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近年來，隨著科技日新月異的快速發(fā)展，鋁型材在工業(yè)上的應(yīng)用日益廣泛，給鋁材行業(yè)提供了更大更廣闊的市場空間。軌道交通、建筑鋁模板、平板電腦等產(chǎn)品上大量使用鋁型材，都是近年來鋁型材市場的熱點(diǎn)。因這些終端產(chǎn)品的性能和外觀質(zhì)量要求非常高，以及數(shù)控加工技術(shù)的普及應(yīng)用，使得對鋁型材的要求越來越高。主要表現(xiàn)在：1、尺寸精度越來越嚴(yán)格，否則無法進(jìn)行數(shù)控加工，更無法滿足產(chǎn)品的最終使用要求;2、力學(xué)性能越來越高;3、外觀質(zhì)量越來越嚴(yán)格。然而，要同時(shí)滿足以上三方面要素，生產(chǎn)工藝之間又存在著相互矛盾，尤其是淬火環(huán)節(jié)。因?yàn)橐_(dá)到高的力學(xué)性能，必須要有足夠快的冷卻（詞條“冷卻”由行業(yè)大百科提供）速度。而冷卻速度越快，型材的殘余應(yīng)力殘余變量就越大，型材就越容易變形，尺寸精度無法保證。如果降低冷卻速度，對減少型材變形是有幫助，但型材性能就有可能會(huì)降低，甚至達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)要求。所以，要同時(shí)滿足以上三方面的要素，在線淬火環(huán)節(jié)必須滿足以下的條件：1、具備滿足各種合金淬火敏感性的冷卻速度，該點(diǎn)主要解決型材性能問題;2、具備滿足各種不同截面形狀所需要的冷卻強(qiáng)度（詞條“強(qiáng)度”由行業(yè)大百科提供）的差異性調(diào)節(jié)，該點(diǎn)主要解決型材的冷卻變形問題。
一、在線淬火的常用冷卻形式
目前，主要的冷卻形式有風(fēng)冷、霧冷、風(fēng)霧混合冷卻、噴淋冷卻、駐波水冷、過水槽冷卻，還有液氮冷卻。
1、風(fēng)冷
風(fēng)冷的冷卻速度相對較弱，能耗比較高，使用成本也高，而且熱風(fēng)幾乎都擴(kuò)散到車間里面，造成工作環(huán)境溫度高。但風(fēng)冷對型材變形量的影響最小，不會(huì)產(chǎn)生水冷可能出現(xiàn)的水斑。風(fēng)冷通常適用于6063、6060等淬火敏感性較低的合金型材、板材、管材，和部分薄壁(5mm以內(nèi))6061、6005、6082等合金的型材、板材和管材。
2、霧冷
霧與高溫型材接觸時(shí)，瞬間汽化，變成水蒸氣，水蒸氣將霧和型材表面隔開，造成霧與型材表面接觸困難，冷卻效果比較差，所以通常霧冷不適合單獨(dú)使用。
3、風(fēng)霧混合冷卻
因風(fēng)冷和霧冷存在的不足，風(fēng)霧混合冷卻成為很好的冷卻方式。風(fēng)霧混合冷卻的冷卻速度比風(fēng)冷和霧冷都要大，但能耗又比風(fēng)冷要低，熱量擴(kuò)散到車間里面較少。而且型材變形量又比水冷的要小，不會(huì)產(chǎn)生水冷可能出現(xiàn)的水斑。所以風(fēng)霧混合冷卻大量用于6063、6060等淬火敏感性較低的合金型材、板材、管材，和部分中薄壁(10mm以內(nèi))6061、6005、6082等合金的型材、板材和管材。
4、噴淋冷卻
噴淋冷卻是通過高壓泵將水輸送到各路扇形噴嘴，形成高壓的扇形水流噴淋到型材上進(jìn)行冷卻。噴淋冷卻的特點(diǎn)是冷卻速度非常強(qiáng)(比傳統(tǒng)的過水槽還要強(qiáng))，可調(diào)節(jié)的范圍非常大，與擠壓機(jī)的聯(lián)動(dòng)控制非常靈活，對異型材的冷卻是最好的選擇。在減少型材變形方面有絕對優(yōu)勢，可以根據(jù)型材截面的差異進(jìn)行調(diào)節(jié)，壁厚薄的位置水量水壓調(diào)小，壁厚厚的位置水量水壓調(diào)大，讓同一截面的不同位置在同一時(shí)間冷卻到同樣的溫度，這樣就能有效減少型材周向的變形。當(dāng)完成一個(gè)擠壓周期時(shí)，在取得擠壓機(jī)的停機(jī)信號(hào)后，可實(shí)現(xiàn)分段延時(shí)關(guān)停噴淋冷卻;在取得擠壓機(jī)的擠壓信號(hào)后，可實(shí)現(xiàn)分段延時(shí)開啟噴淋冷卻，讓同一根型材縱向的不同位置的有效冷卻時(shí)間基本一致，這樣就能有效減少型材縱向的變形。但能耗比傳統(tǒng)的過水槽要高，可能會(huì)出現(xiàn)的水斑。通常適用于厚壁6063、6060、6061、6005、6082等合金的型材、板材、管材和棒材。
5、駐波水冷(又稱堆水)
