空调箔生产技术.doc

空调箔生产技术一、前言 近几年来，随着空调器厂家与铝箔生产厂家的密切合作，空调器散热片铝箔已基本实现国产化。空调箔生产厂家为提高空调箔综合性能，积极投入力量，加大了对空调箔的研究及开发力度，在合金成份的调整、生产工艺的确定及机械性能的稳定和控制方面做了大量卓有成效的工作，通过新技术新工艺的应用，使我国空调箔产品无论在合金牌号、状态、表面及内在性能等各个方面，逐步接近或达到了国际先进水平。二、空调箔的使用范围及其质量要求 1、空调箔的使用范围 空调箔是铝箔产品的一个种类,顾名思义:所谓空调箔就是用在空调器上的铝箔。常见使用铝箔的空调器种类有家用空调、中央空调、汽车空调、机房空调、火车空调、食品冷藏设备等。由于铝箔具有导热性能好，易于变形、加工，质量轻，价格低,无污染等特点已成为空调器中换热片材料的首选。我国采用铝箔做空调器散热材料已有20多年的历史,近年来随着空调器行业的发展,空调箔的生产也得到了非常迅猛的发展。1992年我国空调箔的需求量不足5000吨;2000年空调箔的使用量达到了50000吨以上。在产量增加的同时,空调箔的质量也在不断提高,无论是产品的尺寸规格、合金状态、还是机械性能和表面质量都有了质的飞跃。 2、空调箔的种类 根据表面处理方式的不同，可分为非涂层箔及涂层箔两种。 非涂层箔：指经过轧制后获得的表面不经处理的普通铝箔。涂层箔：指经过表面处理的普通铝箔，因为这种涂层箔表面涂上一层兼有亲水和防腐性能的涂料，具有良好的亲水性能和水濡性，同时具有防腐蚀性能，习惯上称为亲水箔。 3. 空调箔的质量要求 3.1 合金成份 早期的空调箔都是用简单的纯铝生产的,如:1050、1145,对材料性能要求不高,但随着空调器翅片生产工艺的不断改进,生产技术的不断提高,翅片的冲制速度、成型方式、翻边高度等都发生了较大的变化,原有的1050、1145等纯铝生产的空调箔，其组织和性能已不能满足空调箔厂家使用要求。随着冲制速度的提高，成型方式的改变，翅片厚度的减薄,翻边高度的增加,要求空调箔不仅有较高的强度和较好的塑性,而且还应具有良好的深冲性能.要保证这些性能,就必须选择适当的合金材料和生产工艺,使空调箔具有均匀微晶的内部组织。为此,各空调箔生产厂家,不断地在合金成份上寻找突破。首先是在纯铝中作为合金元素添加定量的Fe和Si如欧洲先后以1100、8011合金进行研制；日本先后以1100、1200及1050合金中加入适量的微量元素进行研制；国内各空调箔生产厂家也先后在1145、1100、8011及1050合金中加入微量元素用于生产空调箔方面进行了大量细致的研究。通过对不同合金生产空调箔的研究，空调箔的强度和塑性得到提高，深冲性能得到改善，满足了空调器翅片不断减薄、复杂的成型方式、翻边高度和冲制速度不断提高的要求。表1为空调箔常用合金牌号及其主要成分。表1 空调箔常用合金的主要化学成份牌号化 学 成 份（不小于）,%SiFeCuMn其 它Al单个合计10500.250.400.050.050.03-99.501100Fe+Si:0.950.05-0.20.050.050.1599.001200Fe+Si:1.000.050.050.050.1599.0080110.5-0.90.6-1.00.100.050.050.15余量MF030.150.1-0.30.050.15-0.40.050.15余量 3.2 几何尺寸 空调箔的几何尺寸主要有厚度、宽度、卷内径、卷外径。