鋁、銅材連續(xù)擠壓工藝

1、.2.7 鋁、銅材連續(xù)擠壓工藝2.7.1 鋁及鋁合金連續(xù)擠壓工藝目前國外鋁及鋁合金連續(xù)擠壓工藝雖然已臻成熟，但是關(guān)于生產(chǎn)工藝的具體報導(dǎo)卻很少。2.7.1.1 連續(xù)擠壓工藝流程鋁及鋁合金連續(xù)擠壓工藝工藝流程如下：鋁桿坯矯直超聲波清洗熱水洗吹干（或烘干）連續(xù)擠壓冷卻檢驗(yàn)包裝入庫2.7.1.2 生產(chǎn)工藝的簡要說明國產(chǎn)LJ300CONFORM機(jī)工藝試驗(yàn)研究使用的鋁及鋁合金桿坯有：的L2連鑄連軋盤桿,每盤重約一噸. 的LF2和LD31鋁合金擠壓桿，每根長約30米。連鑄連軋盤桿的橢圓度較大，表面比較粗糙，且油污、灰塵等臟物也較嚴(yán)重。擠壓桿形狀、尺寸均比較精確、表面潔凈度也較好。(1) 鋁桿存入放線盤架后，

2、經(jīng)過多輥交叉矯直機(jī)進(jìn)行矯直，使彎曲度小于2mm/m，以便能平直、順利地通過超聲清洗裝置，不致被自重度刮傷表面或卡住。(2) 超聲清洗：目的是除去鋁桿表面的油污，氧化臟物等，清洗溫度為655C，超聲振子頻率為193KH2，共20個，總功率為5001000VA。清洗時間為25秒。(3) 熱水洗：目的是通過熱水漂洗除去鋁桿表面殘留的清洗液，以免侵蝕擠壓工具和帶入制品內(nèi)，水洗溫度為655C，時間為2 74 2 CONFORM技術(shù) 秒左右。(4) 吹干：目的是吹干鋁桿表面的水跡，不使被帶入擠壓型腔內(nèi)，擠入制品內(nèi)產(chǎn)生氣泡等缺陷。(5) 連續(xù)擠壓：擠壓鋁及鋁合金時，擠壓輪與擠壓靴之間的間隙量調(diào)節(jié)為0.81.

3、2mm左右，擠壓溫度和擠壓速度視擠壓合金與擠壓制品而異(見表2-2)。(6) 冷卻：制品擠壓后，經(jīng)水冷槽直接水冷至40C左右，方可進(jìn)入張力導(dǎo)線架送至卷取機(jī)，以免導(dǎo)線與卷取過程中再度產(chǎn)生形變。(7) 張力導(dǎo)線：導(dǎo)線時的張力大小依冷態(tài)管、線制品的合金牌號、品種規(guī)格而異，一般控制張力使之發(fā)生1%左右的附加延伸量為宜。(8) 卷取(9) 檢驗(yàn)(10) 包裝入庫2.7.1.2 主要設(shè)備參數(shù)介紹(1) 主電動機(jī)電機(jī)功率：0/57.5/115kw電機(jī)轉(zhuǎn)速：0/750/1500r.p.m電機(jī)重量：670kg(2) 主減速機(jī)減速比：44.872最大傳遞功率：145kw平衡散熱功率：170kw潤滑方式：浸油潤滑冷

4、卻方式：自然冷卻重量：1100kg(3) 主軸系統(tǒng)橫向預(yù)加負(fù)荷：4000kN主軸最大連續(xù)扭矩：32.8kN.m主軸最大啟動扭矩：49.2kN.m 2.7 鋁、銅材連續(xù)擠壓工藝 75 最大扭矩持續(xù)時間：30秒主軸軸承容量：1840kN軸承潤滑油流量：8升/分?jǐn)D壓輪名義外徑：300mm擠壓輪重量：32kg(4) 擠壓靴體對于型材：最大外接圓直徑，90mm對管料：最大外接圓直徑，50mm對棒材：最大外接圓直徑，60mm靴體定位靠頂緊力及背壓緊力實(shí)現(xiàn)：靴體頂壓緊預(yù)加負(fù)荷：330kN; 靴體背壓緊負(fù)荷(最大)：2262kN2.7.2 銅的連續(xù)擠壓特征銅的連續(xù)擠壓7,67 與鋁連續(xù)擠壓是很不相同的。當(dāng)鋁及

