铝、铜材连续挤压工艺

铝 铜材连续挤压工艺铝 铜材连续挤压工艺 2 7 铝 铜材连续挤压工艺 2 7 1 铝及铝合金连续挤压工艺 目前国外铝及铝合金连续挤压工艺虽然已臻 成熟 但是关于生产工艺的具体报导却很少 2 7 1 1 连续挤压工艺流程 铝及铝合金连续挤压工艺工艺流程如下 铝杆坯 矫直 超声波清洗 热水洗 吹干 或烘干 连续挤压 冷却 盘状制品 卷取张力导线直条制品矫直剪切 检验 包装入库 2 7 1 2 生产工艺的简要说明 国产 LJ300CONFORM 机工艺试验研究使用的铝及 铝合金杆坯有 10 的 L2 连铸连轧盘杆 每盘重约一吨 10 的 LF2 和 LD31 铝 合金挤压杆 每根长约 30 米 连铸连 轧盘杆的椭圆度较大 表面比较粗糙 且油污 灰尘等脏物也较严重 挤压杆形状 尺寸均比较精确 表面洁净度也 较好 1 铝杆存入放线盘架后 经过多辊交叉矫直机进行矫直 使弯曲度 小于 2mm m 以便能平直 顺利地通过超声清洗装置 不致被自重度刮伤表面 或卡住 2 超声清洗 目的是除去铝杆表面的油污 氧化脏物等 清洗温 度为 65 5 C 超声振子频率为 19 3KH2 共 20 个 总功率为 500 1000VA 清洗时间为 2 5 秒 3 热水洗 目的是通过热水漂洗除去铝杆表面残留的 清洗液 以免侵蚀挤压工具和带入制品内 水洗温度为 65 5 C 时间为 2 秒 左右 4 吹干 目的是吹干铝杆表面的水迹 不使被带入挤压型腔内 挤 入制品内产生气泡等缺陷 5 连续挤压 挤压铝及铝合金时 挤压轮与挤 压靴之间的间隙量调节为 0 8 1 2mm 左右 挤压温度和挤压速度视挤压合金与 挤压制品而异 见表 2 2 6 冷却 制品挤压后 经水冷槽直接水冷至 40 C 左右 方可进入张力导线架送至卷取机 以免导线与卷取过程中再度产 生形变 7 张力导线 导线时的张力大小依冷态管 线制品的合金牌号 品种规格而异 一般控制张力使之发生 1 左右的附加延伸量为宜 8 卷取 9 检验 10 包装入库 2 7 1 2 主要设备参数介绍 1 主电动机 电机功 率 0 57 5 115kw 电机转速 0 750 1500r p m 电机重量 670kg 2 主减速机 减速比 44 872 最大传递功率 145kw 平衡散热功率 170kw 润滑方式 浸油润滑 冷却方式 自然冷却 重量 1100kg 3 主轴系统 横向预加负荷 4000kN 主轴最大连续扭矩 32 8kN m 主轴最 大启动扭矩 49 2kN m 最大扭矩持续时间 30 秒 主轴轴承容量 1840kN 轴承润滑油流量 8 升 分 挤压轮名义外径 300mm 挤压轮重量 32kg 4 挤压靴体 对于型材 最大 外接圆直径 90mm 对管料 最大外接圆直径 50mm 对棒材 最大外接圆 直径 60mm 靴体定位靠顶紧力及背压紧力实现 靴体顶压紧预加负荷 330kN 靴体背压紧负荷 最大 2262kN 2 7 2 铜的连续挤压特征 铜的连续 挤压 7 67 与铝连续挤压是很不相同的 当铝及其合金连续挤压问题解决 之后 既积累了资料 也使工艺更加合理 然后重点便集中到了生产操作与这 一技术的进一步开发上 研究发现 铜和铝的连续挤压工艺互不相同 每次喂 料改变时 都伴随必要的改变与调整 实验过程中用另一种金属来代替原挤金 属时 相应的系列问题就出现了 挤压铝坯料时 由于咬入段与坯料间有很高 的摩擦系数 铝易粘附于轮槽和工具表面 实际所需的咬合长度很短 但铜不 能粘附于工具表面 所以铜的咬合长度比铝的要长 2 7 2 1 设备 其基本 原理与铝的连续挤压相同 支撑在靴块上的堵头插入凹槽内 成为挤压筒的 底部 当坯料遇到堵头受阻后 坯料与凹槽间的摩擦力所产生的轴向应力最初 引起坯料发生塑性变形 完全充满凹槽 这时 由于挤压轮继续旋转 摩擦力 继续增加 使被挤压金属材料上产生足够的压力 通过堵头中间或附近的模孔 而挤出 由于铜不能粘附于工具表面 所以铜的咬合长度比铝的要长些 只要 有足够的咬合长度 便可在堵头处产生足够的压力 将铜以高达 30 1 的挤压比 挤出 在早期的设计中 靴子的自由端被供调整用的偏心轴上的极大的连杆 所顶住 后来发现在挤压铝时使用得很满意的这种布置 