一种废铝回收复合挤压棒和挤压管双金属成型方法

技术领域

本发明属于有色金属制备技术领域，尤其涉及一种废铝回收复合挤压棒和挤压管双金属成型方法。

背景技术

近年来，复合双金属材料由于具有独特的性能优势，在汽车、航空飞行器、造船制造等领域得到不断的发展。而铝合金材料因其具有密度低、力学性能佳、加工性能好、易回收等特点常作为复合双金属材料的母材，有效的回收和利用废铝合金，循环制造双金属材料，已成为世界各国提升再生铝利用率的的的发展趋势。

现有技术(CN201922477892.5)，提出了一种废铝回收加工铝棒的方法，该方法优化了废铝回收和熔炼工序。在废铝回收环节节省人工，实现自动化回收；在熔炼环节重复利用热能，力求达到节能的效果。然而该发明仍是基于传统废铝回收加工方法中回收、熔炼和重铸三个步骤进行优化设计。存在步骤繁琐，实现自动回收会耗费大量资金，增加回收成本等问题。并且该方法并未对重铸过程进行优化，在重铸过程中难以避免大量污染的产生。

而双金属管材通常采用冶金结合和挤压成型方法，现有技术(CN10226486A)一种铝铜双金属管及其模具挤压成型方法中令铜铝双金属界面进行冶金结合后通过凸模液压机挤压双金属管材令其成型，该方法结合了铝铜两种基体材料的优势性能，使双金属管材外层具有电导热性能，内层具有耐蚀性能。然而该方法装配方案成型过程中预热温差大，塑性变形程度小，复合管界面结合力小，直接影响成形质量。并且该装配方案中只提出了双金属管材装配挤压方案，模具通用性降低，增加制造成本。

现有技术(CN204953561U)一种铝/镁双金属复合反向等温挤压装置中提出了一种复合双金属材料挤压新方案，实现包裹式反向挤压，挤压过程均匀加热以及异种/异质坯料棒材挤压过程，缩短挤压过程预加热工序以及温控问题。但是该专利坯料结构只能实现棒材挤压且只适用于反向挤压工艺，不能实现模具通用效果，增加了换模具工序。而且挤压包裹式工艺双金属效果不均匀，在坯料压余部分无法重复利用，增加生产成本。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：当前废铝回收加工方法中需要对堆积废铝进行收集、运输，导致效率低下；对回收结束的废铝又需要进行熔炼和重铸，过程中将导致大量有害气体排放。当前复合管挤压成型方法工序繁琐，内外层金属预热温度不同、外层金属膨胀系数差异过大会导致夹层晶粒粗化，造成开裂，影响成型效果。且目前复合管挤压时尺寸要求严苛，实际实施中难以满足。

现有的复合金属铸锭装配方案通常只能生产单一配合方式的金属管棒材，然而在工业生产中常常需要在同一根金属管、棒材的不同段使其具有不同性能，满足多种多样的需求。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种废铝回收复合挤压棒和挤压管双金属成型方法。

本发明是这样实现的，一种废铝回收复合挤压棒和挤压管双金属成型方法，所述废铝回收复合挤压棒和挤压管双金属成型方法通过车削将铝型材挤压后的废料加工成复合铸锭的零部件；将零部件统一加热至130℃后进行人工组装；在430℃时使用8MN双动反向卧式挤压机进行反向挤压。

进一步，废铝回收复合挤压棒和挤压管双金属成型方法具体包括以下步骤：

步骤一，将铝型材挤压后留有20mm左右饼状残料车削成环状铝外嵌套层、管材铝内芯层，棒材铝芯层；将圆柱形废铝车削成杯状管材铝杯套、棒材铝杯套；

步骤二，将车削完毕的残料加热至130℃后，使用三段式内外嵌套挤压铸锭装配法组装铝管和铝棒挤压铸锭；

步骤三，将装配完成的复合再生铝合金管材和棒材铸锭在铸锭感应加热炉中随炉升温至450℃，使用8MN反向双动卧式挤压机在430℃下反向挤压成型。

进一步，所述步骤三中将环形残料三幅铝外嵌套、两幅管材铝内芯套套入杯状残料管材铝杯套内组成一套复合再生铝管挤压铸锭，将环形残料三幅铝外嵌套、两幅棒材铝内芯套套入杯状残料棒材铝杯套内组成一套复合再生铝棒挤压铸锭。