5、其合金連續(xù)擠壓問題解決之后，既積累了資料，也使工藝更加合理。然后重點(diǎn)便集中到了生產(chǎn)操作與這一技術(shù)的進(jìn)一步開發(fā)上。研究發(fā)現(xiàn)，銅和鋁的連續(xù)擠壓工藝互不相同，每次喂料改變時，都伴隨必要的改變與調(diào)整。實(shí)驗(yàn)過程中用另一種金屬來代替原擠金屬時，相應(yīng)的系列問題就出現(xiàn)了。擠壓鋁坯料時，由于咬入段與坯料間有很高的摩擦系數(shù)，鋁易粘附于輪槽和工具表面，實(shí)際所需的咬合長度很短。但銅不能粘附于工具表面，所以銅的咬合長度比鋁的要長。2.7.2.1設(shè)備其基本原理與鋁的連續(xù)擠壓相同。支撐在靴塊上的堵頭插入凹槽內(nèi)，成為擠壓筒的底部。當(dāng)坯料遇到堵頭受阻后，坯料與凹槽間的摩擦力所產(chǎn)生的軸向應(yīng)力最初引起坯料發(fā)生塑性變形，完全充滿凹槽

6、，這時，由于擠壓輪繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，摩擦力繼續(xù)增加，使被擠壓金屬材料上產(chǎn)生足夠的壓力，通過堵頭中間或附近的?？锥鴶D出。由于銅不能粘附于工具表面，所以銅的咬合長度比鋁的要長些，只要有足夠的咬合長度，便可在堵頭處產(chǎn) 76 2 CONFORM技術(shù) 生足夠的壓力，將銅以高達(dá)30:1的擠壓比擠出。在早期的設(shè)計中，靴子的自由端被供調(diào)整用的偏心軸上的極大的連桿所頂住，后來發(fā)現(xiàn)在擠壓鋁時使用得很滿意的這種布置，由于銅擠壓產(chǎn)生的更大的負(fù)荷，因剛性不夠而彎曲。靴塊通過一液壓缸被推進(jìn)或推出，以便更換模子和維修工具。2.7.2.2 擠壓輪CONFORM的輪槽和靴子在接近模子的區(qū)域形成一個擠壓筒，擠壓時經(jīng)受試圖使凹槽兩側(cè)壁分離

7、的載荷的作用。在整體結(jié)構(gòu)的輪子中，隨著輪子的旋轉(zhuǎn)，將導(dǎo)致凹槽的根部和拐角處產(chǎn)生很高的應(yīng)力，從而導(dǎo)致擠壓輪的熱疲勞開裂。需通過軸端液壓螺母所產(chǎn)生的軸向預(yù)壓力，提高使用壽命。圖2-28 組合式擠壓輪結(jié)構(gòu)與組裝圖組合式擠壓輪液壓螺母產(chǎn)生的壓縮應(yīng)力必須是足夠大的(如圖2-28)，以使輪子組合件之間有足夠高的接觸應(yīng)力，防止在它們之間有坯料的擠入，這可以通過調(diào)整圓盤間預(yù)壓力來實(shí)現(xiàn)。在早期實(shí)驗(yàn)期間接觸壓力定為1,080Mpa，此值與該系統(tǒng)設(shè)計時所依據(jù)的最大擠壓力相同，由于堵頭前的壓力不會超過此值，因此在輪盤之間也就不會出現(xiàn)坯料的擠出。事實(shí)上正是如此，由于擠壓過程中產(chǎn)生的 2.7 鋁、銅材連續(xù)擠壓工藝 77

8、熱量使擠壓輪此軸上的溫度高，三件組合結(jié)構(gòu)中的中間圓盤，由于不同的膨脹而引起內(nèi)應(yīng)力的增加，其上應(yīng)力將超過其屈服應(yīng)力。工作溫度引起屈服應(yīng)力降低，惡化工作狀態(tài)。特別是對中間圓盤，它的工作溫度比兩側(cè)盤高。后者截面越厚，熱擴(kuò)散也較好。進(jìn)料槽的構(gòu)件的變形導(dǎo)致進(jìn)料槽寬度減少，使坯料順利喂入進(jìn)料槽帶來了問題。根據(jù)測量計算，熱膨脹產(chǎn)生了309Mpa的附加接觸應(yīng)力(足夠超過輪子材料的屈服極限)，在裝配時將接觸壓力調(diào)整到772Mpa可以消除以上述問題，穩(wěn)定進(jìn)料槽寬度。無論如何，必須預(yù)熱擠壓輪，否則在升溫期間將出現(xiàn)坯料擠入輪子之間，輪槽寬度增加，減少對坯料的咬入力。2.7.2.3 工藝喂入坯料是具有高傳導(dǎo)性的直徑為9

