淺談鋁型材擠壓在線淬火系統(tǒng)的應(yīng)用

　　近年來(lái)，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，對(duì)高精度、高表面質(zhì)量、高機(jī)械性能（詞條“機(jī)械性能”由行業(yè)大百科提供）的鋁型材，特別是一些形狀復(fù)雜的型材和大截面空心型材的需求量越來(lái)越大。淬火處理是鋁型材加工過(guò)程中重要的工序，傳統(tǒng)的鋁型材淬火工藝是采用離線淬火爐來(lái)實(shí)現(xiàn)淬火處理，這種工藝有能耗高及生產(chǎn)周期長(zhǎng)等缺點(diǎn)。而在線淬火技術(shù)，即擠壓后直接淬火冷卻，其充分利用了擠壓產(chǎn)生的余熱，有降低能耗、縮短工藝流程及提高生產(chǎn)效率等優(yōu)點(diǎn)。實(shí)現(xiàn)在線淬火，已成為許多工程技術(shù)人員研究的重要課題。

　　一、鋁合金在線淬火的基本原理

　　擠壓鋁合金大多數(shù)是可熱處理強(qiáng)化鋁合金，這些合金在擠壓后經(jīng)過(guò)固溶熱處理和時(shí)效，便可提高強(qiáng)度，獲得需要的組織性能與力學(xué)強(qiáng)度。

　　可熱處理強(qiáng)化鋁合金的顯著特點(diǎn)就是其合金元素在固態(tài)鋁中的溶解度隨溫度升高而大大增加。固溶熱處理通常包括兩個(gè)步驟，即固溶處理和冷卻。第一步就是在固溶度線溫度以上將材料進(jìn)行熱處理形成固溶體。以Al-Mg-Si系合金為例，實(shí)驗(yàn)證明，Al-Mg-Si合金應(yīng)在高于500攝氏度進(jìn)行熱處理，使Mg2Si化合物完全溶于固態(tài)鋁中。為了實(shí)現(xiàn)完整的固溶熱處理過(guò)程，必須使高溫下處于固溶狀態(tài)的合金材料足夠快的冷卻到室溫，以防止Mg2Si強(qiáng)化相的析出，使得合金元素Mg和Si保留在過(guò)飽和固溶體中。

　　二、實(shí)現(xiàn)擠壓在線淬火的條件

　　首先是制品流出模孔前的溫度必須達(dá)到該合金的固溶熱處理的溫度范圍，且制品從開(kāi)始流出模孔到制品擠壓結(jié)束時(shí)的溫度變化不大，均在固溶溫度范圍內(nèi)。其次制品從模孔流出到進(jìn)入淬火水槽的時(shí)間基本不超過(guò)該合金的淬火轉(zhuǎn)移時(shí)間，且對(duì)材料的性能影響不大。第三從水槽經(jīng)過(guò)的時(shí)間足以使制品冷卻到規(guī)定的溫度。

　　三、鋁型材擠壓在線淬火的現(xiàn)狀

　　當(dāng)前，我國(guó)鋁型材生產(chǎn)企業(yè)在熱處理方面的研究絕大部分停留在借用和摸索的階段，很多企業(yè)在生產(chǎn)鋁合金擠壓型材時(shí)，通常是采用在線風(fēng)冷式淬火.對(duì)于淬火敏感性低、壁厚均勻、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的6063系和6060系合金材料，采用風(fēng)冷式淬火基本上能滿足生產(chǎn)的需求，而對(duì)于淬火敏感性高、壁較厚、非對(duì)稱復(fù)雜斷面的型材，采用簡(jiǎn)單的風(fēng)冷式淬火，往往造成淬火不充分及出現(xiàn)淬火后變形（詞條“變形”由行業(yè)大百科提供）等問(wèn)題.由于冷卻只能采用單一的冷卻方式，材料的力學(xué)性能往往只是滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求中的最低要求，其潛力得不到充分發(fā)揮。同時(shí)也無(wú)法根據(jù)材料的不同狀態(tài)，采用不同的冷卻強(qiáng)度來(lái)進(jìn)行合理的在線淬火處理.雖然有時(shí)材料的力學(xué)性能達(dá)到了用戶的要求，但是材料的抗腐蝕等其它性能卻因淬火不充分而達(dá)不到要求。

　　因此，探索不同的冷卻方式，采用合理的淬火設(shè)備，以滿足不同合金的淬火對(duì)冷卻速度敏感性的要求和不同型材壁厚對(duì)冷卻速度的要求具有較高的實(shí)用價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