本发明的另一目的在于提供一种LY12-LF6异质铝合金管材和LY12-LF6异质铝合金棒材的制备方法。

进一步，使用三段式内外嵌套挤压铸锭装配法装配LY12管材铝杯套、LF6铝外嵌套、LF6管材铝内芯套；LY12棒材铝杯套、LF6铝外嵌套、LF6棒材铝内芯套。

进一步，对不同内外径的铝套与铝杯套在130℃下进行人工热组装，再通过铸锭感应加热炉对复合铸锭进行均匀化处理，预热温度达到450℃。

进一步，装入XJ-800FS双动反向卧式挤压机在440℃下使双金属管材、双金属棒材挤压成型。

进一步，挤压成型生产的的复合铝管，内层管坯与外层管坯的厚度比为1：1；生产的的复合铝棒，复合棒材内外层厚度比为2：1。

本发明的另一目的在于提供一种壁厚为5.0mm的LY12-LF6双金属复合管和直径为Φ26mm的LY12-LF6双金属复合棒材。

结合上述的技术方案和解决的技术问题，本发明所要保护的技术方案所具备的优点及积极效果为：

第一，本发明提出的技术方案通过车削对废料进行简单加工、人工组装后再直接挤压的方式对铝合金废料进行回收加工，将回收步骤最大程度进行了缩减，回收加工过程中省略了熔炼和重铸步骤，避免了热能的浪费和有害气体的产生，能够在生产高质量复合管的同时达到绿色生产和节能环保的目的。

在本发明的工艺中，铸锭装配时选择在130℃下进行人工组装，简化了铝合金废料回收流程，实现了复合铸锭紧密配合；挤压前选择450℃进行预热可以有效防止挤压过程中闷车的情况发生、去除复合界面间的杂质；使用反向挤压的方式可以保证铸锭与挤压筒之间没有相对运动，在延长管材使用寿命的同时保证管材结合界面均匀；在挤压过程中使用较大的挤压力，能够将界面间的氧化层挤压破碎。

第二，本发明提出了热装铸锭的方案，将零部件统一加热至130℃后进行组装，在此温度下利用热胀冷缩原理下可以实现铸锭间的紧配合，同时可以初步去除夹层间的灰尘和油污。挤压前将复合铸锭快速升温至450℃可以有效去除夹层见的杂质，均匀化热处理铸锭。在430℃时使用8MN双动反向卧式挤压机进行反向挤压可以将复合界面氧化层挤压破碎，破碎的氧化层在复合界面处能够起到增加合金韧性的作用。利用本发明方法，回收了铝合金废料，成功加工出一种前后端满足不同性能需求的高质量复合铝管。其表面光滑，复合界面均匀无明显缺陷，力学性能优异，抗拉强度达到365.4MPa，延伸率达到22.6％。

第三，作为本发明的权利要求的创造性辅助证据，还体现在以下几个重要方面：

(1)本发明的技术方案转化后的预期收益和商业价值为：

本发明技术方案转化后将极大的降低废铝回收成本及生产周期，生产出的复合铝管具有高质量和高强高韧的特点，可以满足复杂需求。

(2)本发明的技术方案填补了国内外业内技术空白：

废铝直接挤压回收多使用铝屑作为原材料，未见使用挤压残料进行回收的例子。铝屑作为直接挤压回收原料不可避免地会带入许多杂质和气孔，影响成型质量，本发明通过热装挤压残料能够有效的去除杂质，填补了国内外业内技术空白。

