鋁棒梯度加熱結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

（佛山堅美鋁業有限公司，廣東佛山528231）

鋁棒梯度加熱結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

（佛山堅美鋁業有限公司，廣東佛山528231）

在鋁型材擠壓生產過程中，擠壓速度對擠壓產品質量、模具壽命和生產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行比較試驗，分析了兩種工藝對鋁型材出料口溫度及擠壓速度的影響，驗證兩者相結合的可行性及應用效果。

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，金屬的變形和摩擦會導致鋁合金擠壓溫度的增加，并且擠壓溫度升高的程度會隨著擠壓速度的增加而增加。當擠壓速度過快時，會造成金屬流動不均勻，產品表面會出現麻點、裂紋等缺陷。相反，當擠壓速度過慢時，又會影響擠壓的生產效率[1]。因此合理的擠壓速度能夠降低材料的變形阻力，同時使擠壓材料熱量產生與散失保持平衡。我們在保證擠壓制品尺寸合格、不產生擠壓缺陷的前提下，應盡量提高設備的擠壓速度[2]。本文通過對鋁棒梯度加熱及模具液氮冷卻技術進行比較試驗，探討了其對鋁型材擠壓速度、出料口溫度的影響及應用的效果，供大家參考。

生源地為城市的大學生內隱自殺意念得分顯著高于生源地為農村的大學生，與之前一些研究者通過外顯問卷測量得到的結果相一致[37]，原因可能在于與生源地為農村的大學生相比，家住城市的大學生抗挫折能力相對不夠，情緒易受外界影響而產生自殺意念.本研究發現，不同家庭類型大學生的自殺意念存在顯著差異，普通家庭類型大學生內隱自殺意念得分顯著高于多代家庭類型的大學生，原因可能在于多代家庭類型大學生家庭成員較多，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

在進行鋁型材擠壓工序前，需要對鋁棒進行預加熱處理。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，并獲得良好的組織與性能。在擠壓生產時，隨著擠壓摩擦力的增大，金屬變形量增加，使變形區金屬溫度劇烈升高。當變形區內金屬溫度超過其最高臨界溫度時，金屬進入熱脆狀態，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象。因此為了保證高效的擠壓速度，適當降低擠壓溫度，對鋁棒進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之前，在其長度方向上形成一個溫度梯度。由于鋁合金導熱系數大，采用常規燃料加熱方法很難在鋁棒內產生精確的溫度梯度，并且無法保持該梯度。因此，須采用電磁感應加熱系統，其加熱方式為對鋁棒的一端或分段進行加熱。合理設計鋁棒的溫度梯度，可以提高擠壓速度，使擠壓過程近似于等溫擠壓。

2 模具液氮冷卻原理介紹

在鋁型材生產過程中，鋁棒在擠壓筒內通過模具被擠壓成型，擠出的鋁型材和模具的溫度均會升高，并且由于擠出的高溫型材和模具都暴露在空氣中，會出現如下缺陷：（1）在鋁型材表面會產生堅硬的氧化鋁顆粒，并且部分黏附在模具出口，對后續的型材表面容易造成劃痕，模具表面也會造成拉傷；（2）持續升高的模具溫度將導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致型材無規律變形甚至報廢。

基于超高層建筑施工監測內容及技術體系研究……………………………………… 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還會馬上蒸發為具有惰性的氮氣，保護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，不會造成坯料過冷，從而達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］。當大批量擠壓某種型材時，采用液氮冷卻模具技術，在取得顯著經濟效益的同時，還可以在一定程度上延長模具壽命。

3 試驗過程

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

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以最高主缸速度進行擠壓，至出現質量問題為止，試驗其最高主缸速度的持久性。

3.1 試驗準備

（1）準備階段

用1～3支鋁棒進行試壓，確認設備狀況及模具狀態。

①從第4支鋁棒開始進行提速，提速的初始主缸速度為7mm/s。

試驗用鋁棒經均質處理，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℃。試驗用模具狀態良好，可以保證提速過程中的壁厚在公差內，每次試驗棒數≥40條。

“雖然現在農資企業都在貼地飛行，但是很多渠道可以看出，目前肥料企業的農資終端看起來還是很浮躁的。”云圖控股副總裁劉曉霞告訴記者，“我認為，農資企業最終還是要回歸最本質的東西，也就是產品。這既包括產品技術研發的務實性，同時也包括產品服務中市場上農民和作物的需求。不是說最先進的技術就是最好的產品，而是要考慮到肥料的本質屬性，既要滿足作物生產的客觀需求，又兼具價優、物美、節能、高效。”

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進行。

4.2 試驗分析

“對分課堂”的教學理念最早出現在大學教學中，引入中學階段是教學發展的必然結果.尤其是在高中物理的教學中，大量的實踐需要學生同手去做.不管是電學的電路還是力學.人教版在教材的設計中充分考慮了學生的后續發展，將教材內容和教學方法都做出了適當的更新，滿足了當前物理教學的需求.

