鋁棒梯度加熱結(jié)合模具液氮冷卻對鋁型材擠壓速度的影響

高翔，羅奕明，陳誼偉，周玉煥

（佛山堅(jiān)美鋁業(yè)有限公司，廣東佛山528231）

鋁棒梯度加熱結(jié)合模具液氮冷卻對鋁型材擠壓速度的影響

高翔，羅奕明，陳誼偉，周玉煥

（佛山堅(jiān)美鋁業(yè)有限公司，廣東佛山528231）

在鋁型材擠壓生產(chǎn)過程中，擠壓速度對擠壓產(chǎn)品質(zhì)量、模具壽命和生產(chǎn)效率具有很大的影響。通過對鋁棒梯度加熱與模具液氮冷卻工藝進(jìn)行比較試驗(yàn)，分析了兩種工藝對鋁型材出料口溫度及擠壓速度的影響，驗(yàn)證兩者相結(jié)合的可行性及應(yīng)用效果。

鋁型材；梯度加熱；液氮冷卻；出口溫度；擠壓速度

0 前言

在鋁型材擠壓過程中，金屬的變形和摩擦?xí)?dǎo)致鋁合金擠壓溫度的增加，并且擠壓溫度升高的程度會(huì)隨著擠壓速度的增加而增加。當(dāng)擠壓速度過快時(shí)，會(huì)造成金屬流動(dòng)不均勻，產(chǎn)品表面會(huì)出現(xiàn)麻點(diǎn)、裂紋等缺陷。相反，當(dāng)擠壓速度過慢時(shí)，又會(huì)影響擠壓的生產(chǎn)效率[1]。因此合理的擠壓速度能夠降低材料的變形阻力，同時(shí)使擠壓材料熱量產(chǎn)生與散失保持平衡。我們在保證擠壓制品尺寸合格、不產(chǎn)生擠壓缺陷的前提下，應(yīng)盡量提高設(shè)備的擠壓速度[2]。本文通過對鋁棒梯度加熱及模具液氮冷卻技術(shù)進(jìn)行比較試驗(yàn)，探討了其對鋁型材擠壓速度、出料口溫度的影響及應(yīng)用的效果，供大家參考。

生源地為城市的大學(xué)生內(nèi)隱自殺意念得分顯著高于生源地為農(nóng)村的大學(xué)生，與之前一些研究者通過外顯問卷測量得到的結(jié)果相一致[37]，原因可能在于與生源地為農(nóng)村的大學(xué)生相比，家住城市的大學(xué)生抗挫折能力相對不夠，情緒易受外界影響而產(chǎn)生自殺意念.本研究發(fā)現(xiàn)，不同家庭類型大學(xué)生的自殺意念存在顯著差異，普通家庭類型大學(xué)生內(nèi)隱自殺意念得分顯著高于多代家庭類型的大學(xué)生，原因可能在于多代家庭類型大學(xué)生家庭成員較多，可以獲得情感上的溝通、交流與支持，因而更加積極樂觀.

1 鋁棒梯度加熱原理介紹

在進(jìn)行鋁型材擠壓工序前，需要對鋁棒進(jìn)行預(yù)加熱處理。其目的是為了提高金屬塑性，降低變形抗力，使金屬易于流動(dòng)，并獲得良好的組織與性能。在擠壓生產(chǎn)時(shí)，隨著擠壓摩擦力的增大，金屬變形量增加，使變形區(qū)金屬溫度劇烈升高。當(dāng)變形區(qū)內(nèi)金屬溫度超過其最高臨界溫度時(shí)，金屬進(jìn)入熱脆狀態(tài)，從而開始易形成裂紋。通常只有通過降低擠壓速度來克服這種現(xiàn)象。因此為了保證高效的擠壓速度，適當(dāng)降低擠壓溫度，對鋁棒進(jìn)行梯度加熱成為行之有效的辦法。

鋁棒梯度加熱是指在鋁棒裝入擠壓機(jī)之前，在其長度方向上形成一個(gè)溫度梯度。由于鋁合金導(dǎo)熱系數(shù)大，采用常規(guī)燃料加熱方法很難在鋁棒內(nèi)產(chǎn)生精確的溫度梯度，并且無法保持該梯度。因此，須采用電磁感應(yīng)加熱系統(tǒng)，其加熱方式為對鋁棒的一端或分段進(jìn)行加熱。合理設(shè)計(jì)鋁棒的溫度梯度，可以提高擠壓速度，使擠壓過程近似于等溫?cái)D壓。

