CN110180909A - 一种超宽薄壁车厢板型材生产工艺 - Google Patents

Abstract

本发明属于铝型材加工技术领域，涉及一种超宽薄壁车厢板型材生产工艺，挤压工艺中的挤压模具设计为模具与前置导流板为一体的扩展模，对于超宽薄壁车厢板型材，在挤压成型过程中，两侧距离挤压中心远的地方是最难供料的地方，扩展模有效降低了制品某一横截面上铝料供应的不均衡性，使得制品的成品率提高。在上模出料端面处采用上焊合的设计方法，一方面可以增大焊合室体积，提高焊合质量；另一方面可以增强桥下供铝量，减轻焊合线，提高模具内部金属流动的均衡性，减少型材的缩尾长度和进一步的提高焊合质量，整个生产工艺解决了现有技术中超宽薄壁车厢板型材存在挤压无法成型且生产效率、板材性能和尺寸精度低的问题。

Description

一种超宽薄壁车厢板型材生产工艺

技术领域

本发明属于铝型材加工技术领域，涉及一种超宽薄壁车厢板型材生产工艺。

背景技术

轻量、高速已成为现代化交通运输的重要标志，采用铝合金材料是减轻车体自重的有效措施，为适应发展，世界各国均在大力开发、制造铝合金车体用的结构件。高品质超薄超宽铝合金构件制备技术开发对推动交通运输业发展有着至关重要作用。

为了适应发展，提高产能，技术人员通过合金成分的控制、挤压模具设计、挤压工艺优化、型材热处理等技术的研究，实现车厢板用超薄超宽铝合金构件的组织、性能和尺寸精确控制，对某一轻型车厢板进行了改进，达到了提产增效的效果，并且在产品批量化生产中应用良好。

发明内容

有鉴于此，本发明为了解决现有技术中超宽薄壁车厢板型材存在挤压无法成型且生产效率、板材性能和尺寸精度低的问题，提供一种超宽薄壁车厢板型材生产工艺。

为达到上述目的，本发明提供一种超宽薄壁车厢板型材生产工艺，包括如下步骤：

A、配料：将制备车厢板型材用的6系铝合金成分按照重量百分比进行配料；

B、铸造：将配制好的铝合金原料加入到熔炼炉中均匀混合后熔炼为液态铝合金，经过静置、精炼、扒渣、在线除气、过滤工序后，将液态铝合金熔铸为铝合金铸棒，铝合金铸棒的直径范围为310mm，长度为600mm；

C、均匀化：铝合金铸棒在均质炉中进行均匀化处理，均匀化处理的温度为550～580℃，保温时间为8～12h，出炉后的铝合金铸棒强风冷却至室温；

D、铸锭、挤压筒和挤压模具加热：铝合金铸锭在加热炉中进行梯度加热，铝合金铸锭头端温度控制在510±10℃，尾端温度控制在490±10℃，挤压筒温度控制在380～400℃并保持恒温，挤压模具加热温度控制在440～460℃，保温8～12小时，其中挤压模具采用模具与前置导流板为一体的扩展模，铝料在进入模具时就实现扩展供料，然后由分流桥对铝料进行二次分配；

E、挤压：将加热后的短铝合金铸锭置于挤压机的挤压筒中进行挤压，得到6系铝合金薄壁型材，其中挤压速度为6～8m/min，挤压系数为56.5；

F、在线淬火：将挤压后6系铝合金薄壁型材进行淬火，淬火方式采用水雾风冷联合淬火技术，距离模具出口2m之内采用风冷方式淬火以控制型材变形量，冷却速率为200～300.3℃/min，距离模具出口2～5m之间采用雾冷方式淬火，冷却速率为250～362.4℃/min，保证铝合金薄壁型材基体中获得高的过饱和固溶体，铝合金薄壁型材淬火前温度为526℃，淬火后温度为144℃；

G、拉伸矫直：将淬火后的铝合金薄壁型材冷却至室温后进行拉伸矫直，拉伸量控制在0.8～1.1％；

H、时效强化：将拉伸矫直后的铝合金薄壁型材在175±5℃的温度下人工时效4～8h；

I、检验及包装：对时效后铝合金薄壁型材进行表面质量、尺寸低倍、高倍组织、力学性能检验，对满足客户要求的产品进行包装。

进一步，步骤A铝合金中各元素重量百分比为：Si：0.70～0.80％、Fe≤0.15％、Cu≤0.15％、Mg：0.40％～0.50％、Zn≤0.25％、Ti≤0.15％、单个杂质≤0.05％，杂质合计≤0.15％，余量为Al。

