下载掌阅APP，畅读海量书库
立即打开
按照断面形状、交货形式及尺寸范围可将铝轧制品分为板材、带材和箔材，铝轧制品的分类见表1.11。一般厚度大于0.2mm，以平直块状供应的为板材，成卷供应的为带材。厚度等于或小于0.2mm 且成卷供应的为箔材（铝箔），带材与箔材的区别仅在于厚度上的差异。
表1.11 铝轧制品的分类
铝箔是铝及铝合金板（带）材经轧制后所得到的一种非常薄且成卷交货的铝卷（带或片）。世界上各个国家对铝箔厚度的规定并没有一个统一的标准，铝箔起始厚度的规定见表1.12。
表1.12 铝箔起始厚度的规定 （单位：mm）
厚度大于规定值的铝卷称为铝带或铝片。厚度小于或等于规定值的铝卷才称为铝箔。
箔轧是利用冷轧的板坯作为原料，再轧制成更薄的厚度小于0.2mm的铝板，即铝箔。箔轧过程对应的出口厚度见表1.13。
表1.13 箔轧过程对应的出口厚度
铝箔最原始的生产方法是锤锻法，它是把上百张薄板片垛起来进行人工锤锻。19世纪末到20世纪初，出现了二辊式轧机后，才开始采用多层块式叠轧的方法来生产箔材，采用此方法，容易产生压折，所轧箔材的厚度为0.02～0.1mm，轧出的铝带材较短，生产效率低，厚度不均匀。第二次世界大战后，随着市场上需求量的急剧增加，箔材生产技术有了显著提高。特别是近20年来，随着现代化工业技术的发展，箔材生产的发展速度更是惊人，普遍采用带式轧制法。其主要特点是生产效率高（轧制速度可达2200m/min），表面质量好，厚度均匀，一般在最后的轧制道次采用两层或多层叠轧。
随着工业生产和科学技术的不断发展，铝及铝合金箔材的产品规格、品种也不断增加。铝箔可根据不同的方法进行分类。
（1）交货状态：软状态箔、硬状态箔、半硬状态箔等。
（2）化学成分：高纯铝箔、工业纯铝箔、合金铝箔等。
（3）用途：工业用铝箔、军用铝箔、民用铝箔、电器用铝箔、建筑用铝箔等。
铝箔呈银白色，热、光反射性能较好，易于压花、染色和印刷，有良好的防潮、保香、防臭、防虫、无毒、无菌等性能，所以在国民经济建设中用途很广。
（1）航天工业：用于制造飞机、火箭、导弹、卫星等。
（2）国防工业：用于制造雷达、各种仪表零件、特种作业服等。
（3）电子工业：用于制造电缆、电容器、冷凝器、发热元件、各种电器零件等。
（4）包装材料：广泛用于果品、食品、饮料的软包装，以及药品、化妆品、香烟、糖、化学制品和日用品等的包装。
此外，铝箔还作为装饰品得到广泛应用。造船、车辆、建筑、纺织等行业也广泛使用铝箔。由于铝箔本身具有许多优良特性，因此在国防工业、尖端技术、国民经济各部门中占有非常重要的地位。
（1）无辊缝轧制。
铝箔轧制过程中，由于轧件较薄，所以在空转时，上下工作辊之间已没有空隙，且工作辊上还要加一定的压力，以便上下工作辊相互压靠（一般压力达几十t）。轧件被咬入后，轧制时轧辊、轴承等发生弹性变形，以得到所需要的厚度。
（2）厚度调整和板形控制。
由于铝箔采用无辊缝轧制，且施以很大的压力，因此，其厚度调整和板形控制不单是靠调整压下装置增加轧辊对轧件的压力来实现的，而主要是依靠调整润滑油、前后张力、轧制速度来实现的。压下装置的主要作用在于平衡轧辊两端的压力。
（3）冷加工率大。
由于铝及铝合金的性能，以及箔材很薄，轧制时前后张力、润滑油、轧制速度所起的作用大，因此道次加工率较大，每道次加工率可达50%～60%，两次再结晶退火间的总加工率可达90%。
（4）叠轧。
