铝杆制造冷挤压用铝圆片胚料方法

摘要

本发明涉及铝圆片制造技术领域，具体的说是一种铝杆制造冷挤压用铝圆片胚料方法，该方法包括以下步骤：(1)原料：铝杆；(2)采用铝杆轴向冷变形；(3)采用冷镦机或自动分切冲压机对冲截胚料进行二次轴向冷变形使挤压产生的结晶结构与位移方向能和该产品将应用于的冷挤铝管或铝罐的生产工艺的所需的结晶结构和位移方向相匹配；(4)对冷镦胚料的车皮倒角处理；(5)退火处理：一般选用的温度460℃-520℃，恒温时间为3-8小时为宜；(6)表面处理：使得铝圆片具有更好的润滑剂附着能力；(7)包装成品。本发明大大降低了铝圆片的生产成本，减少了回料次数，提高了成品率，两次轴向冷变形使得产品得到最大延伸率。

权利要求

1.一种铝杆制造冷挤压用铝圆片胚料方法，其特征在于该方法包括以下步骤：（1）选取原料：原料选用纯度大于99.50%的铝杆；

（2）轴向冷变形：通过拉丝机或拉拔机对铝杆进行轴向冷变形：拉丝、拉拔，变形量为

20%-30%；

（3）二次轴向冷变形：在冷镦机或自动分切冲压机上截取的初胚原料再次经过冷镦轴向变形与R角冷变形挤压，使挤压产生的结晶结构与位移方向能和该产品将应用于的冷挤铝管或铝罐的生产工艺的所需的结晶结构和位移方向相匹配；冷镦挤压的模腔底部要留有头部R角，R角的大小选用半径20mm-50mm的圆弧，所述的圆弧弧长为2mm—3mm，促使R角处金属结晶产生与模腔弧度相对应的晶粒位向；

（4）对冷镦胚料在加工过程中出现的断裂层、毛刺及R角的车皮倒角处理：在截取初胚原料的冲截面一定会留有冲截断裂层，其深度在0.1-0.3mm，为此选择加工的深度为

0.2mm—0.4mm，便于车皮倒角加工，此加工方式在自动车皮倒角机上一次完成；

（5）退火处理：退火设备采用网带炉或井式炉或箱式炉，铝圆片的前道冷变形加工量决定了它需要合理的退火温度与时间的，选用的温度460℃—520℃，恒温时间为3-8小时，控制在布氏硬度17—21；

（6）表面处理：采用光整机处理工艺或抛丸机处理工艺或六角滚筒机翻转研磨的处理工艺增加铝圆片的表面粗糙度；

（7）成品包装：对产品进行检验、称重包装，产品的内包装袋采用防潮材料。

2.如权利要求1所述的一种铝杆制造冷挤压用铝圆片胚料方法，其特征在于所述的挤压用铝圆片选用的铝杆的成分标准是GB/T1196-93中AL99.50所述的成分标准为Al≥99.5，其中Fe≤0.30，Si≤0.25，Cu≤0.02，Ga≤0.03，Mg≤0.05，其他每种≤0.03,杂质总和≤0.50。

3.如权利要求1所述的一种铝杆制造冷挤压用铝圆片胚料方法，其特征在于所述的铝圆片的一个面必须呈现圆形头部和R角，此面作为进入冷挤压模具底部。

4.如权利要求1所述的一种铝杆制造冷挤压用铝圆片胚料方法，其特征在于所述的冷挤压用铝圆片必须是完全退火状态。

说明书

铝杆制造冷挤压用铝圆片胚料方法

[技术领域]

[0001] 本发明涉及铝圆片制造技术领域，具体的说是一种铝杆制造冷挤压用铝圆片胚料方法。[背景技术]

[0002] 铝圆片一般可分为软质铝管用及硬质铝罐用铝圆片两大类，一般管壁厚在0.10mm以下的称之为软管（如牙膏管、胶水管、医药膏管、鞋油膏管等）；壁厚在0.30mm以上的称之为硬质铝管（如睫毛膏管、记号笔管、化妆品口红管、电容器管、农药管、摩丝管、气雾罐等）。

[0003] 传统的铝圆片制造方法分为以下两种情况：

[0004] A、压延冲制法，其制造工艺为：原料（铝锭或其它回料）→熔炼→铸锭→热轧→冷轧→分切→冲制→退火→表面处理→包装；其优点是：工艺成熟、设备通用性强；其缺点为：工艺繁琐、能耗大、成品率低（35%--70%）、品质低下、产品结晶有板织结构。

