6061鋁合金滑板車導軌型材的質量控制

滿士國

摘要：針對鋁合金滑板車導軌型材制造過程中出現的質量問題，采用平模設計對鋁合金擠壓過程中出現的形位尺寸、縮尾與粗晶環等重大生產風險點進行了分析，并提出了降低鑄錠上機溫度、優化擠壓模具結構等相應的控制措施，形成了質量控制方案，最終制備出符合用戶要求的鋁合金滑板車導軌型材產品。

關鍵詞：滑板車導軌型材；擠壓；縮尾；粗晶環

中圖分類號：TG 376 文獻標志碼：A

基金項目：廣東省省級科技計劃項目（2014B090903002）

Quality Control of 6061 Aluminum Alloy Scooter Guide Rail Profile

MAN Shiguo

（Guangdong JM Aluminium Profile Factory（Group） Co.， Ltd.， Foshan 528222， China）

Abstract： Aiming at the quality problems in the manufacturing process of aluminum alloy scooter guide rail profile， the major production risk points such as shape and position size， tail shrinkage and coarse grain ring occurring in the extrusion process of aluminum alloy were analyzed by using flat die design. The corresponding control measures such as reducing the operating temperature of ingot and optimizing the extrusion die structure were put forward， a quality control scheme was formed， and the aluminum alloy scooter guide rail profile products meeting the requirements of users were finally prepared.

Keywords： scooter guide rail profiles； extrusion； tail shrinkage； coarse grain ring

鋁是地殼中分布最廣、儲量最多的金屬元素之一，鋁工業的整個發展歷史不過兩百年，由于鋁及鋁合金具有一系列的優異特性，發展速度非常快，已廣泛應用于機械裝備、建筑裝飾、軌道交通、醫療器械等各大領域，成為發展國民經濟與提高物質生活水平的基礎材料。鋁合金滑板車導軌型材屬于工業生產的主要結構件，但生產過程中往往壁厚達到或超過5 mm，易出現縮尾、粗晶環等不良組織。為此，結合生產實際，采用平模設計對鋁合金擠壓過程中出現的重大生產風險點進行了分析，并提出了相應措施，供相關技術人員參考。

鋁合金滑板車導軌型材的生產工藝流程依次為：配料；熔煉；精煉；轉注；除氣除渣、細化；鑄造；均勻化；熱擠壓；質量檢驗；交貨。

1 試驗材料及試驗方法

1.1 試驗材料

本試驗采用半連續鑄造法生產的6061鋁合金為原材料。6061鋁合金直徑為320 mm，化學成分見表1。

1.2 試驗方法

將優化后的6061鋁合金材料在36MN擠壓機上采用平模正向擠壓生產。由于擠壓溫度、擠壓速度的變化對擠壓力的影響比較大，擠壓溫度越高、擠壓速度越快，越有利于再結晶的產生和晶粒的長大。為了獲得高性能鋁合金滑板車型材，綜合考慮擠壓機的擠壓能力，并經過多次試驗得出穩定生產工藝為：模具加熱溫度480～490 ℃，鑄錠加熱溫度460～490 ℃，擠壓速度6～7 m/min。采取不接棒的方式生產，可避免在調直拉伸過程該型材從焊合處斷開[1-3]。具體擠壓工藝方案見表2。

2 生產風險點控制

6061鋁合金滑板車導軌型材是一種特殊的不對稱實心結構型材，具有斷面大、重量大的特點。滑板車導軌既要有良好的強度，還要有精準的尺寸精度，因此給擠壓生產制造帶來了較大的難度，批量生產困難。6061鋁合金滑板車導軌型材的生產難點不僅在于熔鑄過程合金成分鑄錠組織的管控，也在于擠壓過程中斷面形位尺寸頭尾偏差大、初始階段與穩定階段的工藝波動，及試模過程中的質量把控。不同程度的縮尾問題也影響著型材的質量穩定，加之重量大對生產設備和人員現場操作要求較高，更是容易碰擦劃表面，往往導致成品率較低。如何提升產品一次合格率，保持型材內部組織穩定，對所有生產風險點的管控至關重要。

2.1 形位尺寸

圖1為鋁合金滑板車導軌型材斷面結構圖。從圖1可以看出，滑板車導軌型材的截面外形長度為132.5 mm，高度為107.1 mm。在擠壓生產過程中，特別是初始階段的前幾棒，由于整個型材的前后段受鑄錠溫度的波動及初始階段的工藝調整速度的影響，尺寸出現較大的“彈跳”，屬正?，F象。另外調直過程也要注意型材前、中、后尺寸變化及角度90°允許的偏差問題。

