擠壓模具液氮技術的推廣及應用

羅錦安，鄒 照

（深圳市華加日西林實業有限公司，深圳 518118）

擠壓模具液氮技術的推廣及應用

羅錦安，鄒 照

（深圳市華加日西林實業有限公司，深圳 518118）

擠壓成形技術是鋁型材生產的主導環節和核心環節，因此如何保障型材的表面質量，縮短擠壓時間，提高模具使用壽命成為擠壓過程中的核心問題。而氮氣冷卻技術能有效地解決鋁擠壓中的溫升問題，對提高鋁型材擠壓速度、延長模具使用壽命、改善型材表面質量和組織力學性能有顯著的效果。

氮氣冷卻；擠壓速度；擠壓模具；鋁型材

0 前言

鋁合金在擠壓過程中，模具一直維持在高溫狀態下。隨著擠壓過程持續，鋁棒的變形和鋁合金與模具表面的黏著摩擦產生熱量直接導致模具工作帶溫度飆升，使模具工作帶的穩定性下降，導致模具過早失效，溫度的升高也加大了型材的氧化，產生氧化鋁和夾雜，對型材表面光潔度甚至晶粒都有影響。所以不得不降低擠壓速度，但這樣又大大地限制了擠壓生產效率。而采用液氮冷卻模具技術，在保持鋁型材質量的前提下，可以提高擠壓速度，同時也延長了模具使用壽命。

1 傳統的模具通氮技術現狀

液氮冷卻模具技術因其能有效解決擠壓過程中模具的溫升問題受到國內外越來越多的鋁型材企業的關注。液氮冷卻在帶走了多余的熱量的同時也為增加擠壓速度提供了上升的空間。低溫液氮在對模具冷卻的同時氣化為具有惰性的氮氣，可以保護出料口型材表面，使其不被高溫氧化，大大地提高了型材表面光潔度。

對于液氮通道設計的方法一般分為三種：（1）模具冷卻法;（2）模墊冷卻法；（3）工作帶直接冷卻法。在這三種方法里，模墊冷卻法因液氮通道設計簡單，模墊制作通氮槽（圖1）簡單，成本低而被廣泛采用。

生產時將低溫液氮或氮氣通入模墊上的槽內，經過橫豎通道噴出，使得型材處于氮氣的惰性氛圍中，一定程度上防止了型材表面被氧化。但是模墊在平模或是下模之后，距工作帶有一定的距離，伴隨著模具外形規格變大，模具總裝厚度變長，模墊的通氮槽離工作帶的距離會越來越遠，效果就會大打折扣。

2 新型的模具通氮技術

隨著鋁合金廣泛應用于汽車、船舶、飛機、電子等各個領域，更寬更大的型材截面出現，隨之而來的模具規格、模具厚度也越來越大，傳統的模墊通氮已經不能滿足型材表面要求和擠壓提速要求，迫切需要將氮氣通到模具的工作帶附近。所以研究出圖2所示的氮氣通道圖。

圖2 氮氣通道

如圖2所示氮氣從下模上的氮氣通道孔到達已經銑出氮氣槽的模墊內，因為下模與模墊用鎖緊螺絲鎖緊的，可以保證模墊的氮氣槽是一個密閉的槽道。因為此款型材有很長的實心部分，為了避免擠壓生產時產生刀彎現象，所以在設計氣道時就考慮到實心部分的降溫，同時由于空心部分金屬冷卻的慢，所以氮氣必須通到工作帶附近，以達到降溫的同步平衡。怎樣將氮氣輸送到工作帶附近成了我們迫切解決的問題，所以我們設計出如圖3所示的氮氣通道。

圖3 下模上的氮氣通道

通過這樣的氮氣通道設計，可以將氮氣輸送到工作帶附近，如圖4所示。

圖4 下模的氮氣通道

通過這種新型的氮氣通道設計，冷的液氮或是氮氣可以直接被噴到工作帶出口，可以降低擠出型材表面溫度，趕走出口端的空氣，產生無氧的擠壓環境，能有效防止由于在鋁型材的表面產生堅硬的氧化鋁微粒并部分粘附在模具出口而引起的模具表面拉傷。此外，還能有效防止持續升高的模具溫度引起的模具表面退氮。圖5為實際模墊氮氣通道。圖6為下模的氮氣通道實際加工效果圖。

圖5 模墊上的氮氣通道

圖6 下模的氮氣通道

通過實驗發現，經液氮冷卻后出料口型材表面光亮，表面質量較未經氮冷時有明顯提高。這主要是因為未經氮冷時，出料口的高溫型材暴露在空氣中，出現高溫氧化，降低了出料口型材的表面光潔度。采用液氮冷卻時，液氮氣化后，體積膨脹600多倍，將出料口型材周圍的空氣排開，形成惰性保護，提高了型材表面光潔度。擠壓速度的提升也很顯著。針對6061-T6合金的手機平板型材來說，擠壓速度（型材出口擠壓速度）由原來的8～9m/min提升到現在的20m/min，提升幅度高達100%。

針對普通6063-T6的薄壁型材來說，擠壓速度也由原先的15m/min提升到現在的28m/min，提速幅度達80%。

3 結論

（1）通過在工作帶附近上加開合理的冷卻通道，液氮冷卻模具技術在鋁型材擠壓生產中的應用是可行的。

（2）液氮通道開度達到70%時，擠壓速度最高提速可達100%，出料口型材溫度降低，大大提高了鋁型材擠壓生產效率。

（3）液氮氣化后形成惰性保護，顯著提高了型材表面光潔度。

Extrusion Die on Nitrogen Technology Promotion and App lication

LUO Jin-an,ZOU Zhao
(Nofement International XILIN IndustralCO.,LTD,Shenzhen 518118,China)

Extrusion forming technology is themain link and core link in alum inum production,so how to ensure quality of the sur?face of thematerial,shorten the time of extrusion,prolong the service life ofmould is the core problem in the processof extrusion. And N itrogen cooling technology can effectively solve the problem of the temperature rise in alum inum extrusion,and can improve the alum inum extrusion speed,lengthen the service life of themold,and improvemechanical properties ofmaterial surface quality andm icrostructure.

N itrogen cooling;extrusion speed;extrusion die;alum inum profile

TG375+.41

：B

：1005-4898(2017)04-0028-03

10.3969/j.issn.1005-4898.2017.04.06

羅錦安（1976－），男，廣東人，大學本科。

2017－02－25