铝管生产技术分解PPT课件.ppt

铝合金基础知识铝管生产技术,1,.,主要内容,铝合金简介及状态简介挤压工艺冷拉拔工艺,2,第一部分铝合金简介及状态代号,3,.,1.1变形铝合金分类铝合金根据其化学成分的生产工艺特点的不同，可分为铸造铝合金和变形铝合金如下所示变形铝合金又可根据合金的热处理特点，可分为热处理可强化合金和热处理不可强化合金。热处理不可强化合金不能通过热处理方法使其强化的合金。热处理可强化合金能利用热处理方法（淬火、时效）提高合金的机械强度的合金。,4,根据合金的化学成分，变形铝合金可分为不同的合金系见下表1所示表1铝合金系列,5,1.2空调圆管生产线常用合金牌号及所属合金系列1*系铝合金纯铝我公司已用的合金牌号有：1050、1060、1070、1100。其中1060、1070含铝量99.6%和99.7%是空调圆管车间用量最多的纯铝合金。纯铝合金特点是：热处理不可强化，强度低，只能靠加工硬化进行强化，抗腐蚀性和焊接性良好，主要用途：用于要求抗腐蚀、焊接性良好的工业设备上广泛用于炊具、散热器和工业设备的各个领域，目前客户利用我司纯铝拉拔管多用于生产储液罐。2、3*系铝合金防锈铝合金Al-Mn系合金我公司常用的合金牌号有：3003、3A21（LF21）,6,3003主要合金成分如下：Si0.6%Fe0.7%Cu0.050.2%Mn1.01.5%Zn0.1%属铝锰系合金，Mn是其主要合金元素，其突出特点是：抗腐蚀性好，仅在中性介质中稍次于纯铝，在其它介质中与纯铝相近，强度比纯铝高，焊接性能优良。主要用途：化工设备，民用五金，汽车空调管路冷却水箱，易拉罐灌体等3A21(LF21)主要合金成分如下：Si0.6%Fe0.7%Cu0.2%Mn1.01.6%Mg0.05%Zn0.1%Ti0.15%3A21和3003是目前我国现行国家标准中的两种表示方法，3A21包含了3003的所有合金元素，但又有所不同，3003把Cu作为合金元素进行控制，而3A21则只提出了上限。性能和用途上完全相同。,7,3、6*系锻造铝合金Al-Mg-Si系合金典型常用的有606360616063属于低合金化的Al-Mg-Si系高塑性合金特点：热处理强化后有中等强度，冲击韧性高；极好的热塑性，可挤压各种结构复杂、薄壁、中空的型材；焊接性能和抗蚀性优良；加工后表面十分光洁，易阳极氧化和着色。主要用途：主要用作建筑装饰结构材料，是Al-Mg-Si系合金中应用最广的一个合金。6061特点：中等强度，良好的塑性，优良的可焊性和抗蚀性，强度比6063高。主要用途：广泛用作建筑装饰和一般结构材料，如地铁、大巴车内的装饰结构，自行车车架等。,8,1.3变形铝合金状态与代号基础状态代号及名称我国2008年发行的新标准采用美国标准制定的基本状态代号。旧标准采用的状态代号现仍大量在使用，主要有：MYY1Y2Y3Y4T等ISO和美国基本状态代号的意义：F-自由加工状态，对力学性能不作规定和要求。O-完全退火态，空调圆管生产线最常用的状态。H-加工硬化状态W-固溶热处理状态T-不同于M、F、O或H状态的热处理状态,空调圆管生产线车间常用新老状态代号对照表,9,1.4空调圆管常用状态代号及其含义挤压：H112态、T4态、O态、F态、H112是3003、3A21、1060挤压常用状态，它表示经热加工成型但不经冷加工而获得的一些加工硬化产品，该状态对力学性能有要求。在国标4437.2铝及铝合金热挤压管中O态性能和H112态性能范围比较接近，故在车间实际生产的挤压管材中常用H112挤压管代替O态挤压管（但是拉拔不可以）。T4态是固溶处理后自然时效至基本稳定的状态。