常见的尺寸范围及标准要求见表2。其中厚度是一个较为重要的指标。表2 空调箔几何尺寸及其允许偏差 单位：mm厚度公差范围宽度公差范围卷内径卷外径0.1-0.150.005274-1070175-300400-1500 3.3 表面质量空调箔的表面质量首先要求平整、无油污、无印痕、无划伤、无影响使用的其它缺陷。此外随着空调行业的技术发展、空调箔生产技术的提高，近几年表面进行功能性涂层的空调箔得到了迅猛的发展，这就为空调箔的表面质量赋予了新的内容，其主要质量指标及要求见表3。表3 空调箔表面涂层的主要质量要求序号项 目技 术 指 标1涂膜厚度1-3um(单面)2亲水性初期亲水角 15持久亲水角 303耐碱性在202 20%Na0H 溶液中浸泡3分钟，试样失重 1%4耐溶剂性在80-85三氯乙烯中浸泡5分钟，试样失重 1%5耐腐蚀性中性盐雾试验 72小时 RNo 9.5，湿度试验 72小时 RNo 9.56涂膜附着力杯突试验(压深5mm) 涂膜无剥落 网格试验（100/100）涂膜无脱层7耐热性200c5分钟，涂膜颜色不变300c5分钟，涂膜微黄8耐油性在RF190冲压油中浸泡24小时，涂层 不起泡9涂层气味无异味10对模具磨损与非涂层铝箔一样 3.4 力学性能空调器翅片的成型方式，按凸缘的形成方式可划分为深冲、变薄拉深、深冲变薄拉深、单发高凸缘等几种。铝箔的力学性能与翅片的成型密切相关。由于翅片的成型方式不同，采用的空调箔的力学性能也不同，按状态分主要有O、H22、H24、H26四种状态，其典型的力学性能见表4、表5、表6。表4 国内标准规定力学性能值牌号状态厚度mm抗拉强度b Mpa伸长率伸长率杯凸值I.E mm1060.10501235.1145OH240.1-0.200.1-0.2070901418-110012008011OH22H24H260.1-0.200.1-0.150.1-0.150.1-0.1580-10595-130110-14012004.03.53.0表5 部分日本空调箔典型力学性能牌号状态厚度mm抗拉强度b MPa屈服强度0.2MPa伸长率杯凸值I.E mmMF03 H260.095-0.115125-155120-150 105.0 MR160 IM30H26 0.1-0.115 125-155 85.0KS1350H260.1-0.115130-160 125.0 A1200PO0.115-0.15 105 42 359.8 H22110-13085-12020 6.0H24125-145 112 15 5.5KS1050H2400KS1100 O0.3095354010.5表6 欧盟空调箔的典型力学性能牌号状态厚度mm抗拉强度b MPa屈服强度0.2MPa伸长率8011H220.08-0.20 90-150 75 20 H24120-170100 158006H220.08-0.20110-150 70 25H24120-16090 20 由表4、表5 、表6可见空调箔的成份、力学性能没有一个完全统一的数据，所谓标准只能做为一个重要的参考依据，空调箔的力学性能是否满足使用要求完全取决于翅片的成型方式、冲制速度、翻边高度等。所以空调箔生产厂家,应针对不同用户，不同翅片冲床模具的特点，制定不同的生产工艺以满足其力学性能的要求，保证冲制的翅片符合要求，保证双桥、单桥、冲缝、波纹成形良好，冲孔、翻边不能出现塌孔、高低孔、崩孔、裂孔等缺陷，同时空调箔在冲制过程中无拉断片，崩边和筋条开裂现象。 