浅析铝型材挤压生产新技术与装备

曹晓君 清远市钛美铝业有限公司

1 前言

我国当前的铝挤压工业始终以生产建筑铝型材为核心，以工业为主的铝型材生产水平仍然较为低下，航空用到的硬铝合金型材在我国国内的生产量极低。合金以6063为主，受到部分厂家生产技术及水平低下的限制，其他6000系以及更高等级的合金很少被开发及利用，生产的合金品种单一。大多数厂家生产模式过于单一，导致该市场的竞争愈加激烈，但产能却明显过剩。受到技术水平的限制，这类产品的质量无法达到合格水平，因此我国在制作相关工具时，只能选择从国外进口。挤压生产的生产线包括挤压、在线风冷或水冷淬火、精整三个主要阶段，油泵作为挤压机的动力来源，由PLC控制。我国在生产相关产品时，尽管学习了西方的先进经验，但始终将台湾技术作为核心技术。在选择挤压机时，始终将体积小、单根挤压作为标准，如此一来就会导致产品生产效率低下，质量无法满足新国家标准的要求。

2 铝型材挤压法的优缺点及原理

2.1 铝型材挤压法的优缺点

（1）挤压法的优点：三向压应力状态图明确，保证金属在制作的过程当中，能够将自身的可塑性最大化；提高产品类型的多元性，满足生产需求；灵活性较强，一台设备能够通过调整相应的参数制作不同的产品；制作出的产品能够完美符合生产需求，表面质量较高；有助于生产过程自动化及封闭化。

（2）挤压法的缺点：金属材料耗费巨大；部分制作过程中需要人工的参与，无法真正实现自动化；生产效率低下。在反复的挤压过程当中，必然会产生不可抗的摩擦热及变形热，这些热量一旦过高，就会导致挤压速度明显降低，从而使得生产效率直线下降；无法保证产品在生产过程当中的流动性；耗能巨大。

2.2 铝型材新技术挤压原理

合金挤压过程的第一个步骤就是产品设计，设计合理才能够为后期的制作提供基础支持，而这一过程正是明确产品参数的过程，例如在进行产品设计时，应当明确产品的机械加工性能等等各方面的要求，根据这些要求来选择合金的种类。而同一种合金在经过反复的挤压后，其质量受到产品形状的限制，产品形状由挤压模具决定，从这一点可以看出产品设计在铝合金挤压过程中的重要性。产品设计合理，才能够进行挤压，首先在加热前将铸棒加热并软化，将其放入盛锭筒内由机器反复挤压，这样才能够成功的转为成型模具。这一过程其实就是当前我国广泛应用的挤压过程，而间接挤压与其相似，唯一不同的就是在挤压的过程当中模具始终保持着移动的状态，不像直接挤压过程时，模具保持静止，间接挤压时模具被安装在挤压杆上，由模具向铝棒坯施加压力，从而制作出满足需求的成型模具。

3 金属流动

在制作挤压制品时，往往会产生金属流动的现象，而这一现象主要分为填充挤压、平流挤压、紊流挤压三个核心阶段。挤压过程中产生的摩擦力以及导热性、工具的生产现状等等各个方面都会导致金属流动现象的产生，更会影响金属流动的强度。一旦相应的温度产生变化，就会改变合金的摩擦系数，如果保证温度相变的情况下进行挤压，就会影响金属流动的产生，经过多次实验证明强度较高的金属流动性远高于强度低的金属。

4 挤压力

挤压力就是挤压杆借助挤压垫反复挤压锭坯使其依次流出模孔的压力。影响挤压力的因素很多，挤压力的大小与金属的变形抗力成正比例关系，随着变形程度的增大，挤压力成正比例升高，挤压速度对挤压力的影响，也是通过变形抗力的变化起作用的，在挤压筒、变性区和工作带内的金属，都承受了基础面上的摩擦作用。这些摩擦阻力是挤压力的组成部分，锥形挤压模的模角对挤压力有着明显的影响，锭坯和挤压筒存在较大摩擦，锭坯越长，挤压力越大，反向挤压不存在锭坯和挤压筒的摩擦，所需的挤压力较正向挤压低。

5 挤压时的温度场

5.1 锭坯及工具中的温度

加热锭坯时采用的方法不同，会使得锭坯的温度分布产生一定的变化。根据当前制作锭坯的工艺及水平来说，感应加热是最能够满足锭坯制作工艺需求的一项加热技术。在挤压时，变形能的95%变为热能，仅依靠定胚的原始温度场，无法满足生产需求，还要提供变形热引起的附加温度场，才能够满足这一需求。因此在制作定胚石，很难保证其温度的均匀性。一般来说，能够影响塑性区内金属平均温度的热型主要分为生成热和逸散热。在反复挤压的过程当中，会导致相关工具的制作温度发生变化，再加上摩擦力以及导热性的影响，该工具的部分部位温度会极大地升高。

5.2 挤压条件对金属温度的影响

挤压速度升高，能够有效地降低挤压时间，但会导致金属温度大幅升高。这一过程是变形能转变为热能的过程，受到变形抗力的影响，制作模具与锭坯之间的温度存在着极大的差异，这样就会导致金属温度降低，产品制作过程中的均匀性变差，从而影响挤压产品的质量。在挤压过程当中受到摩擦力的影响，热量往往会高于正常的预估值，与此同时，调节金属温度能够有效地降低挤压的速度，保证挤压过程的稳定性及均匀性。

