[发明专利]一种面向节能降耗的再生黄铜热挤压工艺优化方法在审

专利信息
申请号: 202111502696.4 申请日: 2021-12-09
公开(公告)号: CN114492099A 公开(公告)日: 2022-05-13
发明(设计)人: 郭胜利;李德富 申请(专利权)人: 有研工程技术研究院有限公司
主分类号: G06F30/23 分类号: G06F30/23;G06F30/27
代理公司: 北京北新智诚知识产权代理有限公司 11100 代理人: 刘秀青
地址: 101407 北京市怀*** 国省代码: 北京;11
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摘要:
搜索关键词: 一种 面向 节能降耗 再生 黄铜 挤压 工艺 优化 方法
【说明书】:

发明涉及一种面向节能降耗的再生黄铜热挤压工艺优化方法,包括再生黄铜铸锭加热和热挤压数值仿真三维模型建立,构建基于数值仿真的再生黄铜热挤压数字孪生模型,采用仿真模拟数字孪生模型计算热挤压生产过程中挤压方式和挤压工艺参数对能耗和产品质量的影响,优化工艺;采集挤压生产海量数据,修正数字孪生模型,采用机器学习构建工艺‑组织‑性能‑能耗‑成本‑质量之间的映射关系的大数据库,通过筛选和优化,获得最优匹配。本发明集成再生黄铜热学特性、热变形物理特性、三维仿真模拟、数字孪生、机器学习模型以及先进的测试表征,面向节能降耗,优化再生黄铜热挤压工艺,与传统工艺相比,能耗可降低15%~35%,具有显著的经济效益和社会效益。

技术领域

本发明涉及一种面向节能降耗的再生黄铜热挤压工艺优化方法,属于有色金属加工成形领域。

背景技术

金属塑性加工是利用金属在外力作用下所产生的塑性变形,来获得具有一定形状、尺寸、组织和性能制品的加工方法。金属塑性加工原材料消耗少,生产效率高,产品质量稳定,而且还能有效地改善金属的组织性能。这些技术上和经济上的独到之处和优势,使它成为金属加工中极其重要的手段之一,因而在国民经济中占有十分重要的地位。如在钢铁材料生产中,除了少部分采用铸造方法直接制成零件外,钢总产量的90%以上和有色金属总产量的70%以上,均需经过塑性加工成材,才能满足航空航天、国防军工、机械制造、交通运输、电力电讯、仪器仪表等领域的需要。然而,金属材料的塑性加工的本征特征决定其设备庞大,能耗高。

金属塑性加工属于典型的高耗能行业,在新时代背景下,高能耗已成为塑性加工发展的瓶颈和挑战,塑性加工产品的价值和生命力不仅与其功能和作用相关,而且与其所消耗的能耗密切相关;产品能耗居高不下,将会面临淘汰;降低塑性加工产品的能耗是塑性加工领域研究和关注的重点。塑性加工即是古老传统的加工技术,又是一门新兴的跨学科的技术,降低能耗是塑性加工技术永葆活力和可持续发展的必由之路。挤压是塑性加工领域的重要加工方法之一,是棒线型管材的重要加工手段,广泛应用于铜、铝、镍、钛、钽、铌、钨、钼等有色金属和稀有金属、不锈钢等黑色金属、金属基复合材料等材料的成形加工。挤压是铜合金棒线型管材主要成形加工方法,可成形复杂截面型材,具有生产效率高等优势。

我国是世界上铜材加工生产和使用最大的国家之一,但也是铜资源匮乏和短缺的国家,也是最大的铜资源进口国,铜资源主要依赖进口。我国铜制备加工领域开发了符合我国国情的铜资源再生循环利用技术,开展铜的再生资源回收利用,可以保护原生资源的过度开采,节约大量资源,推动经济增长持续高质量发展,促进绿色生态文明。国内铜加工制造业使用大量回收的黄铜边角料、铜合金废料作为生产原料,再加工制造黄铜合金,经济效益显著,再生黄铜加工材的发展,有助于推动我国铜加工产业的科技进步,具有重要的社会意义。

与普通黄铜相比,再生黄铜成分复杂,变形抗力相对较大,挤压力大,耗能大。随着再生黄铜产量的增加,其挤压加工棒线型管材产品的市场占有份额逐年增加,再生黄铜挤压加工产品能耗占比也大幅度提高,面向节能降耗的再生黄铜挤压工艺技术开发迫在眉睫。挤压加工是高度的非线性问题,其能量转化过程也是非常复杂的非线性问题,再生黄铜的能耗主要消耗于再生黄铜的加热(降低变形抗力,提高塑性)、塑性变形(通过变形达到所需形状、尺寸和性能的产品);再生黄铜挤压前,锭坯加热,挤压模具、挤压垫和挤压筒等需要预热,锭坯从炉子到挤压筒的过程中,锭坯温度降低发生能耗,在挤压过程中锭坯、挤压模具、挤压筒、挤压垫之间发生热交换,挤压杆向前运动,挤压力做功,发生复杂的能量转化,包括机械能到热能、塑性变形能到变形热能,锭坯与挤压筒之间的摩擦做功,挤压产品与模具之间的摩擦做功,锭坯与挤压垫、模具、挤压筒以及空气之间热交换,挤压产品与模具、空气以及放料装置之间的热交换等,挤压过程的能量转化过程相当复杂,涉及再生黄铜挤压能耗的相关资料文献较少。

因此,需要开发面向节能降耗再生黄铜热挤压工艺优化方法,降低再生黄铜热挤压能耗,降低成本,提高挤压再生黄铜产品的生命周期,实现再生黄铜加工材的绿色制备加工。

发明内容

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