适用于固溶处理后，不再进行冷加工（可进行矫直、矫平，但不影响力学性能极限）的产品。F态是对性能等无要求的加工状态拉拔：O(M)态、Y(H)态、Y2(H14)态、Y4(H12)态、T4态,10,O态指完全退火状态，退火主要是为了消除加工硬化，使管材变为软态，便于管材的加工。Y态指管材经过数次塑性加工后管材因加工硬化而达到比较高的强度的状态。Y2态指管材经过加工硬化管材强度较高的状态，一般处于Y态和Y4态之间。Y4态管材一般处于Y4态和O态之间。T4态同挤压T4态，在空调圆管车间特指6系合金的状态。,11,第二部分挤压工艺,12,13,2.1挤压基本方法所谓挤压，就是对放在容器（挤压筒）中的金属一端施加外力，使之通过模孔以实现塑性变形的一种压力加工方法。其基本原理如图,挤压的基本原理示意图,14,最基本的挤压方法是正向挤压法和反向挤压法。挤压时金属制品的流动方向与挤压轴运动方向相同的挤压方法，叫做正向挤压。2.2挤压时金属的流动挤压时金属的变形大致分为三个阶段。（1）开始挤压阶段（填充挤压阶段）金属受挤压轴压力作用后，铸锭被墩粗，并充满挤压筒和模孔，挤压力直线上升到最大值。,15,2）基本挤压阶段（平流挤压阶段）当金属从模孔流出到挤压过程快要结束时为止属于这个阶段，正挤压时，挤压力随铸锭长度的减少而平稳下降。（3）终了挤压阶段（紊流压出阶段）挤压过程末期，随着变形区内金属的减少，铸锭外层金属向中心紊乱流动，变形区内的金属也发生剧烈的横向流动，并形成缩尾，同时挤压力有所上升。,2.3挤压铸锭铸锭质量的好坏直接影响挤压制品的组织、性能、成品率和生产效率。对铸锭质量的要求有：化学成分、内部组织、表面质量、尺寸偏差、铸锭的均匀化处理等。铸锭在铸造过程中易造成铸锭化学成分和组织性能的差异，主要表现在以下三个方面：,16,晶粒内部化学成分不均匀（晶内偏析）；铸锭内部存在残余应力；晶粒组织不均匀等。这种差异在挤压过程中，一般是不能被消除的，为了改善铸锭的组织性能，适应生产工艺和产品质量要求，通常，对铸锭进行在某一高温下长时间加热的处理，这种热处理过程就是铸锭的均匀化又称均匀化退火,人工时效,17,2.4挤压温度2.4.1铸锭加热温度指在挤压过程中挤压金属所允许的的从低温度到最高温度的范围。挤压温度的下限是以能够挤动铸锭为限，上限是以稍低于合金低熔点熔化温度（过烧温度）2030。挤压温度过高时，模具工作带容易粘金属，使制品表面不光滑，出现麻面，降低了制品的表面质量和尺寸精度。随着挤压温度的不断提高，挤压速度需逐级下降，生产效率就降低了。,18,挤压1060、3003、3A21、6061、6063合金管材时，要根据不同的合金牌号选择不同的挤压温度。2.4.2挤压筒温度挤压筒温度的高低对金属流动的好坏和生产效率的高低起着十分重要的作用。在生产中为了产品质量和生产效率的要求，挤压筒温度应比铸锭温度较低为宜，但不能低于挤压温度的下限，一般采用挤压筒温度比挤压温度低3050。,19,2.5挤压速度对制品的质量、组织、性能及尺寸的影响挤压速度低，金属热量逸散得多，造成挤压制品尾部出现加工组织。挤压速度过快，金属流动的越不均匀，使铸锭表面的氧化物、赃污物提前介入制品内部形成缩尾。因此，当进入结尾阶段时，应降低挤压速度。,20,挤压速度高，由于热量来不及逸散，加之变形热和摩擦热的作用，使金属温度不断升高，其结果导致在制品的表面出现裂纹。或由于模具工作带和流出金属制品外层之间的摩擦作用，所引起的外层金属的附加拉应力也随着增加，当与基本应力叠加后所得的应力值超过金属在该温度下的抗拉强度时，使制品表面出现裂纹。