铝合金厚板精整工艺的研究

铝合金厚板精整工艺的研究

准确度是指经过加工或加热后，将铝板带材料的尺寸和表面质量进行加工和修复，包括锯末、切割、刚度、清洁、检验、包装等步骤11。铝合金厚板常用的精整工艺流程如下:(1)非先进的淬火板精整工艺流程:热轧板→热轧机双列剪切边→剪切块片→盐浴炉固溶处理与淬火→酸洗→冷水洗→温水洗→卸板→压光→矫直→锯切(剪切)→成品检验→垛片→包装(涂油)→交货。(2)先进的预拉伸板精整工艺流程:热轧板→剪切块片→装板→辊底式炉固溶处理与淬火→卸板→矫直→预拉伸→(时效)→锯切→成品检验→包装→交货。(3)热轧板精整工艺流程;热轧板→剪切块片→矫直→锯切(剪切)→成品检验→包装→交货。(4)退火板精整工艺流程:热轧板材→剪切块片→成品热处理→矫直→锯切(剪切)→成品检验→包装→交货。1边、预拉伸钳口压痕铝合金板材在生产过程中不可避免地会产生裂边、预拉伸钳口压痕,同时为了向用户提供精确尺寸的成品板材,必须对其锯切。锯切机按照锯片的形式不同可分为圆盘锯和带锯两类。1.1有检导机圆盘锯由机架、带有锯片的移动机构(滑座)、锯片、锯片传动装置和送进机构等组成,锯片由电机直接带动。Φ660mm龙门圆盘锯的主要参数见表1。1.2设备操作人员工艺操作程序:(1)必须在室温下锯切,锯切时应保证充足的乳液润滑。(2)垛板前查看工序记录,并剔除不合格板。(3)垛板时及时清除板面上的铝屑,以避免产生铝屑印痕。应在每张板上写顺序号,并在侧边画锯切标线,保证钳口压痕和缺陷部位被切除。(4)成垛锯切时应使用专用卡具卡紧,防止板片窜动。锯切淬火拉伸板时,应对称切掉钳口附近的死区,每侧锯掉钳口外200mm以上。(5)设备操作人员负责锯切定尺,并指定人员负责复查,确认无误方可锯切。根据合金种类、厚度,适当选择锯切速度,一般为0.5m/min~1.0m/min。(6)因板片边部缺陷在淬火/拉伸前需先切边的板材,在宽度余量允许的情况下,应留出二次锯切余量。(7)因板材边部暗裂保证不了成品尺寸时,可按不合格品相关规定处理。(8)按规定切取试样,切取试样条前,由试样工负责在板垛端面用记号笔画上倒“√”符号,防止锯切后试样条滑落造成混号。(9)锯切后的板材实物尺寸和外观品质应符合内控标准规定,生产工负责在料垛的端面注明合金、批号和板顺序号范围。(10)不准锯切铝及铝合金板以外的废铝卷、废底盘、铸块等其他非铝合金材料,以保证设备精度。(11)铝屑刮板机导路应畅通,除铝屑以外,不准存放其他物料,及时清除铝屑。(12)锯切时,应适当控制锯切进给量,确保锯切端面光滑、无毛刺,锯切刀痕不超过0.5mm。(13)锯切后,应擦净板上的乳液、碎屑等杂物。(14)严禁锯切拉伸钳口咬入部分和没有经过拉伸且应力大的淬火板材。(15)为保证设备精度和产品品质,禁止使用不符合规定的锯片和木方。(16)锯片粘铝、掉齿或出现其他问题时,必须停机,及时处理,保证锯床处于良好工作状态。(17)锯切结束后,锯头应停放在横梁任一端头的最高位置。1.3带锯片与圆锯片的研磨锯切也可用带锯,且现在多用带锯。圆盘锯的主要缺点是:锯切口大,噪声高,不能锯切软合金,消耗功率大。带锯的主要优点是:锯口小,仅相当于圆锯的约1/10,切屑少,金属损耗少;电机功率小,能耗低。圆盘锯的锯齿为硬质合金,换锯片与磨齿时间长,基建投资大;带锯磨损后作废钢处理,一甩了之,换一副带锯仅需10min。2切2.1剪切机的选择剪切机用于将板材剪切成规定尺寸。根据刀片形状和配置方式及铝板情况,常用的剪切机有斜刀片式剪切机(铡刀剪)、圆盘式剪切机。两种剪切机刀片配置如图1所示。2.1.1斜刀剪剪切法这种剪切机主要用于剪切板材的头尾和边部,它的两个剪刃一个不动,另一个做上下往复运动;一个剪刃呈水平,另一个呈1°~4°倾斜,如图1a所示。