一、擠壓工具的準(zhǔn)備

    擠壓工具通常是指擠壓軸、擠壓筒、擠壓墊片。生產(chǎn)前最重要的工作是調(diào)整好擠壓軸、擠壓筒、模具和送料機(jī)械手的中心。擠壓軸與擠壓筒的中心最大允許偏差≤0.2 mm，擠壓軸、擠壓筒、模具、送料機(jī)械手的最大允許中心偏差<1.5 mm，一般要求在1.2 mm以內(nèi)。中心偏差太小，設(shè)備難以調(diào)整、控制。中心偏差太大，模具偏離中心會(huì)造成金屬流動(dòng)不均，制品易產(chǎn)生壁厚不均、彎曲、扭擰等缺陷。
    擠壓軸的直徑是根據(jù)擠壓筒的內(nèi)徑來(lái)決定的，一般應(yīng)比擠壓簡(jiǎn)直徑小3～12 mm，擠壓筒直徑小的取下限，大的取上限。擠壓軸的軸干長(zhǎng)應(yīng)比擠壓筒的長(zhǎng)度大l5～25 mm。擠壓軸的瑞面對(duì)軸中心線的不垂直度不得大于0.1 mm。
    擠壓筒內(nèi)襯(又稱內(nèi)套)由于擠壓過(guò)程中不斷的摩擦?xí)箶D壓筒內(nèi)襯的工作部分逐漸變大，與非工作部分的直徑產(chǎn)生一定的偏差。當(dāng)其偏差較大時(shí)需要更換擠壓筒的內(nèi)襯。擠壓筒工作部分與非工作部分直徑允許偏差見(jiàn)表3-4-1。

擠壓機(jī)能力/MN	5.0～7.0	7.5～12.0	16.3～20.0	35.0～50.0
允許偏差/mm	<0.3	<0.5	<0.7	<1.0

 

更換擠壓筒的內(nèi)襯需要熱裝，一般將擠壓筒外層襯套加熱至一定溫度，使其尺寸熱膨脹，然后將外徑較外套內(nèi)徑稍大的內(nèi)層襯套裝入其中，待外襯套冷卻后，由于收縮對(duì)內(nèi)套產(chǎn)生預(yù)緊裝配壓應(yīng)力，其方向與擠壓時(shí)產(chǎn)生的張應(yīng)力方向相反，因而大大降低了擠壓時(shí)擠壓筒內(nèi)徑的拉應(yīng)力，提高了擠壓筒的許用強(qiáng)度。當(dāng)過(guò)盈選擇合適時(shí)，可使擠壓筒的使用壽命提高2～4倍。過(guò)盈值越大，產(chǎn)生預(yù)緊壓應(yīng)力也越大，有時(shí)甚至可以完全抵消縱向拉應(yīng)力。但過(guò)盈太大，會(huì)使更換擠壓筒內(nèi)襯產(chǎn)生困難，難以將舊的內(nèi)襯退出。因此選擇適合的過(guò)盈量十分重要。表3-4-2給出了某些擠壓筒過(guò)盈值的選用范圍。
    擠壓筒的加熱：新擠壓筒裝配好以后，從冷狀態(tài)加熱到使用溫度，為避免加熱不均，產(chǎn)生熱應(yīng)力，防止擠壓筒產(chǎn)生裂紋，甚至開裂，需要進(jìn)行梯度加熱。見(jiàn)表3—2—3。

表3—4—2擠壓筒過(guò)盈值選用范圍

擠壓簡(jiǎn)裝配結(jié)構(gòu)	裝配對(duì)直徑/mm	過(guò)盈量/mm
雙層結(jié)構(gòu)	200～300 310～700 510～700	0.3～0.5 0.5～0.6 0.6～1.0
三層結(jié)構(gòu)	800～1130 1500～l810	1.05～1.35 1.4～2.35

 

 

 

表3—4—3新擠壓筒加熱升溫制度

加熱溫度/℃	200	250	300	350	400	420
保溫時(shí)間/h	4	4～6	6～8	8～10	10～l2	12～14

 

 

二、工模具的加熱

    建筑鋁型材主要采用6063合金和6061合金，在擠壓時(shí)為了防止鑄錠降溫，造成悶車和損壞工具，保證鋁材組織、性能的均勻性，凡與鋁鑄錠接觸的工模具都需要進(jìn)行充分的預(yù)熱。擠壓筒的加熱保溫溫度一般為400～460℃，模具加熱溫度為420～480℃。為保證模具充分加熱，平模的加熱時(shí)間應(yīng)大于1.5 h，空心模具的加熱時(shí)間應(yīng)大于2.5 h。為防止模具在加熱爐中時(shí)間過(guò)長(zhǎng)引起退火，所有模具在加熱爐中的加熱時(shí)間不應(yīng)超過(guò)24 h。具體的擠壓筒和模具的加熱溫度見(jiàn)表3—4—4。一般擠壓制品擠壓系數(shù)大的取上限溫度，擠壓系數(shù)小的取下限溫度。

