铝及铝合金管材生产

第1章 铝及铝合金管材1 1.1 概述1 1.2 管材的品种、分类及用途4 1.2.1 管材的品种、分类4 1.2.2 管材的规格及表示方法5 1.2.3 铝锭品质要求5 1.3 管材的生产方法与工艺流程6 1.3.1 管材的生产方法6 1.3.2 管材的主要生产工艺流程7 1.4 管材生产的工艺特点10第2章 铝及铝合金管材挤压11 2.1 管材挤压方法11 2.1.1 正向挤压法11 2.1.2 反向挤压法15 2.1.3 其他挤压法17 2.2 管材挤压时金属变形特点和力学条件18 2.2.1 挤压时金属变形的应力与应变18 2.2.2 挤压时金属变形阶段的划分19 2.2.3 挤压时各阶段金属变形的特点19 2.2.4 影响金属流动的主要因素22 2.3 挤压制品的组织和性能22 2.3.1 挤压制品的组织22 2.3.2 粗晶环23 2.3.3 缩尾24 2.3.4 挤压制品的力学性能25 2.3.5 挤压效应25 2.3.6 挤压残料26 2.4 挤压参数的计算26 2.4.1 挤压力的计算27 2.4.2 挤压系数计算31 2.4.3 填充系数计算31 2.4.4 比压的计算31 2.4.5 挤压速度计算32 2.5 管材挤压工艺32 2.5.1 挤压方法与设备的选择33 2.5.2 挤压工艺参数的确定34 2.5.3 挤压用锭坯的选择41 2.5.4 挤压时的工艺润滑44 2.6 挤压操作47 2.6.1 挤压工模具的加热47 2.6.2 铸锭的加热48 2.6.3 挤压管材的操作48 2.7 挤压管材的品质控制49 2.7.1 挤压管材的尺寸偏差49 2.7.2 二次挤压中间毛料尺寸偏差及表面品质52 2.7.3 挤压管毛料尺寸偏差及表面品质52 2.7.4 检验量具的精度与使用55第3章 铝及铝合金管材轧制57 3.1 管材轧制方法57 3.1.1 二辊冷轧管法57 3.1.2 多辊式冷轧管法59 3.2 冷轧时金属的变形与应力60 3.2.1 轧制过程中的金属变形60 3.2.2 冷轧管的应力状态63 3.3 轧制力及其计算65 3.3.1 二辊式冷轧管轧制力及其计算65 3.3.2 二辊式轧管时的轴向力及其计算69 3.3.3 多辊轧机轧制力的计算72 3.4 铝及铝合金管材冷轧工艺72 3.4.1 轧制管坯的选择及准备72 3.4.2 冷轧管机的操作及品质控制78 3.4.3 冷轧管工艺80 3.5 冷轧管材的主要缺陷96 3.5.1 裂纹、裂口96 3.5.2 飞边97 3.5.3 壁厚不均98 3.5.4 金属压入或压坑99 3.5.5 轧制圆环99 3.5.6 管材椭圆100 3.5.7 管材表面划伤100第4章 铝及铝合金管材拉伸101 4.1 概述101 4.2 管材拉伸方法及特点102 4.2.1 无芯头拉伸102 4.2.2 短芯头拉伸104 4.2.3 游动芯头拉伸104 4.2.4 长芯头拉伸105 4.2.5 扩径106 4.3 管材拉伸时的变形与应力106 4.3.1 管材拉伸时的主应力和主变形106 4.3.2 管材拉伸力的计算109 4.3.3 影响拉伸力的主要因素112 4.4 管材拉伸工艺112 4.4.1 拉伸变形参数及其相互关系112 4.4.2 拉伸工艺制定113 4.5 拉伸管材的品质控制125 4.5.1 管材毛坯品质控制125 4.5.2 拉伸后的品质控制129第5章 铝合金管材精整与矫直135 5.1 概述135 5.2 双曲线多辊式矫直135 5.2.1 矫直原理135 5.2.2 辊数配置与摆放方式136 5.2.3 管材直径与矫直辊倾斜角137 5.2.4 矫直速度137 5.3 张力矫直138 5.4 型辊矫直139 5.5 扭拧矫直139 5.6 管材矫直品质控制139 5.6.1 管材矫直工艺要求139 5.6.2 管材矫直品质控制140第6章 铝及铝合金热处理143 6.1 退火143 6.1.1 回复144 6.1.2 再结晶144 6.1.3 退火工艺制定151 6.2 淬火153 6.2.1 淬火基本概念154 6.2.2 合金淬火后性能的变化154 6.2.3 铝合金淬火工艺制定原则155 6.2.4 铝合金管材淬火工艺要求158 6.2.5 铝合金管材淬火工艺制度158 6.3 时效159 6.3.1 铝合金时效过程159 6.3.2 