[0005] B、热挤压冲制法（其中“挤压”是指采用铝型材挤压机生产铝板的一种方法），其制造工艺为：原料（铝锭或其它回料）→熔炼→铸锭→加热→挤压→分切→冲制→退火→表面处理→包装；其优点是：常规工艺设备，无结晶板织结构，品质尚可，尤其适用于化妆品包装铝材的阳极氧化；其缺点为：工艺复杂，能耗大，成品率低。

[0006] 传统工艺由于产品经过冲压生产，因而产生很高比例的边角料（冲制回料），根据铝圆片规格不同，产出的回料比例也不同，最高可达70%，这么多的回料又经过二次熔炼、铸造等不同工艺，从而降低了产品的成品率；一般传统工艺制造软管用的铝圆片，成品率在70%左右；制作化妆品及气雾罐的成品率在50%左右；制作记号笔铝管产品的成品率在35%左右（成品率是由铝圆片的厚度确定冲制搭边来决定的）。

[0007] 如以成品率50%计算，平均每生产1000kg铝圆片原料烧损在2.5—3%左右，熔炼所需燃油消耗在130kg标准柴油，且采用铸锭、热轧、冷轧工艺生产的铝圆片虽经过后续退火处理，由于铝合金的二元相、三元相结构与机理复杂，也无法真正获得想要的细小均匀结晶。在终端客户产品中呈现抛物线状结晶结构及制耳,见附图1。

[0008] 即使采用挤压冲制法，也由于铝棒的重复加热对制造成本不利，虽然板料已经过热挤压后的结晶回复，避免了板织结构，但由于工艺特点无法获得大体积的优质铝材，从而影响了成品率。

[0009] 国内专利200510122626.0公开了一种铝圆片加工工艺的方法，然而由铝圆片的使用特性得知，采用铝杆分切冷镦的方法最主要的技术瓶颈是怎样处理修复铝圆片的圆头与R角了，而该专利未对断切冷镦时的断裂层、翻卷口、毛刺等缺陷做任何修善处理，该技术不能很好的应用于铝圆片“冷挤压制管、罐”领域，其次，由于硬质铝管、罐的壁厚较厚，相对而言，对铝圆片的变形量小，容易出现冷挤压铝管、罐的表面缺陷，其原理如同一根布满伤痕的橡皮筋逾加拉长（变形越大）时，它的伤痕越不明显，但延伸率一定远不及完好无损的橡皮筋那么具有极限的。由上述情况可以分析出“沙洲职工学院”的制造铝圆片的方法在变形量较大的铝质软管产品中的缺陷低于硬质铝罐产品的；但同样由于铝圆片上留有先天的病灶（无R角变形处理、无圆头车皮、无倒角处理、无表面处理等）一定会隐藏或出现如附图4、9、10中的不合格品，在软管中由于存在隐性的铝圆片缺陷，还会出现牙膏或药用软管使用时的挤压受损，胶水管的漏水现象；并且未经退火处理产品因留有前期加工硬化和塑性极低的特性，是无法用于冷挤压铝圆片生产的。[发明内容]

[0010] 本发明的目的就是要解决现有技术的不足，提供一种工艺自动化程度更高、可控性能更强的制造冷挤压用铝圆片胚料方法。

[0011] 为实现上述目的设计一种铝杆制造冷挤压用铝圆片胚料方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

[0012] （1）选取原料：原料选用纯度大于99.50%的铝杆；

[0013] （2）轴向冷变形：通过拉丝机或拉拔机对铝杆进行轴向冷变形：拉丝、拉拔，变形量为20%-30%；

[0014] （3）二次轴向冷变形：在冷镦机或自动分切冲压机上截取的初胚原料再次经过冷镦轴向变形与R角冷变形挤压，使挤压产生的结晶结构与位移方向能和该产品将应用于的冷挤铝管或铝罐的生产工艺的所需的结晶结构和位移方向相匹配；冷镦挤压的模腔底部要留有头部R角，R角的大小选用半径20mm-50mm的圆弧，所述的圆弧弧长为2mm—3mm，促使R角处金属结晶产生与模腔弧度相对应的晶粒位向；

[0015] （4）对冷镦胚料在加工过程中出现的断裂层、毛刺及R角的车皮倒角处理：在截取初胚原料的冲截面一定会留有冲截断裂层，其深度在0.1-0.3mm，为此选择加工的深度为0.2mm—0.4mm，便于车皮倒角加工，此加工方式可在自动车皮倒角机上一次完成；

