CN112547827A - 提高太阳能边框铝合金挤压型材生产效率的生产工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种提高太阳能边框铝合金挤压型材生产效率的生产工艺，包括如下工序：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。本发明通过合金成分的合理配比改良，优化挤压生产工艺，做到单机单班产量不断提高，产品表面质量符合客户要求，性能满足国家标准要求。提高挤压生产的效率和综合成品率。
Description
技术领域
本发明涉及一种提高太阳能边框铝合金挤压型材生产效率的生产工艺。
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。而生产效率的提升、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，影响的公司产品的综合成本，最终影响公司的核心竞争力；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、太阳能光伏发电、电子、医疗、工业自动化等行业。从合金状态可以看出，为6063-T5常规的合金状态，但之前公司在生产边框型材时效率低下，当把挤压速度提高时，产品表面出现毛刺、吸附颗粒、组织条纹色差、挤压纹粗大等缺陷，平均单机单班产量只有3-4吨，且综合成品率也只有75％左右，与知名的同行业相比具有相当大的差距。
发明内容
本发明的目的在于，克服现有技术中存在的缺陷，提供一种提高太阳能边框铝合金挤压型材生产效率的生产工艺，通过合金成分的合理配比改良，优化挤压生产工艺，做到单机单班产量不断提高，产品表面质量符合客户要求，性能满足国家标准要求。提高挤压生产的效率和综合成品率。
为实现上述目的，本发明的技术方案是设计一种提高太阳能边框铝合金挤压型材生产效率的生产工艺，包括如下工序：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。在生产工艺中，优化合金成分配比，优化挤压工艺；而且通过设备改造，增加出料口风机的出风量，增加了风机的数量，从原来的5台风机增加到8台，使冷却速度≥200℃/分钟，将在高温下固溶于基体金属中的Mg2Si出模孔后经快速冷却到室温而被保留下来。冷却速度常和强化相含量成正比，因此冷却速度越快，固溶越充分，金属析出物越少，产品表面越好，性能更稳定。其中，化学成分配比的优化机理在于：6063-T5铝型材必须具备一定的力学性能。在其他条件相同时，其抗拉强度、屈服强度随含量增加而升高。6063台金的强化相主要是Mg2Si相，Mg2Si相是由2个镁原子同1个硅原子组成，镁的相对原子质量为24.3l，硅的相对原子质量为28.09，因此Mg2Si化合物中，镁硅的质量比为1.73：1。因此，可根据以上分析结果，如果镁硅含量比值大于1.73，则合金中镁除形成Mg2Si相外，还有过剩镁，反之比值小于1.73，则表明硅除形成Mg2Si相外，还有剩余硅。镁过剩对合金力学性能是有害的。镁一般控制在0.5％左右，Mg2Si总量控制在0.79％。当硅过剩0.01％时合金的力学性能抗拉强度约为218Mpa，已大大超过国家标准性能，并过剩硅从0.01％提高到0.13％，抗拉可提高到250M pa，即提高14.6％。要形成一定量的Mg2Si，必须首先考虑到Fe与Mn等杂质含量造成的硅损失，即要保证有一定量的过剩硅。为了使6063合金中的镁充分与硅匹配，实际配料时，必须有意识地使Mg：Si＜1.73。镁的过剩不仅削弱强化效果，而且又增加了产品成本。因此，6063合金的成分一般控制为：Mg：0.55％-0.62％；Si：0.40％-0.45％；Mg：Si＝1.20-1.40；杂质Fe控制在＜0.10％-0.20％；Mn＜0.05％。
在所述拉伸调直工序中，型材出模孔后，用牵引机牵引。牵引机工作时在给挤压制品以一定的牵引张力，同时与制品流出速度同步移动。使用牵引机的目的在于减轻多线挤压时长短不齐和抹伤，同时也可防止型材出模孔后扭拧、弯曲，给张力矫直带来麻烦。拉伸：张力矫直除了可以使制品消除纵向形状不整外(弯曲、扭拧)，还可以减少其残余应力，提高强度特性并能保持其良好的表面。
