CN114130848A - 一种客运车用铝型材的加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种客运车用铝型材的加工方法，选择Mg的重量百分数为0.5‑1.1％，Si的重量百分数为0.4％‑0.8％，Fe的重量百分数小于0.6％的Al‑Mg‑Si系铝合金铸锭作为铝型材的挤压原料。原料的选取和提供的挤压参数合理，挤压时金属流动均匀、高效快速、加工范围广，能适合各种类型截面和尺寸的客运车用铝型材的加工，挤出的铝型材，晶粒细致、平直度高、强度好、性能稳定、成品率高。提供的组合式在线淬火方法能根据型材的温度，组织状态来进行精准冷却控制，淬火冷却均匀，可以满足薄厚不一、截面结构复杂铝型材的淬火要求，冷却范围宽，适用范围广，一些不适合在线淬火的铝型材，其冷却效率也能达到在线淬火要求，能减去单独淬火的工序，从而减少设备投资，降低生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及铝型材加工制造领域，特别是涉及一种客运车用铝型材的加工方法。
背景技术
车辆常用金属材料有不锈钢和铝合金，随着铝型材挤压技术发展，因其质轻美观耐腐蚀、力学性能优良、寿命长、成本低和易组装等特点，已成为车辆用主要材料。客运车用铝合金主要是6XXX系的Al-Mg-Si铝合金，主要包括6061和6063铝合金，在客运车上，6061因强度高和耐腐蚀主要用于车体框架，6063因可成型好和易于着色主要用于内饰构件。即使是同一系的铝合金，根据其在客运车上的用途，其尺寸、形状和性能要求都存在较大差异，而目前现有的加工方法在加工大尺寸厚截面的6061铝合金存在在线淬火冷却不充分，力学性能不够等问题，在加工截面复杂和壁厚不均的6063铝合金，存在冷却不均匀，出现翘曲、扭曲变形和报废率高等问题。现有的加工方法无法同时满足俩者的加工需求，需要另外增加淬火方式和增加时效时间或者增加额外的矫直和精整工序，这就会增加设备投资，增加生产成本、生产工序和周期，其成品率也不高。
以挤压方式进行铝型材的加工过程中，各项工序和参数均会影响最终的产品质量。铝合金铸锭的加热、挤压速度和挤压温度的不合理会使金属流动不畅，铝型材发生拧扭、表面拉毛等缺陷。在线淬火也是影响产品性能和弯曲程度的最重要工序，在线淬火代替单独的淬火炉加热的淬火方式，能减少设备投资和节约能源，从而降低生产成本，但是某些截面结构复杂，壁厚不一的铝型材或者厚度过大的铝型材不适合在线淬火，在线淬火常存在冷却不均或冷却速率不够的问题，导致出现弯曲、翘曲或者力学性能不够等问题。目前铝型材加工方法，在线淬火冷却范围窄，是通过增加单独的淬火工序或增加额外的矫直工序来加工截面结构复杂、壁厚不一的铝型材或者厚度过大的铝型材，其结果增加了成本，产品性能也不稳定，强度也不够好。
发明内容
为了克服上述的不足，本发明提供了一种客运车用铝型材的加工方法，包括以下步骤：
S1、选择Al-Mg-Si系铝合金铸锭作为铝型材的挤压原料，其中Mg的重量百分数为0.5-1.1％，Si的重量百分数为0.4％-0.8％，Fe的重量百分数小于0.6％；
S2、将铝合金铸锭表面打磨处理后切割成所需尺寸的形状体，送入工频加热炉进行加热，先加热至375-395℃，待铝合金铸锭内芯温度达到375-385℃，再加热至510-525℃，保温5-7h；
S3、挤压步骤：挤压筒温度预热至445-455℃，模具预热至475-485℃，上述铝合金铸锭出炉空冷至480-495℃开始挤压：在挤压机上，铝铸锭在挤压筒，通过模具，穿过模孔挤压成所需形状的型材，挤压速度控制在14-31m/min，挤压温度控制在490-525℃，挤压出口温度控制在510-520℃；