表3—4—4擠壓簡(jiǎn)和模具的加熱溫度

擠壓筒	實(shí)心材：400～440℃	空心材：420～46℃
模具	實(shí)心材：420～460℃	空心材：430—480℃

 

 

三、6063合金鑄錠的加熱
 
    因建筑鋁型材絕大部分用6063合金，在此僅以它為例進(jìn)行分析。
3．1鑄錠加熱溫度的確定原則
    鋁合金鑄錠加熱溫度的上限應(yīng)低于合金低熔點(diǎn)共晶熔化溫度，下限應(yīng)高于合金與固溶線(即固溶體溶解度曲線)交界點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的溫度。
    6063合金是Al—Mg—si系合金，其主要強(qiáng)化相為Mg₂Si，為分析方便，用Al—Mg₂Si的偽二元相圖來(lái)討論。如圖3—4—1所示。

 

圖3—4—1 A1—Mg₂Si的偽二元相圖

    從圖可知：Al—Mg₂Si的共晶溫度為595℃，Mg2Si相在共晶溫度時(shí)的最大溶解度為l.85%，500℃時(shí)為1.05%，450℃時(shí)為0.7%，到300℃時(shí)僅為0.27%。6063合金中的Mg₂Si含量，根據(jù)GB/T3190-1996化學(xué)成分標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，(0.45～0.9)%Mg，(0.2～O.6)%Si，經(jīng)過(guò)計(jì)算6063合金中的Mg₂Si含量在0.55%～l.42%之間。一般控制在0.8%～l.1%之間。因?yàn)樵谠摮煞址秶鷥?nèi)6063合金具有中等強(qiáng)度，較好的工藝性能和擠壓性能。對(duì)每個(gè)企業(yè)使用6063合金而言，往往都有一個(gè)企業(yè)內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)，以保證合金的成分、組織、性能的穩(wěn)定性。 
    6063合金的力學(xué)性能主要取決于Mg2Si的含量，而合金的成分并未標(biāo)出Mg₂Si含量?？梢酝ㄟ^(guò)知道Mg原子量為24.3和Si原子量為28.1。算出Mg₂Si的分子量為76.7。其中Mg和Si的比值為l.73。當(dāng)Mg₂Si<1.73時(shí)，說(shuō)明Si過(guò)剩，假設(shè)合金中Mg含量為M(百分含量)，生成的Mg₂Si百分含量為x，可以用比例式算出Mg₂Si含量。

     (3—4—1)

   當(dāng)Mg₂Si>1.73時(shí)，說(shuō)明是Mg過(guò)剩，假設(shè)合金中Si含量為S(百分含量)，生成的Mg₂Si百分含量為M，同理用比例式可算出Mg₂Si含量。

  (3—4—2)

    由兩式可知：當(dāng)Si過(guò)剩時(shí)，合金中Mg2Si含量為Mg含量的1．58倍。當(dāng)Mg過(guò)剩時(shí)，合金中Mg，Si含量為Si含量的2．73倍。
    計(jì)算舉例：某6063合金的成分化驗(yàn)單中，Mg含量為0．64%，Si含量為0．41%，計(jì)算Mg2Si含量。
先計(jì)算Mg：Si比值。Mg：Si=0.64/0.41=1.56<1.73。說(shuō)明Si過(guò)剩，按公式(3－4－1)計(jì)算。 

 Mg₂Si含量=1.58M=1.58×0.64%=1.01% 

即該合金中Mg：Si含量為1.01%。
應(yīng)當(dāng)指出：合金中Mg和Si并非l00%用來(lái)反應(yīng)生成Mg₂Si。Mg和Si都有一部分溶于鋁中生成α固溶體，同時(shí)它們還會(huì)與合金中的其他雜質(zhì)，如Fe、Mn等生成化合物。所以計(jì)算的Mg₂Si含量，都要比實(shí)際含量大一些，只能作一參考數(shù)。
    通常6063合金都是控制Si過(guò)剩，因?yàn)檫^(guò)剩Mg會(huì)顯著降低Mg₂Si在鋁中的溶解度(見(jiàn)表3一4－5)使Mg₂Si相在熱處理時(shí)的強(qiáng)化效果明顯降低。一般Mg₂Si控制在1.1～1.6之間。

表3-4-5過(guò)剩Mg對(duì)Mg₂Si在鋁中溶解度的影響 

溫度 過(guò)剩Mg量	200℃	300℃	400℃	500℃	535℃	595℃
0%     0.2%     0.4%     0.8%     1.0%	0.25     0.05     0     0     0	0.30     0.16     0.02     0     0	0.53     0.35     0.20     0     0	1.05     0.85     0.69     0.45     0.36	1.20     1.15     0.97     0.67     0.55	1.85     —     —     —     —

 

 

 

 

