铝业信息 | 铝业资讯 | 铝产品 | 铝企业 | 铝定价 | 铝业品牌 | 铝业商机 | 企业门户
您好,欢迎来到铝业网! 请登录免费注册加入
产品目录
供应商
商机信息
资讯信息
生意搜
大型建筑铝模板型材挤压生产对几何尺寸影响因素及解决措施
http://www.31alu.com 2017-09-26 10:40:26 来源:中国铝业网

  文章刊于Lw2016论文集——作者王海亮,罗正军,冯林威,王小兵(中国力尔铝业股份有限公司)

  摘要:本文阐述了大型建筑铝模板型材在挤压生产中对几何尺寸的影响因素及防控解决措施,分析了在生产过程中造成几何尺寸不合格的关键因素,通过对铝棒和挤压工艺、挤压参数、工模具、拉伸矫直等几种工序的要点控制,来解决挤压时对几何尺寸造成的影响,总结了挤压生产大型铝模板型材的经验和过程控制方法。

  一 概述

  随着铝加工业的快速发展,大型挤压机技术快速提升,生产大型铝合金型材的能力逐渐加强,大型铝合金型材在结构件方面替代钢铁材料的趋势逐渐明显,促使建筑铝模板行业的快速普及,用6061合金生产的建筑铝模板逐渐替代钢铁模板和木质模板,解决了以往传统模板存在的一些缺陷,大大提高了施工效率和建筑物的整体精度,铝模板的研发及施工应用,是建筑行业一次大发展,以铝代钢、以铝代木是绿色建筑结构材料的未来和发展方向。

  建筑结构用的铝模板不同于建筑装饰材料,它是整个建筑物施工的核心部件,为了提高建筑物的精度和提高建筑模板本身的使用寿命,对生产的铝模板型材的几何尺寸精度和力学性能要求都非常高,其形状特点是规格多、外轮廓和断积面大、宽厚比大、舌型比大、异形空心型材、半空心型材较多,挤压难度系数较大,成形困难。这些因素致使几何尺寸(波浪、扭拧、弯曲、平面间隙、尺寸、角度超差等)难以控制,本文重点探讨挤压生产中影响几何尺寸的主要因素和防控措施,不当之处望大家批评指正。

  二 几种典型大型铝模板的图纸要求及合金特性

  1常用的几种大型建筑模板图样及技术要求

  大型建筑铝模板型材挤压生产对几何尺寸影响因素及解决措施

  大型建筑铝模板型材挤压生产对几何尺寸影响因素及解决措施

  技术要求:

  1、角度偏差不得超过0至-0.5° 2、扭拧度:≤0.75mm/m,L≤7m,≤4mm/L

  3、弯曲度:≤0.75mm/m,L≤7m,≤4mm/L

  4、平面间隙每100mm宽不得大于0.2mm,总宽度*0.2

  5、韦氏硬度:≥15HW

  6、壁厚偏差不得大于±0.2mm

  7、公差按GB/T14846-2008超高精级执行

  2 6061合金

  6061合金,具有中等强度,合金成分中Mg和Si含量增多,以及添加少量的Cu和Cr使合金的强度增加,该合金还具有良好的塑性和优良的耐蚀性,是生产模板的首选材料。

  含有Mg2Si多的6061合金淬火敏感性高,对力学性能影响较大,含有1.4%Mg2Si的6061合金,从545°C冷却到204°C,最小冷却速度不应小于650°C/min,才能获得人工时效后的较高强度。

  三 难点分析及几何尺寸变形现象

  图1、图3两种型材属于典型的扁宽型材,其宽厚比达到了100,按理论要求必须在7500吨以上挤压机上生产,我们最大机台是4500T,挤压筒直径368mm,图3型材的外接圆直径几乎和挤压筒直径相当,图1型材的外接圆直径已经大大超过了挤压筒直径,而且该型材中间有两个小孔,挤压时小模芯容易发生严重偏移现象,从而影响出料成型。要生产这两种型材用一般的平面分流模具是达不到挤压型材技术要求的,这就需要设计制作特殊的宽展挤压模具才能保证型材成形及宽度和平面间隙合格。

