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目次
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《鋁及鋁合金管材生產》介紹了管材的特性、生產方式及工藝流程、管材擠壓技術、管材軋制技術、拉伸技術、精整矯直技術、熱處理技術、工模具設計與制造、安全環保措施、缺陷產生的原因及解決措施等方面的內容。介紹了反向擠壓等先進生產工藝及對產品質量的影響。分析了潤滑擠壓、無潤滑擠壓、穿孔擠壓等工藝對產品質量的影響、大直徑管材拉件工藝及毛細管材生產工藝的制定等。
目次
第1章 鋁及鋁合金管材1
1.1 概述1
1.2 管材的品種、分類及用途4
1.2.1 管材的品種、分類4
1.2.2 管材的規格及表示方法5
1.2.3 鋁錠品質要求5
1.3 管材的生產方法與工藝流程6
1.3.1 管材的生產方法6
1.3.2 管材的主要生產工藝流程7
1.4 管材生產的工藝特點10
第2章 鋁及鋁合金管材擠壓11
2.1 管材擠壓方法11
2.1.1 正向擠壓法11
2.1.2 反向擠壓法15
2.1.3 其他擠壓法17
2.2 管材擠壓時金屬變形特點和力學條件18
2.2.1 擠壓時金屬變形的應力與應變18
2.2.2 擠壓時金屬變形階段的劃分19
2.2.3 擠壓時各階段金屬變形的特點19
2.2.4 影響金屬流動的主要因素22
2.3 擠壓制品的組織和性能22
2.3.1 擠壓制品的組織22
2.3.2 粗晶環23
2.3.3 縮尾24
2.3.4 擠壓制品的力學性能25
2.3.5 擠壓效應25
2.3.6 擠壓殘料26
2.4 擠壓參數的計算26
2.4.1 擠壓力的計算27
2.4.2 擠壓系數計算31
2.4.3 填充系數計算31
2.4.4 比壓的計算31
2.4.5 擠壓速度計算32
2.5 管材擠壓工藝32
2.5.1 擠壓方法與設備的選擇33
2.5.2 擠壓工藝參數的確定34
2.5.3 擠壓用錠坯的選擇41
2.5.4 擠壓時的工藝潤滑44
2.6 擠壓操作47
2.6.1 擠壓工模具的加熱47
2.6.2 鑄錠的加熱48
2.6.3 擠壓管材的操作48
2.7 擠壓管材的品質控制49
2.7.1 擠壓管材的尺寸偏差49
2.7.2 二次擠壓中間毛料尺寸偏差及表面品質52
2.7.3 擠壓管毛料尺寸偏差及表面品質52
2.7.4 檢驗量具的精度與使用55
第3章 鋁及鋁合金管材軋制57
3.1 管材軋制方法57
3.1.1 二輥冷軋管法57
3.1.2 多輥式冷軋管法59
3.2 冷軋時金屬的變形與應力60
3.2.1 軋制過程中的金屬變形60
3.2.2 冷軋管的應力狀態63
3.3 軋制力及其計算65
3.3.1 二輥式冷軋管軋制力及其計算65
3.3.2 二輥式軋管時的軸向力及其計算69
3.3.3 多輥軋機軋制力的計算72
3.4 鋁及鋁合金管材冷軋工藝72
3.4.1 軋制管坯的選擇及準備72
3.4.2 冷軋管機的操作及品質控制78
3.4.3 冷軋管工藝80
3.5 冷軋管材的主要缺陷96
3.5.1 裂紋、裂口96
3.5.2 飛邊97
3.5.3 壁厚不均98
3.5.4 金屬壓入或壓坑99
3.5.5 軋制圓環99
3.5.6 管材橢圓100
3.5.7 管材表面劃傷100
第4章 鋁及鋁合金管材拉伸101
4.1 概述101
4.2 管材拉伸方法及特點102
4.2.1 無芯頭拉伸102
4.2.2 短芯頭拉伸104
4.2.3 游動芯頭拉伸104
4.2.4 長芯頭拉伸105
4.2.5 擴徑106
4.3 管材拉伸時的變形與應力106
4.3.1 管材拉伸時的主應力和主變形106
4.3.2 管材拉伸力的計算109
4.3.3 影響拉伸力的主要因素112
4.4 管材拉伸工藝112
4.4.1 拉伸變形參數及其相互關系112
4.4.2 拉伸工藝制定113
4.5 拉伸管材的品質控制125
4.5.1 管材毛坯品質控制125
4.5.2 拉伸后的品質控制129