[0016] （5）退火处理：退火设备采用网带炉或井式炉或箱式炉，铝圆片的前道冷变形加工量决定了它需要合理的退火温度与时间的，选用的温度460℃—520℃，恒温时间为3-8小时，控制在布氏硬度17—21；

[0017] （6）表面处理：采用光整机处理工艺或抛丸机处理工艺或六角滚筒机翻转研磨的处理工艺增加铝圆片的表面粗糙度；

[0018] （7）成品包装：对产品进行检验、称重包装，产品的内包装袋采用防潮材料。

[0019] 所述的挤压用铝圆片选用的铝杆的成分标准是GB/T1196-93中AL99.50所述的成分标准为Al≥99.5，其中Fe≤0.30，Si≤0.25，Cu≤0.02，Ga≤0.03，Mg≤0.05，其他每种≤0.03,杂质总和≤0.50。

[0020] 所述的铝圆片的一个面必须呈现圆形头部和R角，此面作为进入冷挤压模具底部。

[0021] 所述的冷挤压铝圆片必须是完全退火状态。

[0022] 本发明同现有技术相比，改变了传统工艺的加工方法和理念，大大降低了铝圆片的生产成本，极大的减少了回料数量，提高了成品率，合理的两次轴向冷变形使得产品得到了最大的延伸率，后续的车皮倒角、退火、表面处理等步骤能够使产品更好的应用于不同的领域。[附图说明]

[0023] 图1是铝圆片制罐后的制耳示意图；

[0024] 图2是晶体滑移时的应力分析示意图；

[0025] 图3是冲截胚料示意图；

[0026] 图4是冲截胚料断裂层截面示意图；

[0027] 图5是无R角模腔示意图

[0028] 图6是有R角模腔示意图；

[0029] 图7是车皮倒角加工区域示意图

[0030] 图8是温度与再结晶晶粒大小及延伸率的示意图；

[0031] 图9是铝圆片毛刺在冷镦挤压模具中产生的部位示意图；

[0032] 图10是部分铝管、罐的不合格品示意图；

[0033] 图11是本发明的工艺流程图；

[0034] 图中 （1）正常结构 （2）制耳 （3）滑移方向 （4）滑移面 （5）胚料断裂层 （6）车皮区 （7）倒角区 （8）冲压杆 （9）胚料变形区 （10）模腔 （11）产生毛刺处 （12）出料顶杆 （13）穿孔 （14）麻点 （15）开口处。[具体实施方式]

[0035] 结合附图对本发明做进一步说明，这种装置的制造技术对本专业的人来说是非常清楚的。

[0036] 如附图11所示，轴向变形车皮倒角法及主要工序分解步骤如下：

[0037] （1）、原料：直接采购电解铝厂制造的通用铝杆或采用其它方式生产的含铝量大于99.50%的铝杆，参见GB/T1196-93中“AL99.50”的相关成分标准，由于此工序可采用市场上直接用电解铝液铸造的铝杆，原料获取的渠道比较容易与合理（整合集约化原材料），再者由于此工艺的成品率为97%以上，其余3%为车皮倒角产生的铝屑并非烧损，是一项节能、低碳环保的技术；

[0038] （2）、轴向冷变形（拉丝、拉拔）

[0039] 在生产工艺中采用拉丝或拉拔机对铝杆进行轴向冷变形（一般采用20%--30%的变形量），具体可视拉丝、拉拔铝杆表面光滑、无氧化、无拉道痕迹、无结痂为宜，并能获得晶胞滑移应力（见插图2）

[0040] 在图2中可辨析，除滑移面外，还会增加新的滑移面；而不断增加的滑移系会提高铝材的塑性。

[0041] 此工序采用普通拉丝或拉拔机生产，原料可做盘收卷，大小重量随工艺而定，以便进入下道工序的自动放卷分切冷镦。

[0042] （3）、二次轴向冷变形（冷镦）

[0043] 采用“冷镦机”或“自动分切冲压机”对拉丝或拉拔铝杆进行分切冷镦的工序，在实际生产中两种方式均可用拉丝盘收卷料生产，整个工序可实现连续式自动分切冲压，但必须保证都要对截取的初胚原料（见附图3、4）再次经过轴向冷镦变形与R角冷挤压变形，从而获得的结晶结构正好与产品的终端客户“冷挤铝管、罐”工艺相匹配。