(3)本发明的技术方案克服了技术偏见：通常人们认为只通过简单人工组装的复合方式生产的管材成型效果不佳，然而使用本发明方法生产出的复合管材，通过试验验证可知具有优异的力学性能和几乎无缺陷的结合界面。

第四，本发明的技术方案可以取得以下显著的技术进步：

1.提高了再生铝的利用率，实现了铝资源的循环利用，降低了生产成本，符合环保和可持续发展的理念。

2.采用了三段式内外嵌套挤压铸锭装配法，使得复合再生铝合金管材和棒材铸锭的组装更加高效、精确，提高了产品质量和生产效率。

3.使用了8MN反向双动卧式挤压机进行挤压成型，可以更好地控制产品的尺寸精度和表面质量，提高了产品的品质和市场竞争力。

4.整个生产过程实现了自动化和智能化控制，减少了人为操作的影响，提高了生产过程的稳定性和安全性。

总之，通过采用先进的生产工艺和技术设备，可以提高再生铝的利用率和产品质量，降低生产成本，符合可持续发展的要求，具有重要的技术进步意义。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的废铝回收复合挤压棒和挤压管双金属成型方法流程图；

图2是本发明实施例提供的挤压双金属复合棒材示意图；

图3是本发明实施例提供的挤压双金属复合管材示意图；

图4是本发明实施例提供的复合双金属棒材铸锭剖视图；

图5是本发明实施例提供的复合双金属管材铸锭剖视图；

图6是本发明实施例提供的复合双金属棒材挤压后实物图；

图7是本发明实施例提供的复合双金属管材挤压后实物图；

图8是本发明实施例提供的复合双金属力学性能曲线图；

图9是本发明实施例提供的能谱扫描线扫图；

图中：1-挤压筒；21-双金属管材铸锭；211-铝外嵌套；212-管材铝杯套；213-管材铝内芯套；22-双金属棒材铸锭；221-棒材铝杯套；222-棒材铝内芯套；3-挤压模具；311-挤压成型腔；312-工作带；4-固定针；411-固定针成型端；5-挤压垫。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种废铝回收复合挤压棒和挤压管双金属成型方法，下面结合附图对本发明作详细的描述。

如图1所示，本发明实施例提供一种废铝回收复合挤压棒和挤压管双金属成型方法，包括以下步骤：

S101，通过车削将铝型材挤压后的废料加工成复合铸锭的零部件；

S102，将零部件统一加热至130℃后进行人工组装；

S103，在430℃时使用8MN双动反向卧式挤压机进行反向挤压。

作为优选实施例，本发明实施例提供的废铝回收复合挤压棒和挤压管双金属成型方法，具体包括以下步骤：

步骤1，将铝型材挤压后留有20mm左右饼状残料车削成环状铝外嵌套层211、管材铝内芯层213，棒材铝芯层222，将圆柱形废铝车削成杯状管材铝杯套212、棒材铝杯套221；

步骤2，将车削完毕的残料加热至130℃后，使用三段式内外嵌套挤压铸锭装配法组装铝管和铝棒挤压铸锭；

步骤3，将装配完成的复合再生铝合金管材和棒材铸锭在铸锭感应加热炉中随炉升温至450℃，使用8MN反向双动卧式挤压机在430℃下反向挤压成型。

进一步，所述步骤3中将环形残料三幅铝外嵌套211、两幅管材铝内芯套213套入杯状残料管材铝杯套212内组成一套复合再生铝管挤压铸锭，将环形残料三幅铝外嵌套211、两幅棒材铝内芯套222套入杯状残料棒材铝杯套221内组成一套复合再生铝棒挤压铸锭。

本发明实施例提供的一种LY12-LF6异质铝合金管材和LY12-LF6异质铝合金棒材的制备方法。

本发明实施例提供的LY12-LF6异质铝合金管材和LY12-LF6异质铝合金棒材的制备方法，使用三段式内外嵌套挤压铸锭装配法LY12管材铝杯套212、LF6铝外嵌套211、LF6管材铝内芯套213；LY12棒材铝杯套221、LF6铝外嵌套211、LF6棒材铝内芯套222。