　　四、擠壓在線淬火裝置的應(yīng)用

　　(一)擠壓在線淬火影響因素

　　1、足夠?qū)挼睦鋮s速度范圍

　　2、型材截面的冷卻速度保持基本一致

　　3、能適應(yīng)不同型材截面寬高比的變化

　　(二)水槽浸水式冷卻裝置

　　此裝置其主要由水泵站和淬火水槽兩部分組成。淬火水槽由水槽、進(jìn)水裝置和四臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)組成，水槽采用鋼板焊接而成，靠近兩端300mm處分別設(shè)兩道裝石墨板的滑槽，在滑槽內(nèi)插入石墨板，石墨板上開(kāi)鑿與制品斷面相似的型孔，兩道石墨板將水槽分隔成三間盒式箱體，中間為水淬槽，兩端為排水槽，當(dāng)啟動(dòng)水淬裝置的水泵，冷卻水很快注滿水淬槽將制品完全浸沒(méi)，多余的水通過(guò)型孔與制品間隙或從石墨板上方溢流進(jìn)入排水槽，這樣淬火冷卻水不斷補(bǔ)充進(jìn)入水淬槽，淬火后的熱水又不斷排出進(jìn)入排水槽，并通過(guò)回水管進(jìn)入水箱，從而得到循環(huán)使用，為避免冷卻水通過(guò)運(yùn)動(dòng)的擠壓制品或溢流飛濺帶出淬火水槽，在擠壓制品于水槽進(jìn)出口兩端上、下方各設(shè)兩臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)，將水吹回到排水槽，以改善現(xiàn)場(chǎng)工作環(huán)境.對(duì)于大截面制品而言，采用水槽式水淬裝置，冷卻強(qiáng)度高，完全能夠滿足合金對(duì)冷卻強(qiáng)度的要求。

　　(三)水槽噴水/霧式冷卻裝置

　　該設(shè)備可實(shí)現(xiàn)大規(guī)格、幾何形狀復(fù)雜的鋁型材擠壓在線淬火，噴水系統(tǒng)由上下兩部分組成，下部為積水箱，用于收集噴出的水，內(nèi)裝側(cè)噴水管及下噴水管，上部由油缸驅(qū)動(dòng)可升降的罩式水蓋，水罩內(nèi)裝有噴水管，當(dāng)水蓋下降到位后與下部結(jié)合成一個(gè)封閉水洞.在噴水系統(tǒng)的擠壓型材出口處，裝有一臺(tái)渦流（詞條“渦流”由行業(yè)大百科提供）風(fēng)機(jī)，從頂部直吹型材，防止型材將水帶出。

　　(四)針對(duì)型材截面相對(duì)較大、不對(duì)稱及不同壁厚的型材所采用的多區(qū)段、多冷卻強(qiáng)度控制的在線淬火裝置。

　　此種在線淬火裝置的特點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)風(fēng)冷、風(fēng)霧混合、霧冷、高壓噴水多重功能，并且可以分截面段、風(fēng)霧強(qiáng)弱控制，能提供較大的冷卻速度范圍，使用時(shí)可根據(jù)不同的合金、不同的型材截面來(lái)選擇合適的冷卻方式。如6063系合金型材可選擇風(fēng)冷，厚壁6061系合金型材可選擇高壓噴水，而薄壁的6061系合金型材則可選擇霧冷。

　　如圖1所示，某鋁型材廠多路差異控制淬火裝置設(shè)計(jì)原理圖,此淬火裝置充分考慮了不同壁厚、大截面型材、多重冷卻源的淬火選擇等因素，可以根據(jù)擠壓型材的淬火工藝要求進(jìn)行擇優(yōu)選擇。

　　但是，有時(shí)擠壓型材因截面復(fù)雜，在淬火冷卻時(shí)特別容易變形，以上冷卻方式并不能滿足要求。因此，分縱向區(qū)段分級(jí)冷卻也是一種較先進(jìn)的冷卻方式選擇。如圖2所示。

　　各路風(fēng)口和噴頭在縱向上分若干段，每段都有獨(dú)立的控制閥來(lái)控制。換棒停止擠壓時(shí)，從冷床往擠壓機(jī)方向按順序分段關(guān)閉;換棒開(kāi)始擠壓時(shí)，從擠壓機(jī)往冷床方向按順序分段開(kāi)啟。這樣就可以使得型材縱向的冷卻時(shí)間基本一致，從而確保型材縱向的性能比較均勻，減少縱向的彎扭。

　　針對(duì)型材寬高比例變化過(guò)大，引起上下左右風(fēng)口或噴頭與型材表面之間距離變化過(guò)大，將上部的風(fēng)口和噴頭與左右的側(cè)風(fēng)口和側(cè)噴頭設(shè)計(jì)成分離的，并且相互間可以移動(dòng)。這樣就可以根據(jù)型材的寬高比來(lái)調(diào)節(jié)風(fēng)口或噴頭與型材表面之間的距離，確保上下左右各路風(fēng)口和噴頭與型材各表面保持合適的距離和位置，提高冷 卻的精準(zhǔn)度和減少能耗的損失。

　　五、結(jié)束語(yǔ)

　　隨著鋁型材產(chǎn)品結(jié)構(gòu)朝著截面大、復(fù)雜、壁厚不均勻等方向轉(zhuǎn)移，現(xiàn)有的在線淬火設(shè)備無(wú)法滿足復(fù)雜斷面型材在線淬火的工藝需求.因此，吸收和消化國(guó)外先進(jìn)的在線淬火技術(shù)及裝備、自主研發(fā)多區(qū)段智能控制的在線淬火冷卻設(shè)備、大幅度提高擠壓鋁型材的綜合性能和快速擠壓型材的精度以及生產(chǎn)效率，成為鋁型材企業(yè)的重要任務(wù)，也是研究擠壓在線淬火系統(tǒng)的方向。

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