铝箔是在无辊缝轧制条件下产生塑性变形的。由于轧机只是在一定程度上产生弹性变形，轧机的弹性是有限的，因此，轧件的变形程度也就受到了限制。这种变形程度的大小与轧机的形式及规格有关，即与轧机的刚度、轧辊直径、轧辊与轧件之间的摩擦系数、金属的强度、轧制时箔材的平均张力等有关。根据有关专家的计算结果，单张轧制时最薄可轧到0.01mm，不可能轧出0.006mm 的箔材，只有进行双张轧制时才能轧出0.006mm以下的箔材。
（5）轧辊。
箔材轧制时，要求轧机具有高硬度和高精度的轧辊，因为箔材成品要求较高的表面质量、精度和平整度。为了获得优质箔材和保障工艺上所规定的压下量，轧辊应具有较高的硬度、精度、表面粗糙度。
（6）高质量的坯料。
为了保证产品质量和生产工艺正确实施，箔材坯料的质量是很关键的。因此，要求箔材坯料内部组织无气孔、夹渣、氧化膜等缺陷，且厚度均匀、偏差小。一般纵向公差小于每米±0.3%，板两侧厚度无偏差，每米性能波动小于±0.3%（强度、延伸率等）。
铝箔的生产工艺流程，是根据所生产的合金品种、成品规格、产品质量要求、产量、设备的规格型号、生产能力、操作技术水平、管理水平等确定的。在制定合理的生产工艺流程时，应考虑以下原则：充分利用金属的塑性，合理分配道次加工率，减少轧制道次，缩短生产周期，提高劳动生产率；获得符合技术条件要求的优质产品，提高成品率，降低成本；在安全运转的条件下，充分发挥设备能力，并尽量使各机台的负荷均衡。铝箔生产的工艺流程如图1.2～图1.4所示。
图1.2 老式铝箔生产的工艺流程
图1.3 20世纪50～70年代铝箔生产的工艺流程
图1.4 现代化铝箔生产的工艺流程
1）坯料的种类
铝箔所用坯料是板（带）轧制生产的带材。目前铝箔所用的坯料有两类；一类是铁模、水冷模或半连续铸造法生产的铸锭，经轧制而获得的一定厚度的板（带）材，称为热轧料；另一类是采用连续铸轧方法所生产的板（带）材，称为铸轧料。
（1）热轧料。
用半连续铸造法生产的方锭经过铣面、加热，通过热轧成为冷轧机的坯料，再经过冷轧机加工成为铝箔坯料。目前热轧机分三种工作方式（如图1.5所示）：热轧单卷取、热轧双卷取、热连轧（也称“1+3”或“1+4”）。热轧单卷取工艺落后，不宜制作铝箔坯料；热轧双卷取要有条件地使用；热连轧应用较多。
图1.5 轧取方式
（2）铸轧料。
经严格质量控制的铸轧料可作为铝箔坯料。某公司的实际生产经验证明，用铸轧料生产0.006mm铝箔，单卷成品率也可接近90%，关键在于其质量的稳定性。主要表现在卷与卷之间的差别和一卷中每米的稳定性，所以要求铸轧料一定要达到热轧料的质量稳定性。
2）坯料的规格
坯料尺寸的选择是否合理，直接关系到产品优劣和产量的高低。坯料必须根据所生产的合金品种、成品规格、生产设备的规格、生产能力、操作水平进行选择，要便于进行生产技术管理和合理安排轧制工艺。
（1）坯料厚度。
一般铝箔坯料的厚度为0.35～0.5mm。只采用一种坯料厚度往往会在工艺上造成一些困难，有时甚至使成品达不到技术要求，所以在轧制某些规格的产品时，可适当调整坯料的厚度。
（2）坯料宽度。
坯料宽度是根据轧机最大轧制宽度、设备能力和成品规格，且考虑切边量来确定的。一般轧制箔材时，坯料的最大允许宽度为工作辊辊身长度的0.85～0.9倍（轧辊有弯辊系统）。
（3）坯料质量。
