一种3A21铝合金空调压缩机管材及其生产工艺的制作方法

一种3a21铝合金空调压缩机管材及其生产工艺
技术领域
1.本发明属于铝合金材料加工领域，涉及一种3a21铝合金空调压缩机管材及其生产工艺。


背景技术：

2.压缩机管材是空调机换热系统的关键材料，主要应用于各种采用新型环保制冷剂的空调系统中，作为承载新型环保制冷剂的管道零部件，与传统的铜管相比，铝合金是工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料，具有密度低、热传导率高、阻尼效果佳、易切削等优点，在航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业中已大量应用。目前铝原材料的密度为2.71kg/dm2，价格在20170～20210元\吨，工业纯铜原材料的8.89kg/dm2，价格在71680～71860元\吨，其工业纯铜与铝原料进行密度比，铝的密度仅仅是工业铜的1/3，重量更加轻盈，铝原料价格更是工业纯铜的1/4；对比成本更易获得制造商的优选。而且3系al-mn合金管散热器具有突出的环保、增效、节能、降成本等优势。
3.但是该类管材生产难度极大，现有的原材料铝合金的某项性能或某几项性能已经不能满足稳定、且连续生产质量合格的空调用管需要，已经不能满足市场对具有更高性能的需要，目前急需一种铝合金及其工艺来提升该类铝合金管材的性能、生产质量以及生产效率。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明的目的在于提供一种3a21铝合金空调压缩机管材及其生产工艺，利用3a21铝合金优良的导热、导电、抗腐蚀和塑性加工等性能进行工艺加工，获得能够替代空调铜管材质的管材。
5.为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
6.本发明一方面提供了一种3a21铝合金空调压缩机管材，3a21铝合金的元素按质量百分含量计，包括si：≤0.12％、fe：0.38％～0.42％，cu≤0.05％、mn：1.13％～1.2％、mg：≤0.05％、cr：≤0.03％、ni：—、zn：≤0.1％、ti：≤0.03％和余量的al，其它杂质元素单个≤0.05％，合计≤0.10％。
7.本发明另一方面提供了一种上述3a21铝合金生产空调压缩机管材的生产工艺，包括以下步骤：
8.1)来料检验：对3a21铝合金原料棒进行初步机加工，去除原料棒表面缺陷层；
9.2)铸锭加热：将3a21铝合金原料棒加热至430～450℃；
10.3)挤压：关闭挤压机所有淬火系统及设备，将挤压速度设置8～12m/min，将3a21铝合金原料棒挤压为3a21铝合金圆管，通过挤压形成的3a21铝合金圆管，由于挤压过程使得其内部组织结构的晶粒重组、细化，且此时未经过退火处理具有极好的延展性，便于后续冷加工；
11.4)成品锯切：将3a21铝合金圆管去掉工艺几何废料，并且按照要求定尺公差长度
锯切定尺；
12.5)下料检验：对外观表面质量、壁厚、管材内直径、定尺公差长度进行逐一检验；
13.6)下料装筐：将通过检验合格的3a21铝合金圆管进行装框备用；
14.7)原料准备：取3a21铝合金圆管备用；
15.8)坯料加工：将涂润滑油脂的内芯模具放入3a21铝合金圆管一端孔腔内，然后对3a21铝合金的坯头进行捻头加工；
16.9)多次坯料盘拉：对3a21铝合金圆管进行多次拉拔，通过多次拉拔工艺，使得3a21铝合金圆管拉拔延展变形；
17.10)延伸矫直：将步骤9)中3a21铝合金圆管形成的盘卷连续进行拉拔，直至3a21铝合金圆管全部拉拔完毕，完成3a21铝合金圆管直拉；
18.11)表面清洗：延伸矫直后的3a21铝合金圆管放入清洗设备中进行清洗，去除表面油脂；
19.12)退火：将表面清洗完成的3a21铝合金圆管进行完全退火，退火工艺采用405～425℃
±
3℃，保温4～5h出炉，出炉后采用轴流风机加速冷却，获得3a21铝合金管材，最后通过对3a21铝合金圆管进行完全退火处理，并在出炉后采用轴流风机加速冷却，使其成为3a21铝合金的o状态，具有优异的性能，满足空调压缩机管材的使用要求。
20.进一步，所述步骤1)中采用的机加工方法为车、铣、刨中的一种，去除表面缺陷层厚度为4～6mm。
21.进一步，所述步骤4)去掉头端2.5～3m、尾端1.5～2m工艺废料，定尺公差长度为0～6mm。
22.进一步，所述步骤6)中每一层3a21铝合金圆管摆放前先铺垫隔板、毛毡防护条，并且保持3a21铝合金圆管之间间隔距离10～20mm，防止相互摩擦产生外观表面磕碰；
23.进一步，所述步骤7)中所述3a21铝合金圆管外径为30mm、其壁厚为3mm。
