1.前言

6XXX系列鋁合金是應(yīng)用最廣、用量最多的一種變形鋁合金，被廣泛應(yīng)用于建筑型材和工業(yè)型材的擠壓生產(chǎn)。目前我國(guó)鋁合金熱變形擠壓工藝已逐漸趨近成熟，但與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家相比依然存在很大差距。

隨著材料加工向高速、節(jié)能、連續(xù)化方向發(fā)展，近年來(lái)很多鋁材擠壓生產(chǎn)廠家都希望采用低溫快速擠壓新技術(shù)。通常6XXX系列鋁合金的擠壓速度實(shí)心型材在15m/min~35m/min之間,空心型材在10m/min~30m/min之間，快速擠壓是指擠壓制品從?？琢鞒龅乃俣仍?0m/min以上。擠壓速度過(guò)快制品表面會(huì)出現(xiàn)麻點(diǎn)、裂紋等的傾向，增加了金屬變形的不均勻性，如何才能實(shí)現(xiàn)快速擠壓的同時(shí)又保證制品質(zhì)量，是國(guó)內(nèi)企業(yè)都值得去探討的課題。

2、實(shí)現(xiàn)快速擠壓的條件

2.1 快速擠壓模具的設(shè)計(jì)

快速擠壓模具和普通鋁型材擠壓模具相比，快速擠壓要求模具分流孔大，即保證供料量充足；上模薄，即送料行程減短；模具工作帶短，即鋁通過(guò)模具分流孔的阻力減??；隨擠壓過(guò)程的完成，變形區(qū)溫度升高，而擠壓速度越快，變形區(qū)溫度升高得也越快，所以模具應(yīng)該帶有模具冷卻系統(tǒng)，以保證擠壓模具溫度穩(wěn)定，低溫高速，實(shí)現(xiàn)快速擠壓的同時(shí)也保證了模具的壽命和型材質(zhì)量。另外，快速擠壓模具材料性能也尤其重要。

2.2 6XXX系列鋁合金鋁棒的要求

對(duì)于快速擠壓，鋁棒的要求要高于普通擠壓，鋁棒必須全部均質(zhì)，鋁棒中不允許有油污、夾雜。6XXX系列鋁合金的均質(zhì)處理能提高擠壓速度，同未均勻化處理的鑄錠相比，大約可使擠壓力降低10％~20％。對(duì)均質(zhì)處理中實(shí)現(xiàn)快速冷卻的鑄錠，Mg2Si幾乎能全部固溶于基體，過(guò)剩的Si也將固溶或以彌散析出的細(xì)小質(zhì)點(diǎn)存在。這樣的鑄錠可以在較低溫度下快速擠壓，并獲得優(yōu)良的力學(xué)性能和表面光亮度。鎂一般控制在0.5％左右，Mg2Si總量控制在0.82％左右。當(dāng)硅過(guò)剩0.01％時(shí)合金的力學(xué)性能σb約為218Mpa，已大大超過(guò)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)性能，并過(guò)剩硅從0.01％提高到0.13％，σb可提高到250Mpa，即提高14.6％。要形成一定量的Mg2Si，必須首先考慮到Fe與Mn等雜質(zhì)含量造成的硅損失，即要保證有一定量的過(guò)剩硅。為了使6XXX系列鋁合金中的鎂充分與硅匹配，實(shí)際配料時(shí)，必須有意識(shí)地使Mg：Si＜1.73。鎂的過(guò)剩不僅削弱強(qiáng)化效果，而且又增加了產(chǎn)品成本。

2.3 擠壓設(shè)備的要求

擠壓機(jī)必須具備等速擠壓和等壓擠壓的控制系統(tǒng)。近代技術(shù)的進(jìn)步，擠壓速度可以實(shí)現(xiàn)程序控制或模擬程序控制，同時(shí)也發(fā)展了等溫?cái)D壓工藝等新技術(shù)。通過(guò)自動(dòng)調(diào)節(jié)擠壓速度來(lái)使變形區(qū)的溫度保持在某一恒定范圍內(nèi)，可達(dá)到快速擠壓而不產(chǎn)生裂紋的目的, 而隨擠壓的進(jìn)行，沒(méi)有等溫?cái)D壓的控制系統(tǒng)，高速擠壓會(huì)使擠壓實(shí)際溫度大幅度增長(zhǎng)，也就是說(shuō)，沒(méi)有等速擠壓和等溫?cái)D壓的設(shè)備及控制系統(tǒng)，制品的出料速度不一致，擠壓制品表面會(huì)出現(xiàn)波紋甚至不規(guī)則裂紋等擠壓缺陷，從而無(wú)法實(shí)現(xiàn)正常快速擠壓。