三、空调箔生产工艺及存在的问题 1、空调箔的生产工艺流程 空调箔的生产工艺包括两个部分，一部分为非涂层的空调箔产品，其生产工艺与普通铝箔类似，主要生产工艺流程见表7。表7 非涂层箔生产工艺流程铸轧板铸锭加热热轧冷轧成品退火纵切包装热轧法OOOOOOO铸轧法OOOOO 其中采用连续铸轧工艺生产的空调箔，不仅其工艺简单、节省能源、生产效率高，更由于经过近几年的研究，通过选择适当的合金成份配比，合理的生产工艺及热处理制度，使其更具有工艺性能稳定、表面良好、组织均匀的特点，特别是优良的机械性能（强度适中、高延伸率）得到了极其广泛的应用，目前欧美及亚洲市场较为普遍地采用这种工艺生产空调箔，在我国空调箔市场上，用连续铸轧工艺生产的空调箔也越来越显示出强大的优势，份额在不断增加。 另一部分为涂层的空调箔产品，其主要生产工艺流程见表8。表8 涂层箔生产工艺流程序号成品状态铝箔卷脱脂化成干燥涂层烘干二次涂层二次烘干冷却纵切包装1OOOOOOOO2OOOOOOOOOO3OOOOOOOOO4OOOOOOOOOOO 涂层箔的生产在国外已有20年以上的历史，国内生产涂层箔的历史还不足5年。总体讲，涂层箔的生产方式主要有化学浸泡法和机械辊涂法。而机械辊涂法又有单层涂膜、双层涂膜和多层涂膜之分。从生产方式看化学浸泡式较简单，辊式涂层较复杂。从产品性能上看，辊式涂层要优于浸泡方式，而多层涂膜的产品性能又优于单层涂膜的产品，。从国内涂层箔的生产看，目前单层辊涂方式和双层辊涂方式两种。这里我们仅就单层和双层辊涂生产方式进行介绍。 单层辊涂涂层箔的生产工艺流程如下： 开卷预处理表面辊涂烘干卷取 双层辊涂涂层箔的生产工艺流程如下： 开卷预处理第一次辊涂第一次烘干第二次辊涂第二次烘干卷取 从以上工艺流程可以看出，单层和双层涂层箔的生产工艺中前处理和开卷、卷取等部分没什么差别，仅仅是辊式涂层和烘干部分有一次和二次的差别。前处理的功能主要是使涂层与铝箔的结合力增强，而涂层起增加产品亲水性和耐腐蚀性等功能的作用。对于性能要求较高的产品，一次涂层达不到应有的指标，则需进行二次涂层。一般来讲单涂层的产品，一次涂层中即有亲水功能也有耐腐蚀功能。而双涂层产品，第一次涂层起耐蚀作用，第二次涂层起亲水作用 。 表8的生产工艺有繁有简，主要根据生产设备的不同、产品要求的不同及使用原辅材料的情况而取舍。 2、空调箔的生产工艺控制 空调箔的生产工艺控制，根据其质量要求主要有如下几个方面：熔铸、轧制、退火、涂层。空调箔的化学成分主要取决熔铸工序；机械性能则与熔铸、轧制、退火三个工序密切相关；几何尺寸主要取决于轧制工序；表面质量则主要与轧制及涂层工序有关。 2.1 对熔铸的工艺控制主要包括： a、合金成分控制准确； b、严格控制配料比例，减少熔炼污染； c、充分精炼、过滤、除气、除渣、确保熔体质量； d、采用适宜的铸造温度及晶粒细化措施，得到细晶组织，严防晶粒粗大、组织不均匀、化合物聚集及成份偏析等。2.2 轧制工序的工艺控制： a、轧制道次分配合理，确保带材板形良好； b、总轧制变形量控制得当，使轧辊具有合理的辊型及表面粗糙度； c、保证轧辊磨削质量，及时更换轧辊。 d、具有完备的厚度控制系统，保证厚度均匀一致，厚差波动小。 2.3 退火工序的控制：温度123时间 针对不同合金、不同状态的空调箔，制定合理的退火工艺制度是空调箔生产中很重要的一个环节，退火工艺中加热阶段的划分及温度、时间的确定是一个非常复杂的系统工作。