24.进一步，所述步骤9)中的多次坯料盘拉采用多次拉拔机设备，拉拔速度设置200～300m/min，壁厚形变量控制在20％～30％，采用多次拉拔机设备便于3a21铝合金圆管的多次拉拔节约加工时间，提升效率。
25.进一步，所述步骤10)中的拉拔速度为25～35m/min。
26.进一步，所述步骤12)中的完全退火采用落地式电阻加热时效退火炉。
27.本发明的有益效果在于：
28.本发明应用挤压工艺、管材拉拔工艺、热处理o退火状态工艺相互结合方式，利用挤压工艺进行3a21铝合金的加工，在挤出3a21铝合金管材未得到后期处理前，其具有良好的加工延展的特性进行拉拔延展变形，最后使用热处理退火工艺进行固型与获得性能的方法来获得的3a21铝合金圆管作为空调压缩机管材品质高、杂质含量少，具有优良的导热、导电性能、铝合金抗腐蚀等性能突出等特点，可用于代替传统的铜管制品，具有环保、增效、节能、降本等优点，工业纯铜与铝原料进行密度比，铝的密度仅仅是工业铜的1/3，重量更加轻盈，铝原料价格更是工业纯铜的1/4；对比成本更易获得制造商的优选。并且极大的降低空调压缩机管材的成本和重量。
29.本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可
以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
30.为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：
31.图1为本发明的工艺流程图。
具体实施方式
32.以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
33.其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
34.本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
35.请参阅图1，为一种3a21铝合金空调压缩机管材的生产工艺，包括以下步骤：
36.1)来料检验：对3a21铝合金原料棒进行初步机加工，去除原料棒表面缺陷层；
37.2)铸锭加热：将3a21铝合金原料棒加热至430～450℃；
38.3)挤压：关闭挤压机所有淬火系统及设备，将挤压速度设置8～12m/min，将3a21铝合金原料棒挤压为3a21铝合金圆管，通过挤压形成的3a21铝合金圆管，由于挤压过程使得其内部组织结构的晶粒重组、细化，且此时未经过退火处理具有极好的延展性，便于后续冷加工；
39.4)成品锯切：将3a21铝合金圆管去掉工艺几何废料，并且按照要求定尺公差长度锯切定尺；
40.5)下料检验：对外观表面质量、壁厚、管材内直径、定尺公差长度进行逐一检验；
41.6)下料装筐：将通过检验合格的3a21铝合金圆管进行装框备用；
42.7)原料准备：取3a21铝合金圆管备用；
43.8)坯料加工：将涂润滑油脂的内芯模具放入3a21铝合金圆管一端孔腔内，然后对3a21铝合金的坯头进行捻头加工；
44.9)多次坯料盘拉：对3a21铝合金圆管进行多次拉拔，通过多次拉拔工艺，使得3a21铝合金圆管拉拔延展变形；
45.10)延伸矫直：将步骤9)中3a21铝合金圆管形成的盘卷连续进行拉拔，直至3a21铝合金圆管全部拉拔完毕，完成3a21铝合金圆管直拉；
46.11)表面清洗：延伸矫直后的3a21铝合金圆管放入清洗设备中进行清洗，去除表面油脂；
47.12)退火：将表面清洗完成的3a21铝合金圆管进行完全退火，退火工艺采用405～425℃
±
3℃，保温4～5h出炉，出炉后采用轴流风机加速冷却，获得3a21铝合金管材，最后通过对3a21铝合金圆管进行完全退火处理，并在出炉后采用轴流风机加速冷却，使其成为3a21铝合金的o状态，具有优异的性能，满足空调压缩机管材的使用要求。
48.进一步，所述步骤1)中采用的机加工方法为车、铣、刨中的一种，去除表面缺陷层厚度为4～6mm。
49.进一步，所述步骤4)去掉头端2.5～3m、尾端1.5～2m工艺废料，定尺公差长度为0～6mm。
50.进一步，所述步骤6)中每一层3a21铝合金圆管摆放前先铺垫隔板、毛毡防护条，并且保持3a21铝合金圆管之间间隔距离10～20mm，防止相互摩擦产生外观表面磕碰；
51.进一步，所述步骤7)中所述3a21铝合金圆管外径为30mm、其壁厚为3mm。
52.进一步，所述步骤9)中的多次坯料盘拉采用多次拉拔机设备，拉拔速度设置200～300m/min，壁厚形变量控制在20％～30％，采用多次拉拔机设备便于3a21铝合金圆管的多次拉拔节约加工时间，提升效率。
