CN112375941A - 太阳能边框铝合金型材及其加工工艺 - Google Patents

太阳能边框铝合金型材及其加工工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种太阳能边框铝合金型材，铝合金型材其成分配比如下：Si：0.55‑0.66％，Fe：0.15‑0.20％，Cu：0.16‑0.21％，Mn：0.02‑0.05％，Mg：0.55‑0.60％，Cr：0.15‑0.20％，余量为铝。本发明提高产品的综合成品率和生产效率，使其质量稳定、可靠；通过合金成分的合理配比改良，尝试淬火方式由水冷改为强风冷却，做到性能满足国内外技术要求，各项技术质量指标优于相关国家标准，提高生产效率，且质量可靠稳定。

Description

太阳能边框铝合金型材及其加工工艺
技术领域
本发明涉及一种太阳能边框铝合金型材及其加工工艺。
背景技术
随着国家加大以光伏发电为主的绿色新能源产业的支持力度，以及全球的普及，，在太阳能光伏产业蓬勃发展的今天，作为太阳能组件之一的太阳能铝边框型材的需求量也在与日俱增。而边框铝型材的质量的好坏，直接影响产品的综合成品率，影响到终端客户的后道产品质量，特别是产品的力学性能，将直接影响边框的使用功能。
6063属热处理可强化合金，具有良好的可成型性、可焊接性、可机加工性，同时具有中等强度。铝合金不仅强度高，宜加工，还具有重量轻、可回收的优点。被广泛应用于被广泛用于航空航天、轨道交通、汽车、建筑、电子、医疗、工业自动化等行业。太阳能铝合金边框型材，合金状态为6063-T66，其机械性能按GB/T5237要求为：拉伸强度(25°Rm/MPa)为245MPa，屈服强度(25°Rp0.2/MPa)达到200MPa，延伸率A50mm达到6％(A50mm表示试样原始标距为50mm的拉伸试验断后伸长率)。从合金状态可以看出，要想满足T66状态的力学性能，淬火状态须为水冷或水雾冷却，而边框型材挤压生产时在经水或水雾冷却时，因冷却不均，导致弯曲和扭拧，造成报废率居高不下。而用强风冷却，用原来的合金成分生产，性能严重不稳定，严重影响了产品的综合成品率和销售订单的交付时间，客户抱怨太大。
发明内容
本发明的目的在于，克服现有技术中存在的缺陷，提供一种太阳能边框铝合金型材，提高产品的综合成品率和生产效率，使其质量稳定、可靠；通过合金成分的合理配比改良，尝试淬火方式由水冷改为强风冷却，做到性能满足国内外技术要求，各项技术质量指标优于相关国家标准，提高生产效率，且质量可靠稳定。
为实现上述目的，本发明的技术方案是设计一种太阳能边框铝合金型材，铝合金型材其成分配比如下：Si：0.55-0.66％，Fe：0.15-0.20％，Cu：0.16-0.21％，Mn：0.02-0.05％，Mg：0.55-0.60％，Cr：0.15-0.20％，余量为铝。Mg是易燃金属，熔炼操作时会有烧损。在确定Mg的控制范围时要考虑烧损所带来的误差，但不能放得太宽，以免合金性能失控。根据经验和配料、熔炼和化验水平，将Mg的波动范围控制在0.04％之内，T66状态的型材取0.55％～0.60％。当Mg的范围确定后，Si的控制范围可用Mg/Si比例来确定。一般Si过剩为0.09％～0.13％，所以Mg/Si总和应控制在1.0～1.1之间。6063铝合金是Al-Mg-Si系中具有中等强度的可热处理强化合金，Mg和Si是主要合金元素，优选化学成分的主要工作是确定Mg和Si的百分含量(质量分数，下同)。Mg和Si组成强化相Mg2Si，Mg的含量愈高，Mg2Si的数量就愈多，热处理强化效果就愈大，型材的抗拉强度就愈高，但变形抗力也随之增大，合金的塑性下降，加工性能变坏，耐蚀性变坏。Si的数量应使合金中所有的Mg都能以Mg2Si相的形式存在，以确保Mg的作用得到充分的发挥。