  其难度特点是极容易发生严重的壁厚超差和平面间隙,易出现宽度方向尺寸不合格,一般偏小较多。角度也出现偏小较多,壁厚易出现壁厚不够较多,平面间隙易易出现凹面现象较多,该种型材的大面上极易出现波浪凹凸现象。

  生产图2型材时易出现角度不合格现象,该型材属于典型的半空心大悬臂型材其生产难度有目共睹,挤压时悬臂极易压塌,模具极易损坏,是典型很难挤出合格型材的,难以保证尺寸精度和形位公差,角度大小变化较多,综合尺寸难以控制。

  三种型材的角度都超出了铝挤压材《标准》中的任何最高等级的规定,这给模具设计制造带来了很大的难度。

  四 影响几何尺寸的几种因素及解决措施

  根据型材断面和米重我们选择了在4500T设备上进行生产,该设备挤压筒直径368mm,可实现快速换模,每换一套模具可节约10——20分钟,并配备智能化数控水雾风在线淬火设备,可以实现在线淬火,由于铝合金水雾风一体化在线淬火设备的广泛的应用,提高了制品的表面质量和成品率,大大降低了人工劳动强度。

  铸锭我们采用的的是均化处理后的铸锭,铝棒加热炉采用的是工频加热炉。

  1铝棒影响及措施

  铸锭质量指标主要是晶粒度一级,氢含量少,渣少粒细,金相组织均匀,无裂纹、疏松、气孔和元素偏析。这样铸锭的塑性和变形性好,挤压力下降,挤压速度提高。否则,会导致挤压速度慢,模具耗损也大。

  因为铝棒在铸造生产中采用半连续铸造方法生产,冷却速度快产生非平衡结晶,偏离平衡结晶状态,α(Al)的固溶体中Si、Mg和Mg2Si不均匀产生晶内偏析和区内偏析,结晶过程中生成粗大的Mg2Si,Fe和Si生成β(AlFeSi)相,这种不均匀的现象造成铝棒局部抗力较大,又因为铸造产生的内应力等因素给挤压生成带来了很多不利影响,挤压时模具受力不均匀造成弹性变形,致使几何尺寸变形较大。

  所以大型断面挤压用的圆铸锭是经过560°C均匀化处理后的铸锭。以消除晶内偏析,使强化相Mg2Si充分溶解,消除铸造产生的内应力,降低挤压抗力,提高金属的塑性,减少挤压时对模具造成的变形,可以减少挤压时几何尺寸的变化。

  2工模具的影响及措施

  大型铝模板模具在设计时充分考虑分流孔及导流孔的分布位置,做到各部位能吸收同量的金属,在不影响模具强度和型材表面质量的情况下尽量把分流孔做大。桥位设计时角度要合理,角度太大增加摩擦,使金属流动变慢,角度越小金属越容易焊合出料越快,桥位交接处尽量圆滑过渡减少焊合死角。工作带长度要合理计算来均匀金属流量。以减少模具的局部压力,减少出料时几何尺寸的变形。

  在上机前模具工作带要仔细抛光,保证平面度和垂直度,不得出现凹凸不平。在型材的挤压中模具受力发生的变形,对型材几何尺寸精度产生较大影响,模具材料在加热到480°C左右时模具硬度降低,在受力方向上模具会产生弹性变形。为了消除或减少这种变形,我们采取模具专用仿形支持垫来增加模具抗力来减少变形,经实际测量在同等工艺条件下使用专用仿形支撑垫后可减少壁厚0.1mm以上的变形,其它各部位的几何尺寸也有了极大的改观,能够保证顺利挤压生产,部分不达标的制品,通过精整工序整形后都能达到标准要求

  挤压工艺参数的影响及措施

  6061合金变形抗力大,所以铸锭加热温度应偏上限(460°C——490°C)。铝棒加热时要注意工频炉的温度监控情况,一定要避免加热不均匀的铝棒上机生产,实践经验证明铝棒加热不均匀很难平稳出料,造成较大的变形情况,甚至造成挤压闷车现象,,不能顺利生产而卸模。

  模具温度取440°C——460°C,模具采用的是电阻炉加热方式,到温后不能马上上机生产,因为模具体积较大,容易造成表面到温而内部温度偏低的现象,这时候上机生产会造成模具断桥现象致使模具立即报废,即使能够勉强出料也容易造成较大变形,出料不稳定,所以模具到温后必须保温2小时以上方可上机生产,不过模具在炉内加热保温时间不能超出10小时,否则易产生模具退火现象,致使模空和工作带产生斑点腐蚀现象,而影响模具寿命和型材的几何尺寸和表面质量。

