。而方管铝合金型材后端的抗拉强度是235.85MPa，屈服强度是222.70MPa，伸长率是10.12％，断面收缩率是27.14％。该结果说明了在等温挤压过程中，变形区金属的温度相对稳定，所以方管铝合金型材的前后端的强度以及塑性都相差不大，保证了其稳定的性能。
表1方管铝合金型材的前后端拉伸性能的对比
尽管本明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。
Claims (6)
1.一种方管铝合金型材的等温挤压加工方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、根据要加工的方管铝合金型材的规格，选择挤压设备，计算挤压坯料的尺寸；
步骤二、根据要加工的方管铝合金型材的挤压生产经验和资料数据，确定挤压坯料的加热温度、挤压模具的温度、挤压垫的温度和挤压筒的温度，挤压坯料的加热温度为435～445℃、挤压模具的温度为425～435℃、挤压垫的温度为415～425℃和挤压筒的温度为405～415℃；
步骤三、在挤压设备的控制系统中设置挤压杆的分段变速模型，将150mm的总挤压行程分为5段，分别为挤压行程为0～40mm时，挤压速度为15mm/s，挤压行程为40～50mm时，挤压速度为10mm/s，挤压行程为50～90mm时，挤压速度为12mm/s，挤压行程为90～100mm时，挤压速度为8mm/s，挤压行程为100～150mm时，挤压速度为10mm/s；
步骤四、按照上述步骤确定的各个参数进行方管铝合金型材的等温挤压生产。
2.如权利要求1所述的方管铝合金型材的等温挤压加工方法，其特征在于，所述步骤一中挤压坯料的直径为190～210mm，长度为240～260mm。
3.如权利要求2所述的方管铝合金型材的等温挤压加工方法，其特征在于，所述步骤一中挤压坯料的直径为200mm，长度为250mm。
4.如权利要求1所述的方管铝合金型材的等温挤压加工方法，其特征在于，所述步骤二中挤压坯料的加热温度为440℃、挤压模具的温度为430℃、挤压垫的温度为420℃和挤压筒的温度为410℃。
5.如权利要求3或4所述的方管铝合金型材的等温挤压加工方法，其特征在于，在距离所述挤压设备的模具口1.5m处设置有红外测温仪，所述红外测温仪对挤压成型的方管铝合金型材的温度进行测试，若测试温度在预定的温度范围内，则继续进行等温挤压生产，否则需要对挤压设备进行检修。
6.如权利要求5所述的方管铝合金型材的等温挤压加工方法，其特征在于，所述预定的温度范围为474～484℃。
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