所以，在保证产品组织、性能的前提下，适当的降低挤压温度，则可以有效的提高挤压速度，从而提高了挤压机的生产效率。但是挤压速度过快时，变形时的热效应也随之增高，易造成模具工作带粘金属，从而导致金属表面产生麻面和外形精度变劣。挤压速度过快或控制不当时，挤压筒内金属的平衡供给与模孔阻力不相适应将使制品产生波浪、拧扭、间隙或尺寸不均，型材的扩口、并口等缺陷，甚至报废。,21,空调圆管挤压生产工艺规程：1、生产前的准备1.1模具的准备备用的模具模垫应整齐摆放在模架上，报废的模具和不能使用的模垫应及时清除出车间，防止错用不合格的模具和模垫；模具维修工接到生产任务单后，组织合格模具进行抛光，完毕后配送机台；模具在炉中的停留时间最长不超过24小时。1.2盛锭筒的准备1.2.1盛锭筒必须保持干净，无严重磨损或大肚，否则，挤压产品将会出现夹渣或气泡。1.2.2.盛锭筒与模具配合的端面应平整无损伤和粘铝，否则挤压时会跑铝。,22,1.2.3盛锭筒的加热元件必须完好并有足够的加热能力。否则，盛锭筒将无法达到工艺要求的温度。1.2.4盛锭筒温度控制在450之间，严禁超出范围。1.2.5盛锭筒应避免急冷急热，在正常情况下，盛锭筒应在工艺要求的温度范围内长期保温，交班时不要断电。1.2.5每班次要在生产前用清筒垫将挤压筒清理一次。在改用不同合金铸锭生产时也要用清筒垫清理一次。,23,1.3铝合金圆铸锭的准备1.3.1根据生产任务单的选用相应牌号的合金，其数量由生产任务的多少决定。1.3.2各机台所使用的铝合金圆铸锭必须是有厂家和炉次编号的圆铸锭。1.3.3圆铸锭在入炉加热之前，应作表面质量自检，自检由主机手负责，凡是有明显夹渣、冷隔、中心裂纹和弯曲的圆铸锭，都不应入炉加热，应将其挑选出来。1.3.4不允许圆铸锭在地面上滚动，凡是表面有铝屑、油污、泥沙、灰尘时，均应清理干净后再入炉加热。1.3.5每隔一小时用测温仪测量铸锭表面温度。1.4其他准备：挤压之前应将各种工具、模具、计量器具、排产单等准备好,24,。2、挤压：2.1在生产前应试空车，让挤压机空载运行一次。检查机械电器运转是否正常，确认无任何问题后，才可正式投料挤压。2.2在开机前先检查盛锭筒温度和铝合金铸锭温度是否达到工艺要求，确认盛锭筒温度和铝合金铸锭温度符合工艺要求以后，再测量模具温度，当三者温度都达到工艺要求时，才好装模上机挤压。2.3模具上机时，应用手提测温仪测量温度并记录在工艺记录本中中。装模过程应迅速快捷，而且要防止模具冷却。2.4不符合温度要求的铸锭不准上机挤压，上机的前2根铸锭最好取规定的高限温度，以防塞模。,25,2.5铸锭加热温度的监控：挤压过程中，挤压班长要每隔10-20个铸锭用手提测温仪测量一次温度，并如实作好记录，以便随时掌握铸锭温度变化情况，保持正常挤压温度。2.6挤压时，要注意压力的变化。正常挤压时，压力会随过程下降，若在起压后超过1分钟压力不下降，则应停止挤压，以防损坏设备和模具。2.7控制好挤压速度：要保持管材光滑平直，应使挤压过程前、中、后挤速适中。挤压速度根据管材表面质量而定，在保证表面质量符合技术要求的前提下尽可能快。具体的挤压工艺参数如下表2所示：表21250美吨卧式双动挤压机挤压工艺参数表,26,2.8.1应根据不同合金的不同特性控制挤压速度。2.8.2若铝棒温度偏高，应减低挤压速度，若想加大挤压速度，应将铝棒温度控制低些。2.8.3为了控制好力学性能出料口的温度最低必须500。2.9首件检查：上模挤压出来的第1支管材应将其料头切下500mm长留给修模作依据，第1支与第2支棒切下500mm长交质检员作外观尺寸和形位公差检查，以确认是否符合尺寸从而判定该模具可否继续生产。