随着Si含量增加，合金的晶粒变细，金属流动性增大，铸造性能变好，热处理强化效果增加，型材的抗拉强度提高而塑性降低，耐蚀性变坏。Mg2Si相在合金中的作用Mg2Si在合金中能随着温度的变化而溶解或析出，并以不同的形态存在于合金中：弥散相β”固溶体中析出的Mg2Si相弥散质点，是一种不稳定相，会随温度的升高而长大。过渡相β’是β”由长大而成的中间亚稳定相，也会随温度的升高而长大。沉淀相β是由β’相长大而成的稳定相，多聚集于晶界和枝晶界。能起强化作用的Mg2Si相是当其处于β”弥散相状态的时侯，将β相变成β”相的过程就是强化过程，反之则是软化过程。6063铝合金的热处理强化效果是随着Mg2Si量的增加而增大。当Mg2Si的量在0.71％～1.03％范围内时，其抗拉强度随Mg2Si量的增加近似线性地提高，但变形抗力也跟着提高，加工变得困难。但Mg2Si量小于0.72％时，对于挤压系数偏小(小于或等于30)的制品，抗拉强度值有达不到标准要求的危险。当Mg2Si量超过0.9％时，合金的塑性有降低趋势。GB/T5237标准中要求6063铝合金T5状态型材的抗拉强度≥160MPa，T6状态型材抗拉强度≥205MPa，T66状态型材抗拉强度≥245MPa。综合的考虑，型材既要强度高，能确保产品符合标准要求，又要使合金易于挤压，有利于提高生产效率。我们设计合金强度时，对于T66状态的型材，我们取抗拉强度设计值为260MP a，此时Mg2Si量就需提高到0.98％-1.0％。考虑到合金中的Fe、Mn等杂质元素抢夺了Si，例如Fe可以与Si形成AlFeSi化合物。所以，合金中必须要有过剩的Si以补充Si的损失。合金中有过剩的Si还会对提高抗拉强度起补充作用。合金抗拉强度的提高是Mg2Si和过剩Si贡献之和。当合金中Fe含量偏高时，Si还能降低Fe的不利影响。但是由于Si会降低合金的塑性和耐蚀性，所以Si过剩有合理的控制。根据实际经验认为过剩Si量选择在0.09％～0.13％范围内是比较好的。合金中Si含量应是：Si％＝(Si基+Si过)％。
本发明还提供的技术方案是，加工太阳能边框铝合金型材的工艺，包括如下依次进行的工艺步骤：
合金成分确定→铸棒→光谱分析检验→挤压→在线淬火→拉伸调直→锯切装框→人工时效→力学性能检验→氧化→成品检验→贴膜包装→入库。
进一步的技术方案是，在挤压工序中，挤压筒温度为410-430℃，模具温度为470-480℃，保温2-4h；铝棒温度为470-480℃，采用高速挤压，挤压速度按出料速度18-20m/min，出口温度控制在510-530℃之间；采用在线淬火，强风冷却方式，冷却速度200℃/分钟，出淬温度≤250℃；拉伸率0.3％-0.5％。
进一步的技术方案为，在人工时效工序中，时效温度为190℃，保温3h，出炉强风冷却。
进一步的技术方案为，在出炉后的强风冷却工序中，采用边框仿形冷却方式对太阳能边框冷却；前述采用边框仿形冷却方式包括预制一个太阳能边框仿形模，通过边框仿形模在橡胶气囊上压出与太阳能边框适配的槽后并在橡胶气囊上插出出风孔以实现对太阳能边框的仿形冷却。这样减少风机电能的消耗，实现有针对性地对边框进行冷却，不像以往那种大风机向整个边框吹去，很多风量被浪费掉，不符合现在节能降耗的要求。
