超宽幅散热器用铝箔铸轧生产工艺探讨.pdf
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1、0前言随着经济的发展,空调的普及率逐年提高,散热器用铝箔成为了铝箔类产品中需求最高的种类。铝箔作为空调散热器用材料,其优异的导热性能和加工性目前还无可替代。铸轧工艺在生产坯料时将铸造与轧制结合,减少了工艺流程,同时具有节能降耗、废料少等诸多优势,目前逐渐成为生产箔材坯料最重要的生产方式。由于空调散热器用铝箔的成品厚度一般在 80100 m 之间,在这种尺度上,铸轧坯料中的夹渣、气道等微观缺陷一般不会影响到成品道次的轧制,而且空调箔的规格较为单一,适合大规模的生产,那么如何控制成本,提高效率就成为了铝箔企业在市场竞争中的立足之本。某公司1 020 mm2 000 mm 的铸轧机生产的宽幅铸轧卷宽
2、为 1 672 mm,轧辊辊面宽度为2 000 mm,辊面利用率较低,为83.6%。963 mm为常规的窄幅散热器用铝箔,如果在820 mm1 700 mm的铸轧机上进行单线生产效率太低。而如果将两批窄幅铸轧坯料在一台宽幅铸轧机上生产,铸轧卷经过冷轧、剖条,可满足窄幅订单的需要,即可大幅提高生产效率。但是1 970 mm的宽幅坯料已经超出了常规宽幅铸轧机的设备能力,在生产中会面对诸多难题,如:(1)铸轧坯料版型控制难度大,容易造成成品板型异常,影响涂层涂覆效果;(2)宽幅铸轧卷工艺裂边较大,为5 mm。在冷轧的生产过程中,在张力与压力的双重作用下,裂边不断扩展,原有较大的裂边在冷轧压延下达到一
3、定程度会导致断带,或在切边道次不能全部切掉,影响后续加工,增加工艺切边量,导致产品的成品率降低,生产成本增加。本文通过改进铸嘴结构,优化铸轧工艺参数,大幅提高了生产效率。增大生产物料宽度可提高轧辊辊面利用率,可超过98.5%。控制裂边可减小工艺切边量。重新制定铸轧卷坯料板型标准来保证成品板型,有利于冷轧调整道次加工率减少一个道次,由传统工艺的8道次减为7个道次。最终实现了1 970 mm超宽幅3102铝合金铸轧坯料的稳定生产。1试验本次试验通过合理设计铸嘴结构来改善裂边,调整铸轧辊的辊径及相关工艺参数来获得较好的板型。1.1 试验设备试验设备为1 020 mm2 000 mm水平式铸轧超宽幅散
4、热器用铝箔铸轧生产工艺探讨吴世杰,张果,刘雪梅,王帅国,左崇飞(洛阳龙鼎铝业有限公司,洛阳 471300)摘要:针对超宽幅散热器用铝箔在铸轧工序生产中遇到的裂边以及冷轧轧制剖条后板型难以控制等问题,通过设计铸嘴结构,调整铸轧工艺参数,成功在1 0202 000 mm规格的铸轧机上生产出1 970 板宽的超宽规格铸轧坯料。关键词:铸轧;宽规格;裂边;板型中图分类号:TG339,TG146.21文献标识码:A文章编号:1005-4898(2023)05-0068-05doi:10.3969/j.issn.1005-4898.2023.05.14作者简介:吴世杰(1989-),男,河南平顶山人,工程
5、师,主要从事铝板带、铝箔生产技术研究。收稿日期:2023-02-282023年第5期总第274期铝加工深加工及其他 68吴世杰,等:超宽幅散热器用铝箔铸轧生产工艺探讨深加工及其他机。1.2 铸嘴设计图1(a)为过去1 600 mm的宽幅坯料常用的15左右的铸嘴耳子结构,相较于直线型的耳子,更符合流体的运动曲线,可以有效减少与带坯接触时的摩擦力。(a)改造前小弧度耳子(b)改造后大弧度耳子图1铸嘴耳子结构曾虎等3曾在1 200 mm2 300 mm的大辊径铸轧机上,使用类似图1(a)的小弧度耳子代替直线型耳子改善了2 000 mm宽的8011铸轧坯料的裂边情况。但在本次实验中图1(a)中的耳子对