进一步，步骤B采用半连续水冷铸造方式将液态铝合金熔铸为铝合金铸棒。

进一步，步骤B精炼过程中加入A1-5Ti-B丝精炼剂，在线除气采用双转子，氩气流量为3.2～7.1m³/h，氯气流量为0～0.05m³/h，转子转速为400～700r/min，过滤采用双层过滤板过滤。

进一步，步骤D中挤压模具由相互联动的上模和下模组成，上模包括若干组对称分布的分流孔，相邻分流孔之间形成的实体部分为分流桥，分流孔的对称处为分流桥支撑模芯，分流桥呈水滴形剖面状，分流桥起到减小挤压阻力且有利于桥下制品的焊接融合，分流桥支撑模芯依次包括上模上空刀、上工作带和上模下空刀三部分。下模包括蝶形焊合室、下工作带、下模下空刀、后空刀以及用于支撑分流桥的下模支撑墙，下模下空刀和后空刀用于支撑下工作带，蝶形焊合室有利于减小挤压死区，增强制品焊接融合，下工作带起到定型定尺的作用。

进一步，步骤D中挤压模具的上模和下模的圆周方向上分别开设有配合使用的上模配合止口和下模配合止口。

进一步，步骤D中挤压模具的上模和下模上均开设有销孔，通过销孔内插入合适的螺栓紧固件实现上模和下模的固定。

进一步，步骤D中分流桥与其支撑的模芯组成两侧的分流孔个数均≥4。

进一步，步骤D中分流桥宽度为20mm，分流桥在出料面沉桥并与支撑桥墩倒圆角。

本发明的有益效果在于：

1、本发明所公开的超宽薄壁车厢板型材生产工艺，由于型材横截面长度大于铸锭直径长度，采用正常模具结够去生产型材产品，宽板型材的两端很难成型，故挤压生产所采用的模具带有扩展供料的效果，即扩展模，使铝料流入模具后向宽板的两侧流动，避免了宽板两侧供料难的问题，提高宽板两个的成型质量。并且模具两端位置的分流孔比原有模具设计相对应的分流孔面积大，这样更加有利于宽板两侧的进料和更好的焊接融合，提高制品的成型质量和机械强度。这样型材的整体供料达到均衡，使型材减少起浪，扭拧等变形缺陷，型材的成材率得到提高。

2、本发明所公开的超宽薄壁车厢板型材生产工艺，对于超宽薄壁车厢板型材，在挤压成型过程中，两侧距离挤压中心远的地方是最难供料的地方，扩展模有效降低了制品某一横截面上铝料供应的不均衡性，使得制品的成品率提高。在上模出料端面处采用上焊合的设计方法，一方面可以增大焊合室体积，提高焊合质量；另一方面可以增强桥下供铝量，减轻焊合线，提高模具内部金属流动的均衡性，减少型材的缩尾长度和进一步的提高焊合质量。

3、本发明所公开的超宽薄壁车厢板型材生产工艺，下模桥墩数量与分流桥相同，下模桥墩用于支撑上模的分流桥，可以有效的减少了分流桥的早期断裂问题。下模焊合室与上模分流孔相互对应，减少挤压阻力并增加了模具内部的静水压力，提高焊接融合质量。

4、本发明所公开的超宽薄壁车厢板型材生产工艺，提高了超宽薄壁车厢板型材产能，改进挤压模具后，型材的挤压速度得到了提升，其原因是模具内部的静水压力较小，铝材在模具的流速更加均匀，所以有利于提速生产。提速后，为了满足该型材的强度要求，需要加大淬火强度，但淬火强度过大，导致型材尺寸不合格，最终试验淬火温度控制在140～150之间，型材的性能与尺寸都合格，T6状态室温性能可以达到：Rp0.2≥236Mpa，Rm≥282Mpa，A≥10.5％；标准要求Rp0.2≥215Mpa，Rm≥255Mpa，A≥6％。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：

图1为本发明挤压模具中上模内部结构示意图；

图2为本发明挤压模具中上模外部结构示意图；

图3为本发明挤压模具中下模内部结构示意图；

图4为本发明挤压模具中下模外部结构示意图。

附图标记：上模1、分流桥支撑模芯11、上模上空刀12、上模工作带13、分流孔14、上模配合止口15、分流桥16、进料端面17、下模2、后空刀21、下模下空刀22、下工作带23、出料端面24、焊合室25、配合端面26、下模配合止口27、下模桥墩28。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