第5章 鋁合金管材精整與矯直135
5.1 概述135
5.2 雙曲線多輥式矯直135
5.2.1 矯直原理135
5.2.2 輥數配置與擺放方式136
5.2.3 管材直徑與矯直輥傾斜角137
5.2.4 矯直速度137
5.3 張力矯直138
5.4 型輥矯直139
5.5 扭擰矯直139
5.6 管材矯直品質控制139
5.6.1 管材矯直工藝要求139
5.6.2 管材矯直品質控制140
第6章 鋁及鋁合金熱處理143
6.1 退火143
6.1.1 回復144
6.1.2 再結晶144
6.1.3 退火工藝制定151
6.2 淬火153
6.2.1 淬火基本概念154
6.2.2 合金淬火后性能的變化154
6.2.3 鋁合金淬火工藝制定原則155
6.2.4 鋁合金管材淬火工藝要求158
6.2.5 鋁合金管材淬火工藝制度158
6.3 時效159
6.3.1 鋁合金時效過程159
6.3.2 脫溶序列160
6.3.3 影響時效過程的因素162
6.3.4 鋁合金時效工藝制定原則163
6.3.5 鋁合金管材時效工藝制度165
6.4 回歸處理166
第7章 工模具設計與制造168
7.1 概述168
7.2 擠壓工模具設計168
7.2.1 擠壓工模具168
7.2.2 擠壓筒的設計173
7.2.3 擠壓軸的設計177
7.2.4 穿孔系統的設計179
7.2.5 擠壓模子設計181
7.2.6 擠壓墊設計183
7.2.7 其他工具設計183
7.2.8 工模具的標準化和系列化184
7.3 軋制工具設計184
7.3.1 二輥式冷軋管機孔型設計185
7.3.2 多輥式冷軋管機孔型設計190
7.4 拉伸工模具設計195
7.4.1 拉伸模196
7.4.2 整徑模197
7.4.3 芯頭198
7.4.4 矩形波導管拉伸模200
7.4.5 矩形管拉伸模202
7.5 模具管理202
7.5.1 氣體軟氮化處理203
7.5.2 其他氮化工藝205
7.5.3 提高模具壽命的主要途徑206
第8章 鋁及鋁合金管材加工設備209
8.1 擠壓設備209
8.1.1 概述209
8.1.2 擠壓機的分類及應用210
8.1.3 擠壓機的先進技術和裝備211
8.1.4 正向擠壓機212
8.1.5 反向擠壓機217
8.1.6 冷擠壓機220
8.1.7 擠壓機配套設備220
8.2 軋管設備225
8.2.1 熱軋管機225
8.2.2 冷軋管機227
8.2.3 冷軋管機的發展236
8.3 管材拉制設備236
8.3.1 拉制設備的分類及應用236
8.3.2 鏈式拉伸機237
8.3.3 圓盤拉伸機239
8.3.4 液壓拉伸機242
8.4 管材精整設備243
8.4.1 矯直設備243
8.4.2 鋸切設備249
第9章 鋁及鋁合金管材缺陷產生原因及預防措施252
9.1 管材擠壓缺陷產生原因及預防措施252
9.2 管材軋制缺陷產生的原因及預防措施255
9.3 管材拉伸缺陷產生的原因及預防措施257
9.4 管材其他缺陷產生的原因及預防措施258
第10章 安全生產與環境保護260
10.1 概述260
10.1.1 大氣污染物排放260
10.1.2 工業爐窯氣體污染物排放261
10.1.3 噪音263
10.2 主要污染源及其危害265
10.3 綜合治理267
10.3.1 工業廢氣治理措施267
10.3.2 工業廢水治理措施267
10.3.3 工業噪音治理措施268
10.4 安全生產268
10.4.1 擠壓工序268
10.4.2 加熱爐268
10.4.3 冷加工工序269
10.4.4 蝕洗工序270
10.4.5 物料周轉與貯存270
參考文獻271
1.1 概述1
1.2 管材的品種、分類及用途4
1.2.1 管材的品種、分類4
1.2.2 管材的規格及表示方法5
1.2.3 鋁錠品質要求5
1.3 管材的生產方法與工藝流程6
1.3.1 管材的生產方法6
1.3.2 管材的主要生產工藝流程7