9、.5mm的銅桿，使用的擠壓比已從2.5:1上升到20:1，能擠出產(chǎn)品。因?yàn)閿D壓過程取決于銅與鋼的摩擦力，所以坯料對于進(jìn)料槽的過盈配合是必需的。實(shí)驗(yàn)證明，最少0.15mm或最好取0.3mm，對于避免出現(xiàn)爬行現(xiàn)象而引起制品速度變化是必需的，因此，喂料的屈服應(yīng)力愈高，則使坯料變形進(jìn)入進(jìn)料槽的負(fù)荷就越大。坯料的一個重要的參數(shù)是外徑，橫斷面形式的一些變化是允許的，除非其最小直徑與凹槽間的過盈量低于允許的最小值。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)使用熱軋后的坯料最合適，因?yàn)橛幸粋€精整過程，其截面更為圓些，這使擠壓過程中的異常操作的可能性減到最小。為了幫助坯料進(jìn)入凹槽，在入口安裝了一個送料輥，并事先使用了一個喇叭形入口的墊塊，目的是

10、降低入口點(diǎn)及墊塊上的摩擦。通過安裝送料輥，使坯料沿著小直徑的輥?zhàn)佣皇茄刂鴫|塊喂入，直到第二個塊上時，坯料才與之接觸。確定送料輥的位置十分重要，應(yīng)使之盡可能接近墊塊，因?yàn)槿绻谢瑒影l(fā)生，坯料就將脫槽纏繞并卡住。在正常操作中，已注意到輪槽與坯料之間存在不同的運(yùn)動，輪子轉(zhuǎn)速比進(jìn)料速度要高，這種現(xiàn)象依擠壓比而定，其值達(dá)10%18%，其原因是第二嚙合區(qū)的坯料表層的剪切引起的。 78 2 CONFORM技術(shù) 圖2-29 轉(zhuǎn)速為20r.p.m時能耗與擠壓比的關(guān)系曲線圖2-30 部分工具冷卻管道布置1 槽輪 2坯料 3槽封塊 4、6冷卻入口5冷卻水出口 7堵頭 8支座在擠壓過程中，熱量產(chǎn)生于金屬變形和摩擦過

11、程，圖2-29示出了隨擠壓比增加機(jī)器的輸入功率變化曲線。當(dāng)這部分能量在產(chǎn)品和工具上以熱量形式出現(xiàn)時，除需要對輪子進(jìn)行冷卻外，對模子、堵頭和產(chǎn)品也需要進(jìn)行冷卻。圖2-30示出了一部分工具冷卻管道布置情況。在此種冷卻條件下，當(dāng)擠壓比為4:1時，記錄下的模溫為250300；當(dāng)擠壓比為17:1時，溫度增到350425，堵頭由于摩擦面積大和冷卻效果差而承受400500的高溫。從模子和堵頭的溫度估算，產(chǎn)品從模子出來的溫度依擠壓比而定，在300450范圍內(nèi)變化。擠壓產(chǎn)品進(jìn)入空氣中會馬上氧化，用一根與模座配合得很好長度為1.5m的管子，以20L/min的速度充分冷卻模支承，擠出來的產(chǎn)品，仍得不到無氧化物的表面

12、，其表面呈紫紅色或金黃色，表明氧化膜200300厚。加入少量酒精到冷卻劑中，可以減少氧化物，獲得所要求的表面。用淬火至56/57RC硬度值的AISIH12工具鋼所制成的堵頭，使用壽命可達(dá)23t產(chǎn)品，不能再繼續(xù)使用的原因不是因?yàn)槠屏?，而是因?yàn)榧舛说乃苄宰冃?，溢?原料從堵頭與槽間間隙中溢出)已發(fā)現(xiàn)超過4%，一般為1.52%。已證明通過冷卻裝置的改進(jìn)，堵頭的溫度可以降低(記錄降低了125)，它將延長堵頭的工作壽命。用AUS 2.7 鋁、銅材連續(xù)擠壓工藝 79 UN2工具鋼制成的堵頭不易發(fā)生塑性變形，但在頻繁的啟動，停止的工作環(huán)境下，很可能斷裂而破壞，例如，當(dāng)多次擠壓小批量如200kg的各種產(chǎn)品時。

13、顆粒料的擠壓研究很有限，這種料通過靴子進(jìn)入凹槽，在第二嚙合區(qū)壓實(shí)后，通過膜子擠成均質(zhì)產(chǎn)品，當(dāng)把廢電纜碎屑（通過干燥過程而回收的）擠成3mm線材，完全壓實(shí)了。其它形式的顆粒料也做過一些實(shí)驗(yàn)，已證明生產(chǎn)直徑2.33.5mm 導(dǎo)線的可行性，清楚地表明這種工藝具有很大的潛力，如可將金屬回收，擠成型材；將切屑或金屬碎片壓實(shí)，以保證其再熔化時有較高的回收率；或作為金屬與金屬，金屬與非金屬混合料的粉末冶金的另一種方法。由于模子后面快速冷卻，防止再結(jié)晶后的晶粒長大，在所有產(chǎn)品中都可觀察到大約10m的細(xì)小晶粒。根據(jù)Alform的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，要使銅和黃銅擠壓成品是可能的，擠壓溫度和壓力比鋁高得多，如擠壓溫度大約為6