6、于裂边的改善效果并不明显,原因在于本次实验所用的轧辊在边部没有水槽通过,这使得边部冷却效果较差,边部凝固壳体更薄,所能承受的剪切应力要小于冷却正常的带坯。图1(b)中为本次实验改造的45左右的大弧度铸嘴耳子,这样设计的目的在于使铝液从铸嘴中流出后可以在凝固壳形成前释放一部分的界面张力,同等耳子材料表面的摩擦因数相同,那么张力的减少,使凝固壳与耳子接触时的摩擦力有所减少,从而改善边部的裂边情况。由于在线宽度达到1 9701 975 mm,两侧的耳子最窄处只有1015 mm,立板过程中对放流的手法有更高要求。为了确保不翻铝,液位控制既要满足边部偏析的要求,也要保证液位不能太高,减小铸造区的静压力,
7、保证耳子不被损坏。1.3 铸轧辊规格和工艺参数本实验目的是为了探究能生产出可供两批窄幅订单使用的宽幅铸轧坯料的工艺方案。成品坯料维持负凸度或相对较小的凸度,便可从板型上降低后续加工的难度。设计以下的工艺参数便是为了获得预想的板型。(1)轧辊规格的选择。轧辊的凸度是板型控制的基础。本实验选择了较大的轧辊凸度,以期获得负凸度的板型。同时轧辊辊径要尽可能大,在宽幅坯料的生产中带坯对轧辊的反作用力更大,使用较大辊径的轧辊可以减少张力引起的变形。(2)铸轧区长度的选择。图2为铸轧区的示意图。采用较小的铸轧区,就减小了变形区。减少变形量,会使厚度减薄。在同等条件下,板型接近于原始辊型,就可避免结晶不平衡、
8、变形量过大造成的板型缺陷放大问题。常规宽幅铸轧区长度一般在5565 cm之间。图2铸轧区示意图1.4 实验方案通过以上的理论分析,分别设计了两个实验以验证工艺设计的正确性。表1和表2示出了具体的实验方案。表1实验1具体方案方案12铸嘴耳子结构小弧度大弧度轧辊凸度0.28/0.280.27/0.27辊径/1009.5/1009.51013.95/1014.68铸轧区长度/56605660铸轧速度/mmmin880880实验 1 中的 2 个方案仅在耳子设计上有所不同,其他工艺参数基本保持一致,以验证铸嘴耳子结构对铸轧坯料裂边的影响。不同批次的生产难以保证轧辊规格的统一,但根据以往的生产经验,铸轧
9、辊辊径的小幅度变化对铸轧带坯裂边的产生没有直接的影响,本实验忽略不计。表2实验2具体方案方案345轧辊凸度0.3/0.30.28/0.280.27/0.27辊径/983.38/983.151009.5/1009.51013.95/1014.68铸轧区长度/525656606265铸轧速度/mmmin880-920880-920880-920实验2则是为了对比分析轧辊的规格以及铸轧区长度对板型的影响,进行3组实验。3组实验均轧制中心线铸轧区铸造区冷却区变形区 69采用大弧度铸嘴耳子结构。方案3为小辊径的轧辊,选择最小的铸轧区与方案4对比分析轧辊规格对板型的影响。方案5选择了大辊径的轧辊,同时选择
10、了更大的铸轧区,与方案4对比分析铸轧区长度对板型的影响。2实验结果2.1 铸嘴改造实验图3为铸嘴改造前后的铸轧坯料的裂边情况对比。由图3(a)所示,正如之前所分析的原理,即使小弧度的耳子降低了部分的摩擦力,但铸轧坯料的裂边仍然较大,且较为密集。这种程度的裂边在后续轧制过程中极易扩展,增加切边的废料。由图3(b)看,改进铸嘴后的坯料边部的裂边尺寸明显减小,且数量大幅减少。(a)方案1(b)方案2图3铸嘴改造前后的铸轧坯料的裂边情况2.2 实验坯料的板型情况图4为实验2中实验坯料的板形情况。方案3中的小辊径轧辊在轧制过程中更易发生弯曲变形,仍使得板形凸度较大;方案5即使选用了比方案4还大的轧辊辊径
11、,但是较长的铸轧区还是使得坯料的凸度偏向正值;方案4的板形则明显优于其他两类,相邻两点差0.02 mm,两边差0.03 mm。在生产过程中存在的问题是轧辊边部没有水槽通过,冷却能力差,使得周期样板最边部的35 cm厚度明显高于其他位置,但通过后工序的轧制切边精整可逐渐将此类缺陷消除。(a)方案3(b)方案4(c)方案5图4实验坯料的板形情况3分析与讨论3.1 裂边产生的成因(1)合金元素。表3为3102铝合金的成分。表33102合金化学成分标准(质量分数/%)Fe0.270.32注:Cu0.02,Mg0.01,Zn0.02,其他单个0.02,其他总和0.10。Si0.080.11Mn0.180
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