2.4 出料方式的要求

制品從模具出料口流出后，為保證其能沿?cái)D壓中心線的縱向平衡而快速地前進(jìn)，必須有牽引機(jī)牽引，最好是雙牽引。沒(méi)有牽引機(jī)牽引，必然會(huì)延長(zhǎng)停機(jī)時(shí)間，從而不能達(dá)到提高擠壓速度的目的。

3、快速擠壓工藝

快速擠壓的擠壓速度可提高至一般擠壓擠壓速度的2~4倍，我公司通過(guò)一年多的努力，現(xiàn)在有少數(shù)模具擠壓速度已達(dá)到60m/min以上，實(shí)現(xiàn)了快速擠壓。與一般擠壓相比，快速擠壓的工藝要求更加嚴(yán)格。

3.1 鋁棒、模具、擠壓筒的溫度控制

為了提高生產(chǎn)效率，在工藝上可以采取很多措施。采用感應(yīng)加熱，在鑄錠長(zhǎng)度方向上存在著溫度梯度40~60℃(梯度加熱)，擠壓時(shí)高溫端朝擠壓模，低溫端朝擠壓墊，以平衡一部分變形熱。對(duì)擠壓生產(chǎn)過(guò)程來(lái)說(shuō)，擠壓溫度是最基本的且最關(guān)鍵的工藝因素。擠壓工藝溫度對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率、模具壽命、能量消耗等都產(chǎn)生很大影響。擠壓最重要的問(wèn)題是金屬溫度的控制，從鋁棒開(kāi)始加熱到擠壓型材的淬火都要保證可溶解的金相組織不從固溶反應(yīng)中析出或呈現(xiàn)小顆粒的彌散析出。6XXX系列合金鋁棒加熱溫度一般都設(shè)定在Mg2Si析出的溫度范圍內(nèi)，加熱的時(shí)間對(duì)Mg2Si的析出有重要的影響，采用快速加熱可以大大減少可能析出的時(shí)間。鋁棒加熱溫度一般平模設(shè)置為430~460℃，分流模設(shè)置為440~470℃，這樣才能實(shí)現(xiàn)低溫快速擠壓。

模具加熱爐定溫：平模定溫450~480℃；分流模460~495℃；平模和分流?；旌霞訜岫?60~495℃，各保溫時(shí)間約為≥2h，但最長(zhǎng)不超過(guò)8h。

擠壓筒的加熱溫度比鋁棒溫度低50℃左右，加熱時(shí)逐步升到指定溫度，使各部分溫度均勻，擠壓筒加熱器內(nèi)側(cè)溫度控制在380~420℃。外側(cè)溫度比內(nèi)側(cè)溫度高，溫差控制在50℃以內(nèi)。

3.2 快速擠壓過(guò)程工藝控制

低溫快速擠壓時(shí)指擠壓溫度低于500℃，而出料速度高于50m/min，即在保證型材出料口溫度達(dá)到直接風(fēng)冷淬火溫度的條件下，盡量降低鋁棒加熱溫度，通過(guò)提高擠壓速度，使制品溫度上升到淬火的工藝溫度，以達(dá)到低溫快速擠壓的目的，這樣既提高了生產(chǎn)效率，又節(jié)約了能源。同普通擠壓方法相比，低溫快速擠壓法具有其突出的優(yōu)點(diǎn)：由于擠壓時(shí)溫度低，坯料加熱時(shí)間相應(yīng)縮短，同時(shí)變形速度快，坯料變形時(shí)間短，既節(jié)約能耗，又大大提高了生產(chǎn)效率。

鋁棒長(zhǎng)度控制：采用長(zhǎng)棒熱剪，根據(jù)生產(chǎn)訂單要求規(guī)定鋁棒的熱剪長(zhǎng)度，可在一定程度上提高擠壓效率、提高成品率和節(jié)約成本?？焖贁D壓用鋁棒不允許有接棒，因?yàn)樵阡X棒接口處雜質(zhì)元素和夾雜物等分布集中，制品表面質(zhì)量會(huì)有缺陷；而且應(yīng)力也分布集中，對(duì)快速擠壓金屬流動(dòng)制品成型不利。