  挤压筒温度为410°C——430°C。挤压筒保持一定温度使金属流动趋于均匀。因为挤压筒温度升高,使锭坯内外层温度差减小,挤压时金属内外层变形抗力趋于一致,使得挤压过程中的金属流动均匀,减少几何尺寸变形。

  挤压速度的选择对几何尺寸的合格与否非常重要,机手要根据型材的出料情况合理选择,在保证几何尺寸和其它工艺参数及设备能量允许的的情况下尽量选择大的挤压速度以提高生产率,我们一般控制在5m/min——12m/min的范围内;挤压速度高,铝棒与模具内壁接触时间短,能量传递来不及,有可能形成变形区内的绝热挤压过程,使金属的速度越来越高,导致制品表面裂纹、拉伤、角度变化较大、表面波浪凹凸不平等缺陷,当棒温稍高、型材尺寸变化较大、表面不不好的情况下就要逐渐降低挤压速度,如果速度降低过多就会影响型材的在线淬火温度,只要几何尺寸和淬火温度符合工艺要求又能够顺利挤压的情况下可继续生产,否则换模生产。

  为保证型材的力学性能,型材挤压出口温度应控制在510°C——540°C范围内;6061合金淬火敏感性高,要求淬火冷却强度大、冷却速度快,制品出前梁后立即进行在线淬火,使温度迅速降到150°C以下,挤压时开启智能化数控水雾风在线淬火设备以保证型材淬火工艺要求。

  冷却要自动或手动调节均匀,否则对型材造成,弯曲、平面间隙超标、角度变形等几何尺寸不达标的情况发生。

  拉伸矫直的影响及措施

  拉伸矫直时型材温度不能过高,型材的温度降到50°C以下时才能拉伸轿直拉伸轿直,如果温度过高就拉伸轿直,当型材冷却后会出现较大程度的弯曲变形。

  拉伸矫直时在拉伸机钳口和型材之间使用相应专用夹具和专用垫,对型材做好支撑,减少头尾的变形长度。特别是一些大悬壁型材及空心型材,如果不用专用垫直接用钳口夹住拉伸,会导致型材头尾变形量过大,而在成品锯切时,变形部分必须切掉。这样就造成了成品率下降,废料太多的现象。对于悬壁较长又有封闭截面的型材,矫直时在封闭腔内塞入专用垫还要在悬壁部分放支撑架,从而减少长度方向的变形量。

  夹具和专用垫由专人设计,专人管理,并指导工人使用,同时为防止工人因嫌麻烦而不愿意使用专用夹具和专用垫的现象,建立了成品率与工资挂钩的奖惩机制,加强工人的质量意识。

  拉伸矫直是保证型材几何尺寸是否合格的关键环节,拉伸时注意拉伸力的合理控制,拉力不可太大,只要能保证制品弯曲度、扭拧度符合要求就可以。拉力太大会造成平面间隙、角度等几何尺寸不合格现象,但是拉力太小会影响制品时效后的力学性能特别是屈服强度,拉伸率过小会导致屈服强度偏低现象,实践证明拉伸率应控制在1%——2%之间较为合适。

  五 结论

  1、在大型铝模板生产过程中必须控制好铝棒质量、工艺温度、挤压速度、冷却速度、控制好拉伸矫直等各工序才能保证产品的几何尺寸和力学性能。

  2、经过以上的控制,生产的铝模板型材的几何尺寸已经达到图纸要求,部分稍微变形超标的制品,通过精整工序整形后都能达到标准要求。

  3、挤压超大型材必须结合设备情况和型材的断面特征制定可行的挤压生产方案,并通过实践不断进行总结和完善,就可以掌握生产超大型材的技术。

  参考文献

  [1] 罗苏,吴锡坤.《铝型材加工实用技术手册》中南大学出版社,2006年6月第1版.

  [2] 肖亚庆,谢水生,刘静安等. 《铝加工技术实用手册》冶金工业出版社,2005.

  [3] 《GB/T14846-2008铝及铝合金挤压型材尺寸偏差》.

文章关键字: