Alumīnija ekstrūzijas process un veiktspējas kontrole: nozares tehniskās zināšanas

Alumīnija ekstrūzija ir galvenais plastmasas formēšanas process alumīnija apstrādes rūpniecības ķēdē. Tas ražo arhitektūras un rūpnieciskos profilus ar iepriekš noteiktām šķērsgriezuma formām un izmēriem, pieliekot aksiālu spiedienu uz alumīnija sakausējuma sagatavēm, lai tās izspiestu cauri presformas dobumiem. Šim procesam ir augsts materiālu izmantojums, augsta formēšanas efektivitāte un blīva produktu mikrostruktūra, un tā produkti tiek plaši izmantoti celtniecībā, dzelzceļa tranzītā, jaunos enerģijas transportlīdzekļos, elektriskajā un elektronikā, aviācijā un citās jomās. Ekstrūzijas procesa parametru saskaņošana un procesa kontrole tieši nosaka ekstrudēto profilu mikrostruktūru, mehāniskās īpašības, izmēru precizitāti un virsmas kvalitāti, kas ir koncentrēts alumīnija apstrādes uzņēmumu galveno tehnisko iespēju atspoguļojums.

I. Ekstrūzijas galvenā procesa plūsma un galvenās saites

Alumīnija ekstrūzija ir sistemātisks process ar vairāku procesu sadarbību, ko var iedalīt trīs posmos: sagataves pirmapstrāde, ekstrūzijas formēšana un pēcekstrudēšanas apstrāde. Katras saites procesa precizitāte kopīgi nosaka gala produkta kvalitāti.

1. Sagatavju pirmapstrādes process

(1) Homogenizācijas apstrāde

Daļēji nepārtrauktas liešanas laikā alumīnija sakausējuma lietņi ir pakļauti mikrostruktūras defektiem, piemēram, intragranulārai segregācijai, rupjām otrajām fāzēm un koncentrētam iekšējam spriegumam. Tiešā ekstrūzija izraisīs nevienmērīgu deformācijas izturību, sliktu virsmas kvalitāti un lielas veiktspējas svārstības. Homogenizācijas apstrāde ietver sagataves karsēšanu līdz temperatūrai, kas zemāka par cieto līniju, un ilgstoši tur (6xxx sērijas sakausējumiem, parasti 540–580 grādi, turot 4–12 stundas). Tas novērš kompozīcijas segregāciju ar atomu difūziju, kā arī izšķīdina un izgulsnē rupjus intermetāliskus savienojumus, ievērojami uzlabojot sagataves plastiskumu un deformācijas viendabīgumu, kas ir priekšnoteikums ekstrūzijas kvalitātes nodrošināšanai.

(2) Sagatavju un presēšanas priekšsildīšana

Sagatavju sildīšanas temperatūra jāiestata atbilstoši sakausējuma sistēmai: 460–530 grādi 6xxx kaltiem alumīnija sakausējumiem un 400–480 grādi 7xxx augstas stiprības alumīnija sakausējumiem. Princips ir nodrošināt labu sakausējuma plastiskumu, vienlaikus izvairoties no pārdegšanas. Tikmēr ekstrūzijas tvertnei un matricai jābūt sinhroni uzsildītai. Preses temperatūra parasti ir par 10 ~ 30 grādiem zemāka par sagataves temperatūru, lai samazinātu pēkšņo veidošanās pretestības pieaugumu un temperatūras krituma izraisīto termisko šoku.

2. Ekstrūzijas formēšanas process

Atbilstoši metāla plūsmas un sprieguma raksturlielumiem galvenie ekstrūzijas procesi ir iedalīti trīs kategorijās, pielāgojoties dažādiem produktu novietojumiem:

Tiešā ekstrūzija: visplašāk izmantotais process. Sagatave virzās uz priekšu kopā ar ekstrūzijas kātu, un metāla plūsmas virziens atbilst ekstrūzijas kātam. Tam ir vienkārša darbība un ērta matricas maiņa, taču tam ir liela berzes pretestība uz konteinera sienas, un ir noteiktas atšķirības mikrostruktūrā un īpašībās starp profila galvu un asti.

Netiešā ekstrūzija: matrica kustas sinhroni ar ekstrūzijas kātu. Starp metālu un ekstrūzijas konteineru nav relatīvas slīdēšanas, kā rezultātā ir zema berzes pretestība, vienmērīga deformācija un zems ekstrūzijas spēks. Tas ir piemērots augstas stiprības sakausējumiem un augstas precizitātes rūpnieciskajiem profiliem, taču aprīkojuma struktūra ir sarežģīta un uzturēšanas izmaksas ir augstas.

Izotermiskā ekstrūzija: Iepriekš iestatot sagataves aksiālo temperatūras gradientu un regulējot ekstrūzijas ātrumu reāllaikā, metāla temperatūra deformācijas zonā tiek uzturēta nemainīga. Tas pilnībā atrisina savienojuma pretrunu starp ātrumu un temperatūru un nodrošina vienmērīgu mikrostruktūru un īpašības visā profila garumā. Tas ir galvenais process augstākās klases rūpnieciskajiem profiliem.

Ekstrūzijas procesa galvenais parametrs irekstrūzijas attiecība(ekstrūzijas tvertnes šķērsgriezuma laukuma attiecība pret profila šķērsgriezuma laukumu), kas atspoguļo deformācijas pakāpi. Arhitektūras profilu ekstrūzijas attiecība parasti ir 20–50, un rūpniecisko strukturālo profilu ekstrūzijas attiecība var sasniegt 50–100. Nepietiekama ekstrūzijas pakāpe izraisīs vāju graudu rafinēšanas efektu un zemu stiprību, savukārt pārmērīgu attiecību ierobežo iekārtas tonnāža un presformas izturība.

3. Pēcekstrūzijas apstrādes process

(1) Tiešsaistes dzēšana

Profila temperatūra, kas iziet no presformas, ir tuvu šķīduma apstrādes temperatūrai, tāpēc tas ir nekavējoties jāatdzesē un jādzēš, lai sakausējuma elementi alumīnija matricā izšķīst pārsātinātā stāvoklī, radot apstākļus turpmākai novecošanās nostiprināšanai. Dzesēšanas metodes ir iedalītas trīs kategorijās: gaisa dzesēšana, ūdens miglas dzesēšana un ūdens dzesēšana, kas atbilst dažādiem produktu tempiem:

T5 temperaments: Pieņemot gaisa dzesēšanu vai ūdens miglas dzesēšanu ar mērenu dzesēšanas ātrumu, apvienojumā ar sekojošu mākslīgo novecošanu, tai ir laba formēšanas precizitāte un to plaši izmanto arhitektūras dekoratīvajos profilos.

T6 temperaments: Izmantojot siltu ūdeni vai spēcīgu ūdens miglas dzesēšanu ar ātru dzesēšanas ātrumu un pietiekamu šķīduma apstrādi, tam ir lielāka izturība pēc novecošanas un to izmanto nesošiem rūpnieciskiem profiliem.

Atdzesēšanas ātrumam jāatbilst sakausējuma sastāvam: nepietiekama dzesēšana izraisīs priekšlaicīgu otrās fāzes nogulsnēšanos un samazina novecošanas stiprinošo efektu; pārmērīga dzesēšana viegli radīs lielu iekšējo spriegumu, izraisot profila deformāciju un plaisāšanu.

(2) Iztaisnošana un apdare

Rūdītajam profilam ir atlikušais iekšējais spriegums un lieces/griešanās defekti. Stiepes deformācija 0,5% ~ 2% tiek pielietota ar nestuvēm, lai novērstu spriegumu un koriģētu taisnumu un izmēru precizitāti. Pēc tam atbilstoši prasībām tiek veikta fiksēta garuma zāģēšana, mākslīgā vecināšana un virsmas apstrāde (anodēšana, elektroforētiskais pārklājums, pulverkrāsošana utt.).

(3) Mākslīgā novecošana

Mākslīgā novecošana ir galvenais process, kurā profils tiek uzkarsēts līdz noteiktai temperatūrai un noturēts tā, lai pārsātinātais cietais šķīdums izgulsnētu nano mēroga stiprināšanas fāzes, ievērojami uzlabojot izturību. Tipiski procesi ietver: 6063 sakausējuma T5 novecošanu 170–180 grādu temperatūrā 6–8 stundas; 6061 sakausējuma T6 novecošana 175 grādu temperatūrā 8–10 stundas. Precīza novecošanas temperatūras un laika kontrole ir galvenais līdzeklis, lai pielāgotu stiprības un plastiskuma atbilstību.

II. Mikrostruktūras un īpašību procesa parametru mehānisms

Ekstrūzijas process ir karstās deformācijas process ar temperatūras, ātruma un deformācijas vairāku lauku savienojumu. Procesa parametri galu galā nosaka profila mikrostruktūru un īpašības, mainot rekristalizācijas uzvedību un otrās fāzes nokrišņu stāvokli.

1. Temperatūras parametrs

Sagatavju temperatūras paaugstināšana uzlabos sakausējuma plastiskumu un samazinās deformācijas pretestību, kas veicina sarežģītu šķērsgriezumu veidošanos. Tomēr, kad temperatūra pārsniedz kritisko vērtību, tas izraisīs graudu rupjību, pārmērīgu pārkristalizāciju un pat pārdegšanas defektus, kas novedīs pie klints veida mehānisko īpašību samazināšanās. Tajā pašā laikā plastiskās deformācijas darbs ekstrūzijas laikā tiks pārvērsts siltumā, padarot profila presformas izejas temperatūru ievērojami augstāku par sākotnējo sagataves temperatūru. Jo ātrāks ekstrūzijas ātrums, jo acīmredzamāks ir temperatūras paaugstināšanās efekts, kas ir procesa kontroles galvenās grūtības.

2. Ekstrūzijas ātrums

Ekstrūzijas ātrums ir dinamiski jāsaskaņo ar temperatūru: pārāk liels ātrums novedīs pie koncentrēta deformācijas siltuma, virsmas defektiem, piemēram, plīsumiem un apelsīna mizas uz profila, un lielu temperatūras starpību starp serdi un virsmu, kā rezultātā veidojas nevienmērīga mikrostruktūra un īpašības; pārāk lēns ātrums novedīs pie zemas ražošanas efektivitātes, un profils ilgstoši paliek augstas temperatūras zonā, kas ir pakļauta pārkristalizētu graudu augšanai. Nozare parasti izmanto saskaņošanas stratēģiju "zema temperatūra + ātra ekstrūzija" vai "augsta temperatūra + lēna ekstrūzija" un apvieno izotermiskās ekstrūzijas tehnoloģiju, lai panāktu līdzsvaru starp efektivitāti un kvalitāti.

3. Deformācijas pakāpe

Saskaņā ar plastiskās deformācijas teoriju, palielinot ekstrūzijas koeficientu, palielināsies dislokācijas blīvums, veicinās dinamisku pārkristalizāciju, uzlabos graudu struktūru un uzlabos profila stiprības un plastiskuma visaptverošās īpašības. Ja ekstrūzijas koeficients ir mazāks par 10, graudu rafinēšanas efekts nav acīmredzams, un var rasties rupju graudu gredzena defekti; pārmērīga ekstrūzijas pakāpe izraisīs krasu ekstrūzijas spēka pieaugumu, ko ierobežo iekārtas tonnāža un presformas izturība.

4. Dzēšanas un novecošanas režīms

Dzēšanas dzesēšanas ātrums tieši nosaka šķīduma apstrādes pakāpi: jo ātrāks dzesēšanas ātrums, jo augstāka ir pārsātinātā cietā šķīduma koncentrācija, un jo vairāk izkliedētas stiprināšanas fāzes, kas izgulsnējas pēc novecošanas, kā rezultātā ir lielāka izturība. 6xxx sērijas sakausējumiem kritiskais dzesēšanas ātrums ir aptuveni 1–5 grādi/s. Zem šīs vērtības Mg₂Si fāze iepriekš izgulsnējas un zaudē stiprinošo efektu.

Novecošanas process nosaka stiprināšanas fāžu nokrišņu stāvokli: nepietiekama novecošana izraisa stiprināšanas fāžu nepietiekamu nokrišņu daudzumu un zemu stiprību; maksimālā novecošanās sasniedz maksimālo izturību, bet ar samazinātu plastiskumu; pārmērīga novecošana izraisa stiprināšanas fāžu rupjību, samazina izturību un uzlabo plastiskumu. Atbilstošo režīmu izvēlas atbilstoši ražojuma veiktspējas prasībām.

III. Precīzas galveno veiktspējas indikatoru kontroles metodes

Ekstrudēto alumīnija izstrādājumu veiktspējas kontrole koncentrējas uz četriem galvenajiem izmēriem: mehāniskajām īpašībām, izmēru precizitāti, virsmas kvalitāti un izturību pret koroziju un elektrisko vadītspēju.

1. Mehānisko īpašību kontrole

Mehāniskās īpašības (stiepes izturība, tecēšanas robeža, pagarinājums pēc lūzuma) ir rūpniecisko profilu galvenie rādītāji. Pilna procesa kontroles ceļš ietver:

Kompozīcijas avota kontrole: precīzi kontrolēt stiprinošo elementu saturu sakausējumā, piemēram, kontrolēt kopējo Mg un Si saturu un Mg/Si attiecību 6xxx sērijas sakausējumos, lai nodrošinātu pietiekamu Mg₂Si stiprināšanas fāzes veidošanos; stingri kontrolējiet piemaisījumu elementus, piemēram, Fe un Cu, lai izvairītos no trauslām fāzēm, kas samazina plastiskumu.

Homogenizācijas atbilstība: Nodrošināt vienmērīgu sagataves sastāvu un mikrostruktūru un novērst vietējās veiktspējas svārstības.

Ekstrūzijas procesa saskaņošana: Kontrolējiet saprātīgu ekstrūzijas temperatūru un ekstrūzijas attiecību, lai nodrošinātu pietiekamu dinamisku pārkristalizāciju un graudu rafinēšanu.

Rūdīšanas-novecošanās slēgtā cikla kontrole: Pārliecinieties, vai dzesēšanas dzesēšanas ātrums atbilst standartam, un precīzi kontrolējiet temperatūras vienmērīgumu un novecošanas krāsns turēšanas laiku, lai panāktu optimālu stiprināšanas fāžu nokrišņu veidošanos.

2. Izmēru precizitātes kontrole

Alumīnija profilu izmēru precizitāti ietekmē daudzi faktori, piemēram, presforma, aprīkojums un process. Kontroles punkti ietver:

Izmēri: izmantojiet augstas precizitātes apstrādi un spoguļu pulēšanu, izveidojiet saprātīgu gultņu garumu un iluminatoru struktūru, lai kompensētu metāla plūsmas ātruma atšķirību.

Procesa izmērs: stabilizējiet ekstrūzijas temperatūru un ātrumu, lai izvairītos no šķērsgriezuma deformācijas, ko izraisa nevienmērīgs plūsmas ātrums; kontrolēt izstiepšanas iztaisnošanas apjomu, lai novērstu izmēru novirzes.

Iekārtas izmēri: nodrošiniet ekstrūdera izlīdzināšanas precizitāti un virzošās sliedes taisnumu, lai samazinātu vērpšanos un lieces, ko izraisa iekārtas atstarpe.

Augstākās klases rūpniecisko profilu izmēru precizitāte var sasniegt IT6 ~ IT7 pakāpi, kas atbilst precīzas montāžas prasībām.

3. Virsmas kvalitātes kontrole

Bieži sastopamas virsmas problēmas ir skrāpējumi, bedrītes, svītras, tulznas utt. Galvenie profilakses un kontroles pasākumi ir:

Uzlabojiet sagatavju metalurģisko kvalitāti, lai samazinātu liešanas defektus, piemēram, poras un ieslēgumus.