駐波水冷是縱向兩則有固定圍板，兩端靠水的壓力形成水墻，將水阻擋在里面，到一定的高度后達(dá)到平衡，水墻內(nèi)形成滾動(dòng)水槽，型材穿過水槽進(jìn)行冷卻。駐波水冷的冷卻強(qiáng)度比較高，特別適合管材、棒材的在線淬火。如果每根棒都要牽引機(jī)到擠壓機(jī)口進(jìn)行牽引的，該種形式是最好的。但駐波水冷不能進(jìn)行周向方向性調(diào)節(jié)，所以對異型材進(jìn)行冷卻時(shí)，變形量會(huì)比較嚴(yán)重。而且能耗也比較高。
6、過水槽冷卻
過水槽冷卻是縱向用固定圍板、兩端用活動(dòng)圍板組成一個(gè)水槽，用低壓水泵往水槽注水，型材穿過水槽進(jìn)行冷卻。過水槽冷卻時(shí)，水與高溫型材的表面接觸，瞬間形成水汽膜，水汽膜將型材表面和冷卻水隔開。由于水槽的水流動(dòng)速度不大，水不能及時(shí)沖破水汽膜，所以造成冷卻速度不如噴淋冷卻和駐波冷卻的強(qiáng)。過水槽冷卻不能進(jìn)行周向方向性調(diào)節(jié)，所以對異型材進(jìn)行冷卻時(shí)，變形量會(huì)比較嚴(yán)重，但能耗也比較低。適合管材、棒材、板材的淬火，選擇該冷卻形式牽引機(jī)不能到擠壓機(jī)口牽引。
7、液氮冷卻
液氮冷卻是將液氮降壓后通過管道直接噴到模具出口處，將型材冷卻。該冷卻形式對提高產(chǎn)品的表面質(zhì)量有幫助，但由于使用成本過高，應(yīng)用較少。
實(shí)際應(yīng)用中，要根據(jù)每臺(tái)擠壓機(jī)主要生產(chǎn)何種產(chǎn)品來選擇何種形式的冷卻方式，通常是一臺(tái)擠壓機(jī)上配置的淬火裝置是由多種冷卻方式組成。
二、設(shè)計(jì)在線淬火主要考慮因素
為使擠壓鋁型材在線淬火達(dá)到較理想的效果，必須綜合以下幾方面因素考慮：
1、足夠的冷卻速度，足夠的冷卻速度是在線淬火的必備條件。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(qiáng)化相析出，才能保證型材淬火時(shí)效后的力學(xué)性能達(dá)到最佳水平。要達(dá)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(jī)、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(qiáng)弱以及擠壓出材的速度綜合計(jì)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(qiáng)、擠出速度越快，所要配置的風(fēng)機(jī)和水泵越大，風(fēng)口和噴頭的長度就要越長，數(shù)量就要越多，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（詞條“溶劑”由行業(yè)大百科提供）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、如何使型材整體(型材截面的徑向和型材的縱向)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。要保證型材截面徑向的冷卻速度一致，就要保證截面徑向冷卻強(qiáng)度能夠根據(jù)型材截面結(jié)構(gòu)情況、壁厚的厚薄進(jìn)行調(diào)節(jié)。比如壁厚較厚的一側(cè)需要冷卻強(qiáng)度高，壁厚較薄的一側(cè)則需要冷卻強(qiáng)度低些，這樣就可使得型材截面同一時(shí)間內(nèi)冷卻到相同的溫度。而要保證型材縱向的淬火強(qiáng)度一致，就要保證縱向上所受的冷卻時(shí)間一致，也就是縱向上每部分通過淬火區(qū)的有效時(shí)間一致。
3、如何適應(yīng)不同型材截面寬高比的變化。特別中大型擠壓機(jī)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(shí)，寬高比可能達(dá)到100:1以上，而生產(chǎn)管材或棒材時(shí)，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(gè)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、如何使裝置的操作性比較強(qiáng)，能方便操作人員進(jìn)行調(diào)節(jié)控制。
5、在滿足以上四點(diǎn)的前提下，如何有效降低運(yùn)行的成本。
三、兩種最具代表性的在線淬火系統(tǒng)
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