S4、组合式在线淬火步骤：挤出的铝型材依次通过普通风冷段，高压水冷却段、穿水冷却段和强风冷却段，通过调整牵引速度控制每个冷却段的停留时间来控制淬火进程，所述普通风冷段通过调整风量控制平均冷却速度在4-8℃/S；所述高压水冷却段水温25-35℃/S，通过调整水量控制平均冷却速度在20-30℃/S；所述穿水冷却段的通过水温控制平均冷却速度在40-50℃/S；所述强风冷段风速在65m/S以上，以使型材快速冷却至常温，吹去表面的水分；
S5、矫直和精整步骤：必要时在不影响力学性能的情况下进行拉伸矫直，拉伸率为0.4％-0.7％；必要时在不影响力学性能的情况下进行精整，采用辊式精整机，在辊式精整辊压力作用下进行精整；
S6、锯切步骤：经质量检验合格的铝型材在切断圆锯机上进行定尺切割；
S7、时效处理和表面处理步骤：将锯切后铝型材送入加热炉中，在170-200℃温度下时效处理2-4h，再根据外观或者耐候性需求选择静电粉末喷涂或电泳涂装表面处理工艺。
优选地、S1步骤中：Al-Mg-Si系铝合金铸锭为6061铝合金铸锭或6063铝合金铸锭，所述6061铝合金铸锭中，Mg的重量百分数为0.94-1.02％，Si的重量百分数为0.47-0.64％，Fe的重量百分数小于0.55％；所述6063铝合金中，Mg的重量百分数为0.52-0.59％，Si的重量百分数为0.39-0.44％，Fe的重量百分数小于0.35％；所述Si可以在铸造过程中通过添加晶粒细化剂的方式加入。
优选地、S4步骤中：调整牵引速度使6061铝型材温度下降至380-390℃时进入穿水冷却段；调整牵引速度使6063铝型材温度下降至410-420℃时进入高压水冷却段，160-180℃时进入穿水冷却段。
优选地、S4步骤中：所述高压水冷段采用高压水雾状喷淋的方式，以保证淬火的均匀性，雾状喷淋水嘴环绕铝型材牵引路径分布，根据型材不同方向壁厚的不同，调整不同方位的雾状喷淋水嘴的水压和水量，保证铝型材不同壁厚区域冷却速度趋于一致。
进一步地、S4步骤中：所述的普通风冷段和强风冷却段也可以采用空气喷嘴的形式送风，环绕铝型材牵引方向进行多方向送风；普通风冷段的空气喷嘴和高压水冷段的喷淋水嘴可以共同交错分布在铝型材四周，能够根据实际的淬火需求进行调整，切换水冷和风冷，或者共同开启进行水风共同冷却。
本发明的有益效果在于：
1.本发明提供的一种客运车用铝型材的加工方法，原料的选取和挤压参数合理、流程高效快速、加工范围广，能适合各种类型截面和尺寸的客运车用铝型材的加工，挤出的铝型材，晶粒细致、尺寸偏差小、平直度高、强度好、性能稳定和成品率高。
2.本发明提供的Al-Mg-Si系铝合金成分含量，特别是6061铝合金和6063铝合金成分含量，保证了在本发明的挤压参数下具有良好的可挤压性，挤压时金属流动均匀，成品具有良好的组织性能和可焊接加工性。
3.本发明提供的组合式在线淬火方法：普通风冷段和高压水冷段是截面复杂、薄厚不一6063铝合金主要冷却段，因普通风冷采用空气对流方式冷却，传热相对较慢，先进行普通风冷，可以避免一开始出料温度高，冷却速度过快导致薄壁和厚壁处冷却速度不均匀发生形变，优选的多方位的雾状喷淋高压水冷段更能避免因冷却不均导致的弯曲，能够减少后续不必要的矫直和精整工序，降低矫直压力和降低因过度矫正和精整带来的力学性能下降甚至报废的风险，从而缩短生产周期，加快生产速度。高压水冷段和穿水冷却段是大尺寸厚截面6061铝合金的主要冷却段，能快速冷却保证必要的淬火效果，穿水冷却段适合空心截面的铝型材，能保证内外冷却速度均匀。强风冷却段能吹去型材表面的水分，最终冷却至室温。提供的组合式在线淬火能根据型材的温度和组织状态来进行精准冷却控制，淬火冷却均匀，可以满足薄厚不一、截面结构复杂铝型材的淬火要求，冷却范围宽和适用范围广，一些不适合在线淬火的铝型材，其冷却效率也能达到在线淬火要求，能减去单独淬火的工序，从而减少设备投资，降低生产本。