进一步的技术方案为，在风机的出风口处固定连接橡胶气囊，风机的外框上固定设置L形挂板，边框仿形模的顶端固定设置连接杆，连接杆的上端固定连接滑环，滑环其内环与L形挂板相适配，边框仿形模通过滑环滑动设置在L形挂板上；边框仿形模的侧壁设有滑槽，滑槽内滑动设置插孔杆。通过橡胶气囊包裹住风机的出风口，当风机开启后，橡胶气囊利用其自身的强度封住出风口并呈鼓起状，然后通过边框仿形模滑动使得边框仿形模靠向风机，这样在橡胶气囊上压出一个与太阳能边框仿形的槽，然后通过挤压插孔杆，在橡胶气囊上插出若干个出风孔，这样在太阳能边框出炉后直接沿着这个仿形的槽放入，由于边框仿形模滑动在L形挂板上，因此在太阳能边框沿仿形的槽继续深入后只需继续前进一小段距离即可继续将边框仿形模向内压，而太阳能边框则位于刚才插孔杆插出的出风孔的位置处。为了能够形成环绕矩形太阳能边框内外的出风孔，可以在边框仿形模上设置多个滑槽，在将边框仿形模内框所面对的橡胶气囊上插出出风孔后则拿出插孔杆，再从其他滑槽插入<这时是反方向插入插孔杆>，将边框仿形模外框外侧壁所面对的橡胶气囊插上出风孔，以形成太阳能边框外框内框均有强风冷却。为避免太阳能边框放入到仿形的槽后被橡胶气囊挤住反而无法出风，边框仿形模设有两个，两个边框仿形模一里一外，太阳能铝合金边框则放置在两个边框仿形模之间，这样就能实现很好地出风，出风孔不被遮挡，更为优选的方案是：在风机外框上固定设置一个伸出板，这样可以将位于两个边框仿形模(并且两个边框仿形模的尺寸略小于太阳能边框的尺寸，这样可以保证两个边框仿形模之间的橡胶气囊尺寸是小于矩形太阳能边框的内框尺寸的)之间的太阳能边框撑起来，避免太阳能边框直接与橡胶气囊接触而使得一部分出风孔被挡。在本发明中，涉及到强风冷却时，其冷却速度均为200℃/分钟。
本发明的优点和有益效果在于：型材表面光滑，无明显金属析出颗粒，平均每个模具每次上机均可实现一次挤压80-100支棒的产能，且挤压速度满足工艺设计规定的速度，提高了生产效率；Mg是易燃金属，熔炼操作时会有烧损。在确定Mg的控制范围时要考虑烧损所带来的误差，但不能放得太宽，以免合金性能失控。根据经验和配料、熔炼和化验水平，将Mg的波动范围控制在0.04％之内，T66状态的型材取0.55％～0.60％。当Mg的范围确定后，Si的控制范围可用Mg/Si比例来确定。一般Si过剩为0.09％～0.13％，所以Mg/Si总和应控制在1.0～1.1之间。减少风机电能的消耗，实现有针对性地对边框进行冷却，不像以往那种大风机向整个边框吹去，很多风量被浪费掉，不符合现在节能降耗的要求。
附图说明
图1是本发明一种太阳能边框铝合金型材在加工时涉及到的边框仿形模的示意图；
图2是本发明中涉及到的风机的示意图；
图3是强风冷却时的状态示意图。
图中：1、边框仿形模；2、橡胶气囊；3、太阳能边框；4、L形挂板；5、滑环；6、滑槽；7、插孔杆；8、伸出板。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1至图3所示(图3中的风机是图2中的风机的侧视图)，本发明是一种太阳能边框铝合金型材，铝合金型材其成分配比如下：Si：0.55-0.66％，Fe：0.15-0.20％，Cu：0.16-0.21％，Mn：0.02-0.05％，M g：0.55-0.60％，Cr：0.15-0.20％，余量为铝。
加工太阳能边框3铝合金型材的工艺，包括如下依次进行的工艺步骤：
合金成分确定→铸棒→光谱分析检验→挤压→在线淬火→拉伸调直→锯切装框→人工时效→力学性能检验→氧化→成品检验→贴膜包装→入库。
在挤压工序中，挤压筒温度为410-430℃，模具温度为470-480℃，保温2-4h；铝棒温度为470-480℃，采用高速挤压，挤压速度按出料速度18-20m/min，出口温度控制在510-530℃之间；采用在线淬火，强风冷却方式，冷却速度200℃/分钟，出淬温度≤250℃；拉伸率0.3％-0.5％。在人工时效工序中，时效温度为190℃，保温3h，出炉强风冷却。在出炉后的强风冷却工序中，采用边框仿形冷却方式对太阳能边框3冷却；前述采用边框仿形冷却方式包括预制一个太阳能边框3仿形模1，通过边框仿形模1在橡胶气囊2上压出与太阳能边框3适配的槽后并在橡胶气囊2上插出出风孔以实现对太阳能边框3的仿形冷却。