序 言

鋁合金因良好的力學性能、質地輕、易加工性能和耐腐蝕性能被廣泛用于制造生產(chǎn)汽車零部件替代其他材質。其中汽車天窗總成中側邊導軌即鋁合金擠壓經(jīng)機械加工而成，目前使用最普遍的是6063和6060。該系合金主要特點即為良好的可擠壓性和加工性。

生產(chǎn)率及人員飽和度的高低直接關系到企業(yè)的效益,通過對天窗生產(chǎn)線工藝流程的詳細分析,結合生產(chǎn)現(xiàn)場進行了設施規(guī)劃及生產(chǎn)線的改善,包括改善現(xiàn)場的布置、改善工藝流程;增添快速換模裝置、在線打磨機等,應用時間測定的方法測出了改善前后各項參數(shù)。結果表明:換模時間較改善前減少80%,工序人員減少2個,平均人員飽和度由55%提高到了80.9%,為企業(yè)帶來了良好的經(jīng)濟效益。

如圖一所示，汽車天窗導軌鋁型材有其明顯的幾個特點：
1、產(chǎn)品精度高，部分尺寸精度已經(jīng)達到超精級。
2、形狀復雜，產(chǎn)品斷面極度不對稱。
3、懸臂大，開模難度大。除此之外，鑒于部分天窗導軌的加工特性，大部分天窗導軌都需要加工成弧狀，產(chǎn)生一定弧度后與車頂相配。
彎弧加工目前加工方式主要有2種：
1、滾壓彎弧。
2、模具壓力彎弧。
不同加工方式對產(chǎn)品力學性能要求不同，因此汽車天窗導軌型材硬度需要良好的穩(wěn)定性，否則將造成彎弧過程弧度不穩(wěn)定，廢品率高和加工效率降低的后果。

因此在型材生產(chǎn)過程中如何保持擠出產(chǎn)品尺寸穩(wěn)定性和時效后產(chǎn)品硬度和力學性能穩(wěn)定性成為汽車天窗導軌生產(chǎn)過程控制中的主要問題。

1、鋁錠原輔材料

對于熔鑄用鋁錠應使用鋁含量99.7%以上鋁錠，確保鋁棒成分熔鑄過程中鋁棒成品穩(wěn)定性，同時應確保鋁錠和其他中間合金添加劑無夾渣，減少鋁棒夾渣導致產(chǎn)品劃傷或者損傷模具風險。

2、熔煉過程工藝控制

熔煉前必須將邊角廢料明確分類，放置不同牌號廢料混用造成成分超差。

熔鑄過程中應控制熔煉溫度在730℃左右，熔煉時間不宜過長，避免造成鋁液與空氣氧化或導致澆鑄鋁棒形成粗大晶粒。

產(chǎn)品在精煉、排氣過程中必須得到充分攪拌確保鋁液中各合金成分保持均勻。取樣做爐前化驗時須在爐內左右兩側各取一樣進行成分檢測。確認成分穩(wěn)定后方可進行澆鑄。

3、澆鑄過程工藝控制

澆鑄過程中應注意溫度和速度控制，防止形成組織枝晶偏析，造成鋁棒成分出現(xiàn)不均勻和產(chǎn)品力學性能下降。同時控制鋁棒鑄造組織，防止出現(xiàn)開裂，冷隔、組織疏松等缺陷。

優(yōu)良的模具設計方案和良好的模具制造精度對于超精級鋁合金材料生產(chǎn)具有相當重要的意義。由于汽車天窗型材特殊的功能性，經(jīng)常出現(xiàn)大舌比的結構，但同時該尺寸又是其他尺寸標注基準。

