主要表現(xiàn)在：1、尺寸精度越來越嚴(yán)格，否則無法進(jìn)行數(shù)控加工，更無法滿足產(chǎn)品的最終使用要求；
2、力學(xué)性能越來越高；
3、外觀質(zhì)量越來越嚴(yán)格。
然而，要同時(shí)滿足以上三方面要素，生產(chǎn)工藝之間又存在著相互矛盾，尤其是淬火環(huán)節(jié)。因?yàn)橐_(dá)到高的力學(xué)性能，必須要有足夠快的冷卻速度。而冷卻速度越快，型材的殘余應(yīng)力殘余變量就越大，型材就越容易變形，尺寸精度無法保證。如果降低冷卻速度，對減少型材變形是有幫助，但型材性能就有可能會降低，甚至達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)要求。所以，要同時(shí)滿足以上三方面的要素，在線淬火環(huán)節(jié)必須滿足以下的條件：
1、具備滿足各種合金淬火敏感性的冷卻速度，該點(diǎn)主要解決型材性能問題；
2、具備滿足各種不同截面形狀所需要的冷卻強(qiáng)度的差異性調(diào)節(jié)，該點(diǎn)主要解決型材的冷卻變形問題。
一、在線淬火的常用冷卻形式
目前，主要的 冷卻形式有風(fēng)冷、霧冷、風(fēng)霧混合冷卻、噴淋冷卻、駐波水冷、過水槽冷卻，還有液氮冷卻。
1、風(fēng)冷
風(fēng)冷的冷卻速度相對較弱，能耗比較高，使用成本也高，而且熱風(fēng)幾乎都擴(kuò)散到車間里面，造成工作環(huán)境溫度高。但風(fēng)冷對型材變形量的影響最小，不會產(chǎn)生水冷可能出現(xiàn)的水斑。風(fēng)冷通常適用于6063、6060等淬火敏感性較低的合金型材、板材、管材，和部分薄壁（5mm以內(nèi)）6061、6005、6082等合金的型材、板材和管材。
2、霧冷
霧與高溫型材接觸時(shí)，瞬間汽化，變成水蒸氣，水蒸氣將霧和型材表面隔開，造成霧與型材表面接觸困難，冷卻效果比較差，所以通常霧冷不適合單獨(dú)使用。
3、風(fēng)霧混合冷卻
因風(fēng)冷和霧冷存在的不足，風(fēng)霧混合冷卻成為很好的冷卻方式。風(fēng)霧混合冷卻的冷卻速度比風(fēng)冷和霧冷都要大，但能耗又比風(fēng)冷要低，熱量擴(kuò)散到車間里面較少。而且型材變形量又比水冷的要小，不會產(chǎn)生水冷可能出現(xiàn)的水斑。所以風(fēng)霧混合冷卻大量用于6063、6060等淬火敏感性較低的合金型材、板材、管材，和部分中薄壁（10mm以內(nèi)）6061、6005、6082等合金的型材、板材和管材。
4、噴淋冷卻
噴淋冷卻是通過高壓泵將水輸送到各路扇形噴嘴，形成高壓的扇形水流噴淋到型材上進(jìn)行冷卻。噴淋冷卻的特點(diǎn)是冷卻速度非常強(qiáng)（比傳統(tǒng)的過水槽還要強(qiáng)），可調(diào)節(jié)的范圍非常大，與擠壓機(jī)的聯(lián)動(dòng)控制非常靈活，對異型材的冷卻是最好的選擇。在減少型材變形方面有絕對優(yōu)勢，可以根據(jù)型材截面的差異進(jìn)行調(diào)節(jié)，壁厚薄的位置水量水壓調(diào)小，壁厚厚的位置水量水壓調(diào)大，讓同一截面的不同位置在同一時(shí)間冷卻到同樣的溫度，這樣就能有效減少型材周向的變形。當(dāng)完成一個(gè)擠壓周期時(shí)，在取得擠壓機(jī)的停機(jī)信號后，可實(shí)現(xiàn)分段延時(shí)關(guān)停噴淋冷卻；在取得擠壓機(jī)的擠壓信號后，可實(shí)現(xiàn)分段延時(shí)開啟噴淋冷卻，讓同一根型材縱向的不同位置的有效冷卻時(shí)間基本一致，這樣就能有效減少型材縱向的變形。但能耗比傳統(tǒng)的過水槽要高，可能會出現(xiàn)的水斑。通常適用于厚壁6063、6060、6061、6005、6082等合金的型材、板材、管材和棒材。
5、駐波水冷（又稱堆水）
