关于铝合金加工技术的现状分析 2021



随着社会经济与科技技术发展速度不断加快,铝合金加工工艺被更为广泛应用在各类生产经营建设中,其加工期间的质量及效率可直接影响到产业发展前景。与发达国家相比,我国铝合金加工技术实施起步稍晚,仍需在未来对 加工流程进行不断完善。

1 铝合金加工技术的现状

1.1 熔铸

就目前来看,铝合金熔铸加工环节的设备日渐趋向于大型化、节能化、高效化方向发展,熔铸设备容量一般达到30t~50t,最多可达到 100t 以上,熔炉装料已实现全面自动化管理。目前大多采用蓄热式燃烧系统,通过双角度烧嘴设计保证炉气最有效覆盖熔池的空间以及与铝金属熔体间有良好的对流传热效果,使炉子有最佳的性能和温度均衡性。采用小功率的烧嘴进行最初的点火,烧嘴与蓄热箱相连,燃烧废气经过没有工作的烧嘴由排气风机排出。通过性能可靠的四通换向阀和维护方便的蜂窝型蓄热体,实现了极限余热回收和超低废气排放,使热量的损失率被控制在最小范围之内[1]。

1.2 轧制

(1)铝合金轧制技术种类。铝合金轧制生产环节需要借助摩擦力,将锭坯拉近旋转的轧辊内,利用轧辊施加的压力,将轧制横断面控制在设计标准范围之内,使其形状改变、厚度减小、长度增加,辅助轧制塑性变形。依照轧辊旋转方向,轧制技术又可分为横向轧制、竖向轧制、斜向轧制三种类型[2]。

在进行铝合金轧制加工过程中,工作轧辊转动方向相反,轧件轴线与轧辊轴线相互垂直,为纵轧。此种轧制方式多用于生产制作铝合金板、铝合金箔中 ;在开展铝合金轧制加工期间,工作轧辊转动方向相同,轧件轴线与轧辊轴线相互平行,为横轧。此种轧制加工方式在铝合金板带生产制造期间的应用次数很少,应当结合铝合金构件具体生产要求,合理规划横轧加工流程 ;在开展铝合金轧制加工期间,工作轧辊转动方向相同,轴线与轧辊轴线之间形成一定倾斜角度,为斜轧。此种轧制方式被更多应用在铝合金管材以及某些异型产品的生产制造过程中,通常也配合双辊或多辊等生产设备。

(2)铝合金轧制技术参数。铝合金轧制加工期间,应当首先做好变形期技术参数的控制工作。具体而言,轧件在承受轧辊作用下,发生的变形部分被称之为轧制变形区。同时,该变形区域又指轧件在入辊后,垂直平面与轧件同辊垂直平面共同围成的区域。咬入角主要就是指轧件与轧辊相接触后,圆弧对应的圆心角。轧制接触弧长度就是测量轧件与轧辊接触时的圆弧水平。在表示轧制加工期间的变形情况时,需要计算出轧制前、后轧件之间的相对尺寸之差。用轧制前与后轧件尺寸用来表示相对变化的变形量。用轧制前与后轧件的尺寸比值用来表示轧制过程中的变形程度。

(3)铝合金轧制条件现状与控制。为切实保障铝合金加工期间的轧制质量,需要严格控制轧制咬入条件。咬入主要就是指依靠轧辊与轧件摩擦力,将轧件拖入到轧辊之内的情况。在轧件被咬入且逐渐向辊间填充时,轧辊与轧件的作用力点也逐步趋向出口移动,其最大咬入角与摩擦角之前的关系随之发生变化 [3]。为确保咬入环节质量能够得到根本把控,需要依照铝合金构件生产要求工艺,选择适宜轧辊直径。

控制轧制期间的压下量。采用科学手段合理改善轧辊表面状态,进一步提高咬入期间的角度。注重控制轧制加工期间的速度,尽量保证低速且自然的咬入,确保轧制速度与摩擦系数却能够被控制在合理范围之内。

前滑与后滑是铝合金轧制期间的重要参数,在轧件出口速度大于轧辊在该处的速度时,被称之为前滑现象 ;反之在轧件出口速度小于轧辊的线速度水平分量时,被称之为后滑现象。为切实降低铝合金轧制期间的质量问题发生几率,应当注重调整前滑与后滑值。其中,前滑值可以用刻痕法确定,在轧辊表面上刻痕,记录刻痕位置。在轧制加工后,标注轧件表面压痕距离,并依照此距离计算出轧制过程中的前滑值。影响到铝合金加工轧制前滑值的因素较多,现在以下几方面 :第一,轧制期间的压下率增加,前滑值增长 :由于轧制过程中高向压缩变形能力增加,纵向与横向变形情况更加显著 ;第二,轧制期间的轧件厚度减少,前滑值增加 :由于轧辊半径以及中性角固定,在轧件厚度减小的情况下,前滑值也会相应增大 ;第三,轧辊直径增加的情况下,前滑也会相应增长 :通过计算出轧制期间的前滑规律,发现在轧制直径与前滑值具有正比关系 ;第四,在摩擦系数增加的情况下,前滑值也会随之增加 :由于轧制过程中的摩擦系数增大,剩余摩擦力增长,前滑值也会随之增加 ;第五,轧制期间前张力增长,金属上前流动的阻力减小,前滑值增加 :在轧制期间后张力增长的情况下,后滑值也会相应增长。

(4)铝合金轧制宽展现状及控制。在铝合金轧制过程中,轧件宽度方向尺寸的变化称之为宽展。依照轧制方向的不同,宽展也被分为滑动宽展、翻平宽窄、鼓形宽窄。经过实际研究发现,影响轧制宽展度的因素较多。具体而言,在轧制下压量增加的情况,宽展度增加、在轧制次数增加的情况下,宽展度将会减小、在轧辊直径逐渐增加时,宽展度增加、在摩擦系数增加时,宽敞度也会随之增长。在轧件宽度增加的情况下,宽展度的变化绝对量是先增加,而后逐渐趋于不变。