在风机的出风口处固定连接橡胶气囊2，风机的外框上固定设置L形挂板4，边框仿形模1的顶端固定设置连接杆，连接杆的上端固定连接滑环5，滑环5其内环与L形挂板4相适配，边框仿形模1通过滑环5滑动设置在L形挂板4上；边框仿形模1的侧壁设有滑槽6，滑槽6内滑动设置插孔杆7。边框仿形模1设有两个，两个边框仿形模1一里一外，太阳能铝合金边框则放置在两个边框仿形模1之间，这样就能实现很好地出风，出风孔不被遮挡，更为优选的方案是：在风机外框上固定设置一个伸出板8，这样可以将位于两个边框仿形模1之间的太阳能边框3撑起来，避免太阳能边框3直接与橡胶气囊2接触而使得一部分出风孔被挡。为保证两个边框仿形模1的位置不会发生变动，在滑环5上设有螺纹孔，与螺纹孔适配设有限位螺柱，当两个边框仿形模1位置确定后通过限位螺柱(限位螺柱拧紧直至其顶端顶到L形刮板的上表面)将边框仿形模1定位好<当然，顺序是先将一个边框仿形模1压到橡胶气囊2后插出出风孔，然后太阳能边框3推入，这样第一个边框仿形模1向内伸入，然后定位好第一个也即位于里面的边框仿形模1，然后推入第二个边框仿形模1，确保太阳能边框3位置正对出风孔后，将第二个个边框仿形模1再用同样的方式定位好>。
按本配比及工艺制造成的铝合金型材，其力学性能如下：6063-T66(头部)的拉伸强度(25°Rm/MPa)为280MPa，屈服强度(25°Rp0.2/MPa)为260MPa，延伸率A50mm为12.7％，6063-T66(尾部)的拉伸强度(25°Rm/MPa)为265MPa，屈服强度(25°Rp0.2/MPa)为249MPa，延伸率A50mm为11.1％。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.太阳能边框铝合金型材，其特征在于，所述铝合金型材其成分配比如下：Si：0.55-0.66％，Fe：0.15-0.20％，Cu：0.16-0.21％，Mn：0.02-0.05％，Mg：0.55-0.60％，Cr：0.15-0.20％，余量为铝。
2.加工如权利要求1所述太阳能边框铝合金型材的工艺，其特征在于，包括如下依次进行的工艺步骤：
合金成分确定→铸棒→光谱分析检验→挤压→在线淬火→拉伸调直→锯切装框→人工时效→力学性能检验→氧化→成品检验→贴膜包装→入库。
3.根据权利要求2所述的太阳能边框铝合金型材的加工工艺，其特征在于，在所述挤压工序中，挤压筒温度为410-430℃，模具温度为470-480℃，保温2-4h；铝棒温度为470-480℃，采用高速挤压，挤压速度按出料速度18-20m/min，出口温度控制在510-530℃之间；采用在线淬火，强风冷却方式，冷却速度200℃/分钟，出淬温度≤250℃；拉伸率0.3％-0.5％。
4.根据权利要求3所述的太阳能边框铝合金型材的加工工艺，其特征在于，在所述人工时效工序中，时效温度为190℃，保温3h，出炉强风冷却。
5.根据权利要求4所述的太阳能边框铝合金型材的加工工艺，其特征在于，在出炉后的强风冷却工序中，采用边框仿形冷却方式对太阳能边框冷却；前述采用边框仿形冷却方式包括预制一个太阳能边框仿形模，通过边框仿形模在橡胶气囊上压出与太阳能边框适配的槽后并在橡胶气囊上插出出风孔以实现对太阳能边框的仿形冷却。
6.根据权利要求5所述的太阳能边框铝合金型材的加工工艺，其特征在于，在风机的出风口处固定连接橡胶气囊，风机的外框上固定设置L形挂板，边框仿形模的顶端固定设置连接杆，连接杆的上端固定连接滑环，滑环其内环与L形挂板相适配，边框仿形模通过滑环滑动设置在L形挂板上；边框仿形模的侧壁设有滑槽，滑槽内滑动设置插孔杆。
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