駐波水冷是縱向兩則有固定圍板，兩端靠水的壓力形成水墻，將水阻擋在里面，到一定的高度后達(dá)到平衡，水墻內(nèi)形成滾動(dòng)水槽，型材穿過水槽進(jìn)行冷卻。駐波水冷的冷卻強(qiáng)度比較高，特別適合管材、棒材的在線淬火。如果每根棒都要牽引機(jī)到擠壓機(jī)口進(jìn)行牽引的，該種形式是最好的。但駐波水冷不能進(jìn)行周向方向性調(diào)節(jié)，所以對異型材進(jìn)行冷卻時(shí)，變形量會比較嚴(yán)重。而且能耗也比較高。
6、過水槽冷卻
過水槽冷卻是縱向用固定圍板、兩端用活動(dòng)圍板組成一個(gè)水槽，用低壓水泵往水槽注水，型材穿過水槽進(jìn)行冷卻。過水槽冷卻時(shí)，水與高溫型材的表面接觸，瞬間形成水汽膜，水汽膜將型材表面和冷卻水隔開。由于水槽的水流動(dòng)速度不大，水不能及時(shí)沖破水汽膜，所以造成冷卻速度不如噴淋冷卻和駐波冷卻的強(qiáng)。過水槽冷卻不能進(jìn)行周向方向性調(diào)節(jié)，所以對異型材進(jìn)行冷卻時(shí)，變形量會比較嚴(yán)重，但能耗也比較低。適合管材、棒材、板材的淬火，選擇該冷卻形式牽引機(jī)不能到擠壓機(jī)口牽引。
7、液氮冷卻
液氮冷卻是將液氮降壓后通過管道直接噴到模具出口處，將型材冷卻。該冷卻形式對提高產(chǎn)品的表面質(zhì)量有幫助，但由于使用成本過高，應(yīng)用較少。
實(shí)際應(yīng)用中，要根據(jù)每臺擠壓機(jī)主要生產(chǎn)何種產(chǎn)品來選擇何種形式的冷卻方式，通常是一臺擠壓機(jī)上配置的淬火裝置是由多種冷卻方式組成。
二、設(shè)計(jì)在線淬火主要考慮因素
為使擠壓鋁型材在線淬火達(dá)到較理想的效果，必須綜合以下幾方面因素考慮：
1、足夠的冷卻速度，足夠的冷卻速度是在線淬火的必備條件。只有足夠的冷卻速度，才能確保過飽和固溶體被固定下來不分解，防止強(qiáng)化相析出，才能保證型材淬火時(shí)效后的力學(xué)性能達(dá)到最佳水平。要達(dá)到足夠的冷卻速度，就要配置合理的冷卻源、冷卻長度以及冷卻密度。冷卻源就是指風(fēng)機(jī)、水泵以及相應(yīng)的冷卻介質(zhì)，冷卻長度就是指風(fēng)口、噴管或水槽的長度，冷卻密度就是指風(fēng)口或噴頭的分布密度。而這三方面都要根據(jù)該生產(chǎn)線所生產(chǎn)型材的最大線密度、不同合金的淬火對冷卻速度敏感性強(qiáng)弱以及擠壓出材的速度綜合計(jì)算來確定。所生產(chǎn)的型材線密度越大、合金的淬火對冷卻速度敏感性越強(qiáng)、擠出速度越快，所要配置的風(fēng)機(jī)和水泵越大，風(fēng)口和噴頭的長度就要越長，數(shù)量就要越多，用水作介質(zhì)的水溫就要越低。當(dāng)?shù)蜏氐乃紳M足不了冷卻速度的情況下，還可以在水中加入不同的溶劑來調(diào)節(jié)水的冷卻能力。比如聚乙醇，通過調(diào)節(jié)聚乙醇水溶液的濃度來控制冷卻速度。
2、如何使型材整體（型材截面的徑向和型材的縱向）冷卻速度保持基本一致。只有冷卻速度基本一致，才能確保型材淬火效果基本一致，從而保證型材性能的均勻性，有效減少型材的變形和彎扭。要保證型材截面徑向的冷卻速度一致，就要保證截面徑向冷卻強(qiáng)度能夠根據(jù)型材截面結(jié)構(gòu)情況、壁厚的厚薄進(jìn)行調(diào)節(jié)。比如壁厚較厚的一側(cè)需要冷卻強(qiáng)度高，壁厚較薄的一側(cè)則需要冷卻強(qiáng)度低些，這樣就可使得型材截面同一時(shí)間內(nèi)冷卻到相同的溫度。而要保證型材縱向的淬火強(qiáng)度一致，就要保證縱向上所受的冷卻時(shí)間一致，也就是縱向上每部分通過淬火區(qū)的有效時(shí)間一致。