1.4 管材生產的工藝特點10
第2章 鋁及鋁合金管材擠壓11
2.1 管材擠壓方法11
2.1.1 正向擠壓法11
2.1.2 反向擠壓法15
2.1.3 其他擠壓法17
2.2 管材擠壓時金屬變形特點和力學條件18
2.2.1 擠壓時金屬變形的應力與應變18
2.2.2 擠壓時金屬變形階段的劃分19
2.2.3 擠壓時各階段金屬變形的特點19
2.2.4 影響金屬流動的主要因素22
2.3 擠壓制品的組織和性能22
2.3.1 擠壓制品的組織22
2.3.2 粗晶環23
2.3.3 縮尾24
2.3.4 擠壓制品的力學性能25
2.3.5 擠壓效應25
2.3.6 擠壓殘料26
2.4 擠壓參數的計算26
2.4.1 擠壓力的計算27
2.4.2 擠壓系數計算31
2.4.3 填充系數計算31
2.4.4 比壓的計算31
2.4.5 擠壓速度計算32
2.5 管材擠壓工藝32
2.5.1 擠壓方法與設備的選擇33
2.5.2 擠壓工藝參數的確定34
2.5.3 擠壓用錠坯的選擇41
2.5.4 擠壓時的工藝潤滑44
2.6 擠壓操作47
2.6.1 擠壓工模具的加熱47
2.6.2 鑄錠的加熱48
2.6.3 擠壓管材的操作48
2.7 擠壓管材的品質控制49
2.7.1 擠壓管材的尺寸偏差49
2.7.2 二次擠壓中間毛料尺寸偏差及表面品質52
2.7.3 擠壓管毛料尺寸偏差及表面品質52
2.7.4 檢驗量具的精度與使用55
第3章 鋁及鋁合金管材軋制57
3.1 管材軋制方法57
3.1.1 二輥冷軋管法57
3.1.2 多輥式冷軋管法59
3.2 冷軋時金屬的變形與應力60
3.2.1 軋制過程中的金屬變形60
3.2.2 冷軋管的應力狀態63
3.3 軋制力及其計算65
3.3.1 二輥式冷軋管軋制力及其計算65
3.3.2 二輥式軋管時的軸向力及其計算69
3.3.3 多輥軋機軋制力的計算72
3.4 鋁及鋁合金管材冷軋工藝72
3.4.1 軋制管坯的選擇及準備72
3.4.2 冷軋管機的操作及品質控制78
3.4.3 冷軋管工藝80
3.5 冷軋管材的主要缺陷96
3.5.1 裂紋、裂口96
3.5.2 飛邊97
3.5.3 壁厚不均98
3.5.4 金屬壓入或壓坑99
3.5.5 軋制圓環99
3.5.6 管材橢圓100
3.5.7 管材表面劃傷100
第4章 鋁及鋁合金管材拉伸101
4.1 概述101
4.2 管材拉伸方法及特點102
4.2.1 無芯頭拉伸102
4.2.2 短芯頭拉伸104
4.2.3 游動芯頭拉伸104
4.2.4 長芯頭拉伸105
4.2.5 擴徑106
4.3 管材拉伸時的變形與應力106
4.3.1 管材拉伸時的主應力和主變形106
4.3.2 管材拉伸力的計算109
4.3.3 影響拉伸力的主要因素112
4.4 管材拉伸工藝112
4.4.1 拉伸變形參數及其相互關系112
4.4.2 拉伸工藝制定113
4.5 拉伸管材的品質控制125
4.5.1 管材毛坯品質控制125
4.5.2 拉伸后的品質控制129
第5章 鋁合金管材精整與矯直135
5.1 概述135
5.2 雙曲線多輥式矯直135
5.2.1 矯直原理135
5.2.2 輥數配置與擺放方式136
5.2.3 管材直徑與矯直輥傾斜角137
5.2.4 矯直速度137
5.3 張力矯直138
5.4 型輥矯直139
5.5 扭擰矯直139
5.6 管材矯直品質控制139
5.6.1 管材矯直工藝要求139
5.6.2 管材矯直品質控制140
第6章 鋁及鋁合金熱處理143
6.1 退火143
6.1.1 回復144
6.1.2 再結晶144
6.1.3 退火工藝制定151
6.2 淬火153
6.2.1 淬火基本概念154
6.2.2 合金淬火后性能的變化154
6.2.3 鋁合金淬火工藝制定原則155
6.2.4 鋁合金管材淬火工藝要求158
6.2.5 鋁合金管材淬火工藝制度158
6.3 時效159
6.3.1 鋁合金時效過程159
6.3.2 脫溶序列160