它不仅取决于产品的技术要求，而且还要考虑空调箔的成份、规格、卷重、组织结构、退火炉性能以及装炉量、装炉方式等因素。为了得出最佳退火工艺，经多年的研究与实践，针对不同的合金状态、装炉量等要求，可以采用以下两种退火工艺模型(见上图)。 1：模型1的空气温度 2：模型2的空气温度 3、金属温度 模型1为空气温度的设定高于金属设定温度，金属温度为实测温度并参与空气温度的控制，该方式提高了金属升温速度，缩短了退火时间，温度控制精度较高，适用于大卷的退火。模型2为空气温度的设定与金属温度设定相同，金属升温速度慢，时间较长，适用于小卷退火。保温时间长短的确定应满足金属温度、组织和性能均匀。 2.4 涂层工序的工艺控制： 涂层工序的功能就是对空调箔表面进行功能性涂层，表3列出了对功能性涂层的主要质量要求。涂层工序影响空调箔表面质量的主要因素有涂料和前处理剂质量、工艺流程布置、前处理温度和时间，涂层厚度控制、涂层烘干温度和时间。 涂料和前处理剂对涂层性能的影响是决定性的，没有好的前处理剂和涂料不可能生产出高质量的涂层箔，此外涂料和前处理剂的选择又要与涂层加工设备相适应，不能超出设备的能力范围。涂料和处理剂的使用也随涂层工艺流程的不同而有一定的差异。一般而言，涂层的工艺流程越复杂、工艺过程越多、产品的表面涂层性能越好。 在涂料、前处理剂和工艺流程一定的情况下，涂层性能主要取决于涂层工艺参数的控制。要点如下： a、前处理温度时间控制得当，保证铝箔表面洁净、无油污。 b、保证涂层辊和涂层设备的完好状态，以获得具有一定厚度且均匀一致的涂膜。 c、适当的涂膜固化温度和时间，保证涂膜固化良好、均匀。 d、要求机列有一定的装机水平，确保满足需要的工艺条件。四、 空调箔生产存在问题1、力学性能波动范围较大 由于空调箔翅片的成型方式、形状及冲制速度等差异，要求空调箔具有不同的状态和机械性能。而空调器生产厂设备及模具又不尽相同，因此空调箔生产厂必须针对不同状态选择制定不同的生产工艺，同时还要保证性能波动范围尽可能窄。而在实际生产中仍存在力学性能波动范围比较大的现象，究其原因与合金成分的选择是否合理，成分与内部组织的均匀性，加工工艺及最终热处理工艺有关。 2、尺寸精度误差大空调箔的尺寸问题主要表现在整卷的厚度波动和断头处的薄厚不均。随着空调箔翅片冲制技术的不断发展，冲床的速度越来越快(220次/分350次/分450次/分)，冲制道次不断减少(6次5次4次),翅片的形状愈来愈复杂 为保证冲床工作的稳定性，减少模具修整次数，在对空调箔厚度公差进行限制的同时，还希望厚度波动尽可能小，厚度精度一般要求为0.003-0.005mm，宽度精度一般为1.0mm。断头数多将影响空调器企业的生产效率，且断头处一般厚度波动也较大。空调器企业希望卷重能达到可使用的最大卷重，且各卷之间卷重不要相差太多,有断头卷数要控制在总卷数10以内,最好无断头。但目前国内空调箔企业主要是一些中小企业，普遍存在厚度波动较大,断头偏多的问题。 3、表面及外观质量差 表面及外观质量问题主要表现在板型不好，油污、黄斑及磕碰伤。空调箔板型不良，容易造成一些冲制缺陷及冲后传输困难。油污及黄斑则主要影响美观。因此根据使用要求，空调厂家对空调箔的表面及外观质量做了明确规定，要求空调箔表面洁净、平整、不允许有裂痕、油污、碰伤等。尽管有的空调厂家规定允许有分散轻微的波浪及边部轻微油斑，这是空调厂家在充分考虑了不影响其使用要求的基础上作出的，但在市场日益竞争激烈的今天，空调箔生产厂家也已自觉地选择追求质量卓越，而不是满足于带有用户可以勉强接受的有质量缺陷的产品。