2 模具液氮冷卻原理介紹

在鋁型材生產(chǎn)過程中，鋁棒在擠壓筒內(nèi)通過模具被擠壓成型，擠出的鋁型材和模具的溫度均會(huì)升高，并且由于擠出的高溫型材和模具都暴露在空氣中，會(huì)出現(xiàn)如下缺陷：（1）在鋁型材表面會(huì)產(chǎn)生堅(jiān)硬的氧化鋁顆粒，并且部分黏附在模具出口，對后續(xù)的型材表面容易造成劃痕，模具表面也會(huì)造成拉傷；（2）持續(xù)升高的模具溫度將導(dǎo)致模具表面退氮并降低硬度，從而縮短模具使用壽命；（3）擠出的鋁型材溫度不斷升高也易導(dǎo)致型材無規(guī)律變形甚至報(bào)廢。

基于超高層建筑施工監(jiān)測內(nèi)容及技術(shù)體系研究……………………………………… 李超，滕德貴，袁長征（7-22）

基于上述問題，采用液氮冷卻技術(shù)是一種比較理想的解決方式［3］。首先，低溫液氮可以很好地控制擠壓型材的出口溫度，在對模具冷卻的同時(shí)還會(huì)馬上蒸發(fā)為具有惰性的氮?dú)?，保護(hù)模具和擠壓型材表面，使其不被高溫氧化；其次，模具液氮冷卻過程能精確控制液氮流量，不會(huì)造成坯料過冷，從而達(dá)到最佳冷卻效果及其最佳工藝溫度，最大限度提高擠壓效率［4］。當(dāng)大批量擠壓某種型材時(shí)，采用液氮冷卻模具技術(shù)，在取得顯著經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，還可以在一定程度上延長模具壽命。

3 試驗(yàn)過程

本試驗(yàn)在擠壓設(shè)備完好的前提下進(jìn)行，分別對普通、液氮、梯度、液氮+梯度四種工藝進(jìn)行試驗(yàn)，比較四者對擠壓過程中擠壓速度等各項(xiàng)性能的影響。具體試驗(yàn)方法如下：

測試所用材料：Φ178mm×900mm鋁棒、A平面模具、B分流模具，各模具型材截面見圖1、圖2所示。

（2）提速試驗(yàn)階段

圖1 A模型材截面圖

圖2 B模型材截面圖

⑤以最高主缸速度進(jìn)行擠壓，至出現(xiàn)質(zhì)量問題為止，試驗(yàn)其最高主缸速度的持久性。

3.1 試驗(yàn)準(zhǔn)備

（1）準(zhǔn)備階段

用1～3支鋁棒進(jìn)行試壓，確認(rèn)設(shè)備狀況及模具狀態(tài)。

①從第4支鋁棒開始進(jìn)行提速，提速的初始主缸速度為7mm/s。

試驗(yàn)用鋁棒經(jīng)均質(zhì)處理，對于非梯度加熱工藝，鋁棒溫度要求為440±10℃；對于梯度加熱工藝，鋁棒溫度要求為頭端460℃，尾端410±10℃。試驗(yàn)用模具狀態(tài)良好，可以保證提速過程中的壁厚在公差內(nèi)，每次試驗(yàn)棒數(shù)≥40條。

“雖然現(xiàn)在農(nóng)資企業(yè)都在貼地飛行，但是很多渠道可以看出，目前肥料企業(yè)的農(nóng)資終端看起來還是很浮躁的?！痹茍D控股副總裁劉曉霞告訴記者，“我認(rèn)為，農(nóng)資企業(yè)最終還是要回歸最本質(zhì)的東西，也就是產(chǎn)品。這既包括產(chǎn)品技術(shù)研發(fā)的務(wù)實(shí)性，同時(shí)也包括產(chǎn)品服務(wù)中市場上農(nóng)民和作物的需求。不是說最先進(jìn)的技術(shù)就是最好的產(chǎn)品，而是要考慮到肥料的本質(zhì)屬性，既要滿足作物生產(chǎn)的客觀需求，又兼具價(jià)優(yōu)、物美、節(jié)能、高效?！?/p>