2.10若决定卸模后，质检员应在料头及样板上用记号笔标明模具规格及编号，并在检验记录上注明缺陷。2.11为了防止模具端面、盛锭筒端面和挤压垫片端面粘铝，允许在模具端面和垫片端面上涂少量脱模油脂，但要尽量少涂或不涂，而且不允许涂及模具型腔和盛锭筒内壁，以免油脂污染管材。,27,2.12要正确使用挤压垫片，保护挤压垫片不被碰伤。当挤压垫片磨损太大，变成圆角，清缸不干净时，应及时更换新垫片。2.13每次挤压时，都要特别注意垫片是否已放好，防止因挤压垫片没放好造成设备事故。2.14挤压过程中应注意液压油温度的变化：当油温升高到约45时，挤压力会大大下降，挤压机会变得无力，此时应停机并设法将油温降下来，然后才能再开机挤压。2.15为了防止挤压死区的气体及脏物流入管材和为了保护挤压杆不致破坏，限定压余长度不许过厚，也不允许过簿，压余控制15-30mm厚度。2.16上模挤压后要根据产品表面质量情况及时更换模具。2.17为了控制好直拉坯管质量和有特殊要求客户的管材质量，要求根据技术要求进行测试晶粒度，每更换一套模具或更换一种规格的管材都要测试晶粒度。对于大批量的管材，同一套模具每挤15根铸锭测试一次。这一职责由挤压机中断锯操作者做，质检员抽检。,28,3冷却3.16063挤压管材T4淬火原则上采用水冷，如有特殊情况，可根据技术要求进行风冷。3.26061挤压管材淬火采用强风方式，并要在2-3分钟将温度降至200以下。3.3其他合金根据其力学性能和其自身性质不同而定。4中断4.1管材在正常挤压时，要做好牵引和中断工作。中断时，应根据技术要求进行中断锯切。4.2中断时应避免中断锯对管材造成的擦划伤。,29,5矫直5.1管材在冷床上要冷却到50以下才能进行矫直。5.2等待矫直的管材，用步进方式或用输送带输送方式送到矫直机前，矫直时最好810根矫直一次。5.3管材矫直时，其矫直量应控制在0.5-2%左右，超厚管材的矫直变形量允许稍大一些，但不许超过3%。5.4矫直前后必须查看开口尺寸，对于外径较大的管材矫直后，应测量外径尺寸，检测外径尺寸是否超过公差要求。5.5对于规格较大的管材矫直后，应把管材端口在冷床成品锯端对齐。5.6矫直时，要注意保护管材外表面质量，防止管材擦划伤的出现。5.7经过矫直的管材应该无波浪、弯曲存在，同时又要避免由矫直所引起的桔皮等现象。,30,6、定尺6.1管材的切断长度应严格按照生产任务单的要求执行。62管材在定尺之前，应清楚其长度公差要求。若客户有特殊要求时，应按客户要求或技术要求执行；若无特殊要求时，按下表执行。6.3校好定尺位后，切出第1支管材时验长度是否符合要求。6.4定尺时，应注意将矫直夹头部分引起管材变形的区段切除掉，然后定尺。6.5定尺之前先逐支检查管材表面质量，将有起皮、气泡、波浪、弯曲、划伤、碰伤、压凹等不合格部分切除掉，再定尺成品。6.6为防止管材擦伤，不要将管材堆起来锯切，管材前进时，应先将锯台上的铝屑吹扫干净。6.7锯切后管材的锯口应垂直于轴线，锯口应无毛刺、变形。6.8定尺后的管材应去除毛刺并用压缩空气吹干净铝屑，。6.9定尺后的检验,31,2.6挤压机的工具组成及装配主要挤压工具挤压模用于生产所需要的形状、尺寸的制品。穿孔针（芯棒）对实心锭进行穿孔或用空心锭生产管材。挤压垫防止高温金属与挤压杆直接接触，并防止金属倒流。挤压杆用于传递主柱塞压力。挤压筒用于容纳高温锭坯。辅助工具模垫、模支承、模座（压型嘴、模子滑架）、挡环（支承环）、针支承、针接手、导路等等,32,2.7挤压模设计挤压模的结构类型挤压模可按模孔压缩区的断面形状、挤压产品的品种、模孔的数目、挤压方法及工艺特点、模具结构等不同形式进行分类。