|山东模具|山东铝材模具网|铝型材|挤压模具设计|挤压模具设计培训|挤压模具设计修模图书|

中国铝材模具网_着力打造中国最专业的铝型材挤压模具设计培训交流平台

关于铝合金型材冷却过程中弯曲的影响与解决办法

时间:2012-10-14 09:18来源:山东铝材网 作者:www.365aps.com 点击:
随着铝合金型材在建筑、电子、汽车和轨道交通等方面的应用日渐增加,铝合金型材的形状也日趋多样化和复杂化。某些形状的型材会
(责任编辑:山东铝材模具网 请勿随意转载本站原创文章,如有转载请勿必带上本站链接,谢谢您的支持和配合!)

  随着铝合金型材在建筑、电子、汽车和轨道交通等方面的应用日渐增加,铝合金型材的形状也日趋多样化和复杂化。某些形状的型材会给挤压生产带来一定的困难,如图1和图2所示A、B两款型材,属于形状不对称且壁厚不均,不仅挤压出料存在困难,而且型材冷却后会产生弯曲,影响型材矫直质量。

 

 

1 原理

  我们对类似型材进行了大量的观察,发现在目前的冷却方式和条件下,型材正常出料后在冷床上冷却,数分钟后就会出现型材向空心部位或壁厚较厚的部位弯曲的现象,如图3和图4所示。

  这种冷却后产生弯曲的过程,可分为以下几个阶段[1]:

  (1)型材薄壁部分温度下降快,先产生收缩力,厚壁部分或空心管部分温度下降慢,几乎没有收缩力;

  (2)薄壁部分截面积较小,产生的收缩力较小,或被牵引机牵引力消除;

  (3)型材离开牵引机,温度继续下降;

  (4)型材厚壁部分或空心管部分截面积较大,随着温度下降逐渐产生较大收缩力,薄壁部分温度已大幅下降,不再产生收缩力或收缩力较小;

  (5)型材截面上受到的收缩力大小不均,型材沿挤压方向往厚壁部分或空心管部分弯曲。

 

2 试验条件和试验方案

  根据以上的原理分析,我们设计和使用高压气雾喷嘴,对型材A和型材B在出料口进行如图5和图6所示的局部冷却,使型材整体冷却速度趋于同步和均匀。具体试验条件如表1~表3所示。

 

表1  试验型材条件

Table 1  The conditions of the test profiles

型材

类型

总截面积

/mm2

空心管(厚壁)部位截面积

/mm2

出料温度

/℃

挤压速度

/m·min-1

挤压长度

/m

型材A

空心型材

666.65

242.74

530~540

12

30

型材B

实心型材

1134.25

541.93

530~540

10

30

 

表2  普通冷却条件

Table 2  The conditions of the normal cooling

试验对象

出料冷却方式

风机功率/kW

风机数量/个

空气温度/℃

型材A

风冷

0.75

5

38~45

型材B

风冷

0.75

5

38~45

 

表3  局部冷却试验条件

Table 3  The conditions of the partial cooling

试验

对象

出料冷却

方式

气压/MPa

喷嘴孔径/mm

气水混合比

水温/℃

喷嘴与型材

距离/mm

喷嘴数量/个

型材A

高压气雾

0.4

6

约5:1

40~45

200

1

型材B

高压气雾

0.4

6

约5:1

40~45

200

1

 

  我们使试验型材分别在普通冷却条件和局部冷却条件下进行冷却,测量型材在离开牵引机进入冷床时其各部位的表面温度,并测量型材在矫直前的弯曲程度(如图3和图4中所示尺寸H)。

3 试验结果及分析

  3.1  表面温度

  经过普通冷却和局部冷却两种条件冷却,型材在离开牵引机时其各部位表面温度如表4所示。

表4  型材离开牵引机时各部位表面温度

Table 4  The surface temperature of each section of the profile while it left the puller

