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大型建筑鋁模板型材擠壓生產對幾何尺寸影響因素及解決措施
隨著鋁加工業的快速發展,大型擠壓機技術快速提升,生產大型鋁合金型材的能力逐漸加強,大型鋁合金型材在結構件方面替代鋼鐵材料的趨勢逐漸明顯,促使建筑鋁模板行業的快速普及,用6061合金生產的建筑鋁模板逐漸替代鋼鐵模板和木質模板,解決了以往傳統模板存在的一些缺陷,大大提高了施工效率和建筑物的整體精度,鋁模板的研發及施工應用,是建筑行業一次大發展,以鋁代鋼、以鋁代木是綠色建筑結構材料的未來和發展方向。 
建筑結構用的鋁模板不同于建筑裝飾材料,它是整個建筑物施工的核心部件,為了提高建筑物的精度和提高建筑模板本身的使用壽命,對生產的鋁模板型材的幾何尺寸精度和力學性能要求都非常高,其形狀特點是規格多、外輪廓和斷積面大、寬厚比大、舌型比大、異形空心型材、半空心型材較多,擠壓難度系數較大,成形困難。這些因素致使幾何尺寸(波浪、扭擰、彎曲、平面間隙、尺寸、角度超差等)難以控制,本文重點探討擠壓生產中影響幾何尺寸的主要因素和防控措施,不當之處望大家批評指正。 
幾種典型大型鋁模板的圖紙要求及合金特性
技術要求:
1、角度偏差不得超過0至-0.5°
2、扭擰度:≤0.75mm/m,L≤7m,≤4mm/L
3、彎曲度:≤0.75mm/m,L≤7m,≤4mm/L
4、平面間隙每100mm寬不得大于0.2mm,總寬度*0.2
5、韋氏硬度:≥15HW
6、壁厚偏差不得大于±0.2mm
7、公差按GB/T14846-2008超高精級執行
2 6061合金
6061合金,具有中等強度, 合金成分中Mg和Si含量增多,以及添加少量的Cu和Cr使合金的強度增加,該合金還具有良好的塑性和優良的耐蝕性,是生產模板的優選材料。
含有Mg2Si多的6061合金淬火敏感性高,對力學性能影響較大,含有1.4%Mg2Si的6061合金,從545°C冷卻到204°C,較小冷卻速度不應小于650°C/min,才能獲得人工時效后的較高強度。
難點分析及幾何尺寸變形現象
典型的扁寬型材,其寬厚比達到了100,按理論要求必須在7500噸以上擠壓機上生產,我們較大機臺是4500T,擠壓筒直徑368mm,圖3型材的外接圓直徑幾乎和擠壓筒直徑相當,圖1型材的外接圓直徑已經大大超過了擠壓筒直徑,而且該型材中間有兩個小孔,擠壓時小模芯容易發生嚴重偏移現象,從而影響出料成型。要生產這兩種型材用一般的平面分流模具是達不到擠壓型材技術要求的,這就需要設計制作特殊的寬展擠壓模具才能保證型材成形及寬度和平面間隙合格。
其難度特點是極容易發生嚴重的壁厚超差和平面間隙,易出現寬度方向尺寸不合格,一般偏小較多。角度也出現偏小較多,壁厚易出現壁厚不夠較多,平面間隙易易出現凹面現象較多,該種型材的大面上極易出現波浪凹凸現象。
生產圖2型材時易出現角度不合格現象,該型材屬于典型的半空心大懸臂型材其生產難度有目共睹,擠壓時懸臂極易壓塌,模具極易損壞,是典型很難擠出合格型材的,難以保證尺寸精度和形位公差,角度大小變化較多,綜合尺寸難以控制。
三種型材的角度都超出了鋁擠壓材《標準》中的任何較高等級的規定,這給模具設計制造帶來了很大的難度。
影響幾何尺寸的幾種因素及解決措施
根據型材斷面和米重我們選擇了在4500T設備上進行生產,該設備擠壓筒直徑368mm,可實現快速換模,每換一套模具可節約10——20分鐘,并配備智能化數控水霧風在線淬火設備,可以實現在線淬火,由于鋁合金水霧風一體化在線淬火設備的廣泛的應用,提高了制品的表面質量和成品率,大大降低了人工勞動強度。
鑄錠我們采用的的是均化處理后的鑄錠,鋁棒加熱爐采用的是工頻加熱爐。
1、鋁棒影響及措施
鑄錠質量指標主要是晶粒度一級,氫含量少,渣少粒細,金相組織均勻,無裂紋、疏松、氣孔和元素偏析。這樣鑄錠的塑性和變形性好,擠壓力下降, 擠壓速度提高。否則,會導致擠壓速度慢,模具耗損也大。