我司常用的两种挤压模具结构如下：整体模模子是由一块钢材加工制造成。广泛用于挤压普通实心型材、棒材等。,33,不同断面形状的整体模具模孔图,34,组合模平面分流模：多用于挤压变形抗力低、焊合性能好的软合金空心型材。残料较少。,35,第三部分冷拉拔简介,36,3.1拉拔的一般概念在外力作用下，迫使金属坯料通过模孔，以获得相应形状、尺寸的制品的塑性加工方法，如图下图所示。根据拉拔制品的断面形状，可将拉拔方法分为实心材拉拔（见下图a）和空心材拉拔（见图b、c）。实心材包括线材、棒材和型材；空心材包括管材和空心异形型材。,37,拉拔原理示意图a-实心制品拉拔；b-管材空拉；c-管材衬拉,38,3.2管材拉拔的一般方法及适用范围管材拉拔可按不同方法分类。按照拉拔时管坯内部是否放置芯棒可分为：无芯棒拉拔（空拉）和带芯棒拉拔（衬拉）按照拉拔时金属的变形流动特点和工艺特点可分为：空拉、固定短芯棒拉拔、游动芯头拉拔、长芯棒拉拔、顶管法和扩径拉拔等6种方法。（简答题）,39,管材拉拔的一般方法a-空拉；b-长芯棒拉拔；c-固定芯棒拉拔；d-游动芯头拉拔；e-顶管法；f-扩径拉拔,40,（1）空拉在拉拔时，管坯内部不放置芯棒（如图a）。变形特点：减径、不减壁。但在减径过程中，壁厚依据D/S（外径/壁厚）值的不同会有所增减。当减径量比较大时，管材内表面会变得比较粗糙。空拉分类：整径（或减径）空拉、成型空拉。整径（减径）空拉：用于生产小直径管材，控制管材的直径尺寸。成型空拉：利用圆断面管坯生产各种简单断面异形管材。空拉适合于小直径管材的减径，盘管拉拔，冷轧管的减、整径，异形管的成型拉拔。,41,（2）固定短芯棒拉拔拉拔时，将带有短芯棒的芯杆固定，管坯通过芯棒与模孔之间的间隙实现减径和减壁（如图c）。固定短芯棒拉拔是管材生产中应用最广泛的一种拉拔方法。管材内表面质量比空拉的好，但不适合拉拔细长管材。目前我司直拉就是采用的固定短芯棒拉拔。其生产效率较低，劳动强度大，但其可以拉拔较大规格的管材，投资较小。,42,（3）游动芯头拉拔拉拔过程中，芯头不用固定，依靠其本身所具有的外形建立起来的力平衡被稳定在模孔中，实现管材的减径和减壁（如图d）。游动芯头拉拔是目前管材生产中较为先进的一种方法，非常适合长管和盘管生产，对于提高生产率、成品率和管材内表面质量都非常有利。我集团很早就在用这种方法的盘拉进行铝管的拉拔，目前我司已经采用盘拉拉伸铝管，其效率非常高。,43,3.3拉拔法的优缺点主要优点：（1）尺寸精确，表面光洁度高。（2）设备简单，维修方便，在一台设备上可以生产多种品种、规格的制品。（3）适合于各种金属及合金的细丝和薄壁管生产，规格范围很大。丝（线）材：100.002mm；管材：外径0.1500mm；壁厚最小达0.01mm；壁厚与直径的比值可达到1：2000。（4）对于不可热处理强化的合金，通过冷拔，利用加工硬化可使其强度提高。,44,主要缺点：（1）受拉拔力限制，道次变形量小，往往需要多道次拉拔才能生产出成品。（2）受加工硬化的影响，两次退火间的总变形量不能太大，从而使拉拔道次增加，降低生产效率。（3）由于受拉应力影响，在生产塑性低、加工硬化程度大的金属时，易产生表面裂纹，甚至拉断。（4）生产扁宽管材和一些较复杂的异形管材时，往往需要多道次成型。,45,3.4拉拔时的变形指数拉拔时坯料发生变形，原始形状和尺寸将改变。不过，金属塑性加工过程中变形体的体积实际上是不变的。以FQ、LQ表示拉拔前金属坯料的断面积及长度，FH、LH表示拉拔后金属制品的断面积和长度。