3、如何適應(yīng)不同型材截面寬高比的變化。特別中大型擠壓機(jī)所生產(chǎn)的型材截面寬高比變化非常大，當(dāng)生產(chǎn)板材時(shí)，寬高比可能達(dá)到100:1以上，而生產(chǎn)管材或棒材時(shí)，寬高比可能是1:1。在這么大的寬高比變化情況下，如何保證型材上下左右各個(gè)表面與風(fēng)口和噴頭之間的距離合適，從而保證有效的冷卻速度和減少能耗。
4、如何使裝置的操作性比較強(qiáng)，能方便操作人員進(jìn)行調(diào)節(jié)控制。
5、在滿足以上四點(diǎn)的前提下，如何有效降低運(yùn)行的成本。
三、兩種最具代表性的在線淬火系統(tǒng)
（一）、以生產(chǎn)異型材為主，兼顧管棒板材的在線淬火系統(tǒng)
往往常見的合金都會在該種機(jī)型上生產(chǎn)，所以我們選擇風(fēng)冷、風(fēng)霧混合、高壓噴水三種功能組合一起。風(fēng)冷、霧冷、高壓噴水的長度和數(shù)量以及風(fēng)機(jī)和水泵的大小，要根據(jù)不同擠壓機(jī)的大小和生產(chǎn)產(chǎn)品特性來配置，但一定要提供足夠大的冷卻范圍。也就是說風(fēng)機(jī)的風(fēng)量和風(fēng)壓要足夠大，水泵的流量和壓力要足夠大，風(fēng)口和噴頭的數(shù)量及長度也要足夠，否則就會造成淬火強(qiáng)度不夠或淬火不充分。
淬火系統(tǒng)分上下兩部分，下部淬火槽固定，上部風(fēng)箱和水罩可升降。當(dāng)擠第一根棒時(shí)，上部風(fēng)箱和水罩先升起來，讓型材通過后上部風(fēng)箱和水罩再降下來，系統(tǒng)開始工作。
風(fēng)冷系統(tǒng)分兩級調(diào)節(jié)，變頻器和壓力傳感器組成一級調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的總風(fēng)量；調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)各支路風(fēng)門來控制支路風(fēng)量，實(shí)現(xiàn)二級調(diào)節(jié)。為了解決截面周向冷卻的均勻性，以擠壓機(jī)中心線為中心，圍繞中心線平行分布若干路風(fēng)口（如圖1所示），具體多少路要根據(jù)具體生產(chǎn)線所生產(chǎn)的型材截面寬度來確定。每一路風(fēng)口都可單獨(dú)調(diào)節(jié)風(fēng)量，以滿足不同合金和壁厚所需要的冷卻速度，確保截面上各個(gè)位置淬火均勻。
圖 1
根據(jù)擠壓機(jī)噸位不同，圍繞擠壓中心線選擇若干列噴霧頭，頂部、底部和左右兩側(cè)分別布置，能夠任意啟閉、切換每一列噴霧頭。根據(jù)不同合金、不同型材截面來選擇哪一路噴霧，選擇哪一路風(fēng)量的大小進(jìn)行組合，以達(dá)到最佳的淬火效果。
水冷系統(tǒng)由變頻器和壓力傳感器組成一級控制系統(tǒng)，調(diào)節(jié)水泵的總水量水壓，并具有穩(wěn)壓功能。由調(diào)節(jié)閥和各支路組成二級調(diào)節(jié)。根據(jù)擠壓機(jī)噸位不同，圍繞擠壓中心線選擇若干列噴淋頭，頂部、底部和左右兩側(cè)分別布置。能夠任意啟閉、切換每一列噴淋頭，并可隨時(shí)調(diào)整每一列噴淋的出水量。在面向擠壓機(jī)方向，可對上、下方向或左、右方向的噴淋管的供水量進(jìn)行差異調(diào) 整。鋁型材截面的各個(gè)位置在擠出后都獲得了相同的冷卻速度，有效控制了淬火過程可能出現(xiàn)的彎曲變形。 （如圖2所示）
圖 2
擠壓換棒過程，全部立刻停止或全部繼續(xù)保持冷卻噴淋都不是理想的方法，這樣會造成型材縱向的機(jī)械性能不一致和彎曲變形。每一路噴管的縱向分為兩段，并用氣動(dòng)閥控制順序啟閉。換棒停止擠出時(shí)，從冷床往擠壓機(jī)方向按次序關(guān)閉這兩段噴管；換棒后開始擠出時(shí)，從擠壓機(jī)出料方向按次序開啟這兩段噴管。（如圖3所示）