坯料的质量主要取决于设备的机械化程度和结构性能。卷重越大，生产率越高，几何废料越少。因此，提高卷重是提高产量、降低成本的有效措施。
只有采用高质量的坯料才能保证轧制过程顺利进行和铝箔的成品质量。
（1）坯料的化学成分必须符合国家有关标准或特殊协议要求。
（2）坯料表面不允许有气孔、腐蚀斑点、严重的划伤、金属及非金属压入和油斑。
（3）生产铝箔的坯料在铸造中铝液必须过滤、除气，内部组织不应有气孔和非金属夹渣。
（4）铝箔坯料的晶粒度必须均匀，且必须达到要求的晶粒度等级（完全退火状态，平均晶粒尺寸为0.045mm）。
（5）铝箔坯料边部必须整齐，不允许有塔形，边部要光亮，无切边毛刺。
（6）每卷上必须标有合金牌号、状态、批号、卷号和规格。
1）坯料退火
对于冷轧后的坯料，由于冷加工硬化，其强度提高、塑性下降。为了提高铝箔坯料的塑性，降低其强度，在进入粗轧前一道次要对坯料进行退火，退火的温度及时间是根据坯料的合金状态确定的。一般在完全再结晶温度以上进行。
2）铝箔的轧制
铝及铝合金塑性好，轧制过程中总加工率大，轧制纯铝箔材时，总加工率达90%。在铝箔轧制生产中，对轧机的设计、选择也有所不同，有的选用粗轧、中轧、精轧来进行轧制，有的选用粗、中轧和中、精轧来进行轧制，也有在一台轧机上，根据粗、中、精轧各道次的要求换工作辊进行轧制的。粗轧的最终轧制厚度在0.05mm 以上，中轧的轧制厚度为0.013～0.05mm，精轧的轧制厚度在0.013mm以下。
一般现代化铝箔轧制都采用四重不可逆变速轧机。它要求轧机工作机架结构刚度好，制造精度高，在轧制过程中轧速平稳，能快速调整。建立前后张力的开卷机和卷取机采用直流电机带动，压下装置是电液伺服阀控制液压压下系统，铝箔轧机如图1.6所示。
图1.6 铝箔轧机
铝箔轧机一般多采用小直径工作辊，其优点包括：
（1）可减小咬入弧长；
（2）可以轧制变形抗力较高的材料；
（3）轧制出的箔材在宽度和长度方向上厚度波动较小；
（4）轧制的最小厚度比较小。
铝箔轧制过程中，道次及道次加工率的确定是制定轧制工艺的重要环节。道次及道次加工率直接影响产品质量、产量及轧机的生产效率。因此，在制定轧制工艺时，必须合理地安排道次及道次加工率，这样才能保证产品的质量要求，提高生产率。
在充分发挥轧件的塑性和设备能力允许的条件下，并在有较好的工艺润滑和冷却，以获得良好的表面质量的前提下，应尽可能采用较大的道次加工率，减少轧制道次，以便提高轧机的生产效率。此外，道次加工率的确定还必须考虑使各道次的轧制材料均衡，使各道次的轧制时间基本一致，这样有利于生产管理。
加工道次的数量应根据坯料的规格和成品的规格确定，并应遵守上述原则。道次加工率的分配要与轧机性能、工艺润滑和冷却条件、张力、原始辊形、轧制速度和表面质量等多种因素相协调，不应盲目追求大的道次加工率。纯铝的道次加工率一般在55%左右，铝合金的道次加工率一般在35%（对于厚度偏差要求严格、表面质量要求高的产品，应选用较小的道次加工率）。
根据铝箔生产的特点，轧制过程中厚度控制不是通过调整压下量来实现的，而是通过调整轧制速度、前后张力、润滑油流量来实现的。
1）调整压下量
调整压下量对厚度在0.1mm以上的箔材还能起到压下作用，因为上下工作辊之间还有一点间隙可调。但轧制厚度在0.1mm以下的箔材时，上下工作辊是相互压靠的，即无辊缝轧制，所以调整压下量对轧制0.1mm以下的箔材就起不到什么作用。在轧制铝箔时，为了使箔材表面平整，以及保证辊两端的压力平衡，还是需要调整压下量的。掌握好辊形使轧制的箔材表面平整，在宽度方向上得到均匀的延伸，避免过紧或过松，这是调整压下系统的关键。
