CN112384313A - 用于生产非铁合金制备的毛细管的连续方法 - Google Patents

Abstract

一种由非铁合金特别是Al生产毛细管的方法，其包括连续冷旋转挤出通过铸造获得的具有实心截面的坯料，以生产具有空心截面的管材，其中仅通过摩擦力实现待挤出的坯料的变形，以及至少一个冷拉挤出的管材的步骤，以将其直径减小到与毛细管对应的直径。

Description

用于生产非铁合金制备的毛细管的连续方法

技术领域

本发明涉及一种生产非铁金属(non-ferrous)和合金制备的毛细管的连续方法。尽管本发明的方法可以应用于广泛范围内的非铁金属和合金，例如应用于铜、锌、铅、镁、银、金等及它们的合金，但已经发现在加工中特别有用的是具有广泛商业用途的铝合金。

背景技术

在家用电器的冷却回路中使用的热力膨胀阀领域中，毛细管的使用已越来越广泛。

这些阀的广泛使用要求开发大量生产此类毛细管的方法，该方法要确保毛细管的数量和质量，例如在高生产率和恒定结构特征方面。为此，已经发现铜及它们的合金最适合满足高生产率和恒定结构特征的要求。然而，由于铜的成本高，已经出现了由替代性的更便宜的材料生产毛细管的需求，特别是由铝合金生产毛细管的需求。

使用铝合金大量生产毛细管需要特殊的办法，以便满足足够的结构和机械特性方面的要求，从而允许连续生产没有缺陷和中断的足够长度的线圈，例如长度超过100m，优选超过1000m，例如长达5km及更长。当前用于连续大量生产毛细管的线圈的方法通常包括热挤出通过浇铸获得的具有实心截面的起始材料，例如坯锭，随后是后续阶段的冷拉。在这种常规方法的应用中，已经发现并不是所有的铝合金都适合于连续生产，因为它们会导致结构上的弱点和破损，或者至少会导致毛细管在实际长度上的缺陷，例如超过100m。

为了克服上述问题，EP 1,840,487提出了一种特定的铝合金组合物，尽管属于UNI3103系列的此类合金，但其为一种特定的选择。根据该专利，要求保护的是一种Al合金的选定组合物，据称其是唯一能够承受连续生产长度大于100m而不会发生破裂和/或缺陷的毛细管的合金，并且据称其可以生产内径基本恒定的毛细管。除了其中要求保护的特定组合物之外，EP 1,840,487还要求保护一种连续生产Al合金的相应方法，其包括热挤出起始坏料，随后将其拉细至所需的毛细管直径，清洗毛细管线圈的内表面，并且最后，最后进行热处理以增加获得的毛细管的延展性。

在已知技术中还已知通过旋转冷挤出的方法生产管材的方法，例如，US 3765216。根据该技术，在围绕枢轴旋转的轮子与设备的静态壁之间产生强烈的摩擦，这产生了用于产生将被挤出的金属的所需的热量，而无需提供外部热量。US 5,167,138描述了一种用于连续旋转挤出的设备，该设备包括冷却装置，以确保挤出产品的晶粒尺寸的均匀性。中国专利申请CN 102615139提出了一种特定的Al合金，具有高含量的Si，从而提高旋转挤出直径为10-12mm的常规管材的连续工艺的生产率。鉴于冷挤出的问题，例如上述文件中描述的那些，它们的使用尚未在毛细管的生产中提出。

发明内容

本发明的目标是提供一种用于大量生产毛细管的方法，特别是由铝合金开始生产毛细管，相对于基于铜及它们的合金的毛细管而言，这在成本方面是有利地，相对于迄今使用的成型方法，这种方法得以简化、在经济上更为有利并且对环境的影响较小。

在该目标的情况下，本发明的目的是提供一种用于连续(实际上无限地)生产管材的方法，该管材没有通常由热挤出引起的结构缺陷，例如竹节、肿胀、开裂和夹杂物，并且其内部截面基本恒定，因此可以将它们用于生产毛细管，而无需额外的步骤来提供它们。

本发明的进一步目的是提供一种生产毛细管的方法，其可以应用于通常的非铁合金并且特别地可应用于组成可以在宽范围内变化的铝合金，包括对化学组成没有特别局限或限制且可以市场上随意获得的常用合金，例如作为具有实心截面的半成品获得的常用合金。

在下文中将更显而易见的是该目标以及这些和其它目的是通过由非铁合金生产毛细管的方法实现的，该方法包括连续冷旋转挤出通过铸造生产的具有实心截面的初始毛坯，从而获得具有空心截面的管材，其中仅通过摩擦力来实现待挤出的毛坯的变形，将挤出的管材冷却至环境温度，以及至少一个冷拉所挤出的管材的步骤以将其直径减小至与毛细管相对应的直径。