2.2 縮尾

擠壓縮尾是由于擠壓時金屬的流動不均勻，致使擠壓制品存在組織性能不均勻的現象，是一種常見的組織缺陷，一般出現在擠壓過程的末期，即紊流壓出階段?？s尾中包含著鑄錠表面的油污、氧化物等雜質，有時還包有氣體，屬于一種嚴重的最終廢品，導致制品在使用過程中發生斷裂、崩壞等失效現象，具有安全隱患[4-6]。因此控制尾端縮尾長度為1 300～1 500 mm，頭端縮尾長度為600～700 mm，并采取以下必要措施：

（1）增大殘料，即增加壓余長度。壓余長度對縮尾的嚴重程度有著一定影響，適當增加壓余長度，則擠壓后期流入?？椎奈廴窘饘僭缴?，從而減少縮尾長度。實踐表明，一般壓余長度為鑄錠直徑的10%～30%。

（2）增加頭尾鋸切長度。機臺生產時，應選擇在焊縫附近進行鋸切，通過增加鋸切長度，從而降低不良品率。

（3）鑄錠表面質量。鑄錠表面質量對縮尾的分布長度有一定的影響，采用削皮機對鑄錠進行車皮，一般單邊2～3 mm，保持干凈光滑的表面，確保擠壓成品的質量。

（4）定期清理料膽。由于擠壓過程中，料膽內部的殘余雜物可充分流入制品內部，加大縮尾長度。為了防止擠壓后期殘留金屬流入型材制品造成縮尾，定期清理料膽也是有必要的。

（5）減緩擠壓尾段速度。型材的合金種類、幾何形狀及尺寸等因素影響著擠壓速度。擠壓速度偏大時，使得金屬的不均勻性加劇，增加縮尾長度，制品表面還可能產生裂紋等缺陷。尤其是擠壓終了階段，適當放慢機速可以達到減少縮尾的目的。

2.3 粗晶環

粗晶環是在對制品進行擠壓過程中在制品的周邊形成的環狀、粗大晶粒區域，也是一種組織缺陷。粗晶環中的晶粒尺寸可超過原始晶粒尺寸的10～100倍。粗晶環會引起制品力學性能的降低，使其抗疲勞性能比中心區的低，且淬火后以及用帶有這種缺陷的坯料鍛造時，常在粗晶區產生裂紋[7-9]。具有這種缺陷的鋁型材在拉伸矯直時，表面會顯得粗糙，且不美觀。

6061鋁合金滑板車導軌型材加工過程的變形不均勻，在制品拉應力區域易形成粗晶。冷卻的不均勻也會導致該缺陷的發生，一般情況是型材周圍一圈均是較粗大晶粒組織，具體如圖2所示，在固溶處理過程中，保證淬火設備系統冷卻能力達到工藝要求，避免型材出現較大的表面回溫現象。為此本研究采用了以下幾種行之有效的控制方案。

2.3.1 降低鑄錠上機溫度

適當降低鑄錠溫度，使合金材料在變形過程中的型材表面與心部溫度差降低，減輕型材回復再結晶過程的異常長大程度，并在一定程度保證型材的表面質量，同時注意生產現場操作環節連貫穩定，保證制品質量統一，使得晶粒不易長大，可以減少粗晶環區尺寸。

2.3.2 優化擠壓模具結構

合理的擠壓模具設計也至關重要。在擠壓生產過程中，初始模具設計制作為簡單平模，生產過程中尺寸波動較大，隨著生產過程的進行，擠壓工藝逐步趨于穩定，型材尺寸漸漸回歸正常范圍。為了避免粗晶形成，在 320 mm鑄錠規格及生產設備不變的情況下，通過優化模具結構，使得出料過程材料供給方面得到加強和均衡，同時增設阻流塊[10]，使材料流出均勻穩定，也是一個有效減輕粗晶的辦法。

2.4 成品鋸切

由于該 6061 鋁合金滑板車導軌型材用于比較精密的場合，用戶對產品長度及斷面形態有著嚴格的交付標準。為了保證型材定尺準確，斷面光潔，需要穩定鋁材及鋸口走向，要想保護鋸片不受損傷，就必須具備一種穩定鋸切狀態。即鋸機設備剛性優良，還要有硬質合金圓鋸片，且具備良好的鋸切精度，精密控制在±0.03 mm，兩者結合起來才能達到滿意的鋸切效果。另外，每鋸切完一條應在型材兩端分別標識“頭”、“尾”字眼，便于后期產品安裝、使用要求。

3 結 論

采用6061T4鋁合金和選擇設計合理的生產工藝，通過質量控制計劃書可制備出符合用戶要求的鋁合金滑板車導軌型材產品，經進一步加工應用于滑板車可以達到的零部件使用要求。

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