6.3.3 影響時效過程的因素162
6.3.4 鋁合金時效工藝制定原則163
6.3.5 鋁合金管材時效工藝制度165
6.4 回歸處理166
第7章 工模具設計與制造168
7.1 概述168
7.2 擠壓工模具設計168
7.2.1 擠壓工模具168
7.2.2 擠壓筒的設計173
7.2.3 擠壓軸的設計177
7.2.4 穿孔系統的設計179
7.2.5 擠壓模子設計181
7.2.6 擠壓墊設計183
7.2.7 其他工具設計183
7.2.8 工模具的標準化和系列化184
7.3 軋制工具設計184
7.3.1 二輥式冷軋管機孔型設計185
7.3.2 多輥式冷軋管機孔型設計190
7.4 拉伸工模具設計195
7.4.1 拉伸模196
7.4.2 整徑模197
7.4.3 芯頭198
7.4.4 矩形波導管拉伸模200
7.4.5 矩形管拉伸模202
7.5 模具管理202
7.5.1 氣體軟氮化處理203
7.5.2 其他氮化工藝205
7.5.3 提高模具壽命的主要途徑206
第8章 鋁及鋁合金管材加工設備209
8.1 擠壓設備209
8.1.1 概述209
8.1.2 擠壓機的分類及應用210
8.1.3 擠壓機的先進技術和裝備211
8.1.4 正向擠壓機212
8.1.5 反向擠壓機217
8.1.6 冷擠壓機220
8.1.7 擠壓機配套設備220
8.2 軋管設備225
8.2.1 熱軋管機225
8.2.2 冷軋管機227
8.2.3 冷軋管機的發展236
8.3 管材拉制設備236
8.3.1 拉制設備的分類及應用236
8.3.2 鏈式拉伸機237
8.3.3 圓盤拉伸機239
8.3.4 液壓拉伸機242
8.4 管材精整設備243
8.4.1 矯直設備243
8.4.2 鋸切設備249
第9章 鋁及鋁合金管材缺陷產生原因及預防措施252
9.1 管材擠壓缺陷產生原因及預防措施252
9.2 管材軋制缺陷產生的原因及預防措施255
9.3 管材拉伸缺陷產生的原因及預防措施257
9.4 管材其他缺陷產生的原因及預防措施258
第10章 安全生產與環境保護260
10.1 概述260
10.1.1 大氣污染物排放260
10.1.2 工業爐窯氣體污染物排放261
10.1.3 噪音263
10.2 主要污染源及其危害265
10.3 綜合治理267
10.3.1 工業廢氣治理措施267
10.3.2 工業廢水治理措施267
10.3.3 工業噪音治理措施268
10.4 安全生產268
10.4.1 擠壓工序268
10.4.2 加熱爐268
10.4.3 冷加工工序269
10.4.4 蝕洗工序270
10.4.5 物料周轉與貯存270
參考文獻271
序言
前言
中國鋁擠壓工業在20世紀80年代得到了快速發展，進入21世紀，中國已成為全球最大的鋁擠壓材生產國及凈出口國。2006年中國鋁擠壓材產量達到402萬t，其中管材的產量達到11萬t，成為世界最主要的鋁加工生產基地。
鋁及鋁合金管材因生產工藝不同，可分為有縫管和無縫管。有縫管是采用分流組合模或橋式組合模，擠壓時用實心鑄錠經分流橋將金屬分成2~4股，之后金屬流進焊合室內，在高溫高壓下，使金屬焊合而生產出擠壓管材。金屬在焊合時受到擠壓力、擠壓溫度及金屬表面狀況等多種因素的作用，對管材的焊合品質造成一定影響，降低了管材的整體性能。無縫管是采用穿孔針擠壓的方式，使用空心鑄錠或實心鑄錠。穿孔針在穿孔力的作用下，穿入鑄錠中心，與擠壓模之間形成環形空間，金屬從環形空間流出而形成擠壓管材。由于擠壓過程中金屬始終為一整體，沒有焊合線，提高了管材的整體性，有利于擠壓管材進一步冷加工生產。鋁及鋁合金無縫擠壓管最大的特點是采用穿孔針擠壓，由于空心鑄錠生產難度較大，特別是裂紋傾向大的含合金元素多的合金，空心鑄錠難以生產。同時受到穿孔針直徑及強度限制，以及設備能力與精度等各種因素的影響，給管材的生產帶來了一系列困難。