2）调整轧制速度
轧制速度是指工作辊的线速度。轧制速度是轧机和轧制技术先进程度的主要标志。铝箔轧机的发展方向就是高速轧制，以获得高的生产率。轧制中提高轧制速度，轧制箔材的厚度则随之减小；相反，当轧制速度降低时，轧制的箔材则变厚。根据有关专家做过的实验，当轧机升速时，其他条件不变，从穿带速度升到1000m/min，厚度变化达到40%。所以，轧机升速时，厚度连续变小；降速时，厚度连续变大。因此，在轧制箔材时，为了保证每卷头尾厚度不超差，每卷头尾有几十米不能做成品，需要去掉。
轧制速度必须根据设备的能力、工艺技术、操作水平、生产规模、产品的合金状态、产品的质量要求等确定。
3）润滑油
润滑油在箔材轧制中，除了起冷却、润滑作用外，其抗压性对箔材的轧制压下量有很大的影响。一般情况下，润滑油的抗压性好，道次加工率大；否则，道次加工率小。
4）张力的产生和作用（如图1.7所示）
在箔材轧制中，普遍采用带张力轧制，就是在轧机的前后分别配置开卷机和卷取机，如果使入口侧开卷机的线速度V 1 小于轧件的入口线速度V 01 ，就会在开卷机和轧辊之间的箔材上产生一定的拉力，即后张力（T 1 ）。同样，若使卷取机的线速度 V 2 大于轧件出口的线速度V 02 ，则会产生前张力（T 2 ）。
图1.7 张力
张力的使用和控制要恰当，否则箔材轧制将无法进行。虽然随着轧制过程的进行，前后卷直径发生变化而使前后张力出现波动，但它们的关系必须保持在一定的范围内（铝箔正常轧制时最小单位后张力约为0.4kg/mm²，最小单位前张力为2kg/mm²）。
张力在箔材轧制时，具有如下作用。
（1）降低箔材对轧辊的变形抗力，尤其是后张力，它对轧制力的影响比前张力大得多。
（2）调整和控制轧出的箔材厚度。带张力轧制时，由于金属变形抗力降低，轧制的弹跳值减小，这样就可以在不调整压下装置的条件下，使箔材轧得更薄些，也就是轧制力相同，使用张力的加工率比不使用张力的加工率要大，轧出的箔材更薄。
（3）正确使用和调整张力，可以轧出平整、理想的箔材。
（4）张力有拉平箔材，使料端面卷齐的作用。张力不仅能使箔材发生弹性伸长，而且在使用较大张力时，能使箔材宽度方向上的局部应力超过屈服强度，产生塑性变形，避免箔材部分延伸不均造成波浪，将箔材拉平、缠紧，使它紧紧地卷在套筒上。张力的拉平作用可以使箔材的轻微波浪变平整，只要将前张力稍微减小，就可以及时、准确地判别出现波浪的部分和程度，并立即采取相应的措施加以消除。
（5）张力可改善轧制时的对中性，防止无张力轧制时的跑偏现象，使得轧制高速化成为可能。但是，带张力轧制时，若不正确地选择和调整张力，将引起断带及出现松树状、松卷、皱折、擦伤、划伤等现象。此外，张力不能过大，张力调整是有限度的，在一些特殊情况下，还要将速度、润滑油配合起来调整，以达到所需要的箔材厚度。
板（带）材轧制时，对于它的尺寸控制，主要指两个方面：一个是整个板（带）长度上的厚度控制，称为厚度控制；另一个是板（带）整个横断面上的厚度控制，称为板形控制，即板的形状控制。板形控制也叫辊形控制。轧辊的形状与板（带）材的形状有直接的联系，它是影响板形的重要因素。此外，轧辊的弹性变形，也就是轧辊的挠度，对于板形的影响也很大。辊形控制有两种情况，一种是非轧制条件的控制，另一种是轧制条件的控制。