[0044] 必须指出的是，冷镦挤压时的模腔要留有头部R角，R角的大小以产品的规格形状而定，一般R角的大小选用半径20mm-50mm的圆弧，所述的圆弧弧长为2mm—3mm，目的是促使R角处金属结晶产生与模腔弧度相对应的晶粒位向，以保证金属晶粒在受压变形时的流动通畅。在附图4中我们可以观察到，分切的胚料具有断裂层病灶，此时经过冷墩挤压后这些病灶会隐性的存在于胚料中。

[0045] 通过（附图5、6），我们可以观察到采用R角与直角模腔在低倍分析中的晶粒趋向。选用的R角模腔能使挤压产生的结晶结构与位移方向能和该产品将应用于的冷挤铝管或铝罐的生产工艺的所需的结晶结构和位移方向相匹配，这也是保证冷挤”铝管、罐”品质的前提，而对产品边缘的倒角（同时进行头部车皮）工艺也解决修善了冷挤用铝圆片在“制管、罐”挤压时的金属流动死角， (见附图7)

[0046] （4）、对冷镦胚料的车皮倒角处理

[0047] “车皮倒角”是用自动化控制设备中的震动盘得以做到头部方向排序统一的要求的，然后实现自动给料、车削、下料的整个步骤的，整个工序自动化控制程度高，车削时为保证车削面得以光滑，可采用空气冷却或机械油润滑。一人可操作多台自动车皮倒角机，有利于生产成本的控制与品质保证。这里必须说明在截取初胚原料（见附图3、4）的冲截面一定会留有冲截断裂层，冲截断裂层位于冲截面，（见附图4），深度在0.1—0.3mm（视冲截模具精度而定），我们工艺中增加的深度为0.2--0.4mm车皮量就是为了解决这一病灶缺陷。

[0048] （5）、退火处理

[0049] 铝圆片的最终完全退火也是整个生产工艺的重要环节之一，选择合理的退火温度与时间是这一工序中的关键。一般来说，目前铝圆片生产厂家选用的退火设备有网带炉、井式炉、箱式炉为主。必须提出，铝圆片的前道冷变形加工量决定了它需要合理的退火温度与时间的，一般选用的温度460℃-520℃，恒温时间为3-8小时，机理见附图8。

[0050] 由附图8我们可以观察到，冷变形量越大，晶粒发生再结晶的聚能也越大，合理的温度可使得产品得到最大的延伸率，温度过低参与再结晶的晶粒越少，如超过再结晶的温度，晶粒会迅速长大直至吞并，在则，前道冷变形的量不能落入临界变形区25%以下，我们采用二次轴向冷变形正是依据在此。

[0051] （6）、表面处理

[0052] 表面处理其本质就是增加铝圆片的表面粗糙度处理工序，目的使得铝圆片有更好的润滑剂附着能力。而螺旋式的光整技术能在极大限度的减少产品之间的撞击所产生的表面硬度上升，它只是起到相互摩擦的作用。所以效果优于采用翻转式六角滚筒机。

[0053] （7）、成品包装

[0054] 铝圆片成品必须经过检验、称重、包装，包装内袋应采用防潮材料，以便产品受潮而发生氧化。

[0055] 在生产制造过程中还应该注意以下要点：

[0056] a.) 挤压用铝圆片选用含铝量大于99.50%的铝杆，参见GB/T1196-93中“AL99.50”的相关成分标准，为保证铝圆片更好的塑性（化妆品包装铝管中有阳极氧化要求的除外），一般来说，铝的纯度越高，金属的塑性越好。

[0057] b.) 由于铝圆片是用于铝管、罐冷挤压生产的胚料，对塑性要求比较高，一般采用退火温度在460℃—520℃（箱式、井式、网带炉），布氏硬度HB 17—21为宜。

[0058] c.) 铝圆片的一个面必须呈现圆形头部及R角（此面为进入冷挤压模具底部），并保证R角没有瑕疵，如冲截断裂层（见附图4）、冷墩挤压毛刺（见附图9）、翻卷边等，以上瑕疵均会造成铝管、罐的开口、断裂、坑陷、麻点穿孔等不合格产品（见附图10）。

[0059] d.) 铝圆片的胚料不得含有熔炼杂质与氢泡，否则会导致冷挤压铝管、罐壁表面起泡或脱皮现象。

[0060] e.) 铝圆片胚料不得有毛刺及其他碰伤，尤其铝圆片的圆角头部不得留有任何瑕疵（传统工艺很少有头部瑕疵，分切冷镦工艺一定会有头部在分切时所造成的断裂层胚料病灶出现）仅此一项以足够造成冷挤铝管、罐的致命伤，变成不合格产品。

[0061] f.)冷挤压铝圆片必须是完全退火状态，行业称之为“O”状态。