隨著國家降本減耗等一系列政策的出臺，對管材的要求越來越高，100 MN、125 MN等大擠壓力的雙動擠壓機相繼投入使用，其生產工藝不斷優化。本書為中國有色金屬工業協會組織編寫《中國有色金屬叢書》之一種。作者根據多年來技術開發與研制，在生產經驗的積累和總結的基礎上，參閱、整理大量最新技術文獻和資料，編寫成本書，期望能成為鋁加工企業的生產技術工人、工程技術人員、研究人員和高校師生有用的參考書。
本書共分9章，第1章為鋁合金無縫管的特性、分類、工藝流程及工藝特點等(曹秀萍編寫); 第2章為鋁及鋁合金管材擠壓技術與工藝(曹秀萍編寫); 第3章為鋁及鋁合金管材軋制技術及工藝(曹秀萍編寫); 第4章為鋁及鋁合金管材拉伸技術與工藝(魏長傳編寫); 第5章為鋁及鋁合金管材精整與矯直(魏長傳編寫); 第6章為鋁及鋁合金管材熱處理(魏長傳編寫); 第7章為工模具設計與制造(魏長傳編寫); 第8章為鋁及鋁合金管材加工設備(石建業編寫); 第9章鋁及鋁合金管材缺陷產生原因及預防措施(魏長傳編寫); 第10章為安全生產與環境保護(魏長傳編寫)。
在編寫本書過程中引用了國內外專家學者和工程技術人員許多寶貴的資料和技術成果，所引用之處均以參考文獻明示; 除此之外，還得到了中國鋁業公司、中南大學、西北鋁加工分公司相關人員的大力支持，在此向他(她)們表示深深的謝意。
由于作者的學識和經驗有限，書中難免有不妥之處，敬請廣大讀者批評指正。
中國鋁擠壓工業在20世紀80年代得到了快速發展，進入21世紀，中國已成為全球最大的鋁擠壓材生產國及凈出口國。2006年中國鋁擠壓材產量達到402萬t，其中管材的產量達到11萬t，成為世界最主要的鋁加工生產基地。
鋁及鋁合金管材因生產工藝不同，可分為有縫管和無縫管。有縫管是采用分流組合模或橋式組合模，擠壓時用實心鑄錠經分流橋將金屬分成2~4股，之后金屬流進焊合室內，在高溫高壓下，使金屬焊合而生產出擠壓管材。金屬在焊合時受到擠壓力、擠壓溫度及金屬表面狀況等多種因素的作用，對管材的焊合品質造成一定影響，降低了管材的整體性能。無縫管是采用穿孔針擠壓的方式，使用空心鑄錠或實心鑄錠。穿孔針在穿孔力的作用下，穿入鑄錠中心，與擠壓模之間形成環形空間，金屬從環形空間流出而形成擠壓管材。由于擠壓過程中金屬始終為一整體，沒有焊合線，提高了管材的整體性，有利于擠壓管材進一步冷加工生產。鋁及鋁合金無縫擠壓管最大的特點是采用穿孔針擠壓，由于空心鑄錠生產難度較大，特別是裂紋傾向大的含合金元素多的合金，空心鑄錠難以生產。同時受到穿孔針直徑及強度限制，以及設備能力與精度等各種因素的影響，給管材的生產帶來了一系列困難。
隨著國家降本減耗等一系列政策的出臺，對管材的要求越來越高，100 MN、125 MN等大擠壓力的雙動擠壓機相繼投入使用，其生產工藝不斷優化。本書為中國有色金屬工業協會組織編寫《中國有色金屬叢書》之一種。作者根據多年來技術開發與研制，在生產經驗的積累和總結的基礎上，參閱、整理大量最新技術文獻和資料，編寫成本書，期望能成為鋁加工企業的生產技術工人、工程技術人員、研究人員和高校師生有用的參考書。
本書共分9章，第1章為鋁合金無縫管的特性、分類、工藝流程及工藝特點等(曹秀萍編寫); 第2章為鋁及鋁合金管材擠壓技術與工藝(曹秀萍編寫); 第3章為鋁及鋁合金管材軋制技術及工藝(曹秀萍編寫); 第4章為鋁及鋁合金管材拉伸技術與工藝(魏長傳編寫); 第5章為鋁及鋁合金管材精整與矯直(魏長傳編寫); 第6章為鋁及鋁合金管材熱處理(魏長傳編寫); 第7章為工模具設計與制造(魏長傳編寫); 第8章為鋁及鋁合金管材加工設備(石建業編寫); 第9章鋁及鋁合金管材缺陷產生原因及預防措施(魏長傳編寫); 第10章為安全生產與環境保護(魏長傳編寫)。
在編寫本書過程中引用了國內外專家學者和工程技術人員許多寶貴的資料和技術成果，所引用之處均以參考文獻明示; 除此之外，還得到了中國鋁業公司、中南大學、西北鋁加工分公司相關人員的大力支持，在此向他(她)們表示深深的謝意。
由于作者的學識和經驗有限，書中難免有不妥之處，敬請廣大讀者批評指正。
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