由于铜挤压产生的更 大的负荷 因刚性不够而弯曲 靴块通过一液压缸被推进或推出 以便更换模 子和维修工具 2 7 2 2 挤压轮 CONFORM 的轮槽和靴子在接近模子的区域 形成一个挤压筒 挤压时经受试图使凹槽两侧壁分离的载荷的作用 在整体结 构的轮子中 随着轮子的旋转 将导致凹槽的根部和拐角处产生很高的应力 从而导致挤压轮的热疲劳开裂 需通过轴端液压螺母所产生的轴向预压力 提 高使用寿命 侧板中心轮 预压 633 吨 图 2 28 组合式挤压轮结构与组装 图 组合式挤压轮液压螺母产生的压缩应力必须是足够大的 如图 2 28 以 使轮子组合件之间有足够高的接触应力 防止在它们之间有坯料的挤入 这可 以通过调整圆盘间预压力来实现 在早期实验期间接触压力定为 1 080Mpa 此 值与该系统设计时所依据的最大挤压力相同 由于堵头前的压力不会超过此值 因此在轮盘之间也就不会出现坯料的挤出 事实上正是如此 由于挤压过程中 产生的热量使挤压轮此轴上的温度高 三件组合结构中的中间圆盘 由于不同 的膨胀而引起内应力的增加 其上应力将超过其屈服应力 工作温度引起屈服 应力降低 恶化工作状态 特别是对中间圆盘 它的工作温度比两侧盘高 后 者截面越厚 热扩散也较好 进料槽的构件的变形导致进料槽宽度减少 使 坯料顺利喂入进料槽带来了问题 根据测量计算 热膨胀产生了 309Mpa 的附加 接触应力 足够超过轮子材料的屈服极限 在装配时将接触压力调整到 772Mpa 可以消除以上述问题 稳定进料槽宽度 无论如何 必须预热挤压轮 否则在 升温期间将出现坯料挤入轮子之间 轮槽宽度增加 减少对坯料的咬入力 2 7 2 3 工艺 喂入坯料是具有高传导性的直径为 9 5mm 的铜杆 使用的挤 压比已从 2 5 1 上升到 20 1 能挤出产品 因为挤压过程取决于铜与钢的摩擦 力 所以坯料对于进料槽的过盈配合是必需的 实验证明 最少 0 15mm 或最好 取 0 3mm 对于避免出现爬行现象而引起制品速度变化是必需的 因此 喂料 的屈服应力愈高 则使坯料变形进入进料槽的负荷就越大 坯料的一个重要 的参数是外径 横断面形式的一些变化是允许的 除非其最小直径与凹 槽间的 过盈量低于允许的最小值 已经发现使用热轧后的坯料最合适 因为有一个精 整过程 其截面更为圆些 这使挤压过程中的异常操作的可能性减到最小 为了帮助坯料进入凹槽 在入口安装了一个送料辊 并事先使用了一个喇叭形 入口的垫块 目的是降低入口点及垫块上的摩擦 通过安装送料辊 使坯料沿 着小直径的辊子而不是沿着垫块喂入 直到第二个块上时 坯料才与之接触 确定送料辊的位置十分重要 应使之尽可能接近垫块 因为如果有滑动发生 坯料就将脱槽缠绕并卡住 在正常操作中 已注意到轮槽与坯料之间存在不 同的运动 轮子转速比进料速度要高 这种现象依挤压比而定 其值达 10 18 其原因是第二啮合区的坯料表层的剪切引起的 78 2 CONFORM 技术 坯料直径 功率 KW 挤压比 图 2 29 转速为 20r p m 时能耗与挤 压比的关系曲线 图 2 30 部分工具冷 却管道布置 1 槽轮 2 坯料 3 槽封块 4 6 冷却入口 5 冷却水出口 7 堵头 8 支座 在挤压过程中 热量产生于金属变形和摩擦过程 图 2 29 示出了随挤 压比增加机器的输入功率变化曲线 当这部分能量在产品和 工具上以热量形 式出现时 除需要对轮子进行冷却外 对模子 堵头和产品也需要进行冷却 图 2 30 示出了一部分工具冷却管道布置情况 在此种冷却条件下 当挤压比为 4 1 时 记录下的模温为 250 300 当挤压比为 17 1 时 温度增到 350 425 堵头由于摩擦面积大和冷却效果差而承受 400 500 的高温 从模 子和堵头的温度估算 产品从模子出来的温度依挤压比而定 在 300 450 范 围内变化 挤压产品进入空气中会马上氧化 用一根与模座配合得很好长度 为 1 5m 的管子 以 20L min 的速度充分冷却模支承 挤出来的产品 仍得不到 无氧化物的表面 其表面呈紫红色或金黄色 表明氧化膜 200 300 厚 加入 少量酒精到冷却剂中 可以减少氧化物 获得所要求的表面 用淬火至 56 57RC 硬度值的 