因為鋁棒在鑄造生產中采用半連續鑄造方法生產,冷卻速度快產生非平衡結晶,偏離平衡結晶狀態,α(Al)的固溶體中Si、Mg和Mg2Si不均勻產生晶內偏析和區內偏析,結晶過程中生成粗大的Mg2Si,Fe和Si生成β(AlFeSi)相,這種不均勻的現象造成鋁棒局部抗力較大,又因為鑄造產生的內應力等因素給擠壓生成帶來了很多不利影響,擠壓時模具受力不均勻造成彈性變形,致使幾何尺寸變形較大。
所以大型斷面擠壓用的圓鑄錠是經過560°C均勻化處理后的鑄錠。以消除晶內偏析,使強化相Mg2Si充分溶解,消除鑄造產生的內應力,降低擠壓抗力,提高金屬的塑性,減少擠壓時對模具造成的變形,可以減少擠壓時幾何尺寸的變化。
2、工模具的影響及措施
大型鋁模板模具在設計時充分考慮分流孔及導流孔的分布位置,做到各部位能吸收同量的金屬,在不影響模具強度和型材表面質量的情況下盡量把分流孔做大。橋位設計時角度要合理,角度太大增加摩擦,使金屬流動變慢,角度越小金屬越容易焊合出料越快,橋位交接處盡量圓滑過渡減少焊合死角。工作帶長度要合理計算來均勻金屬流量。以減少模具的局部壓力,減少出料時幾何尺寸的變形。
在上機前模具工作帶要仔細拋光,保證平面度和垂直度,不得出現凹凸不平。在型材的擠壓中模具受力發生的變形,對型材幾何尺寸精度產生較大影響,模具材料在加熱到480°C左右時模具硬度降低,在受力方向上模具會產生彈性變形。為了消除或減少這種變形,我們采取模具專用仿形支持墊來增加模具抗力來減少變形,經實際測量在同等工藝條件下使用專用仿形支撐墊后可減少壁厚0.1mm以上的變形,其它各部位的幾何尺寸也有了極大的改觀,能夠保證順利擠壓生產,部分不達標的制品,通過精整工序整形后都能達到標準要求
擠壓工藝參數的影響及措施
6061合金變形抗力大,所以鑄錠加熱溫度應偏上限(460°C——490°C)。鋁棒加熱時要注意工頻爐的溫度監控情況,一定要避免加熱不均勻的鋁棒上機生產,實踐經驗證明鋁棒加熱不均勻很難平穩出料,造成較大的變形情況,甚至造成擠壓悶車現象,,不能順利生產而卸模。
模具溫度取440°C——460°C,模具采用的是電阻爐加熱方式,到溫后不能馬上上機生產,因為模具體積較大,容易造成表面到溫而內部溫度偏低的現象,這時候上機生產會造成模具斷橋現象致使模具立即報廢,即使能夠勉強出料也容易造成較大變形,出料不穩定,所以模具到溫后必須保溫2小時以上方可上機生產,不過模具在爐內加熱保溫時間不能超出10小時,否則易產生模具退火現象,致使模空和工作帶產生斑點腐蝕現象,而影響模具壽命和型材的幾何尺寸和表面質量。
擠壓筒溫度為410°C—— 430°C 。擠壓筒保持一定溫度使金屬流動趨于均勻。因為擠壓筒溫度升高,使錠坯內外層溫度差減小,擠壓時金屬內外層變形抗力趨于一致,使得擠壓過程中的金屬流動均勻,減少幾何尺寸變形。
擠壓速度的選擇對幾何尺寸的合格與否非常重要,機手要根據型材的出料情況合理選擇,在保證幾何尺寸和其它工藝參數及設備能量允許的的情況下盡量選擇大的擠壓速度以提高生產率,我們一般控制在5m/min——12m/min的范圍內;擠壓速度高,鋁棒與模具內壁接觸時間短,能量傳遞來不及,有可能形成變形區內的絕熱擠壓過程,使金屬的速度越來越高,導致制品表面裂紋、拉傷、角度變化較大、表面波浪凹凸不平等缺陷, 當棒溫稍高、型材尺寸變化較大、表面不不好的情況下就要逐漸降低擠壓速度,如果速度降低過多就會影響型材的在線淬火溫度,只要幾何尺寸和淬火溫度符合工藝要求又能夠順利擠壓的情況下可繼續生產,否則換模生產。
為保證型材的力學性能,型材擠壓出口溫度應控制在510°C——540°C范圍內;6061合金淬火敏感性高,要求淬火冷卻強度大、冷卻速度快,制品出前梁后立即進行在線淬火,使溫度迅速降到150°C以下,擠壓時開啟智能化數控水霧風在線淬火設備以保證型材淬火工藝要求。
冷卻要自動或手動調節均勻,否則對型材造成,彎曲、平面間隙超標、角度變形等幾何尺寸不達標的情況發生。
上一個新聞:中頻感應爐工作原理
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