列车用宽幅薄壁铝合金型材节能淬火技术开发❋

2013-09-04陈德利高凤霞

机械工程与自动化 2013年6期

陈德利，高凤霞，杨波

（辽宁忠旺集团有限公司，辽宁辽阳 111003）

0 引言

随着高速轨道交通运输业的快速发展，高速列车的运行速度越来越高，对高速列车用大断面复杂截面铝合金挤压型材的性能和质量要求越来越高。目前我国铝型材挤压加工企业有780家，但大中型企业不足150家，不到20%［1］，且现有企业在技术装备等集成创新方面能力不足，制备技术和工艺装备整体水平及技改能力低，装备不配套，效率低下，综合利用率低，能耗大，环境污染严重，严重制约了高速列车用大断面复杂截面铝合金挤压型材的性能和质量的提高。因此，对现有工艺技术装备进行改进，提高各道加工工序成品率和产品质量，已显得十分迫切和重要，也是企业降本增效、增强市场竞争力的重要手段。本文主要介绍新研发使用的一种新型高速交通轨道列车用大断面复杂截面铝合金挤压型材的在线水雾汽联合淬火装置及其技术。

1 在线水雾汽联合淬火装置的技术改造

目前变形铝合金热挤压产品的淬火方式一般有以下两种：①立式淬火，热挤压结束后，重新加热产品，达到固溶温度后，进行水冷淬火；②在线淬火，热挤压结束后，利用挤压余热取得固溶效果，立刻穿入水箱中淬火。第二种方法在节约能源的同时提高了生产效率，因此目前绝大多数企业都在尝试采用第二种方法，但是第二种方法的冷却速度均匀性相比第一种方法较差，导致冷却后产品的机械性能均匀性稍差、容易弯曲变形，不能满足高端客户的产品质量要求，研究改善在线淬火效果的措施迫在眉睫。

1．1 淬火机械系统改造

原有淬火装置为水槽式［2］，水槽左、右、上边缘安装有喷水水嘴，水槽两端进、出产品处装有单向密封胶皮，用来防止水外流。挤压型材从挤压机出来后通过1m的保温区和水槽前端单向密封胶皮进入淬火槽。由于水嘴喷出的水温比较低，产品上表面冷却比下表面要快，造成上、下、左、右四面的冷却温度和冷却时间都不相同，产品越厚均匀性越差。

改造后的装置包括上箱体和下支架。上箱体呈倒U字型，分为上箱板和左、右侧箱板或立柱，上水口、上风口、上出水口及上出风口等都安装在上箱板及其横梁上，左出水口、左出风口和右出水口、右出风口分别安装在左、右两侧的箱板或立柱上。总的上进水口和上进风口上面装有8个支管，分别通过上箱体内部的管路连接上箱体另一侧均匀分布的8个上出水口、上出风口和8个左出水口、左出风口以及右出水口、右出风口；下支架上装有总的下进水口和下进风口，总的下进水口和下进风口通过下支架内部的管路连接下支架另一侧的8个下出水口、下出风口。

上箱体通过齿条传动可实现上下移动，可根据挤压产品的尺寸规格及需要调节上箱体高度；上箱体上的左右两侧的箱板或立柱相对上箱板可以上下左右移动，可根据型材的高度和宽度调制左、右出水口及出风口的位置；冷床及下支架不能移动，下进水口和下进风口、下出水口和下出风口相对固定在支架上。本装置最大长2．5m、宽1m、高0．5m，可实现淬火型材的最大断面尺寸为1 000mm×500mm。

所有进水口、进风口、出水口、出风口与水管之间均安装有PLC控制自动电磁阀，根据产品实际情况实现淬火全程自动控制，使得产品在线淬火时不同的喷水方位压力、风速相等，产品冷却性能稳定，形变小；由于采取多方位喷水吹风装置，提高了成品率和生产效率，节约了成本。

进水泵可为系统提供不同压力的净化冷却水，冷却风由空压机提供。改造后的淬火装置示意图见图1。

图1 改造后的淬火装置示意图

1．2 淬火PLC自动控制系统改造［3］

整个新型在线水雾汽联合淬火系统采用PLC全自动化控制［4］，包括冷却水温度控制、冷却水压力控制、冷却水量控制、冷却风量控制、冷却范围控制和传动机械控制等，使新型在线水雾汽联合淬火装置能够根据具体型材的宽度、高度、厚度等实际情况按程序精确地正常运行，从而提高了淬火装置的生产运行效率，提高了高速交通轨道列车用大断面复杂截面铝合金挤压型材淬火性能和质量。

1．3 水循环净化冷却系统改造

冷却用水的水质及水温对产品的淬火质量和淬火性能有较大的影响，水质不洁净容易在型材表面留下水痕，经客户使用一段时间后往往在水痕处先出现腐蚀现象，造成列车整体车厢出现易开裂的薄弱环节，给列车的行驶埋下安全隐患。

改造前公司淬火时用的冷却水为地下井水，一次用过后即注入熔铸铸造井铸棒用冷水池，多余部分直接排掉。此种生产方式一来造成水资源浪费，二来由于地下水杂质比较多造成产品淬火后质量下降。针对此两点，建立了水循环净化冷却系统，解决了淬火用水杂质多及水资源浪费的难题，有效地保证了淬火装置高效稳定的运行。

2 改造后正在使用的新型在线水雾汽联合淬火装置

图2为改造后正在使用的新型在线水雾汽联合淬火装置。

图2 改造后正在使用的新型在线水雾汽联合淬火装置

3 新型在线水雾汽联合淬火装置的工业性测试结果

采用新型的在线水雾汽联合淬火装置进行高速交通轨道列车用大断面复杂截面铝合金型材挤压后淬火，对生产出的产品进行测试并将结果与未采用该改进装置时生产的产品进行比较，结果如表1所示。从表1可以看出，新型在线水雾汽联合淬火装置使用后比应用前产品性能均匀性提高了15%、成品率提高了10%，每吨产品的综合经济效益提高13%。