前言

　　铝型材因具有质量轻、比强度高、耐腐蚀、外形美观等优点，广泛应用于建筑、车辆、船舶、飞机、电子、家居装饰等各个领域。其发展速度远高于其它金属材料，其消费也仅次于钢铁。

挤压成型作为铝型材生产中的主导技术和核心环节，是保障产品质量、缩短投产时间和提高模具寿命的关键所在。在挤压过程中，金属的变形和摩擦导致了铝合金挤压温度的增加，且温度升高的程度会随着挤压速度的增加而增加。

挤压温度的升高将给铝型材生产带来诸多不利影响，降低变形和摩擦所产生的热量一直是铝加工行业中急需解决的问题。液氮冷却技术因其能有效解决挤压过程中模具的温升问题，因此受到国内外越来越多的铝型材企业的 　　目前较先进的模具冷却系统都是计算机控制的，既能使模具充分冷却，又不会使坯料过冷。在试验和实际应用中，一般采用以下三种液氮通道设计的冷却方法：

①工作带直接冷却法；②模外冷却法；③模垫冷却法。在生产实践中一般采用模垫冷却法。

本文对铝型材挤压过程中模垫液氮冷却法进行了现场试验，探究了在不同液氮开度下对型材出口温度及挤压速度的影响。

1试验材料与方法1.1试验材料

　　某铝业公司生产的铝合金型材，如图1所示，其化学成分见表1。

图1铝合金型材截面图

1.2实验方法

　　采用模垫液氮冷却法：由于简单易行，投资少，且几套模具可以共用一套模垫，故采用模垫液氮冷却法。

实验时将低温液氮或氮气通入模垫上的槽内，再经过型孔均匀的喷出，既冷却了模具的工作带的出口部分，又使型材处在氮气的惰性氛围中，一定程度上防止了型材表面被氧化。

挤压过程中，根据型材出口温度的变化，调试不同的液氮开度值，使每个阶段液氮流量的大小都能使当前型材的温度波动趋于稳定。

2结果与讨论2.1液氮开度对型材出口温度的影响

　　本试验通过调节挤压机挤压速度及液氮冷却系统的开度值，得到了在不同挤压速度、液氮开度下的铝型材表面质量及型材出口温度的数据，如表2所示。

表2不同挤压速度、液氮开度下的型材出口温度及表面质量

　　在现场试验中，当挤压速度为0.2m/s、不通液氮时所测出口温度一般在℃左右波动，远高于正常挤压时型材出口温度。这是因为在铝型材挤压过程中所产生的热量是很大的，其中包括由金属变形产生的热量和金属内部摩擦所产生的热量，这些热量可以使型材出口温度上升几十度。

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从表2中可以看出，液氮开度为40%时的型材出口温度相对于不通液氮时变化明显，温度降低约10℃，挤压过程中通入的液氮大部分在模垫上已经大量吸热蒸发为气体，虽然降低了铝型材出口温度，但是未能取得理想效果，型材出口温度仍然高于正常出口温度。

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当液氮开度为60%时，型材出口温度相对于开度为40%时出现较为显著下降，由℃左右降到℃左右，降幅约10℃，说明此时大量的液氮通过模垫通入到型材表面，起到了有效的冷却效果，此时型材出口温度为合理出口温度。

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当开度达到65%时，型材出口温度出现明显的下降，由℃左右降低到℃左右，降低约10℃，此时液氮的冷却效果仍然十分明显。

4当开度达到70%时型材出口温度虽然出现下降，但只降低约3℃，在同样增加5%的开度下，效果明显不如前者。

由以上数据分析可知当液氮通入量达到40%以上时，液氮的冷却效果十分显著，但是当开度到达70%以上时型材出口温度下降不太显著。此时若再提高液氮开度冷却必然效果将会继续下降，由于液氮开度越大，单位时间内的消耗液氮的量也将增加，所以从经济角度分析也是十分不合理的。因而开度值为70%时相对比较合理。

图2和图3为实验挤压速度为0.2m/s、开度值分别为40%和65%时的时间温度曲线，经比较可发现在同样挤压速度下，型材出口温度随液氮开度值的增大而降低，且当液氮开度达到一定值时型材出口温度会出现显著的降低。

图2液氮开度40%挤压速度为0.2m/s下时间-温度、挤压动作、开度曲线

图3液氮开度65%时挤压速度0.2m/s下时间-温度、挤压动作、开度曲线

2.2液氮冷却对型材挤压速度的影响

　　从表2可见，当挤压速度为0.2m/s时，1-4号铸棒的液氮开度仅为40%，型材的出口温度约为℃，由于液氮开度较小，没有达到理想的型材出口温度，如果此时盲目增加挤压速度，必然会导致型材出口温度过高甚至超过合理出口温度，影响型材质量。

5-6号铸棒挤压时液氮开度增大到60%，从表2可以看出，型材出口温度虽然出现显著下降，但还是略高。

7-8号铸棒的液氮开度为65%，此时型材出口温度有了显著的改善。

9-10号铸棒液氮开度为70%，此时得到最佳状态的型材出口温度，由型材出口温度的可见，此时的液氮开度为最合理开度。

将挤压速度提高至0.3m/s，在11-14号铸棒的挤压过程保持9-10号铸棒挤压时的最佳开度值，可以看到，尽管型材出模温度略有提高，但是依然在型材出口温度的合理范围之内。

再次提高挤压速度至0.34m/s，挤压过程中15-16号铸棒仍然保持了上一根铸棒挤压时的开度值，此时型材出口温度明显提高，超出了铝型材挤压合理的出口温度值，型材的表面质量也开始下降，出现了分色和条纹的表面缺陷，而出现分色和条纹是由于挤压速度提高导致模具粗糙度提高所致。

采用模具液氮冷却技术可以在挤压铝型材时将挤压速度由0.2m/s提高到0.3m/s，型材出口温度得到有效控制，在很大程度上提高铝型材生产效率。

3结论

　　本文通过对铝合金采用液氮冷却模技术进行的挤压试验研究和分析，得出了以下结论：

　　（1）采用对模垫的液氮冷却技术能有效起到冷却作用。

　　（2）液氮的开度大小直接影响型材出口温度的高低，液氮开度值较小时，型材出口温度影响较小，当液氮开度值达到70%时，型材出口温度得到显著的下降，合理的开度既能有效起到冷却作用，又能合理节省液氮成本。

　　（3）采用模具液氮冷却技术可以在挤压铝型材时将挤压速度由0.2m/s提高到0.3m/s，提高型材挤压速度50%，能在很大程度上提高生产效率。

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