淺析鋁型材擠壓生產新技術與裝備

曹曉君 清遠市鈦美鋁業有限公司

1 前言

我國當前的鋁擠壓工業始終以生產建筑鋁型材為核心，以工業為主的鋁型材生產水平仍然較為低下，航空用到的硬鋁合金型材在我國國內的生產量極低。合金以6063為主，受到部分廠家生產技術及水平低下的限制，其他6000系以及更高等級的合金很少被開發及利用，生產的合金品種單一。大多數廠家生產模式過于單一，導致該市場的競爭愈加激烈，但產能卻明顯過剩。受到技術水平的限制，這類產品的質量無法達到合格水平，因此我國在制作相關工具時，只能選擇從國外進口。擠壓生產的生產線包括擠壓、在線風冷或水冷淬火、精整三個主要階段，油泵作為擠壓機的動力來源，由PLC控制。我國在生產相關產品時，盡管學習了西方的先進經驗，但始終將臺灣技術作為核心技術。在選擇擠壓機時，始終將體積小、單根擠壓作為標準，如此一來就會導致產品生產效率低下，質量無法滿足新國家標準的要求。

2 鋁型材擠壓法的優缺點及原理

2.1 鋁型材擠壓法的優缺點

（1）擠壓法的優點：三向壓應力狀態圖明確，保證金屬在制作的過程當中，能夠將自身的可塑性最大化；提高產品類型的多元性，滿足生產需求；靈活性較強，一臺設備能夠通過調整相應的參數制作不同的產品；制作出的產品能夠完美符合生產需求，表面質量較高；有助于生產過程自動化及封閉化。

（2）擠壓法的缺點：金屬材料耗費巨大；部分制作過程中需要人工的參與，無法真正實現自動化；生產效率低下。在反復的擠壓過程當中，必然會產生不可抗的摩擦熱及變形熱，這些熱量一旦過高，就會導致擠壓速度明顯降低，從而使得生產效率直線下降；無法保證產品在生產過程當中的流動性；耗能巨大。

2.2 鋁型材新技術擠壓原理

合金擠壓過程的第一個步驟就是產品設計，設計合理才能夠為后期的制作提供基礎支持，而這一過程正是明確產品參數的過程，例如在進行產品設計時，應當明確產品的機械加工性能等等各方面的要求，根據這些要求來選擇合金的種類。而同一種合金在經過反復的擠壓后，其質量受到產品形狀的限制，產品形狀由擠壓模具決定，從這一點可以看出產品設計在鋁合金擠壓過程中的重要性。產品設計合理，才能夠進行擠壓，首先在加熱前將鑄棒加熱并軟化，將其放入盛錠筒內由機器反復擠壓，這樣才能夠成功的轉為成型模具。這一過程其實就是當前我國廣泛應用的擠壓過程，而間接擠壓與其相似，唯一不同的就是在擠壓的過程當中模具始終保持著移動的狀態，不像直接擠壓過程時，模具保持靜止，間接擠壓時模具被安裝在擠壓桿上，由模具向鋁棒坯施加壓力，從而制作出滿足需求的成型模具。

3 金屬流動

在制作擠壓制品時，往往會產生金屬流動的現象，而這一現象主要分為填充擠壓、平流擠壓、紊流擠壓三個核心階段。擠壓過程中產生的摩擦力以及導熱性、工具的生產現狀等等各個方面都會導致金屬流動現象的產生，更會影響金屬流動的強度。一旦相應的溫度產生變化，就會改變合金的摩擦系數，如果保證溫度相變的情況下進行擠壓，就會影響金屬流動的產生，經過多次實驗證明強度較高的金屬流動性遠高于強度低的金屬。