AISIH12 工具钢所制成的堵头 使用寿命可达 2 3t 产品 不 能再继续使用的原因不是因为破裂 而是因为尖端的塑性变形 溢料 原料从堵 头与槽间间隙中溢出 已发现超过 4 一般为 1 5 2 已证明通过冷却装置的 改进 堵头的温度可以降低 记录降低了 125 它将延长堵头的工作寿命 用 AUS 2 7 铝 铜材连续挤压工艺 79 UN2 工具钢制成的堵头不易发生塑性变形 但在频繁的启动 停止的工 作环境下 很可能断裂而破坏 例如 当多次挤压小批量如 200kg 的各种产品 时 颗粒料的挤压研究很有限 这种料通过靴子进入凹槽 在第二啮合区压 实后 通过膜子挤成均质产品 当把废电缆碎屑 通过干燥过程而回收的 挤 成 3mm 线材 完全压实了 其它形式的颗粒料也做过一些实验 已证明生产 直径 2 3 3 5mm 导线的可行性 清楚地 表明这种工艺具有很大的潜力 如 可将金属回收 挤成型材 将切屑或金属碎片压实 以保证其再熔化时有较高 的回收率 或作为金属与金属 金属与非金属混合料的粉末冶金的另一种方法 由于模子后面快速冷却 防止再结晶后的晶粒长大 在所有产品中都可观察 到大约 10 m 的细小晶粒 根据 Alform 的生产经验 要使铜和黄铜挤压成品 是可能的 挤压温度和压力比铝高得多 如挤压温度大约为 600 700 在此 温度范围内 工具钢很容易变形 为了解决这一问题 常常需对靴块进行强制 冷却 2 7 2 4 发热问题 挤压轮旋转时 每通过挤压区一次 则旋转轮周 边每一点便受到一次机械应力作用 此外 挤压区出现的高温 在凹槽表面产 生 热循环 引起循环压缩应力 当挤铝时 由于喂入棒料粘附沉积在轮槽表 面上 阻碍了热循环极端情况的出现 加之通常的挤压力较低 减少了疲劳断 裂的趋势 然而在挤铜时 无粘着层形成 因此轮槽表面承受高幅度的压力 和温度的作用 图 2 31 示出了当把直径为 9 5mm 的坯料挤压成直径为 2 3mm 挤压比为 17 1 轮子转速 12r p m 时 轮槽组合件表面温度变化曲线 由此可以看出轮子表面温度在 250 440 之间循环变化 轮子表面以下 1mm 处 的温度幅度将减少到 200 50 图 2 31 槽轮表面温度分布图 当挤压比仅为 4 1 时 轮子温度一般在 195 345 之间循环变化 同时表 面以下 1mm 处减少至 145 165 在上述两种情况下 均需冷却轮子以便把轮 子的整体温度维持在一个稳定的水平上 如果不冷却 可以发现当循环幅度保 持恒定时 体积温室的继续升高 以致最后循环的最高温度超过轮子材料的回 火温度 550 现在的作法是在轮子的两边距凹槽大约 50mm 处使用冷却水 直接冷却凹槽还未见报导过 因为由于冷却水的冷却作用 热电偶测出的循环 振幅增加了 95 以上 此时当挤压比为 17 1 温度循环下限降到 155 已发现很多轮子在工作中出现了热疲劳裂纹 继续挤压铜将使铜进入裂纹中 从而加剧裂纹传播 而出现过早破坏 2 7 3 常见的产品缺陷 产生的原因 及处理方法 表 2 3 常见的产品缺陷 产生的原因及处理方法 缺陷类型 产生原因 处理方法 夹杂 杆料夹渣 表面有脏物 外来夹杂 强 杆料熔铸过程的精炼 挡渣 过滤措施 提高铝锭品位 文明运输和保管 2 7 铝 铜材连续挤压工艺 81 续表 2 3 表面气 泡 穿透性气孔 1 杆料表面有油污 水分或其它脏物 2 挤压轮或喂料轮上 有水分或油污 3 冷却水溅到杆料或挤压轮上 4 杆料组织疏松和含气 1 加 强杆料清洗 2 减少冷却水流量 3 加强熔炼时的精炼 除气措施 4 加强 杆料生产过程控制 5 防止裂纹及铸造疏松的形成 表面发黑 1 制品表面 残留冷却水 2 保管 运输不当 使产品粘水或受潮 1 降低冷却水流量 增加吹气量 保证制品卷前有 40 500C 的温度 2 改进包装方法及运输条 件 禁止成品露天堆放 壁厚不均 1 模具偏心 2 蕊杆与叉架不同心 1 更换模具 2 重新装配上下模或更换蕊杆 尺寸超差 1 模具尺寸精度不够 2 浮动臂重量过轻或过重 3 挤压速度过快 1 更换模具 2 调节浮动臂 重量 3 降低挤压速度 内外表面拉 道 1 模具及蕊杆工作带光洁度不够 2 模具工作带及口处沾有坚硬物