②同一擠壓速度擠壓3支鋁棒，若無表面問題則主缸速度提升按0.5mm/s進(jìn)行。

4.2 試驗(yàn)分析

“對分課堂”的教學(xué)理念最早出現(xiàn)在大學(xué)教學(xué)中，引入中學(xué)階段是教學(xué)發(fā)展的必然結(jié)果.尤其是在高中物理的教學(xué)中，大量的實(shí)踐需要學(xué)生同手去做.不管是電學(xué)的電路還是力學(xué).人教版在教材的設(shè)計(jì)中充分考慮了學(xué)生的后續(xù)發(fā)展，將教材內(nèi)容和教學(xué)方法都做出了適當(dāng)?shù)母?，滿足了當(dāng)前物理教學(xué)的需求.

④再次提速至出現(xiàn)表面缺陷，降速0.5mm/s，穩(wěn)定擠壓，以此主缸速度作為最高主缸速度。

4.開展不定期合規(guī)管理人員培訓(xùn)，固定學(xué)時(shí)，取證培訓(xùn)。通過網(wǎng)絡(luò)授課、微信授課、實(shí)踐論文、路演等方式，鼓勵(lì)各級(jí)合規(guī)管理人員不斷地學(xué)習(xí)、提高合規(guī)業(yè)務(wù)水平，傳遞合規(guī)理念和實(shí)踐給企業(yè)其他員工，逐步形成企業(yè)上下“我要合規(guī)”的文化氛圍。

3.2 試驗(yàn)方法

（3）記錄試驗(yàn)過程的工藝數(shù)據(jù)。

“南海核心利益說”出臺(tái)正值南海問題逐漸升溫、美國內(nèi)關(guān)于介入南海問題聲勢漸趨主流以及中國對南海局勢關(guān)注日漸增強(qiáng)的時(shí)刻。該說所揭示的“南海對于中國的重要性”不僅讓美國學(xué)界迅速掀起防范中國南海維權(quán)的風(fēng)潮，直接加速美南海政策調(diào)整；還讓中國戰(zhàn)略界意識(shí)到南海維權(quán)斗爭的復(fù)雜性和艱巨性，助推中國南海維權(quán)深入發(fā)展?！澳虾：诵睦嬲f”在美中戰(zhàn)略界的廣泛影響所產(chǎn)生的各種研究成果，在不同的時(shí)間階段發(fā)揮各自作用，一定程度上遲滯了中美南海博弈的步驟，從總體上限制了中美南海博弈的強(qiáng)度。

4 試驗(yàn)結(jié)果與分析

4.1 試驗(yàn)結(jié)果

通過以上梯度加熱和液氮冷卻工藝的對比試驗(yàn)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄，試驗(yàn)結(jié)果見表1～表3。

表1 模具突破壓力及達(dá)速時(shí)間測試表

表2 最高擠壓速度及其棒數(shù)測試（A模）

表3 最高擠壓速度及其棒數(shù)測試（B模）

③提速至出現(xiàn)表面缺陷后，降速0.5～1mm/s，穩(wěn)定擠壓3支鋁棒。

通過對鋁型材擠壓生產(chǎn)中普通、模具液氮冷卻、鋁棒梯度加熱以及液氮+梯度這四種工藝進(jìn)行比較試驗(yàn)，從表1的數(shù)據(jù)分析可知，使用梯度加熱工藝，A模的突破壓力降低了65.2t，達(dá)速時(shí)間縮短1s；B模突破壓力降低82t，達(dá)速時(shí)間縮短2.3s。

專家模糊評(píng)語是指專家根據(jù)自身經(jīng)驗(yàn)，對風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的頻度進(jìn)行判斷。為了更符合表達(dá)方式并且靈活地表達(dá)專家的評(píng)語，依據(jù)GB/T 21562對危害事件的發(fā)生頻率的劃分，定義專家模糊評(píng)語集U={u1,u2,…,u6}={幾乎不可能,極少,很少,有時(shí)，經(jīng)常,頻繁}，對應(yīng)于證據(jù)理論中的證據(jù)。