进一步的技术方案是，在铸棒工序中，均匀化退火温度为560±20℃，保温4-6h，冷却方式为出炉强迫风冷或喷水急冷。合金的均匀化处理能提高挤压速度，同未均匀化处理的铸锭相比，大约可使挤压力降低6％-10％。均匀化处理后冷却速度对组织的析出行为有重要的影响。对均热后快冷的铸锭，Mg2Si几乎能全部固溶于基体，过剩的Si也将固溶或以弥散析出的细小质点存在。这样的铸锭可以在较低温度(比未均匀化的铝棒温度低30-40℃，即440-460℃)下快速挤压，并获得优良的力学性能和表面光亮度。
进一步的技术方案是，在挤压工序中，挤压速度为30-40米/分；挤压温度为440-460℃。挤压最重要的问题是金属温度的控制，从铸锭开始加热到挤压型材的淬火都要保证可溶解的相组织不从固溶中析出或呈现小颗粒的弥散析出。挤压过程中必须认真控制挤压速度。挤压速度对变形热效应、变形均匀性、再结晶和固溶过程、制品力学性能及制品表面质量均有重要影响。挤压速度过快，制品表面会出现麻点、裂纹等倾向。同时挤压速度过快增加了金属变形的不均匀性。挤压时的流出速度取决于合金种类和型材的几何形状、尺寸和表面状况。结合本项目的特性要求，6063合金型材挤压速度(金属的流出速度)选为30-40米/分。
进一步的技术方案为，在在线淬火工序中，出料口风机设有八台，冷却速度≥200℃/分钟。通过设备改造，增加出料口风机的出风量，将在高温下固溶于基体金属中的Mg2Si出模孔后经快速冷却到室温而被保留下来。冷却速度常和强化相含量成正比，因此冷却速度越快，固溶越充分，金属析出物越少，产品表面越好，性能更稳定。
进一步的技术方案为，在人工时效工序中，时效温度为195℃，时效保温时间为2小时。时效处理要求温度均匀，温差不超过±3-5℃。6063合金人工时效温度设定为195℃。时效保温时间为2小时。
本发明还提供的技术方案是设计一种提高太阳能边框铝合金挤压型材生产效率的挤压模具，包括面模与导流模，面模与导流模通过螺栓连接，面模上设有若干个分流孔，分流孔沿面模的直径方向呈矩形阵列设置，分流孔设有一行多列；分流孔通过分流桥连接有次分流孔，每个分流孔的下方连通设有若干个次分流孔，次分流孔其长度方向与分流孔的长度方向相垂直。通过分流孔、次分流孔的设置，能够在挤压时充分减少进料时的金属流对面模产生的冲击力，避免面模的变形，对提高生产效率提高产品精度有提高。配合合金成分的合理配比改良，优化挤压生产工艺，做到单机单班产量不断提高，产品表面质量符合客户要求，性能满足国家标准要求。次分流孔的设置进一步分流，减少进料时金属流对面模的冲击，而且次分流孔与型材散热片垂直设置的方式则通过一个分流孔进入的金属流一部分被下模实心部分挡住，使得金属流被尽量分流尽量均匀地进入多个下模的成型孔中。
进一步的技术方案是，靠近边缘的分流孔的孔壁上设有减压面，减压面沿远离中部分流孔的方向倾斜设置。减压面使流入周边分流孔的金属流体从面模进料后呈一定角度扩展，减少金属流体的阻力，使外侧的金属供应充足以弥补与中心分流孔的压力差，有效地降低金属流体的挤压力，减小模具的拉应力，进一步增强模具的强度。
进一步的技术方案是，次分流孔其长度方向与太阳能边框铝合金挤压型材的散热片相垂直。
进一步的技术方案为，面模上还设有位于所述那一列分流孔一侧的型材支脚导流孔，型材支脚导流孔处于太阳能边框铝合金挤压型材的支脚处，型材支脚导流孔其形状呈上小下大的渐扩形状。由于型材支脚处的形状变形较大，曲率较小，此处的金属流很容易流速过快，因此单独设置渐扩形状的型材支脚导流孔，避免此处流速过快造成的组织条纹色差、挤压纹粗大等缺陷。
本发明的优点和有益效果在于：通过分流孔、次分流孔的设置，能够在挤压时充分减少进料时的金属流对面模产生的冲击力，避免面模的变形，对提高生产效率提高产品精度有提高。配合合金成分的合理配比改良，优化挤压生产工艺，做到单机单班产量不断提高，产品表面质量符合客户要求，性能满足国家标准要求。次分流孔的设置进一步分流，减少进料时金属流对面模的冲击，而且次分流孔与型材散热片垂直设置的方式则通过一个分流孔进入的金属流一部分被下模实心部分挡住，使得金属流被尽量分流尽量均匀地进入多个下模的成型孔中。减压面使流入周边分流孔的金属流体从面模进料后呈一定角度扩展，减少金属流体的阻力，使外侧的金属供应充足以弥补与中心分流孔的压力差，有效地降低金属流体的挤压力，减小模具的拉应力，进一步增强模具的强度。通过设备改造，增加出料口风机的出风量，将在高温下固溶于基体金属中的Mg2Si出模孔后经快速冷却到室温而被保留下来。冷却速度常和强化相含量成正比，因此冷却速度越快，固溶越充分，金属析出物越少，产品表面越好，性能更稳定。挤压速度明显高于原来的速度，生产效率从原来的单机单班3-4吨，提高到单机单班材料达5-6吨，生产效率比原来提高60％以上，大大降低了公司的生产成本；提速后，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，产品氧化后表面光滑均匀，产品表面无毛刺、组织条纹色差、挤压纹粗大等缺陷，产品的综合成品率由原来的75％左右提高到了80％-83％。
