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   近年來，隨著國 民經(jīng)濟的快速發(fā)展，鋁型材在工業(yè)上的應(yīng)用日益廣泛。同時，對鋁型材的要求越來越高，主要表現(xiàn)在：1、型材 的截面要求越來越寬，形狀越來越復(fù)雜；2、尺寸精度越來越嚴(yán)格；3、力學(xué)性能越來越高。要滿足市場對鋁型材 產(chǎn)品的要求，就給型材的生產(chǎn)工藝和裝備提出更高的要求，特別是在線淬火環(huán)節(jié)。因為要使型材達到高的力學(xué)性 能，型材淬火時的冷卻速度必須確保過飽和固溶體被固定下來不分解，防止強化相析出，以免降低淬火時效后的 力學(xué)性能。因此，淬火時的冷卻速度應(yīng)越快越好。但是冷卻速度越快，淬火型材的殘余應(yīng)力和殘余變形也越大， 型材的尺寸精度就無法保證。所以，要同時滿足以上三方面的要素，就給淬火（特別是在線淬火）提出更高的要 求：1、必需能夠提供足夠大的冷卻速度范圍，以滿足不同合金的淬火對冷卻速度敏感性的要求、和不同型材壁 厚對冷卻速度的要求；2、在保證足夠大的冷卻速度的同時，有效減少型材冷卻時的變形，以保證型材的尺寸精 度。

一、鋁擠壓型材在線淬火的現(xiàn)狀
    經(jīng)過近十年的快速發(fā)展，鋁擠壓 裝備已得到很大的提升，在線淬火的技術(shù)也得到很大的進步，但仍然跟不上鋁型材產(chǎn)品發(fā)展的需要。
1、目 前國內(nèi)在用的傳統(tǒng)在線淬火大部分都相對較落后
    1）、未能提供足夠大的冷卻速度范圍 ，不能根據(jù)不同合金和鋁型材壁厚來選擇不同的冷卻速度；
    2）、調(diào)節(jié)性差。型材截面往 往都是不對稱的，壁厚也不是均勻的，如果不能根據(jù)型材截面的情況進行冷卻速度大小的調(diào)節(jié)，厚壁的地方就會 冷卻的慢，薄壁的地方就會冷卻的快，這樣就會造成型材變形和性能不均；
    3）、操作 性差。有些在線淬火裝置具備了以上兩點的功能，但操作性差，工人實際操作困難，精確度差，且耗時，所以根 本無法滿足使用的需求。
    由于以上的原因，造成型材變形量大，性能不穩(wěn)定，廢品率 過高，成本上升，難以滿足生產(chǎn)的需求。所以提升國內(nèi)在線淬火的裝備水平，已是國內(nèi)鋁型材裝備行業(yè)的重要任 務(wù)。
2、目前歐美日本等發(fā)達國家的在線淬火裝置相對比較先進
    1）、風(fēng)冷、霧冷 、高壓噴水聯(lián)合一起，能提供較大的冷卻速度范圍，使用時可根據(jù)不同的合金、不同的型材截面來選擇合適的冷 卻方式。如6063合金型材可選擇風(fēng)冷，厚壁6061合金型材可選擇高壓噴水，而薄壁的6061合金型材則可選擇霧冷 ；
    2）、調(diào)節(jié)性較好。一種是在型材截面的周向上分布若干路風(fēng)口和噴頭，每一路風(fēng)口 和噴頭均可調(diào)節(jié)，這樣就可根據(jù)型材截面結(jié)構(gòu)不同進行冷卻強度的方向性調(diào)節(jié)。如壁厚較厚的一側(cè)需要較強的冷 卻強度，壁厚較薄的一側(cè)則需要較弱的冷卻強度。這樣有利于型材整體冷卻均勻，在保證足夠冷卻速度的前提下 ，減少型材的變形；另外一種是多段冷卻，每一段可選擇不同的冷卻速度。由于淬火開始階段變形較敏感，如果 一開始就采用較快的冷卻速度，而型材截面的周向上又不能進行方向性的調(diào)節(jié)，就會造成型材變形量大。故淬火 前段可選擇相對緩慢的冷卻速度，先將型材緩慢冷卻到一定的溫度后，后段再采用較快的冷卻速度進行急冷。這 樣既可保證足夠的冷卻強度，同時也能減少型材的變形。