本发明实施例提供的LY12-LF6异质铝合金管材和LY12-LF6异质铝合金棒材的制备方法，对不同内外径的铝套与铝杯套在130℃下进行人工热组装，再通过铸锭感应加热炉对复合铸锭进行均匀化处理，预热温度达到450℃。

本发明实施例提供的LY12-LF6异质铝合金管材和LY12-LF6异质铝合金棒材的制备方法，装入XJ-800FS双动反向卧式挤压机在440℃下使双金属管材、双金属棒材挤压成型。

本发明实施例提供的LY12-LF6异质铝合金管材和LY12-LF6异质铝合金棒材的制备方法，挤压成型生产的的复合铝管，内层管坯与外层管坯的厚度比为1：1；生产的的复合铝棒，复合棒材内外层厚度比为2：1。

本发明实施例提供的一种壁厚为5.0mm的LY12-LF6双金属复合管(图7)和直径为Φ26mm的LY12-LF6双金属复合棒材(图6)。

本发明实施例提供的一种废铝回收加工复合铝管的方法，详细的步骤如下：

一、复合铸锭预制

1、废铝加工

在挤压铝型材生产过程中会产生20mm残余，将LY12铝合金挤压残余收集起来车削成外缘120mm，内径88mm的铝套两幅，和外缘88mm，内径55的铝内芯套三幅。将原始长度为120mm的LF6报废管材铸锭车削成：前端外径88mm、长度40mm；后端内径88mm，长度60mm的铝杯套(参见图5)。

将LY12铝合金管材挤压残余收集起来车削成外缘120mm，内径88mm的铝外嵌套两幅，和外缘88mm的棒材铝内芯套三幅。将原始长度为120mm的LF6报废棒材铸锭车削成：前端外径88mm、长度40mm；后端内径88mm，长度60mm的铝杯套(参见图4)。

2、复合铸锭装配

将LY12铝杯套1.1的尾端和F6铝套1.2统一加热至130℃，在此温度下由于热胀冷缩现象的产生，使得紧配合部件更易装配，同时使用热装的方式可以初步去除复合界面间的杂质。将加热后的管材铝外嵌套211套入未经加热的管材铝杯套212前端；将未经加热的LF6管材铝内芯套213套入加热后的管材铝杯套212后端。复合铸锭内外层厚度比为1：1，复合双金属管材铸锭预制完成(参见图4)。

利用同样的热套方式加热后的棒材铝外嵌套211套入未经加热的棒材铝杯套221前端；将未经加热的LF6棒材铝内芯套222套入加热后的棒材铝杯套221后端。复合铸锭内外层厚度比为2：1，复合双金属棒材铸锭预制完成(参见图5)。

二、挤压成型

将预制完成的复合铸锭放入铸锭感应加热炉中进行均匀化处理，铸锭感应加热炉的型号为GTL-350，无锡市源昌机械制造有限公司生产，迅速由250℃升温至450℃。快速升温可以去除复合界面的杂质和油污，达到高质量结合的效果。均匀化处理完成后将铸锭装入双动反向卧式挤压机，挤压机型号为XJ-800FS，额定挤压力为8000KN。在440℃、工进调速31下进行挤压，得到壁厚为5mm、长度为2670mm、内外层管壁厚度比为1：1的LY12-LF6双金属复合管(挤压过程参见图3)和直径26mm、长度为2000mm、内外层厚度比为2：1的LY12-LF6双金属复合棒(挤压过程参见图2)。使用反向挤压的方式可以保证铸锭与挤压筒之间没有相对运动，在延长管材使用寿命的同时保证管材结合界面均匀。使用8000KN的挤压机进行挤压可以将复合界面的氧化铝挤压破碎，其在界面处能够起到增韧的效果。