附图说明
图1是本发明一种提高太阳能边框铝合金挤压型材生产效率的生产工艺的挤压模具的示意图；
图2是图1中水平方向经过螺栓的纵剖图；
图3是图1中导流孔部分的示意图；
图4是经过图1挤压出的型材的截面图；
图5是分流孔的剖面示意图。
图中：1、面模；2、导流模；3、螺栓；4、分流孔；5、次分流孔；6、减压面；7、型材支脚导流孔。
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。
本发明是一种提高太阳能边框铝合金挤压型材生产效率的生产工艺，包括如下工序：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。在铸棒工序中，均匀化退火温度为560±20℃，保温4-6h，冷却方式为出炉强迫风冷或喷水急冷。在挤压工序中，挤压速度为30-40米/分；挤压温度为440-460℃。在在线淬火工序中，出料口风机设有八台，冷却速度≥200℃/分钟。在人工时效工序中，时效温度为195℃，时效保温时间为2小时。
一种提高太阳能边框铝合金挤压型材生产效率的挤压模具，如图1至图5所示(为简化图示，图5仅示出三个分流孔)，包括面模1与导流模2，面模1与导流模2通过螺栓3连接，面模1上设有若干个分流孔4，分流孔4沿面模1的直径方向呈矩形阵列设置，分流孔4设有一行多列；分流孔4通过分流桥连接有次分流孔5，每个分流孔4的下方连通设有若干个次分流孔5，次分流孔5其长度方向与分流孔4的长度方向相垂直。靠近边缘的分流孔4的孔壁上设有减压面6，减压面6沿远离中部分流孔4的方向倾斜设置。次分流孔5其长度方向与太阳能边框铝合金挤压型材的散热片相垂直。面模1上还设有位于所述那一列分流孔4一侧的型材支脚导流孔7，型材支脚导流孔7处于太阳能边框铝合金挤压型材的支脚处，型材支脚导流孔7其形状呈上小下大的渐扩形状。
采用本发明的技术方案制备的太阳能边框铝合金挤压型材其力学性能如下表：
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 (9)
1.提高太阳能边框铝合金挤压型材生产效率的生产工艺，其特征在于，包括如下工序：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。
2.根据权利要求1所述的提高太阳能边框铝合金挤压型材生产效率的生产工艺，其特征在于，在所述铸棒工序中，均匀化退火温度为560±20℃，保温4-6h，冷却方式为出炉强迫风冷或喷水急冷。
3.根据权利要求2所述的提高太阳能边框铝合金挤压型材生产效率的生产工艺，其特征在于，在所述挤压工序中，挤压速度为30-40米/分；挤压温度为440-460℃。
4.根据权利要求3所述的提高太阳能边框铝合金挤压型材生产效率的生产工艺，其特征在于，在所述在线淬火工序中，出料口风机设有八台，冷却速度≥200℃/分钟。
5.根据权利要求4所述的提高太阳能边框铝合金挤压型材生产效率的生产工艺，其特征在于，在所述人工时效工序中，时效温度为195℃，时效保温时间为2小时。
6.如权利要求1至5任一项所述提高太阳能边框铝合金挤压型材生产效率的生产工艺中的挤压模具，其特征在于，包括面模与导流模，面模与导流模通过螺栓连接，面模上设有若干个分流孔，分流孔沿面模的直径方向呈矩形阵列设置，分流孔设有一行多列；分流孔通过分流桥连接有次分流孔，每个分流孔的下方连通设有若干个次分流孔，次分流孔其长度方向与分流孔的长度方向相垂直。
7.根据权利要求6所述的提高太阳能边框铝合金挤压型材生产效率的生产工艺中的挤压模具，其特征在于，靠近边缘的分流孔的孔壁上设有减压面，减压面沿远离中部分流孔的方向倾斜设置。
8.根据权利要求7所述的提高太阳能边框铝合金挤压型材生产效率的生产工艺中的挤压模具，其特征在于，所述次分流孔其长度方向与太阳能边框铝合金挤压型材的散热片相垂直。
9.根据权利要求8所述的提高太阳能边框铝合金挤压型材生产效率的生产工艺中的挤压模具，其特征在于，所述面模上还设有位于所述那一列分流孔一侧的型材支脚导流孔，型材支脚导流孔处于太阳能边框铝合金挤压型材的支脚处，型材支脚导流孔其形状呈上小下大的渐扩形状。
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