具体实施方式
现在通过以下实施例和对比例对发明作进一步详细的说明。
实施例1：
本实施例需加工强度高和耐腐蚀的6061铝合金铸锭，制得的产品主要用于客运车的车体框架，铝型材尺寸大，型材厚度较厚，最小厚度大于18mm，采用平模进行挤压，淬火时需要充分的冷却。
具体加工步骤如下：
S1、选择的Al-Mg-Si系中的6061铝合金铸锭作为铝型材的挤压原料，该铝合金铸锭中，Mg的重量百分数为0.98％，Si的重量百分数为0.54％，Fe的重量百分数为0.51％。Si可以在铸造过程中通过添加晶粒细化剂的方式加入，铝合金铸锭需组织均匀、无气孔、无裂纹；
S2、将铝合金铸锭表面打磨处理后切割成所需尺寸的形状体，送入工频加热炉进行加热，先加热至380℃，待铝合金铸锭内芯温度达到375℃，再加热至512℃，保温6h；
S3、挤压步骤：挤压筒温度预热至448℃，模具预热至477℃，上述铝合金铸锭出炉空冷至485℃开始挤压：在挤压机上，铝铸锭在挤压筒，通过模具，穿过模孔挤压成所需形状的型材，挤压速度控制在17m/min上下，始终在15-20m/min范围内，挤压温度控制在495℃附近，偏差±5℃，挤压出口温度控制在512℃左右，偏差±2℃；
S4、组合式在线淬火步骤：挤出的铝型材先通过普通风冷和高压水冷的共同冷却段后再牵引进入穿水冷却段，最后进入强风冷却段，通过调整牵引速度控制每个冷却段的停留时间来控制淬火进程。挤出的铝型材若单独通过普通风冷段，调整风量其平均冷却速度在4℃/S，高压水冷却段水温为27℃/S，若单独通过高压水冷却段冷却时，调整水量其平均冷却速度在22℃/S，本实施例采用普通风冷和高压水冷交错的方式进行共同冷却，环绕铝型材的牵引方向，分布有14对喷嘴，每对喷嘴包括一个空气喷嘴和一个高压雾状喷淋水嘴，其共同冷却速度可达30℃/S。挤出的铝型材先牵引通过普通风冷段和高压水冷的共同冷却段后，温度下降至385℃时进入穿水冷却段，穿水冷却段的通过水温控制平均冷却速度在47℃/S。最后在强风冷却段以65m/S的风速使型材快速冷却至常温，吹去表面的水分；
S5、矫直：必要时在不影响力学性能的情况下进行拉伸矫直，拉伸率为0.5％；
S6、锯切步骤：经质量检验合格的铝型材在切断圆锯机上进行定尺切割；
S7、时效处理和表面处理步骤：将锯切后铝型材送入加热炉中，在174℃温度下时效处理4h，再采用电泳涂装表面处理工艺增加其耐腐蚀和耐候性。
实施例2：
本实施例选择可成型好和易于着色的6063铝合金，采用分流模进行挤压，制得的产品主要用于车辆的内用构件与装饰,强度要求相对较低，但型材截面复杂，薄厚不一，薄壁处不超过2mm，与最大壁厚相差可超7mm，淬火时要注意冷却的均匀性。
具体加工步骤如下：
S1、选择的Al-Mg-Si系中的6063铝合金铸锭作为铝型材的挤压原料，该铝合金铸锭中，Mg的重量百分数为0.54％，Si的重量百分数为0.41％，Fe的重量百分数为0.32％。Si可以在铸造过程中通过添加晶粒细化剂的方式加入，铝合金铸锭需组织均匀、无气孔、无裂纹；
S2、将铝合金铸锭表面打磨处理后切割成所需尺寸的形状体，送入工频加热炉进行加热，先加热至390℃，待铝合金铸锭内芯温度达到385℃，再加热至518℃，保温5h；
S3、挤压步骤：挤压筒温度预热至452℃，模具预热至483℃，上述铝合金铸锭出炉空冷至490℃开始挤压：在挤压机上，铝铸锭在挤压筒，通过模具，穿过模孔挤压成所需形状的型材，挤压速度控制在27m/min上下，始终在25-30m/min范围内，挤压温度控制在520℃附近，偏差±5℃，挤压出口温度控制在515℃左右，偏差±2℃。