如圖二，A位置為極其容易變化位置，而該位置為產(chǎn)品其他尺寸的標注基準，因此在模具設計和日常維修保養(yǎng)過程中必須注意以下幾點：

a、模具設計時準確估算該位置擠壓時模具彈性變形方向和變形量。

b、另外在模具導流設計時盡量增加模具導流板在懸臂位置的遮擋位置，盡量減輕鋁流在擠壓過程中對模面的直接壓力導致模具發(fā)生大的彈性變形。

c、模具使用鋼材必須采用優(yōu)質H13鋼材，熱處理時必須保證模具韌性和屈服強度。良好的模具力學性能是確保擠出產(chǎn)品穩(wěn)定的根本。

d、在計算出料孔尺寸和工作帶時必須準確計算材料縮水率，部分產(chǎn)品在對于壁厚開口尺寸要求公差帶在0.1左右，因此縮水率計算錯誤會直接導致擠出產(chǎn)品超出公差要求。

e、在模具在使用過程中必須根據(jù)試模結果對后續(xù)產(chǎn)品進行優(yōu)化設計，盡量避免開模完成后進行較大工作量的修模（能做到一次試模即合格為最佳），尤其是模具進行氬焊維修，此舉將會使模具出現(xiàn)局部退火導致模具局部屈服強度下降最終導致擠出產(chǎn)品尺寸與模具設計出現(xiàn)較大偏差。

f、模具日常使用保養(yǎng)時應注意煲模時對于分流模必須將模具型腔內的鋁全部去除后再開模，防止在開模過程中導致模具芯頭發(fā)生變形。另在進行拋光作業(yè)時手法必須保持水平橫向拋光，防止在拋光時造成工作帶凸起，造成實際模具有效工作帶變短，最終導致模具在擠壓時發(fā)生輕微彈性變形后，鋁流經(jīng)過模具型腔時工作帶對于產(chǎn)品尺寸的約束發(fā)生較大變化。當工作帶凸起時易造成模具頭尾和擠壓過程中產(chǎn)品開口尺寸變化大、產(chǎn)品尺寸穩(wěn)定性差。

g、模具氮化時控制氮化層硬度，氮化過程中必須對工藝參數(shù)進行監(jiān)控，氮化完成后檢查模具氮化層硬度，防止模具氮化后硬脆性增加導致擠壓時表面氮化層剝離損傷模具，增加產(chǎn)品潛在質量風險。

5、鋁棒成分控制

由于天窗導軌特殊加工類型，經(jīng)常需要在產(chǎn)品上沖壓出一些凹坑但不能出現(xiàn)折角出開裂情況，所以對于鋁棒成分在設計配比時應保持MgSi強化相處于中等偏下水平。在確保產(chǎn)品力學性能強度情況下提高產(chǎn)品延伸率。

部分天窗導軌在交付客戶時產(chǎn)品狀態(tài)為T4狀態(tài)，同時由于產(chǎn)品加工時需要進行彎弧加工，所以對于硬度又存在較高要求，保持產(chǎn)品硬度在一定范圍內不能超差。比如我司有如下一款產(chǎn)品要求如下：

對于此類型T4狀態(tài)產(chǎn)品但又存在硬度要求時如何確保硬度在不同環(huán)境溫度情況下確保硬度不會出現(xiàn)超高必須根據(jù)客戶需要調整鋁棒成分，確保在一段時間內不會因為自然時候導致產(chǎn)品硬度升高而超差，圖三是我司根據(jù)客戶不同要求而配置的鋁棒成分（附表1）擠出的產(chǎn)品在一定時間內自然時效硬度的上升情況（附圖3）。

附表1

圖三

由于必須保持產(chǎn)品硬度始終在較小范圍內波動，在制定成分內孔標準時必須將不同牌號成分范圍控制在一個較小范圍內，減小因為成分波動導致時效后型材出現(xiàn)較大硬度波動影響客戶彎弧后弧度穩(wěn)定性。