根据体积不变条件，可以得到主要变形指数和它们之间的关系式。拉伸伸系数表示拉拔一道次后金属材料的长度增加的倍数或拉拔前后横断面的面积之比，即=LH/LQ=FQ/FH相对加工率（断面减缩率）表示拉拔一道次后金属材料横断面积缩小值与其原始值之比，即=（FQ-FH）/FQ以上两个系数是拉伸时的关键系数，这两个系数的大小决定拉伸工艺的好坏。,46,3.5盘拉工序,47,.,3.5.1盘拉工序的作用,简单的说是将铝管精细拉拔，可总结为：设计合适的拉拔道次，使铝管在润滑油的保护下，通过工装模具的加工变形，转化为表面质量、尺寸合格、收线整齐的铝管；,48,3.5.2产品的用途,1.客户如何使用铝管光管一般用于汽车、空调、水箱连接管（两端头扩口）、管件、小弯头、配管、中央空调管、部分冷却器管；水箱管、2.客户对铝管的关注点：直线度较好、表面光亮、尺寸、性能等合格、弯胀扩管正常、不泄漏；,49,3.5.3、铝管主要质量问题,1.表面划伤:1.1来料质量：来料表面有划伤（再拉拔后形成擦伤）1.2盘拉工装划伤：矫直辊、卷筒、放线架、收线护板；1.3润滑不良造成：润滑油质量差、润滑油断流、内润滑油注入量少；1.4模具表面有缺陷：模具芯头有小坑、划道、粘铝、掉块等1.5模具加工原因：模具润滑锥角度不合适，造成润滑不量；预防划伤：1）对工装表面质量检查；2）更需要关注模具芯头，尤其是芯头质量，要每筐拉拔后认真检查是否粘铝、有缺陷等，防止有问题铝管向下流通；3）关注润滑油质量，其中包含对润滑油内铝粉等杂质的处理；4）及时有效的检查,50,2.表面氧化斑点：2.1黑色润滑脂注加过多，高温液化后渗漏；2.2液压油（盘拉机顶部液压站）渗漏；3.表面点片状缺陷：3.1矫直辊上有缺陷；3.2卷筒上有缺陷；3.3飞速环上有缺陷；根据其位置、大小及形状来查找其产生原因。,51,4.椭圆度大或断续扁管4.1压紧辊压力设置过大或压力不稳定；4.2压紧圈数少；4.3压紧辊角度不合适；4.4铝管本身外径壁厚比值大，4.5设置加工率过大，卷筒与铝管之间压力增大；5.壁厚超或不均匀影响壁厚的控制点：5.1来料母坯的尺寸均匀性；5.2盘拉模具座的稳定性；（上下及左右）5.3模具盒内卡有异物；5.4模具芯头配合不良，造成空拉；首先要确认是壁厚超对应的方向位置（上下或里外），壁厚是否均匀，对应的查找原因。,52,三、质量控制点,按照盘拉工序生产铝管的流程，压尖（打后坑-注油装芯头打前坑压制）-穿管（放线导架矫直辊模具）-拉伸（钳嘴上卷筒压紧辊-剪切-飞速环）-收线（收线护栏-料筐），可以总结出部分关键控制点；其他关键点：工艺润滑油质量、芯头质量、设备润滑油污染、,53,3.5.4盘拉工艺卫生控制点,54,3.5.5、客户投诉的问题,盘拉工序常投诉的问题（外部客户和下道工序）：1.表面质量：外表面划伤、内壁划伤、锯齿伤、氧化点、有棱、扁管等；2.尺寸超差：壁厚、外径、平均壁厚3.米数不准确：影响分盘，甚至造成最后一盘因重量不足报废；4.收线乱：造成精整或退火无法放线；,客户投诉的原因及常见问题：1.影响客户使用：扩口裂（划伤、锯齿伤、偏心）；泄漏（探伤管不清晰）；放线卡料；尺寸超差2.不符合客户标准：重量不符、尺寸超差,55,3.5.6铝管质量,合格铝管,内表面,外表面,标示,尺寸,收线,规格,米数,外径,椭圆度,壁厚,材料,无粗拉划伤,符合客户需求,无锯齿伤、划伤,偏心度,厂家,无孔洞或小坑,无锯齿伤,无扁管,56,3.6矫直、锯切、退火工序,57,3.6.1矫直,58,59,60,走式炉退火,61,62,63,64,65,淬火1.6063-T4态管材淬