(5)铝合金轧制力现状及控制。轧制力是铝合金轧制过

程中的重要力学参数,可直接影响到铝合金整体加工时的质量与效率。在控制轧制力值期间,应当计算出轧辊与轧制设施等设备部件的强度与弹性变形值,对电机的功率进行反复校准确认,控制压下数值。注重分析铝合金板厚及板形控制要求,进一步优化轧制设备内部结构,确保轧制期间的效率能够得到稳定提升。轧制力又指轧件与轧辊合力的垂直分量值,通过测量压下螺丝承受的总压力确定。在金属轧制过程中,轧辊作用力可分为与接触表面的相切单位摩擦力、与接触表面相垂直的单位压力两种,此两种力在垂直轧制方向的投影之和就是轧制力数值。

(6)铝合金轧制张力现状及控制。铝合金轧制张力主要就是指前后卷轮给带材压力与机架之间的相互作用。在控制轧制张力期间,能够进一步降低轧制力数值,控制轧制主电机的负荷值,减少轧件的弯曲抗压力值,确保轧件的能耗量被控制在有效范围之内。对铝合金带材的厚度进行控制,使张力能够有效调节轧制期间的轧制力,确保轧辊弹性压扁与轧机弹跳减小,使轧件厚度能够不断被调整到指定范围之内。通过合理控制轧制期间的张力,也可以改变轧制力以及轧辊弹性弯曲,对铝合金材料的板形进行全面管控。

(7)铝合金轧制润滑现状及控制。润滑是铝合金轧制过程中的重要环节,主要作用为控制轧辊与铝材之间的摩擦力,提供更加稳定的摩擦界面,实现稳定高效轧制目标,保障铝合金加工整体水平。就目前来看,轧制期间的轧制油需要具备较高的润滑性能,确保其能够在高温高压环境下也能够发挥出润滑作用。要求润滑油在轧制过程中不发生明显变质。润滑油在轧制过程中的挥发量应减小,不易形成油斑,对于相关操作人员的身体健康不会造成明显损伤。

由于轧制油内部的添加剂具有极性基团羟基 (-OH),极性基团可以通过静电引力牢固吸附在金属表面,并且将轧辊与铝合金材料基本分离,发挥出润滑作用。

在使用轧制油过程中,应当重点管控生产期间的各项工艺参数,防止轧制力与温度较高的情况下,对轧制油使用周期造成严重不利影响。注重在轧制油应用期间细致分析添加剂含量、残留物、胶质等指标,判断出轧制油的老化变质程度。

1.3 挤压

在铝合金挤压加工过程中,挤压加工技术多应用于铝合金管以及铝合金箱等生产加工处理中。相较于熔铸及轧制加工技术相比,挤压技术能够使铝合金材料始终保持在三像压缩用力较为均匀的状态,最大限度发挥出铝合金材料的塑性性能。

铝合金挤压加工需对容器内的金属锭坯施加外力,确保锭坯能够从预设好的模孔内流出,获得所需的形状及尺寸大小铝合金断面。为实现铝合金安全高效挤压加工目标,相关工作人员应当重点关注以下要点 :

首先,在铝合金材料加工期间,需要对投入使用前的挤压设备进行细致检查,依照严格的技术标准检测挤压设备运行效率 ;

其次,在挤压设备启动过程中,需要依照先开低压阀门、后开高压阀门的顺序,在机械设备停止运行后,也需要严格遵照此顺序操作挤压设备,避免挤压设备处的阀门压力过大,出现损害问题 ;

最后,在铝合金材料挤压期间,操作人员需要时刻关注周边环境,提醒其他操作人员远离导路口。在挤压加工后,还需对挤压加工产品进行逐个检查,区分出质量合格与不合格产品。

2 发展趋势

为确保铝合金加工行业能够以响应社会可持续发展号召,需要在发展铝合金加工工艺时,确实提升各类资源利用率。积极引进国外先进理念,在激光熔覆温度场及流量场模型的建立、全面拓展与研发激光熔覆材料系统、研究激光熔覆技术在铝合金加工期间的实际应用、对铝合金加工期间的各类关键因素进行全面监测等方面投入大量的人力及物力,确保铝合金加工过程中的质量与效率能够符合实际加工要求,推动铝合金加工行业平稳有序开展。

同时,在铝合金加工工艺未来发展过程中,还需要推出铝合金轧制环节的专项管控机制,不断优化铝合金加工期间的各类标准,加强加工人员专业技能与职业素养培训力度,进一步降低铝合金加工质量问题发生几率。

3 结论

总而言之,我国铝合金加工技术虽起步较晚,但发展速度极快,铝合金加工行业取得了显著成就,为提升各类铝材质量,进一步巩固与夯实我国铝材市场国际地位奠定了坚实基础。随社会主义市场经济逐渐趋向于新常态化发展,为确保铝加工业平稳度过发展瓶颈期,还需要重点关注铝合金加工技术的优化及完善工作,积极引进国外先进理念,主动开展技术攻关项目,加强技术创新力度,进一步提高铝合金生产加工水平,实现综合效益最大化生产目标。

参考文献

[1] 李明 .国内铝合金熔铸技术 [J].黑龙江科技信息 ,2009(03):3.
[2] 刘静安,谢水生.铝合金材料的应用与技术开发 [M].北京 : 冶金工业出版社,2004.
[3] 彭湘建 . 浅谈冷轧机电气控制中的张力控制 [J]. 科技风,2019(14):138.

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