（1）非轧制条件的控制，就是控制轧辊的原始凸度。箔材轧制时，轧辊受到强大的压力而发生弹性弯曲和弹性压扁，为了得到所需要的平整度和满足一定的压下量，轧辊需要磨成一定的凸度。轧辊凸度的大小与被轧制的材料强度和宽度、轧辊的材质、轧制时的压下量、轧辊受热条件和程度、轧制时的张力等因素有关。正确选择和设计轧辊的凸度是制定轧制工艺参数不可缺少的环节。轧辊的凸度是在专用轧辊磨床上磨削而成的。
（2）轧制条件的控制，就是在轧制过程中通过调整润滑油或采用液压弯辊等方法进行控制。有了合理的原始辊形后，在轧制中还必须很好地加以控制，否则也轧不出理想的箔材。因为在轧制过程中，金属产生大量的变形热，这些热量由润滑油带走一部分，大部分热量传导给了轧辊，因而使轧辊的温度不断升高，如果对温度控制不好，必将导致轧辊发生热膨胀，出现凸度过大、过小或挠度不均而形成辊形混乱，原始辊形被破坏后，会降低箔材的质量。
一般通过调整润滑油的供给量对轧辊进行分段冷却控制。特别是在现代较先进的高速铝箔轧机上采用液压弯辊和VC轧辊来控制辊形的变化。此外，调整速度、张力和压下量也可以起到控制辊形的作用。
无论是原始辊形选择不当，还是轧制时控制不当，都将使箔材表面上出现波浪，甚至导致箔材被拉断。如果凸度过大，将出现中间波浪（中间松）；如果凸度过小，将出现边部波浪（两边松）。因此，轧制时箔材出现波浪，要根据辊形的控制原则和方法进行调整来消除波浪，保证箔材的轧制质量。
双合轧制是铝箔轧制的一个特点。由于轧辊的弹性变形和轧机各部件刚度的影响，对于极薄的铝箔要进行双合轧制。
双合轧制前在合卷过程中，为了保证铝箔的表面质量及成品质量，在两张铝箔之间应加以一定量的轧制油。该轧制油的成分与轧机所用的轧制油应基本一致。轧制油是通过一定的压力喷涂到两张铝箔之间的，喷涂时压力要稳定，喷涂量要适当，喷涂要均匀。喷涂的轧制油不能太多，否则会发生颤动，导致表面擦伤，以及轧制时厚度不均；但也不能过少，否则两张铝箔会发生错动，使暗面出现划伤、亮条、亮点、针孔等缺陷。由于在前几道次轧制过程中，边部有不同程度的裂口，为了保证双合道次和下道次轧制时不断带及箔材宽度一致，在合卷时要对两边进行切边处理（双合时铝箔来料两边要留有一定的切边余量，不能小于6mm）。切边时圆盘刀的压力要适中，与下刀轴的刀槽间隙要调准，开卷、卷取的张力要合适，避免出现表面起棱、起皱、卷边、翘边、毛刺、串层等缺陷，确保双合后的铝箔表面、端面平整、光滑。
合卷工序一般有两种方式：一种是在轧制入口设两台开卷机（称为双开卷），双合、轧制同时进行；另一种是配置一台合卷机，双合后进行轧制。两种方式各有特点，双开卷缩短了轧制周期，头尾料损失少，简化了工艺流程，有利于生产管理；但相对来讲，轧制难度大一些，如果来料质量差，成品率将大受影响，而且不适合高速轧制。另一种方式是在合卷机上进行双合，这种方式可以消除来料的缺陷（边部、表面），在很大程度上提高箔材的质量，有利于提高轧制成品率，并能够保证高速轧制。
一般现代化的高速铝箔轧机系列都单独配置合卷机，这样更加有利于提高铝箔的轧制速度和轧制质量。
箔材轧制用的工艺润滑油对轧出的箔材质量有很大的影响。工艺润滑油使用不当，将使正常轧制无法进行；此外，也可能给铝箔轧制带来质量问题，使操作过程调整困难。因此，箔材轧制过程中工艺润滑油的选择是非常重要的。
1）工艺润滑油的作用
（1）润滑。