    3）、操作性較好。所有的這些調(diào)節(jié)均可通過人機界面進行控制，調(diào)節(jié)比較方便，操作 性強。控制系統(tǒng)有自動記憶功能，將每次生產(chǎn)的工藝參數(shù)自動記錄下來，下次使用時可自動調(diào)用。
    但是，因為鋁型材擠壓是間歇擠壓，非擠壓時停頓在淬火區(qū)段的型材與擠壓時通過淬 火區(qū)的型材受到的有效冷卻時間不一致，這樣會引起該兩段的淬火強度不一致、性能和變形量也不一致。這個問 題國際上比較先進的淬火裝置也沒有很好解決。

二、國內(nèi)新的在線精密淬火技術(shù)及裝置的介紹
1、 在線精密淬火因素考慮
    1）、足夠的冷卻速度范圍
    只有足夠的冷卻速度，才能確保 過飽和固溶體被固定下來不分解，防止強化相析出，才能保證型材淬火時效后的力學(xué)性能達到最佳水平。要達到 足夠的冷卻速度，就要配置合理的冷卻源、冷卻長度以及冷卻密度。冷卻源就是指風(fēng)機、水泵以及相應(yīng)的冷卻介 質(zhì)。冷卻長度就是指風(fēng)口、噴管或水槽的長度。冷卻密度就是指風(fēng)口或噴頭的分布密度。而這三方面都要根據(jù)該 生產(chǎn)線所生產(chǎn)型材的最大線密度、不同合金的淬火對冷卻速度敏感性強弱以及擠壓出材的速度綜合計算來確定。 所生產(chǎn)的型材線密度越大、合金的淬火對冷卻速度敏感性越強、擠出速度越快，所要配置的風(fēng)機和水泵越大，淬 火區(qū)的長度就要越長，用水作介質(zhì)的水溫就要越低。當(dāng)?shù)蜏氐乃紳M足不了冷卻速度的情況下，還可以在水中加 入不同的溶劑來調(diào)節(jié)水的冷卻能力。比如聚乙醇，通過調(diào)節(jié)聚乙醇水溶液的濃度來控制冷卻速度。
    2）、鋁型材截面的冷卻速度保持基本一致
    只有冷卻速度基本 一致，才能確保型材淬火效果基本一致，從而保證型材性能的均勻性，有效減少型材的變形和彎扭。要保證型材 截面周向的冷卻速度一致，就要保證截面周向冷卻強度能夠根據(jù)型材截面結(jié)構(gòu)情況、壁厚的厚薄進行調(diào)節(jié)。比如 壁厚較厚的一側(cè)需要冷卻強度高，壁厚較薄的一側(cè)則需要冷卻強度低些，這樣就可使得型材截面同一時間內(nèi)冷卻 到相同的溫度。
    而要保證型材縱向的淬火強度一致，就要保證縱向上所受的冷卻時間 一致，也就是縱向上每部分通過淬火區(qū)的有效冷卻時間一致。
    3）、適應(yīng)不同鋁型材截面 寬高比的變化
    特別中大型鋁擠壓機所生產(chǎn)的型材截面寬高比變化非常大，當(dāng)生產(chǎn)板材時 ，寬高比可能達到100:1以上，而生產(chǎn)管材或棒材時，寬高比可能是1:1。在這么大的寬高比變化情況下，如何保 證型材上下左右各個表面與風(fēng)口和噴頭之間的距離合適，從而保證有效的冷卻速度和減少能耗。
    4）操作性比較強，能方便操作人員進行調(diào)節(jié)控制。