6.1 擠壓

為保證材料時效后硬度穩(wěn)定性和擠壓時產(chǎn)品尺寸穩(wěn)定性，在產(chǎn)品擠壓生產(chǎn)過程中應注意一下幾點：

a、穩(wěn)定的鋁棒溫度、模具溫度、盛錠筒溫度：在擠壓時為確保擠壓出料口溫度穩(wěn)定必須保證鋁棒在入筒時溫度的穩(wěn)定性，盡量保證擠壓時鋁棒入筒時溫度在±5℃以內波動。

b、恒定的擠壓速度：穩(wěn)定的擠壓速度將使產(chǎn)品獲得穩(wěn)定的尺寸和出料溫度，變動擠壓過程中擠壓速度將使擠壓壓力發(fā)生波動導致模具彈性變形發(fā)生突變，從而最終影響產(chǎn)品的尺寸。同時穩(wěn)定的擠壓速度將獲得穩(wěn)定的擠壓出料溫度變化，便于制定時效工藝而使產(chǎn)品獲得穩(wěn)定的力學性能。

c、穩(wěn)定的設備狀態(tài)：擠壓過程中鋁棒加溫爐、模具加溫爐、擠壓機的設備狀態(tài)將對產(chǎn)品造成直接影響，所以確保擠壓工序設備狀態(tài)穩(wěn)定性需從以下幾方面著手：

（1）鋁棒爐通風系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

（2）模具爐通風和加溫控溫的穩(wěn)定性。

（3）擠壓機設備擠壓桿的對中性、滑模座的對中性、速度控制器的穩(wěn)定性。

6.2 拉伸

由于天窗產(chǎn)品獨特的結構，拉伸過程中產(chǎn)品局部開口尺寸將在拉伸時發(fā)生較大變化，所以在拉伸過程中主拉伸時使用相關仿形墊具制程住產(chǎn)品易發(fā)生變形位置，同時必須時刻注意產(chǎn)品開口尺寸變化，預拉伸后計算相關尺寸開口變化情況確定拉伸量并且在拉伸時實施全檢。

6.3 時效

時效過程時保證產(chǎn)品穩(wěn)定硬度最為重要一個環(huán)節(jié)，對于硬度要求較高產(chǎn)品盡量產(chǎn)品低溫長時間時效。材料達到保溫時間后應立即出爐。同時應定期對時效爐個溫區(qū)溫度進行測定，確保實際溫差與實際設定溫差保持在±3℃以內波動。

7、擠壓過程檢驗控制

擠壓過程執(zhí)行檢驗時必須在第二棒頭尾部取樣檢查，確認功能性尺寸和一變化開口尺寸是否符合公差要求。確認拉伸易變化尺寸有足夠拉伸余量。同時應密切注意易變化尺寸在模具上模后頭10棒以內每只鋁棒擠出產(chǎn)品尺寸變化和棒頭尾產(chǎn)品尺寸變化。現(xiàn)場尺寸控制時盡量使用通止規(guī)進行確認，減小因為認為和設備測量誤差造成的錯判誤判。

8、結論

由于天窗導軌特有的加工特性，鋁型材必須有穩(wěn)定的彎曲性能和高精度的尺寸要求.本文介紹通過熔鑄過程工藝的控制、合金成分的調整、模具結構的優(yōu)化和擠壓、時效過程工藝參數(shù)的控制實現(xiàn)高精密尺寸和穩(wěn)定機械性能的汽車天窗導軌的生產(chǎn)。要實現(xiàn)超精級天窗導軌鋁型材擠壓成型是將公司優(yōu)質資源進行整合，在整個生產(chǎn)環(huán)節(jié)中必須確保設備穩(wěn)定、生產(chǎn)工藝標準化、人員操作標準化、合理的檢驗測量方法和較高的人員質量意識等一系列條件相結合，確保產(chǎn)品尺寸完全符合圖紙要求。生產(chǎn)過程中必須確保設備狀態(tài)穩(wěn)定化前提下提高員工素質，擠壓和檢驗過程中工藝參數(shù)和檢驗盡量實現(xiàn)標準化的作業(yè)。同時在生產(chǎn)過程中不斷對工藝和模具進行優(yōu)化，使模具在穩(wěn)定的工藝和設備條件達到設計時的最佳狀態(tài)。