试验对象

普通冷却

局部冷却

厚壁部/空心管

薄壁部

厚壁部/空心管

薄壁部

型材A

411℃

312℃

353℃

364℃

型材B

403℃

331℃

337℃

371℃

 

  由表4可知,在普通冷却条件下,A、B两款型材在离开牵引机时,其厚壁部或空心管的表面温度都比薄壁部的要高约70~100℃。而局部冷却的方式,虽然没有使用滑出台的风机冷却,所以薄壁部的表面温度比采用普通冷却时的要高,但由于采用高压气雾喷嘴对厚壁部和空心管进行局部冷却,所以该部位的温度较普通冷却要低,甚至比同条件下的薄壁部的表面温度更低。试验结果表面,局部冷却的方式能够有效调节型材出料后的冷却平衡。

  其主要原因如下:

  (1)普通风冷条件下,型材各部位与空气接触的换热系数均相等,但由于壁厚或形状不同,各部位的散热速度不相等,所以,厚壁部或空心管的散热速度比薄壁部慢[2];

  (2)采用局部高压气雾冷却时,由于同时存在空气和水两种换热介质,且水的换热系数比空气大,所以能提高散热速度;

  (3)高压空气将水雾化,增加了水和型材接触的表面积,同时破坏了水和高温型材接触时产生的蒸气膜,提高了换热效率[3];

  (4)高压气雾喷嘴具有较强的方向性,气雾的夹角约为25°~30°,能够实现局部冷却而不影响型材其它部位。

 

  3.2  型材弯曲程度

  经过普通冷却和局部冷却两种条件冷却,型材矫直前的弯曲程度H的测量结果如表5所示。测量对比结果表明,在出料口进行局部冷却能有效地减小型材在冷却过程中的弯曲程度。

表5  型材的弯曲程度H

Table 5  The bend degree of the profiles

试验对象

普通冷却

局部冷却

型材A

960mm

246mm

型材B

872mm

197mm

 

  其主要原因是型材在出料时,厚壁部或空心管这种较难冷却的部位被高压气雾急速冷却,产生了较强的收缩应力,薄壁部自然冷却也产生一定的收缩应力。虽然前者比后者的收缩应力大,左右收缩应力尚存在不平衡,但由于型材受到牵引机的牵引,此不平衡的收缩应力被牵引力所抵消。当型材离开牵引机时,型材的整体温度已下降至350℃左右,在冷床上采用风冷所产生的收缩应力较小,左右两边的不平衡收缩应力也较小。因此,当型材冷却至室温时的弯曲程度也较小。

 

4结论

  我们通过观察型材冷却产生弯曲的现象,得出了产生该现象的规律及其原理,通过制作和使用专门的局部冷却装置,对两款具有代表性的型材进行试验,最终得出以下结论:

  (1)在普通风冷的条件下,型材会向冷却较慢的部位产生弯曲,冷却速度差异越大,弯曲程度越高[4,5];

  (2)采用高压气雾的冷却方式,可有效加快型材局部的冷却;

  (3)在型材出料时对较难冷却部位采用局部冷却,使其与较易冷却部位的冷却速度相平衡,可减小型材在冷床冷却后的弯曲程度。

 

参考文献:

  [1]  胡少虬,张辉,杨立斌等.7075铝合金厚板淬火温度场及热应力场的数值模拟[J].湘潭大学自然科学学报,2004,26(2):66-71.

  [2]  姚灿阳,吴运新,袁望姣. 表面换热系数对铝厚板淬火温度和应力演变影响的数值模拟[J].铝加工,2006,(172):7-10.

  [3]  李群霞,李国栋,高晓俊.大型铝型材挤压机的在线淬火装置[J].重工科技,2000,(2):7-10.

  [4]  田福祥,王珍.管材弯曲加工新技术[J].锻压机械,2002,(3):32-34.

  [5]  王志强,刘晓飞.管和板的热应力弯曲工艺[J].塑性工程学报,2000,7(2):55-57

------分隔线----------------------------
山东铝材模具网栏目列表
挤压模具设计培训推荐文章