经本发明方法回收废铝生产的复合铝型材前端的外层金属LF6具有良好的耐蚀性和切削性能，内层金属LY12具有高强度、后端外层金属LY12保证了金属管外层强度，内层金属LF6提供了良好的耐蚀性和切削性能。这种简单加工回收的方式极大程度减小了铝厂回收废铝耗费的人力物力，同时回收再加工过程最大程度避免了能源浪费，是一种绿色低碳的回收方式。用同一种装配工艺可以实现管材及棒材的回收、生产出的复合型材成型质量高，能够满足复杂需求。这种在一根铝型材上实现两种性能集合的性质特别适用于汽车、航空器中需要异质金属连接的部件，一体化挤压成型的方式规避了异质金属焊接时易产生缺陷的问题，保证了异种金属的连接质量。

经本发明方法生产的复合铝管无明显弯曲，外表面无明显缺陷。观察复合铝管剖面宏观形貌，挤压后的管材剖面界面清晰，分界线规整，两端金属管厚度按铸锭装配比例1：1分布，中段均匀过度，无裂纹。在复合铝管前端300mm处和后端300mm处取样，进行力学性能实验。参见图8，前端LF6/LY12复合管的抗拉强度达到365.4MPa，延伸率达到22.6％。后端LY12/LF6复合管的抗拉强度达到3459.0MPa，延伸率达到21.4％。复合管整体力学性能优异、前后段力学性能差别较小，说明复合界面结合强度高、金属流动均匀。

本发明使用了三段式的铸锭装配方法，使复合管、棒材能够在不同长度时可以满足两种不同需求；铸锭选择在常温下装配后再对整体进行预热，在保证了高成型质量的同时最大程度简化了铸锭装配工艺，易于实施；内、外层坯料的结合界面性能好，异种铝合金双金属复合管、棒材与纯LY12管材相比延伸率显著提高，强度达到母材LY12强度；该方案具有可推广性，通过实验已经验证其他铝合金双金属复合型材也可以使用本实验方法得到相同的效果(参见图9)。

实施例一：

1.将铝型材挤压后留有20mm左右饼状残料车削成环状铝外嵌套层211，管材铝内芯层213，棒材铝芯层222，将圆柱形废铝车削成杯状管材铝杯套212，棒材铝杯套221。

2.将车削完毕的残料加热至130℃后，使用三段式内外嵌套挤压铸锭装配法组装铝管和铝棒挤压铸锭。具体实现步骤为：将环状铝外嵌套层211、管材铝内芯层213、棒材铝芯层222和杯状管材铝杯套212、棒材铝杯套221按照一定顺序组装，使用三段式内外嵌套挤压铸锭装配法进行组装，得到复合再生铝合金管材和棒材铸锭。

3.将装配完成的复合再生铝合金管材和棒材铸锭在铸锭感应加热炉中随炉升温至450℃，使用8MN反向双动卧式挤压机在430℃下反向挤压成型。

实施例二：

1.将长度为600mm的铝型材挤压后留有20mm左右饼状残料车削成环状铝外嵌套层211，管材铝内芯层213，棒材铝芯层222，将长度为600mm的圆柱形废铝车削成杯状管材铝杯套212，棒材铝杯套221。

2.将车削完毕的残料加热至130℃后，使用三段式内外嵌套挤压铸锭装配法组装铝管和铝棒挤压铸锭。具体实现步骤为：将环状铝外嵌套层211、管材铝内芯层213、棒材铝芯层222和杯状管材铝杯套212、棒材铝杯套221按照一定顺序组装，使用三段式内外嵌套挤压铸锭装配法进行组装，得到复合再生铝合金管材和棒材铸锭。

3.将装配完成的复合再生铝合金管材和棒材铸锭在铸锭感应加热炉中随炉升温至450℃，使用8MN反向双动卧式挤压机在430℃下反向挤压成型。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。