Extrusion technology
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确定铝型材最佳挤压工艺制度的基本原则
(1)铝型材挤压方法的选择
在各种不同的挤压过程中,挤压工具和被挤压铝型材之间的摩擦力增大了挤压力的消耗和变形的不均匀性;因此,所选择的挤压方法应在满足给定的条件下,保证消耗于接触摩擦上的功最小,在选择挤压方法时,应满足的主要给定条件包括:
①挤压设备所具有的工艺的可能性;
②在挤压状态下被挤压铝型材的塑性;
③满足挤压铝型材的质量要求;
(2)坯料形状与尺寸的确定
坯料的形状和尺寸是决定整个挤压过程中技术经济指标的最重要的工艺因素,确定坯料形状和尺寸的原始条件是挤压铝型材的规定形状和尺寸;显然,在所有的情况下,采用体积可能大的坯料是最合理的;选择坯料的形状、横断面尺寸和长度时,应考虑能保证挤压铝型材的质量优良(几何尺寸精度最高,允许的变形不均匀性最小),挤压工具所允许的应力和允许的总压力(根据挤压机的力学特性而定);根据挤压铝型材的横断面形状,坯料可选为圆形断面,也可选为矩形断面(带圆弧形侧面);为了减少挤压铝型材力学性能的不均匀性,坯料的横断面积在填充挤压之后应保证具有允许的最小挤压系数;如上所述,这个最小的挤压系数值对于不继续进行变形的铝型材应不小于8~12,而对于需进一步经受塑性变形的铝型材,应不小于5,最大的挤压系数值受挤压工具上所允许的应力值限制;
在润滑挤压时,坯料的长度对于挤压铝型材的质量不产生影响,其力学条件也与坯料长度的关系不大;因此,最好采用尽可能长的坯料(需考虑铝型材的尺寸);
在无润滑挤压时,随着坯料的增长,变形的不均匀性增大;此外,在这种条件下,随着坯料长度的增加,为克服摩擦力(分力T筒)所消耗的挤压力也增大,但是,若缩短铸锭的长度,则消耗于挤压残料上的比铝型材量会增多;
(3)铝型材挤压温度范围的确定原则
挤压的温度范围取决于铝型材本身的物理性能和化学成分,坯料的状态、挤压方法、温度规范、变形程度与变形速度,工具所允许承受的压力,对产品表面品质的要求,宏观组织和显微组织,对铝型材力学性能和物理-化学性能的要求,铝型材的断面形状与尺寸,对挤压过程的生产率的要求及其他因素;其中有许多因素对于选择挤压温度的影响表现出相互矛盾的倾向;目前尚无法得出能考虑所有影响因素和满足全部要求的最佳挤压温度范围的分析方法,但是,在各种具体条件下的问题已个别地获得了解决;挤压温度范围的选择大部分是根据基本理论原则在实验条件下进行的;
(4)铝型材挤压速度的确定原则
对于铝型材来说,在选定的热挤压温度范围内,根据铝型材合金成分和挤压铝型材类别的不同,其流动速度可在0.5~100m/min或更大的范围内变化;
确定允许的最大铝型材流动速度的准则是:不出现表面裂纹,不形成划道、不黏结工具、不产生其他表面缺陷,保证铝型材横断面几何尺寸稳定,不出现皱纹、波浪及其他缺陷;
此外,铝型材合金成分和塑性变形区的金属温度,坯料的原始状态,变形的不均匀程度,铝型材横断面的形状与尺寸,型材各部分的尺寸比例、工具结构、挤压方法、接触摩擦条件等都对流动速度有影响;
从某种意义上来说,可以相对地把所有的铝型材分为以下三类:
第一类是工业纯铝和低合金化型的铝型材,如1100、6063、3004等,这类铝型材无润滑挤压时,若其他条件相同,在整个挤压温度范围内,都允许采用很高的流动速度(50~150m/min)而不会产生表面裂纹;
第二类是6061、7005、5A02及其他一些铝型材,这类铝型材允许有中等的流动速度(5~20m/min);
第三类是高合金化的铝型材和含铜量高的铝型材,其特点是易于形成裂纹,在无润滑挤压时,仅允许有低的流动速度(0.5~5m/min),这一类的典型铝型材有5A06、2A12、7A04等;
(5)铝型材挤压工具的结构选择
模具结构,特别是膜孔形状、穿孔针和挤压垫片的结构会对挤压铝型材和表面品质、尺寸精度、允许流动速度和其他工艺要素产生很大的甚至是决定性的影响;
工具结构的工艺要素是:
①模孔型腔出口断面的形状与尺寸;
②模孔工作带的形状与长度;
③模孔的出口端与入口端的圆角半径;
④模孔工作带的入口角(或称“阻碍角”);
⑤止推角;
⑥模子工作表面母线的倾角(即模角)和从挤压筒表面到模子表面的过渡区;
⑦挤压阶段变断面铝型材的模子中,被称为“料兜”的过渡区模孔及其形状,尺寸和圆角半径;
⑧铝型材在模子工作平面相对于挤压轴线的相关尺寸;
⑨多孔模上各模孔之间的距离及其相对于挤压轴线的分布;
⑩模子外形尺寸和厚度;
11用于生产空心铝型材组合模的凸脊结构、金属分流孔的个数、形状、尺寸和分布、以及“焊合腔”的体积等;
12穿孔针的结构和锥度;
13挤压垫片的结构尺寸和形状;
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