對表2、表3的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析可知：

（1）采用梯度加熱工藝，對鋁棒進(jìn)行分段式加熱，擠壓時(shí)高溫端朝擠壓模，低溫端朝擠壓墊，以平衡一部分變形熱。試驗(yàn)證明，采用梯度加熱工藝，對于A模，擠壓速度可提升約8.97%；對于B模，擠壓速度可提升約20.89%。

（2）采用液氮冷卻工藝，將氮?dú)庖翑D壓模出口處進(jìn)行冷卻，可使被冷卻的擠壓制品急速收縮，冷卻擠壓模和變形區(qū)金屬，使變形熱被帶走，有效控制型材出口溫度的同時(shí)，又能提高擠壓速度。試驗(yàn)證明，采用液氮冷卻工藝，對于A模可提速約19.23%，對于B模可提速約28.35%。

那么，小學(xué)數(shù)學(xué)概念課中以拋錨式進(jìn)行教學(xué)，實(shí)現(xiàn)教學(xué)的效果了嗎？本文選取了二年級(jí)上冊的《角的初步認(rèn)識(shí)》一課，分析兩位教師的教學(xué)實(shí)錄，探討概念課中，拋錨式教學(xué)是否有效？

（3）采用梯度+液氮工藝，即將梯度加熱工藝與液氮冷卻工藝結(jié)合使用，綜合了兩者的優(yōu)點(diǎn)，可使擠壓性能最大化提升。試驗(yàn)證明，采用梯度+液氮工藝，對于A?？商崴偌s33.33%，對于B?？商崴偌s31.34%，提速效果十分顯著。詳細(xì)分析結(jié)果見表4、表5。

表4 A模分析結(jié)果表

表5 B模分析結(jié)果表

從以上分析結(jié)果可知，采用液氮、梯度、液氮+梯度工藝均能提升擠壓性能，其中液氮+梯度工藝效果最為顯著。

5 結(jié)束語

在鋁型材擠壓生產(chǎn)中，采用梯度加熱結(jié)合液氮冷卻工藝，綜合了梯度加熱工藝與液氮冷卻工藝的優(yōu)點(diǎn)，可有效提高擠壓速度。采用此種工藝，雖然需要前期的設(shè)備投資及生產(chǎn)過程中的液氮消耗，但在生產(chǎn)中可以顯著提高生產(chǎn)效率，企業(yè)的綜合生產(chǎn)成本是降低的，因此梯度加熱+液氮冷卻工藝在鋁型材加工行業(yè)具有較好的應(yīng)用推廣價(jià)值。

[1]謝建新，劉靜安.金屬擠壓理論與技術(shù)[M].北京:冶金工業(yè)出版社，2001

[2]崔秀英.液氮冷卻模具擠壓建筑型材試驗(yàn)研究[J].輕合金加工技術(shù)，1991，19(4):30-31

[3]吳亭，周春榮.模具液氮冷卻對鋁型材出口溫度及擠壓速度的影響[J].輕合金加工技術(shù)，2011

[4]吳錫坤，羅蘇.鋁型材加工實(shí)用技術(shù)手冊[M].長沙:中南大學(xué)出版社，2006

Effect of Gradient Heating of Aluminum Rod Combined with Liquid Nitrogen Cooling Process on Aluminum Extrusion Speed

GAO Xiang，LUO Yi-ming，CHEN Yi-wei，ZHOU Yu-huan
(Foshan Jianmei Aluminum Profile Factory Co.，Ltd.，F(xiàn)oshan 528231，China)

Extrusion speed has a great influence on the quality of the extrusion product，the service life of the mould and the produc?tion efficiency during production of aluminum profiles.Compared to the test of gradient heating for aluminum bar to the liquid nitro?gen cooling technology for die，the effect of gradient heating of aluminum rod combined with liquid nitrogen cooling process on alu?minum extrusion speed are analyzed.And feasibility and application effect of combination of the two factors are verified.

aluminum profile;gradient heating;liquid nitrogen cooling;outlet temperature;extrusion speed

TG376.9

A

1005-4898(2017)03-0022-04

10.3969/j.issn.1005-4898.2017.03.05

高翔（1985－），男，江西贛州人，工程師，從事鋁型材生產(chǎn)工藝技術(shù)與設(shè)備研究。

2016－12－14