4 擠壓力

擠壓力就是擠壓桿借助擠壓墊反復擠壓錠坯使其依次流出模孔的壓力。影響擠壓力的因素很多，擠壓力的大小與金屬的變形抗力成正比例關系，隨著變形程度的增大，擠壓力成正比例升高，擠壓速度對擠壓力的影響，也是通過變形抗力的變化起作用的，在擠壓筒、變性區和工作帶內的金屬，都承受了基礎面上的摩擦作用。這些摩擦阻力是擠壓力的組成部分，錐形擠壓模的模角對擠壓力有著明顯的影響，錠坯和擠壓筒存在較大摩擦，錠坯越長，擠壓力越大，反向擠壓不存在錠坯和擠壓筒的摩擦，所需的擠壓力較正向擠壓低。

5 擠壓時的溫度場

5.1 錠坯及工具中的溫度

加熱錠坯時采用的方法不同，會使得錠坯的溫度分布產生一定的變化。根據當前制作錠坯的工藝及水平來說，感應加熱是最能夠滿足錠坯制作工藝需求的一項加熱技術。在擠壓時，變形能的95%變為熱能，僅依靠定胚的原始溫度場，無法滿足生產需求，還要提供變形熱引起的附加溫度場，才能夠滿足這一需求。因此在制作定胚石，很難保證其溫度的均勻性。一般來說，能夠影響塑性區內金屬平均溫度的熱型主要分為生成熱和逸散熱。在反復擠壓的過程當中，會導致相關工具的制作溫度發生變化，再加上摩擦力以及導熱性的影響，該工具的部分部位溫度會極大地升高。

5.2 擠壓條件對金屬溫度的影響

擠壓速度升高，能夠有效地降低擠壓時間，但會導致金屬溫度大幅升高。這一過程是變形能轉變為熱能的過程，受到變形抗力的影響，制作模具與錠坯之間的溫度存在著極大的差異，這樣就會導致金屬溫度降低，產品制作過程中的均勻性變差，從而影響擠壓產品的質量。在擠壓過程當中受到摩擦力的影響，熱量往往會高于正常的預估值，與此同時，調節金屬溫度能夠有效地降低擠壓的速度，保證擠壓過程的穩定性及均勻性。

6 擠壓生產新技術裝備制品的組織性能和質量控制

6.1 擠壓裝備制品的組織性能

6.1.1 擠壓制品組織的不均勻性

擠壓制品組織的特點是：斷面及長度均勻性差。一般來講，擠壓制品具備前粗后小、內粗外小的特點。大多數實用價值較高且成分復雜的合金在進行熱變形處理后，自身原有的經歷會成倍膨大，遠超出其臨界大小，這種現象被稱為粗化，而膨脹后的晶粒被稱為粗晶粒。

6.1.2 擠壓裝備制品的機械性能

擠壓制品在制作過程中一旦形狀發生改變或流動均勻性降低，均會導致擠壓工藝制品的質量遠低于正常標準。擠壓過小時，就會導致制品各方面的性能都趨于不均勻化；而擠壓過大時，反而會導致相關制品的各方面性能一致化。

6.2 擠壓制品的質量控制

6.2.1 制品斷面形狀與尺寸

影響因素有：錠坯被擠壓時其流動性難以控制；生產規模小，生產效率低下，設備超負荷運轉導致擠壓制品形狀改變無法達標。

6.2.2 制品表面質量

擠壓制品要求表面清潔、光滑，不摻任何雜質，該制品的質量要求中明確指出擠壓制品表面有輕微的擦傷或偏差等并不影響該產品的質量。而需要再次進行加工的，毛料通過擠壓后可以對其表面進行再次的修理，來提高該產品的質量。而擠壓制品的成品或者毛坯都必須保證粗晶環的深度在正常范圍內，要經過適宜溫度的燒灼，禁止出現偏析聚集、縮尾、裂紋、氣孔、成層以及外來夾雜物。

6.2.3 擠壓工藝參數對制品組織性能的影響

擠壓工藝參數對制品組織性能的影響分別體現在擠壓溫度、擠壓速度及變形程度三個方面。在生產擠壓工藝制品的過程中，擠壓溫度對擠壓速度的影響極為巨大，二者呈反比，換句話說，就是若擠壓溫度超過標準溫度，擠壓速度就應當適當放低，借此來保證擠壓工藝產品在制作過程中能夠充分散熱。