Regulāri apkopiet ekstrūzijas tvertni un apdari, notīriet virsmas gružus un alumīnija šķembas, kā arī turiet presformas nesošo zemi spoguļa stāvoklī.

Optimizējiet ekstrūzijas ātruma un temperatūras saskaņošanu, lai izvairītos no virsmas plīsumiem, ko izraisa pārmērīgs metāla plūsmas ātrums.

Optimizējiet izplūdes galda un dzesēšanas gultas transportēšanas struktūru, lai samazinātu mehāniskās skrāpējumus.

4. Korozijas izturība un elektriskās vadītspējas kontrole

Izturība pret koroziju: Samaziniet elektroķīmiskās korozijas tendenci, kontrolējot graudu struktūras viendabīgumu un samazinot rupjās otrās fāzes; apvienojumā ar virsmas apstrādi, piemēram, anodēšanu un elektroforētisku pārklājumu, var ievērojami uzlabot sāls izsmidzināšanas pretestību un skābes bāzes izturību.

Elektrovadītspēja: Alumīnija profiliem elektrovadītspējai ir nepieciešams kontrolēt piemaisījumu elementu saturu un samazināt režģa kropļojumus; tajā pašā laikā izvairieties no otrās fāzes rupjības, ko izraisa pārmērīga novecošanās, lai nodrošinātu līdzsvaru starp vadītspēju un izturību.

IV. Bieži sastopami kvalitātes defekti un profilakses risinājumi

V. Nozares tehnoloģiju attīstības tendences

Palielinoties pieprasījumam no augstākās klases pakārtotās ražošanas, alumīnija ekstrūzijas tehnoloģija turpina attīstīties uz augstu precizitāti, augstu veiktspēju, zemu karbonizāciju un intelektu.

Lielu sarežģītu šķērsgriezumu integrēta ekstrūzijaPieprasījums tādās jomās kā jaunas enerģijas transportlīdzekļu šasijas un dzelzceļa tranzīta vagonu virsbūves veicina 10 000 tonnu lielas tonnāžas ekstruderu popularizēšanu, realizējot lielu plānsienu, porainu dobu un sarežģītu šķērsgriezuma profilu integrētu veidošanu, aizstājot tradicionālo metināšanas mezglu, kā arī uzlabojot konstrukcijas izturību un vieglo svaru.

Ekstrūzijas tehnoloģija augstas stiprības un augstas izturības sakausējumiemIzrāvieni ekstrūzijas tehnoloģijā 7xxx, 2xxx augstas stiprības alumīnija sakausējumiem un alumīnija-litija sakausējumiem atbalsta kosmosa un jaunu enerģijas transportlīdzekļu vieglā svara pieprasījumu. Galvenās grūtības ir saistītas ar deformācijas plaisāšanas kontroli un mikrostruktūras viendabīguma uzlabošanu. Netiešā ekstrūzija, izotermiskā ekstrūzija, gradienta sildīšana un citas tehnoloģijas ir kļuvušas par standarta konfigurācijām.

Viedās ekstrūzijas ražošanas līnijasIzmantojot digitālo dvīņu, tiešsaistes infrasarkanās temperatūras mērīšanu, vizuālo izmēru pārbaudi un citas tehnoloģijas, tiek realizēta ekstrūzijas parametru reāllaika slēgtā cikla kontrole; apvienojumā ar AI algoritmu, lai optimizētu veidņu dizainu un procesa parametru saskaņošanu, tiek samazināta manuāla izmēģinājumu un kļūdu iespēja, kā arī ievērojami uzlabojas raža un ražošanas efektivitāte.

Zaļais un zema oglekļa satura ekstrūzijas processVeicināt enerģijas taupīšanas tehnoloģijas, piemēram, elektromagnētisko indukcijas sildīšanu un siltuma atgūšanu, lai samazinātu enerģijas patēriņu ekstrūzijas procesā; izstrādāt īsas plūsmas ekstrūzijas procesus, atcelt sagatavju atkārtotas sildīšanas savienojumu un tieši izmantot liešanas atkritumu siltumu ekstrūzijai, kas var samazināt visaptverošo enerģijas patēriņu par vairāk nekā 30%.