五、空调箔质量的改进措施 1、提高设备的装机水平 不言而喻,没有设备是生产不出产品的,而没有符合先进工艺要求的设备同样生产不出高质量要求的产品。在空调箔的生产工序中，熔铸的精炼要保证细小晶粒的均匀组织，轧制要获得良好的板型、均匀的厚度，退火要满足适宜的状态、性能，涂层则要求具有良好的亲水性能及表面质量等等，这些均离不开良好设备保证。从目前我国的生产现状，为提高空调箔的质量水平，对设备主要要求有： 1.1 压延设备要有精确的厚度及板型控制系统，以保证铝箔厚度均匀，板型良好，并具有足够的压下能力，保证铝箔生产中获得足够变形率。 1.2 涂层工序要配有精确的铝箔厚度和涂膜厚度在线检测监控装置，以保证铝箔及其涂膜的厚度均匀一致。 1.3 在涂层工序，要配有精确的烘干温度测量及控制系统，以保证涂层的固化质量。 2、化学成分的选择： 材料的化学成分是保证产品力学性能的基础。多年来生产厂家先后对1145、1050、1100、1200、8011、MF03等合金生产的空调箔进行研究，不同的合金决定了其不同的力学性能，不同的合金状态适合于不同的散热片冲制成型方式，选择合理的化学成分，是生产满足不同冲制方式散热片的前提。 3、提高坯料内在质量 要满足散热片的冲制性能，空调箔就内在质量来说必须具有组织细密均匀，除渣、除气良好的特点。对铸轧法生产的坯料，坯料的原始晶粒尺寸会直接影响到空调箔组织性能，而组织性能不稳定将导致冲制过程中产生裂边。为保证空调箔的力学性能，要求铸轧坯料的原始晶粒度1级以下且要求晶粒均匀。通过充分精炼、过滤、除渣、除气、（氢含量控制在0.12ml/100g以下)确保熔体质量。 4、提高退火炉温度控制精度 合理的退火工艺及良好的退火炉温度控制系统是生产高质量空调箔、满足不同性能状态的关键。不同合金具有不同的退火性能关系曲线，不同的状态具有不同的温度时间区间，要保证空调箔性能稳定，退火炉必须满足强热风循环，保温性能良好，自动温度控制准确及炉腔有效工作区域分布均匀，温差不大于5的要求。 5、尺寸精度的控制 空调器散热片冲制速度高，变形复杂，其厚度公差要求比一般的工业用铝箔严格，一般工业用铝箔厚度公差在名义厚度的8以内，而空调箔则要保证在名义厚度的35以内。由此可见，空调箔对厚度公差的要求要比一般铝箔严格的多，要保证如此严格的厚度公差，铝箔轧机必须具备先进的厚度自动检测系统和厚度自动控制系统。 6、提高涂层箔的生产工艺技术 涂层工艺对我国的空调箔生产而言是一项新技术，在国内仅有五年的生产历史，改进涂层生产工艺技术对改进空调箔整体质量水平有较大的潜力可挖。从国内的实际生产情况分析，提高涂层箔的生产工艺技术应从以下几个方面着手。 提高涂料的质量水平，包括涂料的适应性，涂膜的具体质量指标及在保证质量的前提下尽量降低膜厚。在涂膜的质量指标中，如何使其同时具有一定的自润滑功能，以减少空调器制作中冲压油的添加及简化后序的除油工艺，已经是摆在生产者面前的一项重要课题。 提高涂层生产加工工艺参数控制的准确性，主要包括涂层厚度的控制，涂层烘干温度的控制，及涂膜均匀性和表面色差的控制。六、新工艺新技术的应用与发展趋势 空调箔生产新工艺新技术的应用主要表现在以下方面: 1、热轧坯料独霸空调箔市场的时代已一去不复返了。目前空调箔市场中热轧坯料与连续铸轧坯料基本平分秋色，约各占一半，对拉伸型翅片冲制模具而言，热轧材略占优势，而对于无拉伸型冲制模具，连续铸轧材优势较大，目前市场连续铸轧材的