如图1～4所示本发明超宽薄壁车厢板型材生产工艺所使用的挤压模具，由相互联动的上模1和下模2组成，上模1包括若干组对称分布的分流孔14，相邻分流孔14之间形成的实体部分为分流桥16，分流孔14的对称处为分流桥支撑模芯11，分流桥16呈水滴形剖面状，分流桥支撑模芯11依次包括上模上空刀12、上模工作带13和上模下空刀三部分。下模包括蝶形焊合室25、下模工作带23、下模下空刀22、后空刀21以及用于支撑分流桥的下模桥墩28，下模下空刀22和后空刀21用于支撑下工作带23，蝶形焊合室25，下工作带23。分流桥16宽度为20mm，分流桥16在出料面沉桥并与下模支撑墙均呈倒圆角。挤压模具的上模1和下模2的圆周方向上分别开设有配合使用的上模配合止口15和下模配合止口27。挤压模具的上模1和下模2上均开设有销孔，通过销孔内插入合适的螺栓紧固件实现上模1和下模2的固定。挤压模具上模1的外部为进料端面17，下模2的内部为与上模1内部配合使用的配合端面26，下模2的外部为出料端面24。

一种超宽薄壁车厢板型材生产工艺，包括如下步骤：

A、配料：将制备车厢板型材用的6系铝合金成分按照重量百分比进行配料，其中铝合金中各元素重量百分比为：Si：0.70～0.80％、Fe≤0.15％、Cu≤0.15％、Mg：0.40％～0.50％、Zn≤0.25％、Ti≤0.15％、单个杂质≤0.05％，杂质合计≤0.15％，余量为Al；

B、铸造：将配制好的铝合金原料加入到熔炼炉中均匀混合后熔炼为液态铝合金，经过静置、精炼、扒渣、在线除气、过滤工序后，将液态铝合金采用半连续水冷铸造方式将液态铝合金熔铸为铝合金铸棒，铝合金铸棒的直径范围为310mm，长度为600mm，精炼过程中加入Al-5Ti-B丝精炼剂，在线除气采用双转子，氩气流量为3.2～7.1m³/h，氯气流量为0～0.05m³/h，转子转速为400～700r/min，过滤采用双层过滤板过滤；

C、均匀化：铝合金铸棒在均质炉中进行均匀化处理，均匀化处理的温度为550～580℃，保温时间为8～12h，出炉后的铝合金铸棒强风冷却至室温；

D、铸锭、挤压筒和挤压模具加热：铝合金铸锭在加热炉中进行梯度加热，铝合金铸锭头端温度控制在510±10℃，尾端温度控制在490±10℃，挤压筒温度控制在380～400℃并保持恒温，挤压模具加热温度控制在440～460℃，保温8～12小时，其中挤压模具采用模具与模具环一体的扩展模，此类扩展模具有扩展加分流的作用；

E、挤压：将加热后的短铝合金铸锭置于挤压机的挤压筒中进行挤压，得到6系铝合金薄壁型材，其中挤压速度为6～8m/min，挤压系数为56.5；

F、在线淬火：将挤压后6系铝合金薄壁型材进行淬火，淬火方式采用水雾风冷联合淬火技术，距离模具出口2m之内采用风冷方式淬火以控制型材变形量，冷却速率为200～300.3℃/min，距离模具出口2～5m之间采用雾冷方式淬火，冷却速率为250～362.4℃/min，保证铝合金薄壁型材基体中获得高的过饱和固溶体，铝合金薄壁型材淬火前温度为526℃，淬火后温度为144℃；满足不同大壁厚差型材的淬火要求，避免了型材变形及性能不均匀问题。

G、拉伸矫直：将淬火后的铝合金薄壁型材冷却至室温后进行拉伸矫直，拉伸量控制在0.8～1.1％：

H、时效强化：将拉伸矫直后的铝合金薄壁型材在175±5℃的温度下人工时效4～8h；

I、检验及包装：对时效后铝合金薄壁型材进行表面质量、尺寸低倍、高倍组织、力学性能检验，对满足客户要求的产品进行包装。

通过本发明生产工艺生产的超宽薄壁车厢板型材，T6状态室温性能可以达到：Rp0.2≥236Mpa，Rm≥282Mpa，A≥10.5％。

深加工产量对比：

假设现需拼接成一块1530mm宽幅的铝合金板

现有技术：需要宽200mm型材I8张，200mm宽×8块板-7×10(8块板之间7道焊缝，每道焊缝损耗10mm板材宽幅)

组装焊缝9道＝连接板材之间的7道焊缝+板材焊接后整块板上下两端焊接在特定部位的2道焊缝。

改进之后：需要宽390mm型材II4张，390mm宽×4块板-3×10(8块板之间3道焊缝，每道焊缝损耗10mm板材宽幅)

组装焊缝5道＝连接板材之间的3道焊缝+板材焊接后整块板上下两端焊接在特定部位的2道焊缝。

焊接时，使用MIG自动焊工艺。MIG自动焊速度9-11mm/s。现对其效率进行对比，其效率提升75％。

每张底板深加工效率对比

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种超宽薄壁车厢板型材生产工艺，其特征在于，包括如下步骤：