这样可在剪切板片时剪刃从板材一侧逐渐剪至另一侧,因而可以减少剪切力,并减少对材料的冲击。斜刃剪分为上刃剪和下刃剪,有上刃剪运动和下刃剪运动,常用的是上刃剪运动。斜刃剪只在板材不运动时才能进行剪切。缺点为:剪切时斜刃与铝板之间有相对滑动;由于为间断剪切,空程时间长,剪切速度慢,产量低。2.1.2纵向截面剪圆盘式剪切机的两个刀片呈圆盘状,如图1b所示。这种剪切机常用来剪切铝板侧边,也可用于铝板纵向剖分成窄条。圆盘剪一般配有碎边机构。其特点是:(1)一般剪切厚度小于25mm;(2)可连续纵向滚动剪切,速度快,产量高,品质好,特别适合于纵边剪切;(3)对于小批量生产,规格品种多,铝板宽度变换频繁的,需要频繁调整侧边剪刃间的距离。2.2切割工艺结构2.2.1剪切机机参数斜刀片剪切机的种类较多,按刀片在机架上的位置可分为开式和闭式;按剪刃运动特点又可分为上切式和下切式;按上刀片运动轨迹又可分为垂直剪和摆动剪。中国使用最广泛的斜刀片剪切机是刀片垂直运动的上切式剪切机,如图2所示。斜刀片剪切机一般由传动装置、离合器、机架、曲轴或偏心部分、上下刀架(剪床)等组成。用带飞轮的异步电动机驱动,经减速机或皮带轮以及开式齿轮传动,带动曲轴或偏心轴使上剪床沿着机架的滑道垂直往复运动完成剪切过程。刀架的动作由离合器控制,离合器有牙嵌式、摩擦片式的,用脚踏杠杆、气缸或电磁阀操纵。下剪床固定在机架上。上剪床除与曲轴连接外,尚有平衡装置,平衡方式有重锤和气缸式的。这种剪切机适用性强,寿命较长,剪刃安装方便,对剪切铝板头尾和侧边都适用。但剪切尺寸精度不够,特别是由于间断剪切,回程时间较长,单位时间内的剪切次数不多,剪切效率不高。2.2.2旋转轴机的结构圆盘剪主要由传动系统、机箱、机座、调整系统、剪刀片组成,如图3所示。圈盘剪的每个刀片均固定在单独的轴上,左右各有一个机架箱,机架可以左右调整,以适应不同的剪切宽度。圆盘剪的调整系统包括左右机箱间距、上下剪刃重合量、上下剪刃侧间隙的调整等。2.3切割各部分的由来剪切断面各部分名称见图4。2.3.1板式边缘部分的缺陷在刀刃咬入时,在刃口附近区域被压缩而产生塑性变形部分,称为塌肩。这样,板材边缘部分由原来的平面状态变成塌肩状,塌陷程度越小越好。除了特别硬的材料外,在剪切过程中总会出现一些塌肩。若希望减小塌肩,在不考虑刀刃品质的情况下,可将间隙调小一些。2.3.2各切口的亮度压制剪断面是一边受到刀刃侧面的强压切入,一边进行相对滑动的部分。这部分断面十分整齐光亮,故又称为光亮面。当然,光亮面要多些,切口状态就显得美观,但所消耗的能量也大,一般认为切口上的剪断面占整个切口的1/3左右为最佳状态,而剪断面量大小和刀刃间隙的大小成反比。也就是间隙变大,光亮的剪断面变小;反之则光亮面变大。2.3.3段格结构破断面是产生裂缝而断开的部分,剪断面与破断面的量成反比,剪断面增大,则破断面减小。2.3.4毛刺铝合金有相当大的塑性,在剪切断面上沿刀刃作用力的方向,带出部分金属,填充于两刀刃的间隙之中,这些完全异于原体形态的部分,称为毛刺。因为刀刃之间总有间隙,故产生微小的毛刺不可避免。间隙越大,毛刺也越大;刀刃变钝,毛刺也随之增加。当间隙达到一定值后,毛刺使断面的直角度达不到要求,也会成为不允许的缺陷。2.4拔销和毛刺的调整2.4.1剪刀间隙调整是否合适通常说的剪刃调整,是指水平间隙和重合量的设定值的改变。对于剪切作业,这方面调整是整个剪切作业的关键,它决定剪切断面是否良好以及剪切用力是否最小。这里必须说明的是,对于不同剪切设备,即使是同一制造厂生产的相同型号设备,各台的设定值都不会一样,需要在实际生产中探索。