S4、组合式在线淬火步骤:
挤出的铝型材先牵引通过普通风冷段，调整风量控制平均冷却速度在8℃/S，待温度下降至415℃时，再牵引通过高压水冷却段。高压水冷段采用高压水雾状喷淋的方式，以保证淬火的均匀性，雾状喷淋水嘴环绕铝型材牵引路径分布，根据型材不同方向壁厚的不同，调整不同方位的雾状喷淋水嘴的水压，保证铝型材不同壁厚区域冷却速度趋于一致。高压水冷却段水温35℃/S，调整水量控制平均冷却速度在28℃/S，170℃时再牵引通过穿水冷却段，穿水冷却段采用较高的水温，控制平均冷却速度在45℃/S。最后在强风冷却段以65m/S的风速使型材快速冷却至常温，吹去表面的水分；
S5、矫直和精整步骤：必要时在不影响力学性能的情况下进行拉伸矫直，拉伸率为0.4％；必要时在不影响力学性能的情况下进行精整，采用辊式精整机，在辊式精整辊压力作用下进行精整；
S6、锯切步骤：经质量检验合格的铝型材在切断圆锯机上进行定尺切割；
S7、时效处理和表面处理步骤：将锯切后铝型材送入加热炉中，在194℃温度下时效处理3h，再采用静电粉末喷涂表面处理工艺，增加其装饰性和美观度。
对比例1：
该对比例加工同实施例1同等规格尺寸的铝型材，采用普通的6061铝合金铸锭，因普通的在线淬火方式，无法满足该型材的淬火需求，挤压出料的铝型材初步水冷后再送至冷床存放，再次淬火时，送至淬火炉加热进行单独淬火处理。因此按“铝合金铸锭加热→模具和挤压筒加热→挤压→初步冷却→冷床冷却→锯切定尺→立式淬火炉加热淬火→矫直和精整→人工时效→检验存放”的传统方法和参数进行加工。
对比例2：
该对比例加工同实施例2同等规格形状的铝型材，采用普通的6063铝合金铸锭。因6063铝型材淬火敏感性比6061铝型材低，强度要求也比6061铝型材要求低，因此目前生产中仅采用普通的风冷或水冷来进行在线淬火，加工截面复杂的铝型材易出现弯曲和翘边现象。因弯曲较大，需采用较大拉伸率来进行矫直，矫直之后，仍存在略微的翘曲和扭曲变形，需再额外采用多项精整工序，如辊矫和压力矫。因力学性能不够往往需要较高的时效温度和较长的时效时间来弥补。因此按“铝合金铸锭加热→模具和挤压筒加热→挤压→在线淬火→矫直和精整→锯切定尺→人工时效→检验存放”的传统方法和参数进行加工。
检验上述各实施例和对比例所加工的产品表面处理前的外观质量，并测定4m长试样的整体弯曲度，相关结果见下表1。
表1：
| 外观(表面处理前) | 弯曲度/mm | |
| 实施例1 | 表面光洁无毛刺 | 1.4 |
| 对比例1 | 表面粗糙有条纹 | 3.4 |
| 实施例2 | 表面光洁无毛刺 | 2.1 |
| 对比例2 | 表面粗糙，薄壁处有翘边 | 4.6 |
参照GBT228-2002等试验方法，在万能试验机测试其相关的力学性能，用硬度计进行表面硬度测试，其结果为多个试样的平均值，相关结果见下表2。
表2：
| 屈服强度/Mpa | 抗拉强度/MPa | 韦氏硬度HW | |
| 实施例1 | 253.4 | 301.2 | 16.8 |
| 对比例1 | 249.6 | 297.7 | 16.1 |
| 实施例2 | 221.4 | 258.2 | 12.9 |
| 对比例2 | 174.5 | 201.4 | 10.4 |