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

4.開展不定期合規管理人員培訓，固定學時，取證培訓。通過網絡授課、微信授課、實踐論文、路演等方式，鼓勵各級合規管理人員不斷地學習、提高合規業務水平，傳遞合規理念和實踐給企業其他員工，逐步形成企業上下“我要合規”的文化氛圍。

3.2 試驗方法

（3）記錄試驗過程的工藝數據。

“南海核心利益說”出臺正值南海問題逐漸升溫、美國內關于介入南海問題聲勢漸趨主流以及中國對南海局勢關注日漸增強的時刻。該說所揭示的“南海對于中國的重要性”不僅讓美國學界迅速掀起防范中國南海維權的風潮，直接加速美南海政策調整；還讓中國戰略界意識到南海維權斗爭的復雜性和艱巨性，助推中國南海維權深入發展。“南海核心利益說”在美中戰略界的廣泛影響所產生的各種研究成果，在不同的時間階段發揮各自作用，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度。

4 試驗結果與分析

4.1 試驗結果

通過以上梯度加熱和液氮冷卻工藝的對比試驗，并進行數據記錄，試驗結果見表1～表3。

表1 模具突破壓力及達速時間測試表

表2 最高擠壓速度及其棒數測試（A模）

表3 最高擠壓速度及其棒數測試（B模）

③提速至出現表面缺陷后，降速0.5～1mm/s，穩定擠壓3支鋁棒。

通過對鋁型材擠壓生產中普通、模具液氮冷卻、鋁棒梯度加熱以及液氮+梯度這四種工藝進行比較試驗，從表1的數據分析可知，使用梯度加熱工藝，A模的突破壓力降低了65.2t，達速時間縮短1s；B模突破壓力降低82t，達速時間縮短2.3s。

專家模糊評語是指專家根據自身經驗，對風險發生的頻度進行判斷。為了更符合表達方式并且靈活地表達專家的評語，依據GB/T 21562對危害事件的發生頻率的劃分，定義專家模糊評語集U={u1,u2,…,u6}={幾乎不可能,極少,很少,有時，經常,頻繁}，對應于證據理論中的證據。

對表2、表3的數據進行分析可知：

（1）采用梯度加熱工藝，對鋁棒進行分段式加熱，擠壓時高溫端朝擠壓模，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，將氮氣引至擠壓模出口處進行冷卻，可使被冷卻的擠壓制品急速收縮，冷卻擠壓模和變形區金屬，使變形熱被帶走，有效控制型材出口溫度的同時，又能提高擠壓速度。試驗證明，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，小學數學概念課中以拋錨式進行教學，實現教學的效果了嗎？本文選取了二年級上冊的《角的初步認識》一課，分析兩位教師的教學實錄，探討概念課中，拋錨式教學是否有效？

（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合使用，綜合了兩者的優點，可使擠壓性能最大化提升。試驗證明，采用梯度+液氮工藝，對于A模可提速約33.33%，對于B模可提速約31.34%，提速效果十分顯著。詳細分析結果見表4、表5。

表4 A模分析結果表

表5 B模分析結果表

從以上分析結果可知，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 結束語

在鋁型材擠壓生產中，采用梯度加熱結合液氮冷卻工藝，綜合了梯度加熱工藝與液氮冷卻工藝的優點，可有效提高擠壓速度。采用此種工藝，雖然需要前期的設備投資及生產過程中的液氮消耗，但在生產中可以顯著提高生產效率，企業的綜合生產成本是降低的，因此梯度加熱+液氮冷卻工藝在鋁型材加工行業具有較好的應用推廣價值。

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

[2]崔秀英.液氮冷卻模具擠壓建筑型材試驗研究[J].輕合金加工技術，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，2011

[4]吳錫坤，羅蘇.鋁型材加工實用技術手冊[M].長沙:中南大學出版社，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.，Foshan 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，從事鋁型材生產工藝技術與設備研究。

2016－12－14