其方法是:在特定的条件下,通过适当调整得到最佳剪切断面,这时的剪刃间隙调整值是最佳的,可作为以后实际生产中初步设定时的参考值,可观察剪切断面品质判断剪刃间隙调整是否合适。(1)间隙合适。如图5a所示,裂缝正好对接上,塌肩和毛刺都很小,剪断面约占整个断面的15%~35%,其余为暗灰色的破断面,很明显地表示出正确的剪切状态。这时,应及时记下各项调整后的数值。(2)间隙偏大。如图5b所示,裂缝无法对接上,铝板中心部分被强行拉断,剪切面十分粗糙,毛刺、塌肩十分严重。(3)剪刃间隙偏小。如图5c所示,裂缝的走向略有差异,使部分断面再次受剪刃侧面的强压入,即进行了二次剪断。因此,当剪断面上出现碎块状的二次剪断面时,就可以认为间隙偏小,应调大一些,使二次剪断面消失。调整剪刃间隙是一项很细致的工作,要在实际工作中不断总结经验。热轧铝板种类繁多,即使同一种铝板,也会因化学成分和加工工艺的差异而不同。在调整间隙时,一定要考虑各方面的因素,作为初步设定值,在剪切不大于6.0mm板材时,间隙取板厚的6%~9%;剪切大于6.0mm板材时,间隙取板厚的10%~15%。当经过反复调整,剪刃间隙已达到最小限度,还不能得到满意的剪切断面时,就应该考虑更换剪刃,否则,无法保证产品品质和设备安全。2.4.2剪刀间隙过大的预防在铝板头尾沿整个剪切线向上或向下凸起的尖角称为毛刺。上毛刺一般发生在铝板尾部,下毛刺多发生在铝板头部。毛刺产生的原因是上下剪刃的间隙过大,或剪刃剪切面以及上表面的尖角磨损过大,其产生过程如图6所示。毛刺消除的措施,消除了造成剪刃间隙过大的各种因素后,毛刺即可减小或消除。首先,应经常保持下剪床固定螺丝和抽出下剪床的螺丝的紧固,不松动;其次,上剪床的铜滑板保持足够的润滑油,防止磨损,一旦磨损立即加垫调整,使其保证与下剪床的距离不变;再次,上下剪刃接触面磨损到一定程度后立即更换。2.5非成品尺寸剪切工艺程序:(2)按生产卡片核对料、证、牌是否齐全,认真核对合金、状态、批号及规格,有问题时必须经有关人员处理后方可生产。(3)根据板材厚度调整剪刃间隙。(4)对于非成品尺寸剪切,必须留出试样及工艺要求的毛料尺寸。(5)剪切过程出现毛刺、划伤等品质问题时必须及时处理。(6)所用底盘必须平整,不准有尖锐凸起或异物,底盘的不平度不大于30mm。(7)落片应平稳,不允许有砍伤等。3消除工艺冷却不当所产生的板形铝合金厚板在热轧、剪切、退火、淬火过程中,因温度、压下、辊形变化、工艺冷却控制不当所产生的纵向弯曲、横向弯曲、边缘波浪和内应力,造成不良的板形,可通过矫直工序消除。铝合金厚板的精整矫直,根据设备配置情况及应用范围分为三种:辊式矫直、压平矫直和钳式拉伸矫直。3.1辊式弯曲3.1.1残余转化率分析要把弯曲的板材矫直,就必须使铝材发生变形,铝板在矫直过程中弹性变形与塑性变形同时存在。辊式矫直过程如图7所示,当铝合金板进入矫直机时,矫直辊给予板材一定的压力,上排辊的压力和下排辊的压力方向相反,因而使板材产生反复弯曲,然后逐渐平直。板材出矫直机后,即取消了压力,被矫的板材由不平变为平直。所以整个矫直过程就是弹性、塑性变形过程。各个辊下板材的最大残余曲率见图8。其中虚线表示板材原始曲率为-1/r0下凹的弯曲部分,它在通过第三辊时才产生弹塑性变形。由上述矫直过程可得出以下结论:(1)在辊式矫直机矫直板材时,经各辊后的残余曲率是逐渐减小的。可以认为,经第n-1个辊弯曲后,板件的残余曲率趋近于零。欲在辊式矫直机上得到绝对平直的板材是不可能的,它只是将板的残余曲率逐渐减小,直至趋近于零。(2)反弯曲率决定于板的原始曲率,由于各个辊下的残余曲率逐渐减小,故其反弯曲率也逐渐减小。在最初几个辊上,反弯曲率较大,板材弯曲变形剧烈,可以认为在这几个辊下的板材是纯塑性变形。