由表1可知，本发明选取的铝合金铸锭原料成分和提供的加工参数合理有效，挤出的型材弯曲度小，表面光洁无毛刺、无条纹。由表2可知，实施例1的铝型材其力学性能略优于对比例1的铝型材，说明本发明提供的一种客运车用铝型材的加工方法，在加工大尺寸、厚截面的铝型材，其组合式在线淬火方法能满足该类型铝型材对淬火速率的要求，能够节约设备投资，减少能耗和降低成本。对比例2在淬火后存在比较严重的扭拧弯曲，对其进行较大幅度的矫直和精整，影响了其力学性能，长时间的时效处理增加了生产周期；实施例2较对比例2，说明本发明提供的一种客运车用铝型材的加工方法，在加工截面复杂、薄厚不一铝型材时，其在线淬火均匀，加工周期短，成品率高，弯曲度小和性能稳定，并具有优秀的力学性能。
上述依据本发明为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (5)
1.一种客运车用铝型材的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、选择Al-Mg-Si系铝合金铸锭作为铝型材的挤压原料，其中Mg的重量百分数为0.5-1.1％，Si的重量百分数为0.4％-0.8％，Fe的重量百分数小于0.6％；
S2、将铝合金铸锭表面打磨处理后切割成所需尺寸的形状体，送入工频加热炉进行加热，先加热至375-395℃，待铝合金铸锭内芯温度达到375-385℃，再加热至510-525℃，保温5-7h；
S3、挤压步骤：挤压筒温度预热至445-455℃，模具预热至475-485℃，上述铝合金铸锭出炉空冷至480-495℃开始挤压：在挤压机上，铝铸锭在挤压筒，通过模具，穿过模孔挤压成所需形状的型材，挤压速度控制在14-31m/min，挤压温度控制在490-525℃，挤压出口温度控制在510-520℃；
S4、组合式在线淬火步骤：挤出的铝型材依次通过普通风冷段，高压水冷却段、穿水冷却段和强风冷却段，通过调整牵引速度控制每个冷却段的停留时间来控制淬火进程，所述普通风冷段通过调整风量控制平均冷却速度在4-8℃/S；所述高压水冷却段水温25-35℃/S，通过调整水量控制平均冷却速度在20-30℃/S；所述穿水冷却段的通过水温控制平均冷却速度在40-50℃/S；所述强风冷段风速在65m/S以上，以使型材快速冷却至常温，吹去表面的水分；
S5、矫直和精整步骤；
S6、锯切步骤：经质量检验合格的铝型材在切断圆锯机上进行定尺切割；
S7、时效处理和表面处理步骤：将锯切后铝型材送入加热炉中，在170-200℃温度下时效处理2-4h后再进行表面处理。
2.根据权利要求1所述的客运车用铝型材的加工方法，其特征在于，所述S1步骤中：Al-Mg-Si系铝合金铸锭为6061铝合金铸锭或6063铝合金铸锭，所述6061铝合金铸锭中，Mg的重量百分数为0.94-1.02％，Si的重量百分数为0.47-0.64％，Fe的重量百分数小于0.55％；所述6063铝合金中，Mg的重量百分数为0.52-0.59％，Si的重量百分数为0.39-0.44％，Fe的重量百分数小于0.35％；所述Si在铸造过程中通过添加晶粒细化剂的方式加入。
3.根据权利要求2所述的客运车用铝型材的加工方法，其特征在于，所述S4步骤中：调整牵引速度使6061铝型材温度下降至380-390℃时进入穿水冷却段；调整牵引速度使6063铝型材温度下降至410-420℃时进入高压水冷却段，160-180℃时进入穿水冷却段。
4.根据权利要求1所述的客运车用铝型材的加工方法，其特征在于，所述S4步骤中：所述高压水冷段采用高压水雾状喷淋的方式。
5.根据权利要求4所述的客运车用铝型材的加工方法，其特征在于，所述S4步骤中：所述的普通风冷段和强风冷却段采用空气喷嘴的形式送风，环绕铝型材牵引方向进行多方向送风；普通风冷段的空气喷嘴和高压水冷段的喷淋水嘴共同交错分布在铝型材四周，根据实际的淬火需求来通过切换水冷和/或风冷进行调整。
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