润滑油能在被加工金属（箔材）和轧辊之间形成一层油膜，防止金属和轧辊表面直接接触，减少它们之间的摩擦，降低金属的塑性变形抗力，获得较大的压下量。
（2）冲洗轧辊表面。
在箔材轧制过程中，箔材和轧辊表面会沾有一些金属铝粉或其他杂质颗粒，如果它们留在轧辊或箔材表面上，会影响箔材的表面质量（划伤、印痕、针孔）。在轧制时，由于润滑油是以一定的压力向轧辊表面喷射的，因此，箔材和轧辊表面的铝粉、杂质将被冲洗掉，并被润滑油带走。
（3）冷却轧辊。
在箔材轧制过程中，金属的变形热，以及箔材表面与轧辊表面的摩擦热使轧辊的表面温度不断升高，产生热膨胀，从而改变轧辊的辊形。喷射润滑油后，由于润滑油的温度低于轧辊表面温度，所以能够降低和稳定轧辊表面温度，保证理想的辊形。在供油过程中，润滑油的供给量可以单独调整，因此可以控制轧辊的局部温度，以此来调整辊形。
（4）轧制前预热轧辊。
为了使轧辊表面温度更接近轧制时轧辊的表面温度，减少废料和稳定辊形，轧制前需要将轧辊预先加热到一定温度。由于润滑油需要加热到一定温度，所以在轧制前将润滑油喷射到轧辊上就起到了预热作用。
2）工艺润滑油的性能
（1）附着力强。
润滑油必须均匀地附着在轧辊和箔材之间，形成一层坚韧的油膜，且能承受高的轧制压力而不破碎。否则，箔材与轧辊之间直接接触，会失去润滑效果。
（2）具有适当的闪点。
闪点高的润滑油，在退火时不易挥发，往往会留下碳氢化合物的残余物，使箔材表面产生油斑而造成废品。但闪点又不能太低，闪点过低，在轧制中润滑油会由于温度升高而挥发，润滑效果不好，同时也影响操作环境，并存在着火的危险。
（3）润滑油应有适当的黏度，且随温度变化小。
流动性好，润滑油容易均匀地分布于箔材与轧辊之间，同时对轧辊和箔材表面有冲洗的作用，使轧辊保持清洁，轧出的箔材表面光亮。黏度不能太大，否则轧出的箔材表面发白，箔材的表面容易产生油斑，影响表面质量。在保证闪点的情况下，应尽量选择黏度小的润滑油，这样能提高箔材的表面质量。
（4）润滑油应保持中性，对铝及铝合金箔材应无腐蚀作用，不应含有水分和水溶性酸碱。
（5）润滑油在任何时候都应保持稳定，很容易就能除去灰尘、氧化铝和其他污染物，抗氧化性好，储存和使用时不易氧化变质。
（6）润滑油蒸发时，应无难闻的气味和对人体健康有害的挥发物。
3）工艺润滑油的配制
工艺润滑油的配制是比较严格的，它必须根据规定的成分比例进行配制。工艺润滑油的基础油及各种添加剂的比例，是根据各种具体的轧制工艺要求确定的。这与轧机的规格和类型、轧制材料的性能、箔材产品质量要求、压下量、轧制速度及操作水平等有关。轧制润滑油的成分配比是否合理，直接影响产品质量的好坏、生产效率的高低，以及轧制能否顺利进行。
工艺润滑油分为粗、中、精轧工艺润滑油。粗轧要求温度稍低，中、精轧要求温度稍高，原因是粗轧速度较快，压下量较大，变形热效应显著，轧辊升温较快；而精轧绝对压下量小，轧制速度也较慢，变形热效应比粗轧小，轧辊升温慢。一般粗轧油温为30～40℃，精轧油温为50～60℃。
4）工艺润滑油的过滤
润滑油在润滑、冷却和清洗的过程中必定带进一些金属粉末及其他杂质颗粒。这些颗粒如果不采取措施清除，将会影响箔材的表面质量。因此，在循环使用过程中需要用过滤装置过滤润滑油。
过滤装置普遍采用板式过滤器（又称施耐德过滤器）。为了提高润滑油的过滤和使用精度，可以再加一套滤芯式过滤器，滤芯的精度是0.001mm。