6 挤压生产新技术装备制品的组织性能和质量控制

6.1 挤压装备制品的组织性能

6.1.1 挤压制品组织的不均匀性

挤压制品组织的特点是：断面及长度均匀性差。一般来讲，挤压制品具备前粗后小、内粗外小的特点。大多数实用价值较高且成分复杂的合金在进行热变形处理后，自身原有的经历会成倍膨大，远超出其临界大小，这种现象被称为粗化，而膨胀后的晶粒被称为粗晶粒。

6.1.2 挤压装备制品的机械性能

挤压制品在制作过程中一旦形状发生改变或流动均匀性降低，均会导致挤压工艺制品的质量远低于正常标准。挤压过小时，就会导致制品各方面的性能都趋于不均匀化；而挤压过大时，反而会导致相关制品的各方面性能一致化。

6.2 挤压制品的质量控制

6.2.1 制品断面形状与尺寸

影响因素有：锭坯被挤压时其流动性难以控制；生产规模小，生产效率低下，设备超负荷运转导致挤压制品形状改变无法达标。

6.2.2 制品表面质量

挤压制品要求表面清洁、光滑，不掺任何杂质，该制品的质量要求中明确指出挤压制品表面有轻微的擦伤或偏差等并不影响该产品的质量。而需要再次进行加工的，毛料通过挤压后可以对其表面进行再次的修理，来提高该产品的质量。而挤压制品的成品或者毛坯都必须保证粗晶环的深度在正常范围内，要经过适宜温度的烧灼，禁止出现偏析聚集、缩尾、裂纹、气孔、成层以及外来夹杂物。

6.2.3 挤压工艺参数对制品组织性能的影响

挤压工艺参数对制品组织性能的影响分别体现在挤压温度、挤压速度及变形程度三个方面。在生产挤压工艺制品的过程中，挤压温度对挤压速度的影响极为巨大，二者呈反比，换句话说，就是若挤压温度超过标准温度，挤压速度就应当适当放低，借此来保证挤压工艺产品在制作过程中能够充分散热。

7 注意挤压铝型材表面毛刺形成及解决措施

铝型材反复挤压的过程会使其逐渐发生弯曲、磕碰等。而一旦形成粘铝，毛刺粘附在上，就会导致铝型材在后续的使用过程当中氧化概率直线上升，从而损伤该产品的表面。因此在进行挤压生产时，要不断地进行观察，并收集相关的数据加以分析，找到适合的预防措施，降低挤压铝型材表面毛刺形成的可能性。

7.1 毛刺的形成原因

7.1.1 挤压工艺的影响

挤压工艺参数如果选择错误就会导致颗粒状冒充的现象出现。在挤压过程中挤压温度越高，速度越快，就会导致大量的毛刺产生并附着在粘铝部位，这一现象主要是受到型材流动速度、模具变形程度、金属流动性以及变形抗力等多个因素的影响；挤压系数变大就会导致金属的变形，抗力增大，扩大粘铝出现的可能性，从而导致大量的吸附颗粒增加；而颗粒状毛刺增多的现象也受到铸棒加热，温度与模具温度差异影响。

7.1.2 铸棒质量的影响

铝泵中或多或少都存在一些杂质，而这些杂质在熔铸的过程当中被反复挤压，且无法被吸收或熔解，就会产生颗粒状毛刺附着在生产模具上。泵在制作过程当中始终存在一定的缺陷，而最突出的缺点就是与铸棒基体焊合不好，导致机体的流动性较差，并且在挤压的过程当中，杂质很容易从这一漏洞中分离出来，从而提高粘铝的形成概率，进而产生颗粒状毛刺。

7.1.3 模具的影响

在挤压过程中，生产模具始终受到高温以及高压的影响，形状极易发生变化。并且在生产过程当中，模具受到的压力方向来源不同，模具的某些部位无法承受高温及高压，就会导致相关部位粘连。而产生粘连时，颗粒被型材带出后，极易粘附在这些部位，最终导致该部位毛刺过多，影响生产模具的正常使用。

7.2 减少毛刺的措施

（1）模具在设计过程当中必须要保证数据准确，要经过严谨的计算，才能够保证该模具的抗压性能。而应当着重注重工作带的长短等各项数值，并将其调整至最佳。在制作相关的模具过程当中，一定要尽量避免或减少误差，防止出现尖角等易损伤产品质量的现象。而这些模具在对其进行使用时，除了要经过氮化处理，一定要搭配配套的模垫。与此同时更要保证工作带的平稳运行，选择适宜尺寸，把紧螺栓。

（2）在生产铝型材的过程当中，不断地收集相关的数据信息，并对其进行分析，最终筛选出满足产品质量需求的挤压参数，并依靠挤压系数、型材断面情况等来明确制作铝型材时所需的各项具体最佳数据，在制作过程当中根据产品的生产状况随时进行调整。这些举措有助于消除或减少“吸附颗粒”。

（3）提高铸棒的质量。在铸造铸棒时，生产者应当提高自身的生产水平及技术水平，向先进厂家学习并总结经验，借助细化晶粒工艺进行铸造的同时，制定相应的管理机制及监督机制，提高自身抗风险能力的同时，降低产品的瑕疵度，保证铸棒均匀。

8 结束语

我国是挤压生产大国，与世界挤压技术装备水平相比，我国当前相关技术仍然处在落后阶段，不仅无法满足生产需求，所生产的产品类型也较为单一，质量较差，市场竞争激烈。部分生产技术基础较为先进的厂家，应借鉴国外先进技术，加速对挤压机的进行改造，并依靠当前日渐先进的科技力量，提高软实力的同时，收集相关的制作信息及数据，并对其进行深入的研究及分析，借此来提高我国的技术水平，提高产品质量的同时，提升我国的国际竞争力。