14、00700，在此溫度范圍內(nèi)，工具鋼很容易變形，為了解決這一問題，常常需對靴塊進(jìn)行強(qiáng)制冷卻。2.7.2.4 發(fā)熱問題擠壓輪旋轉(zhuǎn)時，每通過擠壓區(qū)一次，則旋轉(zhuǎn)輪周邊每一點(diǎn)便受到一次機(jī)械應(yīng)力作用。此外，擠壓區(qū)出現(xiàn)的高溫，在凹槽表面產(chǎn)生熱循環(huán)，引起循環(huán)壓縮應(yīng)力。當(dāng)擠鋁時，由于喂入棒料粘附沉積在輪槽表面上，阻礙了熱循環(huán)極端情況的出現(xiàn)，加之通常的擠壓力較低，減少了疲勞斷裂的趨勢。然而在擠銅時，無粘著層形成，因此輪槽表面承受高幅度的壓力和溫度的作用，圖2-31示出了當(dāng)把直徑為9.5mm的坯料擠壓成直徑為2.3mm(擠壓比為17:1，輪子轉(zhuǎn)速12r.p.m)時，輪槽組合件表面溫度變化曲線。由此可以看出輪子表面溫

15、度在250440之間循環(huán)變化，輪子表面以下1mm處的溫度幅度將減少到20050。 80 2 CONFORM技術(shù) 圖2-31 槽輪表面溫度分布圖當(dāng)擠壓比僅為4:1時，輪子溫度一般在195345之間循環(huán)變化，同時表面以下1mm處減少至145165。在上述兩種情況下，均需冷卻輪子以便把輪子的整體溫度維持在一個穩(wěn)定的水平上，如果不冷卻，可以發(fā)現(xiàn)當(dāng)循環(huán)幅度保持恒定時，體積溫室的繼續(xù)升高，以致最后循環(huán)的最高溫度超過輪子材料的回火溫度550?，F(xiàn)在的作法是在輪子的兩邊距凹槽大約50mm處使用冷卻水，直接冷卻凹槽還未見報導(dǎo)過，因?yàn)橛捎诶鋮s水的冷卻作用，熱電偶測出的循環(huán)振幅增加了95以上，此時當(dāng)擠壓比為17：1，

16、溫度循環(huán)下限降到155。已發(fā)現(xiàn)很多輪子在工作中出現(xiàn)了熱疲勞裂紋，繼續(xù)擠壓銅將使銅進(jìn)入裂紋中，從而加劇裂紋傳播，而出現(xiàn)過早破壞。2.7.3 常見的產(chǎn)品缺陷、產(chǎn)生的原因及處理方法表2-3 常見的產(chǎn)品缺陷、產(chǎn)生的原因及處理方法缺陷類型產(chǎn)生原因處理方法夾雜桿料夾渣、表面有臟物;外來夾雜。強(qiáng)桿料熔鑄過程的精煉，擋渣，過濾措施，提高鋁錠品位;文明運(yùn)輸和保管。 2.7 鋁、銅材連續(xù)擠壓工藝 81 續(xù)表2-3表面氣泡、穿透性氣孔1)桿料表面有油污、水分或其它臟物;2)擠壓輪或喂料輪上有水分或油污；3)冷卻水濺到桿料或擠壓輪上；4)桿料組織疏松和含氣。1)加強(qiáng)桿料清洗；2)減少冷卻水流量;3)加強(qiáng)熔煉時的精煉、除氣措施；4)加強(qiáng)桿料生產(chǎn)過程控制，5)防止裂紋及鑄造疏松的形成。表面發(fā)黑1)制品表面殘留冷卻水；2)保管、運(yùn)輸不當(dāng)，使產(chǎn)品粘水或受潮。1)降低冷卻水流量，增加吹氣量，保證制品卷前有40-500C的溫度；2)改進(jìn)包裝方法及運(yùn)輸條件，禁止成品露天堆放。壁厚不均1)模具偏心；2)蕊桿與叉架不同心。1)更換模具；2)重新裝配上下?；蚋鼡Q蕊桿。尺寸超差1)模具尺寸精度不夠；2)浮動臂重量過輕或過重；3)擠壓速度過快。1)更換模具；2)調(diào)節(jié)浮動臂重量；3)降低擠壓速度。內(nèi)外表面拉道1)模具及蕊桿工作帶光潔度不夠；2)模具工作帶及口處沾有堅硬物。1)更換模