53.进一步，所述步骤10)中的拉拔速度为25～35m/min。
54.进一步，所述步骤12)中的完全退火采用落地式电阻加热时效退火炉。
55.进一步，所述步骤12)中的退火过程中采用轴流风机加速冷却。
56.另一方面，优选4份3a21铝合金空调压缩机管材样本，3a21铝合金的各元素含量如下表所示，其中调整si含量在指定范围可以增加金属流动性，可减少后期加工带来的脆性因素的发生。而过量的fe与si元素流动中易产生片状或针状组织，通过结合后金属流动会减低，热烈性增加，易降低力学性能，所以需要严格控制fe元素的含量。控制适量的cu则会提高合金的流动性，增强抗拉与硬度，降低热裂倾向发生。以下元素含量其铸造成分控制手段的应用，可以更加有益的获得挤压制品加工后的延伸强度特性。如表1：
57.表1化学成分测试
[0058][0059]
具体加工步骤如下：
[0060]
1)来料检验：3a21铝合金原料棒应用车、铣、刨等机加工方法，把3a21铝合金原料棒表面存有缺陷的一层金属去掉，去除圆棒外表厚度4～6mm。
[0061]
2)铸锭加热：3a21铝合金原料棒加热控制在430～450℃，防止棒温高引起组织内部过烧，最终影响加工退火后开裂。
[0062]
3)挤压：首先关闭挤压机所有淬火系统及设备，避免产生加工过程退火效应不良，在确保管材表面光滑、无颗粒、无毛刺，将挤压速度设置8～12m/min，确保组织晶内晶粒再次重组流动均匀，同时可提高产品质量及生产效率，挤压形成3a21铝合金圆管
[0063]
4)成品锯切：将3a21铝合金圆管去掉工艺几何废料头端2.5～3m、尾端1.5～2m，并且按照要求定尺公差长度锯切定尺，定尺公差长度0～6mm。
[0064]
5)下料检验：对外观表面质量、壁厚、管材内直径、定尺公差长度进行逐一检验。
[0065]
6)下料装筐：将通过检验合格的挤3a21铝合金圆管，每层摆放前铺垫隔板、毛毡防护条，并且保持3a21铝合金圆管之间间隔距离10～20mm，防止相互摩擦产生外观表面磕碰。
[0066]
7)原料准备：取3a21铝合金圆管，外径为30mm、其壁厚为3mm。
[0067]
8)坯料加工：将涂润滑油脂的内芯模具放入3a21铝合金圆管一端孔腔内，然后对3a21铝合金的坯头进行捻头加工。
[0068]
9)多次坯料盘拉：选用多次拉拔机设备，该类设备方便容易拆卸坯料，管材长度不受到卷简尺寸的限制，对3a21铝合金圆管进行多次拉拔，拉拔速度设置200～300m/min，其中壁厚形变量控制在20％～30％，加工效率高效。
[0069]
10)延伸矫直：将盘卷连续进行拉拔，直至圆管型材全部拉拔完毕，拉拔速度为25～35m/min，完成圆管直拉。
[0070]
11)表面清洗：延伸矫直后的管材放入清洗设备中进行清洗，去除表面油脂。
[0071]
12)退火：将表面清洗完成的管材放入落地式电阻加热时效退火炉中进行完全退火，退火工艺采用405～425℃
±
3℃，保温4～5h出炉，通过轴流风机强风加以冷却出炉温度，获得3a21铝合金管材。
[0072]
将本发明的工艺加工形成的3a21铝合金管材，进行力学性能测试、扩口测试以及电导率测试。
[0073]
表2力学性能测试
[0074][0075]
测试设备：ag-x 100kn电子万能试验机，测试标准：gb/t6892-2015一般工业用铝及铝合金挤压型材，测试方法：gb/t16865-2013变形铝镁及其合金加工制品拉伸试验用试样及方法。
[0076]
表3扩口测试
[0077][0078]
测试设备：ag-x 100kn电子万能试验机，测试方法：gb/t242-2007金属管扩口试验方法。
[0079]
表4电导率测试
[0080][0081]
测试设备：smp-10涡流电导仪，测试方法：gb/t12966-2008铝合金电导率涡流测试方法。
[0082]
通过上述力学性能测试、扩口测试以及电导率测试的结果来看，本发明的工艺加工形成的3a21铝合金管材其力学性能以及电导率优异，较好的通过了扩口测试，具有优良的导热、导电性能、铝合金抗腐蚀等性能突出等特点，可用于代替传统的铜管制品，具有环保、增效、节能等优点，并且目前铝原材料的密度为2.71kg/dm2，价格在20170～20210元\吨，工业纯铜原材料的8.89kg/dm2，价格在71680～71860元\吨，其工业纯铜与铝原料进行密度比，铝的密度仅仅是工业铜的1/3，重量更加轻盈，铝原料价格更是工业纯铜的1/4；对比成本更易获得制造商的优选。所以本发明制备的3a21铝合金管材替代现有的铜管极大的降低了空调压缩机管材的成本以及机身重量。
[0083]
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。