具体实施方式

因此，根据本发明的方法包括根据例如US 3,765,216或US 4,055,979中描述的技术连续冷旋转挤出的第一步，其中冷进料待挤出的坯料而没有预先加热，仅通过挤出机产生的摩擦力来达到必要的变形。特别地，根据该技术，将通常在生产线中通过铸造和冷轧获得的初始坯料(通常是具有实心截面的线材)冷进料到旋转挤出机中，该旋转挤出机包括由电机和减速齿轮(减速装置，reduction gear)驱动的钢制旋转轮。该轮设有一个外部周向的环形槽，线材(wire rod)插入其中，该线材穿过挤出室，并受到轮与室壁的一部分之间的摩擦产生的高摩擦力，例如通过定位在其上的突起或长钉在旋转过程中与轮的凹槽接触。然后，在摩擦区域中，凹槽中的线材达到制成其的合金的屈服或变形水平，从而允许其通过设置在挤出室中的例如桥状的模口进行挤出。因此，在方法的该第一步中，进行连续旋转挤出，在任何情况下都达到变形水平，并且线材的挤出无需在施加外部热量或感应加热的情况下进行。

在实践中，起始线材可以绞线形式使用，其重量比在热挤出工艺中使用的绞线更大。为了说明的目的，可以使用2000kg的绞线，例如放置在货板上，在生产线上通过刷或通过水溶液的方式在外表面上展开和清洁，然后将其进料至连续旋转挤出。线材可以具有例如9.5-15mm的初始外径。虽然方法可以应用于例如包括铜的各种有色金和合金，在由广泛需求的铝合金制造毛细管中这是特别有利的，例如在热力膨胀阀领域，由于与铜和铜合金相比其成本较低。实际上，已经有利地发现，本发明的方法可用于具有适合于通过挤出容易变形的机械特性的多种铝合金，而在化学组成方面则没有其它限制或局限。因此，可以使用由UNI EN 573-3标准定义的系列1000至6000的铝合金，例如系列3000的合金，例如含有Si、Fe和Mg的EN-AW 3103合金，它们远远优于EP 1 840 487中描述的Al合金。

使从冷旋转挤出机出来的管材经过冷却和干燥桶，以将其冷却到环境温度。

然后将所得的挤出管材送去进行感应电流质量控制，例如通过导向环以标记任何线缺陷，然后其可以立即送入后续的冷拉步骤，或者用绕线机绕线以等街此类后续工艺之后送入后续的冷拉步骤。

本发明的方法最后包括至少一个冷拉的最后阶段，但优选一系列的拉拔阶段以逐渐减小挤出管材的直径直至其达到所需的毛细管直径，通常其内径范围为0.2至4.5mm。在实践中，冷拉是常规的，其中通过方便设计尺寸的模具和主轴，用拉拔线对管材的截面进行一次或多次冷缩。

从前文的描述可以看出，通过使用不利用感应加热的连续冷旋转挤出技术与最终的冷拉的结合，根据本发明的方法具有明显的优点。通过将常规的热挤出替换为冷旋转挤出，其中由摩擦力供应加热并且通过旋转轮进行变形，电力消耗被显著降低，以消耗与产品的kw/吨比等于基于热挤出的普通毛细管生产工艺的三分之一。另外，连续冷挤出工艺除了不使用感应加热外，还由于其在旋转轮上的变形方法，减少了氧化物的形成，并且不需要生产器具上的润滑物质，因此使得对毛细管的清洗可选且非必需。实际上，在热挤出过程中，除了器具外，还必须用石墨、油或特殊配方的聚合物润滑钢坯容器。

显著减轻了对环境的影响，因为水资源消耗减少到低于50m³/h水，并且用于驱动机器的液压油的消耗低于1m³/h，同时减少了碳排放。实际上，在不需要感应加热的情况下，不需要加热炉，该加热炉通常是电感应炉，并且因此在用加热炉的情况下将需要冷却系统，从而增加必要的水量。可替代地，消除了用于以甲烷为燃料的加热炉的甲烷气体的消耗。

最后，本发明的方法使得可以生产无限长的毛细管，在任何情况下都超过10000mm，并且毛细管具有基本恒定的内径，这使得流体流速的最小变化成为可能，并且具有最佳的内外粗糙度。

本申请要求其优先权的意大利专利申请No.102018000006938中的公开内容通过引用并入本文。

Claims (9)

1.一种由非铁合金生产毛细管的方法，所述方法包括：连续冷旋转挤出通过铸造生产的具有实心截面的初始坯料，以获得具有空心截面的管材，其中仅通过摩擦力实现待挤出坯料的变形；将挤出的管材冷却至环境温度；以及至少一个冷拉所述挤出的管材的步骤，以将其直径减小到与毛细管相对应的直径。

2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括在进料到冷拉的步骤之前，将所述挤出的管材卷绕为线圈形式的步骤。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述非铁合金是选自从1000到6000的UNI EN573-3标准系列的铝合金。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述合金是UNI 3103系列的铝合金。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，包括连续进行的多个冷拉步骤，直到获得在0.2到4.5mm的范围内的毛细管内径。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中连续旋转挤出是通过使用具有环形周向外部凹槽的轮来实现的，所述凹槽中容纳所述坯料并且通过与挤出室中的突起接触的方式将所述坯料供给到挤出室，从而产生足够的摩擦力以达到挤出所述坯料所需的变形。

7.连续冷旋转挤出与至少一个冷拉步骤的组合用于生产非铁合金的毛细管的用途，其中所述连续冷旋转挤出产生足够的摩擦力以使具有实心截面的坯料变形并挤出所述坯料。

8.根据权利要求7所述的用途，其中所述非铁合金是UNI EN 573-3系列1000-6000的Al合金，特别地是UNI 3103系列的Al合金。

9.根据权利要求7或8所述的用途，其中所述毛细管具有0.2-4.5mm的内径。