以后各辊的反弯曲率逐渐减小,在最后几个辊下的板材弯曲变形最小,可以认为是纯弹性变形。尽管辊式矫直机能适应很宽的板材厚度范围,但它的缺点也很明显,主要是单张块片矫直速度低,生产效率低下。要获得理想的矫直效果,需要有经验丰富的优秀操作工人,特别要防止产生板材头尾的辊痕。受驱动万向接轴径向尺寸所限,工作辊不可能太细,一台规格确定的辊式矫直机适用厚度范围小,因工作辊的辊径和中心距已固定,矫直板材厚度太大时所需压力不够,厚度太小时,板材所需弯曲应力不够。也就是说,一种规格的辊式矫直机对材料的最大、最小厚度和屈服强度均有限度要求。3.1.2辊式砌块机的挤出方法在辊式矫直机上,按照每个辊使板材产生的变形程度和最终消除残余曲率的办法,可以有多种矫直方案。(1)残余弯曲小变形矫直小变形矫直,就是每个辊采用的压下量刚好能矫直前面相邻辊处的最大残余弯曲,而使残余弯曲逐渐减小。由于板材的最大原始曲率难以预先确定与测量,因而,小变形矫直方案只能在某些辊式矫直机上部分地实施。这种矫直方案的主要优点是板的总变形曲率较小,矫直所需的能量也少。(2)材料硬化后反复弯曲试验大变形矫直,就是前几个辊采用比小变形矫直大得多的压下量,使板材得到足够大的弯曲,以消除原始曲率的不均匀度,形成单值曲率,后面的辊接着采用小变形矫直。对于有加工硬化的板材,在采用大变形矫直时,由于材料硬化后的弹复曲率较大,故反复弯曲的次数应增多(增加辊数)或加大反弯曲率值。采用大变形矫直可以用较少的辊获得更好的矫直。但若过分增大板材的变形程度,则会增加内部的残余应力,影响产品品质,增大矫直机的能量消耗。对于上排工作辊整体平行调整的矫直机,矫直机上除第一个与最后一个辊外,其余各辊的压下量是相同的,使板材多次反复剧烈弯曲形成单值残余曲率。最后一个辊能单独调整,将此单值残余曲率矫平。适当减小第一个辊压下量,以便于板的咬入。(3)斜度调整的特点上工作辊装入一个可竖直调整的机架中,入口侧和出口侧工作辊在竖直方向上可独立调整,这种改变上下工作辊间的相对位置(下工作辊固定)的调整方式称为“斜度调整”。斜度调整后沿着板材纵向材料的弯曲半径由小到大。斜度调整可以纵向矫直板材下垂、上翘等缺陷。斜度调整如图9所示。(4)横向弯曲半径对支撑辊单组或多组进行位置垂直调节,使工作辊弯曲半径沿轴向发生改变,使带材横向弯曲半径不一致,变形不一致,弯曲半径小则变形程度大。支撑调节可矫直边部波浪、中间波浪等多种板形缺陷。支撑调节要使工作辊以一均衡并成比例地弯曲率支撑,相邻两组支撑间的垂直位置不能相差太大,否则容易导致工作辊断裂。支撑调节见图10。3.1.3型辊式矫直机由于辊式矫直机工作辊布置形式不同,压下量过大所产生的现象及其观察、判断和处理方法也不同,图11为两种类型辊式矫直机简图。采用图11a类型的矫直机时,若铝板端部向下弯曲,说明矫直机的压下量过大。采用图11b类型的矫直机时,若压下量过大会产生两种现象:铝板的端部向上翘和铝板端部向下弯曲。产生第一种现象的原因是矫直机的导向辊抬得过高;第二种现象是由于导向辊过低。处理方法是迅速抬起上工作辊,重新调整压下量直至铝板平直为止。(2)矫直机两端间距铝板经矫直机反复矫直后,一侧出现波浪时(不属于轧制时造成),说明矫直机两端间距不均。处理方法是将一块平直的铝板输入矫直机内,然后用塞尺测量两侧的辊缝间距,根据测量结果调整一侧辊缝间距,使两端一致。(3)压下电机不同时这种事故的现象是矫直机工作辊和压下指针不转动,铝板夹在矫直机内不能移动。事故发生的原因多数为铝板进入矫直机时调整压下量及多张铝板同时矫直,压下量过大。另一种原因是矫直强度大、瓢曲严重的铝板。