A、配料：将制备车厢板型材用的6系铝合金成分按照重量百分比进行配料；

B、铸造：将配制好的铝合金原料加入到熔炼炉中均匀混合后熔炼为液态铝合金，经过静置、精炼、扒渣、在线除气、过滤工序后，将液态铝合金熔铸为铝合金铸棒，铝合金铸棒的直径范围为310mm，长度为600mm；

C、均匀化：铝合金铸棒在均质炉中进行均匀化处理，均匀化处理的温度为550～580℃，保温时间为8～12h，出炉后的铝合金铸棒强风冷却至室温；

D、铸锭、挤压筒和挤压模具加热：铝合金铸锭在加热炉中进行梯度加热，铝合金铸锭头端温度控制在510±10℃，尾端温度控制在490±10℃，挤压筒温度控制在380～400℃并保持恒温，挤压模具加热温度控制在440～460℃，保温8～12小时，其中挤压模具采用模具与前置导流板一体的扩展模，铝料在进入模具时就实现扩展供料，然后由分流桥对铝料进行二次分配；

E、挤压：将加热后的短铝合金铸锭置于挤压机的挤压筒中进行挤压，得到6系铝合金薄壁型材，其中挤压速度为6～8m/min，挤压系数为56.5；

F、在线淬火：将挤压后6系铝合金薄壁型材进行淬火，淬火方式采用水雾风冷联合淬火技术，距离模具出口2m之内采用风冷方式淬火以控制型材变形量，冷却速率为200～300.3℃/min，距离模具出口2～5m之间采用雾冷方式淬火，冷却速率为250～362.4℃/min，保证铝合金薄壁型材基体中获得高的过饱和固溶体，铝合金薄壁型材淬火前温度为526℃，淬火后温度为144℃：

G、拉伸矫直：将淬火后的铝合金薄壁型材冷却至室温后进行拉伸矫直，拉伸量控制在0.8～1.1％；

H、时效强化：将拉伸矫直后的铝合金薄壁型材在175±5℃的温度下人工时效4～8h；

I、检验及包装：对时效后铝合金薄壁型材进行表面质量、尺寸低倍、高倍组织、力学性能检验，对满足客户要求的产品进行包装。

2.如权利要求1所述超宽薄壁车厢板型材生产工艺，其特征在于，步骤A铝合金中各元素重量百分比为：Si：0.70～0.80％、Fe≤0.15％、Cu≤0.15％、Mg：0.40％～0.50％、Zn≤0.25％、Ti≤0.15％、单个杂质≤0.05％，杂质合计≤0.15％，余量为Al。

3.如权利要求1所述超宽薄壁车厢板型材生产工艺，其特征在于，步骤B采用半连续水冷铸造方式将液态铝合金熔铸为铝合金铸棒。

4.如权利要求1所述超宽薄壁车厢板型材生产工艺，其特征在于，步骤B精炼过程中加入Al-5Ti-B丝精炼剂，在线除气采用双转子，氩气流量为3.2～7.1m³/h，氯气流量为0～0.05m³/h，转子转速为400～700r/min，过滤采用双层过滤板过滤。

5.如权利要求1所述超宽薄壁车厢板型材生产工艺，其特征在于，步骤D中挤压模具由相互联动的上模和下模组成，上模包括若干组对称分布的分流孔，相邻分流孔之间形成的实体部分为分流桥，分流孔的对称处为分流桥支撑模芯，分流桥呈水滴形剖面状，分流桥起到减小挤压阻力且有利于桥下制品的焊接融合，分流桥支撑模芯依次包括上模上空刀、上工作带和上模下空刀三部分。下模包括蝶形焊合室、下工作带、下模下空刀、后空刀以及用于支撑分流桥的下模支撑墙，下模下空刀和后空刀用于支撑下工作带，蝶形焊合室有利于减小挤压死区，增强制品焊接融合，下工作带起到定型定尺的作用。

6.如权利要求5所述超宽薄壁车厢板型材生产工艺，其特征在于，步骤D中挤压模具的上模和下模的圆周方向上分别开设有配合使用的上模配合止口和下模配合止口。

7.如权利要求6所述超宽薄壁车厢板型材生产工艺，其特征在于，步骤D中挤压模具的上模和下模上均开设有销孔，通过销孔内插入合适的螺栓紧固件实现上模和下模的固定。

8.如权利要求7所述超宽薄壁车厢板型材生产工艺，其特征在于，步骤D中分流桥与其支撑的模芯组成两侧的分流孔个数均≥4。

9.如权利要求8所述超宽薄壁车厢板型材生产工艺，其特征在于，步骤D中分流桥宽度为20mm，分流桥在出料面沉桥并与桥墩倒圆角。