脱溶序列160 6.3.3 影响时效过程的因素162 6.3.4 铝合金时效工艺制定原则163 6.3.5 铝合金管材时效工艺制度165 6.4 回归处理166第7章 工模具设计与制造168 7.1 概述168 7.2 挤压工模具设计168 7.2.1 挤压工模具168 7.2.2 挤压筒的设计173 7.2.3 挤压轴的设计177 7.2.4 穿孔系统的设计179 7.2.5 挤压模子设计181 7.2.6 挤压垫设计183 7.2.7 其他工具设计183 7.2.8 工模具的标准化和系列化184 7.3 轧制工具设计184 7.3.1 二辊式冷轧管机孔型设计185 7.3.2 多辊式冷轧管机孔型设计190 7.4 拉伸工模具设计195 7.4.1 拉伸模196 7.4.2 整径模197 7.4.3 芯头198 7.4.4 矩形波导管拉伸模200 7.4.5 矩形管拉伸模202 7.5 模具管理202 7.5.1 气体软氮化处理203 7.5.2 其他氮化工艺205 7.5.3 提高模具寿命的主要途径206第8章 铝及铝合金管材加工设备209 8.1 挤压设备209 8.1.1 概述209 8.1.2 挤压机的分类及应用210 8.1.3 挤压?的先进技术和装备211 8.1.4 正向挤压机212 8.1.5 反向挤压机217 8.1.6 冷挤压机220 8.1.7 挤压机配套设备220 8.2 轧管设备225 8.2.1 热轧管机225 8.2.2 冷轧管机227 8.2.3 冷轧管机的发展236 8.3 管材拉制设备236 8.3.1 拉制设备的分类及应用236 8.3.2 链式拉伸机237 8.3.3 圆盘拉伸机239 8.3.4 液压拉伸机242 8.4 管材精整设备243 8.4.1 矫直设备243 8.4.2 锯切设备249第9章 铝及铝合金管材缺陷产生原因及预防措施252 9.1 管材挤压缺陷产生原因及预防措施252 9.2 管材轧制缺陷产生的原因及预防措施255 9.3 管材拉伸缺陷产生的原因及预防措施257 9.4 管材其他缺陷产生的原因及预防措施258第10章 安全生产与环境保护260 10.1 概述260 10.1.1 大气污染物排放260 10.1.2 工业炉窑气体污染物排放261 10.1.3 噪音263 10.2 主要污染源及其危害265 10.3 综合治理267 10.3.1 工业废气治理措施267 10.3.2 工业废水治理措施267 10.3.3 工业噪音治理措施268 10.4 安全生产268 10.4.1 挤压工序268 10.4.2 加热炉268 10.4.3 冷加工工序269 10.4.4 蚀洗工序270 10.4.5 物料周转与贮存270参考文献271

中国铝挤压工业在20世纪80年代得到了快速发展，进入21世纪，中国已成为全球最大的铝挤压材生产国及净出口国。2006年中国铝挤压材产量达到402万t，其中管材的产量达到11万t，成为世界最主要的铝加工生产基地。铝及铝合金管材因生产工艺不同，可分为有缝管和无缝管。有缝管是采用分流组合模或桥式组合模，挤压时用实心铸锭经分流桥将金属分成2—4股，之后金属流进焊合室内，在高温高压下，使金属焊合而生产出挤压管材。金属在焊合时受到挤压力、挤压温度及金属表面状况等多种因素的作用，对管材的焊合品质造成一定影响，降低了管材的整体性能。无缝管是采用穿孔针挤压的方式，使用空心铸锭或实心铸锭。穿孔针在穿孔力的作用下，穿人铸锭中心，与挤压模之间形成环形空间，金属从环形空间流出而形成挤压管材。由于挤压过程中金属始终为一整体，没有焊合线，提高了管材的整体性，有利于挤压管材进一步冷加工生产。铝及铝合金无缝挤压管最大的特点是采用穿孔针挤压，由于空心铸锭生产难度较大，特别是裂纹倾向大的含合金元素多的合金，空心铸锭难以生产。同时受到穿孔针直径及强度限制，以及设备能力与精度等各种因素的影响，给管材的生产带来了一系列困难。 随着国家降本减耗等一系列政策的出台，对管材的要求越来越高，100 MN、125MN等大挤压力的双动挤压机相继投入使用，其生产工艺不断优化。本书为中国有色金属工业协会组织编写《中国有色金属丛书》之一种。作者根据多年来技术开发与研制，在生产经验的积累和总结的基础上，参阅、整理大量最新技术文献和资料，编写成本书，期望能成为铝加工企业的生产技术工人、工程技术人员、研究人员和高校师生有用的参考书。