    5）在滿 足以上四點的前提下，如何有效降低運行的成本。
2、兩種新的在線淬火裝置
    為解 決以上的問題，我們設(shè)計了兩種不同形式的在線淬火裝置。一種是針對中大型（1650t以上）擠壓機配套的，另 一種是針對中小型（1650t以下）擠壓機配套的。因為中大型擠壓機所生產(chǎn)的型材截面相對較大，比較容易實現(xiàn) 型材上下左右四個方向冷卻差異化控制。而中小型擠壓機所生產(chǎn)的型材截面相對較小，實現(xiàn)型材上下左右四個方 向冷卻差異化控制相對較難，所以要有針對性的設(shè)計不同的方案。
    1）、 中大型擠壓 機配套在線淬火裝置的功能特點
    a、風(fēng)冷、風(fēng)霧混合、霧冷、高壓噴水四合一的功能
    我們采用風(fēng)冷、風(fēng)霧混合、霧冷、高壓噴水四合一的功能，每一種功能都可以根據(jù)需 要進行大小調(diào)節(jié)，形成從弱到強無級變化的冷卻強度，適應(yīng)不同合金不同壁厚對冷卻強度的不同需求。比如一般 生產(chǎn)薄壁的6063合金型材時采用風(fēng)冷，生產(chǎn)厚壁6063合金型材或薄壁6061合金型材時采用風(fēng)霧混合，生產(chǎn)中薄壁 6061合金時采用霧冷，生產(chǎn)厚壁6061合金型材時采用高壓噴水。
    冷卻源的配置，要根 據(jù)該機臺生產(chǎn)的型材米重、擠出速度、合金淬火對冷卻速度敏感性強弱等因素來決定。型材米重越大、擠出速度 越高、合金淬火對冷卻速度敏感性越強，風(fēng)機和水泵的功率就越大、淬火區(qū)的長度也就越長。
    為什么要采用風(fēng)霧混合？主要因為擠壓車間的氣溫比較高，純風(fēng)冷時，哪怕風(fēng)壓、風(fēng) 量很大，冷卻速度也不高，并且能耗很大。如果直接用霧冷或水冷，相對部分合金型材的冷卻速度又過高，型材 容易變形。而用風(fēng)霧混合，既能獲得比風(fēng)冷強很多的冷卻效果，又能降低風(fēng)機的能耗，從而獲得合適的冷卻速度 。
    b、周向多路冷卻布置并冷卻強度差異化調(diào)節(jié)
為了解決截面周向冷卻的均勻性， 圍繞擠壓機中心線平行分布若干路風(fēng)口和噴頭，具體多少路要根據(jù)具體生產(chǎn)線所生產(chǎn)的型材截面 寬度來確定。每一路風(fēng)口和噴頭都可單獨調(diào)節(jié)風(fēng)量或水量，以滿足不同合金和壁厚所需要的冷卻速度，確保截面 上各個位置淬火均勻。這對確保型材性能均勻和有效減少型材變形起到關(guān)鍵作用。
    c、縱向分段調(diào)節(jié)及順序啟閉功能
縱向的每段冷卻強度可以單獨調(diào)節(jié)。當(dāng)個別 型材淬火時特別容易變形的，光用以上兩種功能還無法滿足時， 還可以將縱向的前段冷卻強度調(diào)小，后段的冷卻強度調(diào)大。這樣既可保證型材得到充分的冷卻，又可以減少型材 變形。
    為了解決型材縱向淬火的一致性，各路風(fēng)口和噴頭在縱向上分若干段，具體多少段要根據(jù)具體生產(chǎn)線需要來確定。每段都有獨立的控制閥來控制。換棒停止擠壓時，從冷床往擠 壓機方向按順序分段關(guān)閉；換棒開始擠壓時，從擠壓機往冷床方向按順序分段開啟。這樣就可以使得型材縱向的 冷卻時間基本一致，從而確保型材縱向的性能比較均勻，減少縱向的彎扭。