处理方法是:用工具盘动压下电机对轮,使上矫直辊抬起,当稍用力对轮就能转动时,人员撤离,启动压下电机使上矫直辊继续抬高(若压下电机烧坏,需立即更换电机,切不可换完电机立即启动,以免再烧),至矫直辊与铝板之间有间距时,将铝板输出。然后检查设备是否正常,无异常时可继续生产。3.1.4辊式弯曲机部分辊式矫直机的主要参数见表2。3.1.5矫直机板片进板、出板片、管板片的加工(1)工作前要检查设备及运转、润滑、清洁等情况,矫直辊上不准有金属屑和其他脏物。如发现板片粘铝及其他脏物时,必须用清辊器清理干净,如矫直辊有问题时,应及时修理。(2)将矫直机的上辊调整一定角度,使进口的上下辊间隙小于出口的上下辊间隙,而出口的间隙应等于板片的实际厚度或大于板片的实际厚度0.5mm~1.0mm。(3)根据板厚调整矫直机压下量,在某些特殊情况时,矫直机的进口与出口压下量变化很大,可根据来料的波浪和合金的屈服强度实际确定。(4)板片进入矫直机时不得有折角、折边,否则必须用木槌打平;板片上不允许有金属屑、硝石粉或其他脏物;在矫直前板片表面不允许有明显的油迹,板片在进入矫直机时一定要对准中心线,不允许歪斜。(5)在矫直过程中,如发现板片中部出现波浪,可抬升中间支撑辊,上升量决定于波浪大小,波浪越大上升越多。如板片两侧出现波浪时,可将中间支撑辊压下,或将两侧支撑辊上升,可根据板面波浪大小调整。如板片一边出现波浪时,可将有波浪一边支撑辊抬起或将没有波浪一边支撑辊压下。如果上下辊间隙在板片宽度方向不同时,可单独调整压下螺丝。(6)不允许板片互相重叠通过矫直机,不允许同时矫直两张板片。(7)矫直变断面板时,根据板片平均厚度,矫直辊要边走边压下。(8)2A11-T4、2A12-T4铝合金板材须在淬火后4h内矫直完。2A06-T6,7A04-T6、7A09-T6铝合金板材须在淬火后6h内矫直。待人工时效的板材需在中间垫上硬纸板。(9)当发现板片有粘铝或印痕时,必须立即清辊。(10)如果发生板片缠辊或卡在工作辊与支撑辊之间,不允许强行通过,应立即停车,抬起辊再退回板片,或找钳工处理。(11)从矫直机退回板片时,必须抬起矫直机。(12)停止生产时,一定要抬起支撑辊,不允许给工作辊加压。3.2表面抛光欲获得表面光亮平直的板材,可采用平整机(压光机)压光。平整机工作轧辊的直径大,表面抛光,能起到平整和使表面光亮作用。在平整机上平整板材时,一般压3~7道次,每道次的压下量很小,总的压下量不超过板材厚度的2%。由于工作辊辊面粗糙度低、辊径较大,压力较小,前滑大,从而使板材平整、表面光亮。3.2.1材料冷作硬化平整机的辊型很重要,尤其是在平整宽的板材时,不适当的辊型反而易引起板材产生波浪和不平度。平整机常用工作辊的辊型见表3。平整机除了平整板材外,对于淬火后需进行冷作硬化的铝合金板片可以在平整机上进行冷作。板材的冷作硬化是在板材淬火后,先在平整机上矫平大的波浪,其平整量不大于1%,板材在自然时效状态结束后,再在平整机上进行冷作硬化,冷作硬化总加工率为4%~8%。为获得高品质表面板片,在冷作硬化轧制时,运输导路和轧辊均需擦拭干净,轧制中不给润滑剂。3.2.2平整机的参数平整机主要性能见表4。3.2.3压光机板片的压光控制(1)生产前认真清理运输皮带上的脏物,检查与清理轧辊表面,确认无问题后方可生产。(2)压光工测量板片厚度,按厚度分配压光道次压下量,但总压下量不大于2%,严格控制板材厚度偏差。(3)板片通过压光机前,必须用压缩空气吹净板片上的金属屑、灰尘、脏物。(4)严禁折角或重叠的板片进入压光机。(5)板片送入压光机时,一定要对准轧辊中心。(6)压光变断面板材时,应正确选择轧制速度,防止改变板的楔形度。(7)淬火后的板片应在30min内完成压光。(8)清辊时应切断前后皮带电源,