7 注意擠壓鋁型材表面毛刺形成及解決措施

鋁型材反復擠壓的過程會使其逐漸發生彎曲、磕碰等。而一旦形成粘鋁，毛刺粘附在上，就會導致鋁型材在后續的使用過程當中氧化概率直線上升，從而損傷該產品的表面。因此在進行擠壓生產時，要不斷地進行觀察，并收集相關的數據加以分析，找到適合的預防措施，降低擠壓鋁型材表面毛刺形成的可能性。

7.1 毛刺的形成原因

7.1.1 擠壓工藝的影響

擠壓工藝參數如果選擇錯誤就會導致顆粒狀冒充的現象出現。在擠壓過程中擠壓溫度越高，速度越快，就會導致大量的毛刺產生并附著在粘鋁部位，這一現象主要是受到型材流動速度、模具變形程度、金屬流動性以及變形抗力等多個因素的影響；擠壓系數變大就會導致金屬的變形，抗力增大，擴大粘鋁出現的可能性，從而導致大量的吸附顆粒增加；而顆粒狀毛刺增多的現象也受到鑄棒加熱，溫度與模具溫度差異影響。

7.1.2 鑄棒質量的影響

鋁泵中或多或少都存在一些雜質，而這些雜質在熔鑄的過程當中被反復擠壓，且無法被吸收或熔解，就會產生顆粒狀毛刺附著在生產模具上。泵在制作過程當中始終存在一定的缺陷，而最突出的缺點就是與鑄棒基體焊合不好，導致機體的流動性較差，并且在擠壓的過程當中，雜質很容易從這一漏洞中分離出來，從而提高粘鋁的形成概率，進而產生顆粒狀毛刺。

7.1.3 模具的影響

在擠壓過程中，生產模具始終受到高溫以及高壓的影響，形狀極易發生變化。并且在生產過程當中，模具受到的壓力方向來源不同，模具的某些部位無法承受高溫及高壓，就會導致相關部位粘連。而產生粘連時，顆粒被型材帶出后，極易粘附在這些部位，最終導致該部位毛刺過多，影響生產模具的正常使用。

7.2 減少毛刺的措施

（1）模具在設計過程當中必須要保證數據準確，要經過嚴謹的計算，才能夠保證該模具的抗壓性能。而應當著重注重工作帶的長短等各項數值，并將其調整至最佳。在制作相關的模具過程當中，一定要盡量避免或減少誤差，防止出現尖角等易損傷產品質量的現象。而這些模具在對其進行使用時，除了要經過氮化處理，一定要搭配配套的模墊。與此同時更要保證工作帶的平穩運行，選擇適宜尺寸，把緊螺栓。

（2）在生產鋁型材的過程當中，不斷地收集相關的數據信息，并對其進行分析，最終篩選出滿足產品質量需求的擠壓參數，并依靠擠壓系數、型材斷面情況等來明確制作鋁型材時所需的各項具體最佳數據，在制作過程當中根據產品的生產狀況隨時進行調整。這些舉措有助于消除或減少“吸附顆粒”。

（3）提高鑄棒的質量。在鑄造鑄棒時，生產者應當提高自身的生產水平及技術水平，向先進廠家學習并總結經驗，借助細化晶粒工藝進行鑄造的同時，制定相應的管理機制及監督機制，提高自身抗風險能力的同時，降低產品的瑕疵度，保證鑄棒均勻。

8 結束語

我國是擠壓生產大國，與世界擠壓技術裝備水平相比，我國當前相關技術仍然處在落后階段，不僅無法滿足生產需求，所生產的產品類型也較為單一，質量較差，市場競爭激烈。部分生產技術基礎較為先進的廠家，應借鑒國外先進技術，加速對擠壓機的進行改造，并依靠當前日漸先進的科技力量，提高軟實力的同時，收集相關的制作信息及數據，并對其進行深入的研究及分析，借此來提高我國的技術水平，提高產品質量的同時，提升我國的國際競爭力。