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解决铝型材冷却弯曲的方法研究

来源:广东坚美铝型材厂有限公司  作者:麦振海,陈力,陈俭,苏子洪,黄兆胜,陈伟坤,黄湛丰  日期:2012-9-14
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  摘要:文章介绍了铝型材冷却后产生弯曲原因,主要是由于型材在冷却后截面各点产生的收缩应力不平衡所致。而型材截面各点的冷却速度不均,是导致收缩应力不平衡产生的主要原因。通过制作和使用高压气雾喷嘴,对型材进行局部冷却,使型材截面各点的冷却速度和收缩应力趋于平衡,最终减小型材冷却后的弯曲程度,提高型材的矫直质量。试验条件为型材出口温度,挤压速度10~12m/min,高压气雾气压约0.4MPa、气水混合比约5:1,水温40~45℃,喷嘴数量1个。试验结果为型材离开牵引机时其厚壁部或空心管表面温度340~350℃,薄壁部表面温度约370℃,冷却后弯曲型材的弧高H为200~250mm。
  关键词:铝型材;挤压;冷却;应力;弯曲

  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。

  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。

  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。

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