主系統(tǒng)壓力的控制：系統(tǒng)壓力過(guò)大會(huì)導(dǎo)致制品與模具之間的摩擦力增大，影響制品表面質(zhì)量，損壞模具工作帶，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致模具開(kāi)裂和擠壓設(shè)備的損壞。正常生產(chǎn)時(shí)，主系統(tǒng)壓力一般要求≤21MPa。

出料方式的控制：采用雙牽引機(jī)將擠壓制品從出料口拉出，以保證制品出料能沿?cái)D壓中心線的縱向平衡而快速地前進(jìn)，利用牽引力與擠壓速度同步保證牽引機(jī)速度與擠壓速度一致，型材出?？缀螅话憬杂脿恳龣C(jī)牽引。牽引機(jī)工作時(shí)在給擠壓制品以一定的牽引張力，同時(shí)與制品流出速度同步移動(dòng)。使用牽引機(jī)的目的在于一模多出的模具，同速前進(jìn)和減少制品間的摩擦，同時(shí)也可防止型材出模孔后扭擰、彎曲等不良影響，給矯直工序增加勞動(dòng)強(qiáng)度。張力矯直除了可以使制品消除縱向形狀不規(guī)則外，還可以減少其殘余應(yīng)力，提高強(qiáng)度特性并能保持其良好機(jī)械性能和表面質(zhì)量。

溫度控制：6XXX系列鋁合金型材淬火是為了將在高溫下固溶于基體金屬中的Mg2Si出?？缀蠼?jīng)快速冷卻到室溫，冷卻速度和強(qiáng)化相含量成正比。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，當(dāng)擠壓速度超過(guò)60m/min時(shí)，鋁棒經(jīng)擠壓后在出料口溫度可提高70℃以上。在擠壓過(guò)程中，模具由于摩擦溫度上升，當(dāng)模具超溫時(shí)，擠壓模具容易變形，甚至影響模具的使用壽命，制品出料也不穩(wěn)定?？焖贁D壓過(guò)程中，模具升溫速度比一般擠壓模具升溫速度要快，所以模具應(yīng)該帶有模具冷卻系統(tǒng)，以保證擠壓模具溫度穩(wěn)定。近年來(lái)在國(guó)外用氮?dú)饣蛞旱鋮s模具(擠壓模)以增加擠壓速度，提高模具壽命和改善型材表面質(zhì)量。同時(shí)在擠壓過(guò)程中將氮?dú)庖綌D壓出料口處對(duì)制品進(jìn)行冷卻，可以使被冷卻的制品急速收縮，減少了鋁制品表面的氧化及氧化鋁的粘接和堆積，所以氮?dú)獾睦鋮s提高了制品的表面質(zhì)量，可提高擠壓速度。

擠壓速度控制：擠壓速度對(duì)變形熱效應(yīng)、變形均勻性、再結(jié)晶和固溶過(guò)程、制品力學(xué)性能及制品表面質(zhì)量均有重要影響。模具剛上機(jī)時(shí)，擠壓速度設(shè)置不宜太快，等制品出料順暢之后再慢慢加大擠壓速度，最終達(dá)到快速擠壓。

4、結(jié)束語(yǔ)

本文闡述了6XXX系列鋁合金實(shí)現(xiàn)快速擠壓的工藝條件及模具、鋁棒質(zhì)量及工藝的應(yīng)用。從而在鋁合金擠壓生產(chǎn)中達(dá)到快速擠壓，對(duì)提高生產(chǎn)效率、提高產(chǎn)能、降低生產(chǎn)成本起到關(guān)鍵性的作用。6XXX系列鋁合金快速擠壓是今后擠壓的發(fā)展趨勢(shì)，只有實(shí)現(xiàn)快速擠壓，提高產(chǎn)能、提高生產(chǎn)效率、降低能耗和節(jié)約成本，才能在行業(yè)中立于不敗之地。本文只介紹了實(shí)現(xiàn)快速擠壓的考慮方向與思路，具體的工藝范圍在經(jīng)閣公司是行之有效的，不同的設(shè)備、不同的操作人員、不同的地域等可能工藝范圍會(huì)稍有改變，需要在不斷的生產(chǎn)嘗試中去改進(jìn)工藝，最終實(shí)現(xiàn)快速擠壓。