圖 3
為了方便操作，上部風(fēng)箱和水罩是可以獨(dú)立升降。當(dāng)擠第一根鑄錠和擠完最后一根鑄錠時(shí)，上部風(fēng)箱和水罩升起，方便型材通過淬火裝置。當(dāng)?shù)谝桓筒那岸送ㄟ^淬火區(qū)后，如果是風(fēng)冷的，就將上部風(fēng)箱降下來，如果是水冷的，就將上部風(fēng)箱和水罩一起降下來，利用上水罩和下水箱的閉合防止水珠往外飛濺。同時(shí)可根據(jù)型材的高度變化進(jìn)行上部風(fēng)箱高度的調(diào)整，來調(diào)節(jié)上部風(fēng)口和噴頭與型材頂部之間的距離，減少風(fēng)壓或水壓的損失。（如圖4所示）
圖 5
為方便調(diào)試、監(jiān)控和維護(hù)，控制系為方便調(diào)試、監(jiān)控和維護(hù)，控制系統(tǒng)設(shè)有遠(yuǎn)程監(jiān)控接口。有需要時(shí)，可通過網(wǎng)絡(luò)對系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程調(diào)試、監(jiān)控和維護(hù) 。
以上方案在廣東豪美鋁業(yè)的4000t、廣東華昌5000t、廣東亞鋁的6000t和廣東偉業(yè)的7000t等擠壓機(jī)所配置的在線淬火裝置上得到充分的驗(yàn)證，完全可以滿足生產(chǎn)工藝的要求。型材經(jīng)過在線淬火和人工時(shí)效和，完全滿足力學(xué)性能的要求，而尺寸精度也得到充分的保證（如圖6、7所示）。
圖 6
圖 7
為了解決型材寬高比變化過大，引起上下左右風(fēng)口或噴頭與型材表面之間距離變化過大，我們將上部的風(fēng)口和噴頭與左右的側(cè)風(fēng)口和側(cè)噴頭設(shè)計(jì)成分離的，并且相互間可以移動(dòng)（如圖8所示）。這樣就可以根據(jù)型材的寬高比來調(diào)節(jié)風(fēng)口或噴頭與型材表面之間的距離，確保上下左右各路風(fēng)口和噴頭與型材各表面保持合適的距離和位置，提高冷卻的精準(zhǔn)度和減少能耗的損失。
該種機(jī)型以生產(chǎn)管棒材為主，所以我們選擇風(fēng)冷、高壓噴水和駐波冷卻三種功能組合一起。與第一種對比，更注重駐波冷卻的應(yīng)用。風(fēng)冷、高壓噴水和第一種基本一樣，而駐波冷卻在前面也有描述，故不再重復(fù)。 （如圖9所示）
圖 9
四、一種針對2系、7系合金的在線淬火系統(tǒng)
因?yàn)?系、7系合金的淬火敏感性非常強(qiáng)，擠壓速度慢，固溶溫度與擠出溫度的差異，以及淬火的轉(zhuǎn)移時(shí)間要求短，所以一直以來無法進(jìn)行在線淬火處理。但離線淬火又存在以下不足：
1、二次加熱造成能耗高；
2、二次加熱引起粗晶環(huán)加??；
3、淬火速度不可控制，型材彎曲變形嚴(yán)重；
4、效率低下。
為此，我們設(shè)計(jì)了一套針對2系、7系合金的在線淬火系統(tǒng)，原理如下：
1、從擠壓機(jī)口開始設(shè)計(jì)一段20至30米長度的出料臺，但該段出料臺同時(shí)也是一臺保溫爐，要起到保溫的作用；
2、接著是一段同等長度的加熱爐，將經(jīng)過保溫的型材加熱到固溶溫度，保溫時(shí)間可以根據(jù)需要進(jìn)行設(shè)定；
3、滿足固溶處理的型材從加熱爐的右下角出口處瞬間混到加熱爐低下的冷卻水槽里面進(jìn)行冷卻；
4、冷卻水槽可以采用噴淋的形式冷卻，也可以采用泡浸形式冷卻；
5、淬火完成后，通過升降機(jī)構(gòu)將型材轉(zhuǎn)移到矯直機(jī)上進(jìn)行矯直。后工序與其它合金一樣。
以上方案因?yàn)闆]機(jī)會進(jìn)行實(shí)施，所以只是一個(gè)理論方案，僅供參考。
以上是本人對在線淬火方面的淺見，如有不妥，請同行多多指正。