3．2  6063合金鑄錠加熱溫度的選擇
    選擇一個(gè)合金成分的加熱溫度，可以按上面的計(jì)算公式，標(biāo)出Mg2Si的含量，比如計(jì)算出Mg₂Si含量為0.8%，在圖3-4-1中可以找出該合金與固溶線相交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的溫度為460℃左右，一般加熱溫度高于該對(duì)應(yīng)溫度l5～40℃，但必須低于共晶溫度，因此該合金的加熱溫度選擇475～500℃之間為宜。
    一個(gè)鋁合金型材加工廠每天生產(chǎn)鑄錠的化學(xué)成分并不完全相同，我們不能每個(gè)熔次都進(jìn)行Mg₂Si含量計(jì)算，然后以此來(lái)確定每個(gè)熔次的加熱溫度，這樣既不方便，也不現(xiàn)實(shí)。因此每個(gè)企業(yè)為保證質(zhì)量的穩(wěn)定性，都制訂出一個(gè)企業(yè)的內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)這個(gè)內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)可以計(jì)算出Mg₂Si的上、下限含量。如某企業(yè)6063合金的內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定Mg含量0.55%～0.65%，Si含量為0.38%～0.46%，按上述方法可以計(jì)算出Mg₂Si含量為0.87%～l.03%之間，其與固溶線相交點(diǎn)對(duì)應(yīng)溫度465～495 ℃。選擇加熱溫度高l5～25℃，則可確定6063合金鑄錠加熱溫度為480～520℃。
    一般鑄錠加熱溫度不宜太高，因?yàn)榧訜釡囟冗^(guò)高不僅增加能耗，而且不利于提高擠壓速度，通常都不高于540℃。鑄錠加熱溫度低于465℃，強(qiáng)化相Mg₂Si不能充分固溶，影響制品的力學(xué)性能，有可能達(dá)不到國(guó)標(biāo)規(guī)定的力學(xué)性能要求。
3．3鑄錠的加熱方式
    鑄錠的加熱方式根據(jù)能源的不同可分為電加熱：電感應(yīng)加熱和電阻爐加熱。燃料加熱：燃油爐加熱、燃?xì)鉅t加熱和燃煤爐加熱。根據(jù)各企業(yè)的設(shè)備不同，能源的供應(yīng)渠道不同，可以采用各自的加熱方式。幾種加熱方式的比較見(jiàn)表3-2-6。 

表3-4-6鑄錠幾種加熱方式比較表

加熱方式	加熱速度	加熱成本	操作	濕度控制	對(duì)制品影響	對(duì)環(huán)境影響
電感應(yīng)爐 電阻爐 燃油爐 燃?xì)鉅t 燃煤爐 長(zhǎng)錠熱剪爐	快 一般 較快 較快 較慢 快	較高 高 較低 較低 低 較低	方便 方便 一般 一般 較差 方便	好 較好 一般 一般 較差 較差	好 一般 較好 較好 較差 較好	無(wú) 無(wú) 影響小 影響小 有影響 影響小

 

 

 

 

 

以上幾種加熱方式雖然都可以基本滿足鋁型材擠壓生產(chǎn)的需要，但從對(duì)鋁型材的組織與性能來(lái)考慮，電感應(yīng)加熱和燃油爐、燃?xì)鉅t加熱效果更好一些0因?yàn)樗鼈兊募訜崴俣瓤?，能保證Mg₂Si不會(huì)在加熱過(guò)程中從過(guò)飽和和固溶體中析出，對(duì)制品的擠壓性能和力學(xué)性能都有好處。上述的鑄錠加熱都是事先切好的定尺短棒進(jìn)行加熱。現(xiàn)代時(shí)興用長(zhǎng)錠加熱，它的加熱方式有電感應(yīng)加熱、燃油或燃?xì)饧訜?，配上熱剪，操作十分方便，沒(méi)有鋸口鋁屑的浪費(fèi)，可以使成品率提高3%～8%，是比較理想的加熱方式。這種用熱剪的長(zhǎng)錠加熱方式應(yīng)用日益廣泛。它的缺點(diǎn)是～次投資較大，需要增加一臺(tái)價(jià)格不菲的熱剪機(jī)。
3．4擠壓過(guò)程中的溫度變化
    擠壓溫度是擠壓工藝中重要的工藝參數(shù)。為了降低金屬的變形抗力，減少擠壓力需要提高擠壓溫度。但擠壓溫度提高到一定溫度時(shí)，容易出現(xiàn)熱脆現(xiàn)象，產(chǎn)生裂紋等缺陷。為避免這種現(xiàn)象，為提高擠壓速度，需要降低擠壓溫度。這兩個(gè)條件是相互矛盾的，為了既能降低變形抗力，又能采用較大的擠壓速度，必須選擇一個(gè)金屬塑性最好的溫度范圍。
    但是金屬在擠壓過(guò)程中由于金屬與擠壓筒內(nèi)襯、模具、墊片產(chǎn)生摩擦，以及金屬本身產(chǎn)生變形等原因，會(huì)使金屬的溫度升高，往往會(huì)突破事先選好的擠壓溫度范圍。實(shí)驗(yàn)證明：在整個(gè)擠壓過(guò)程中擠壓溫度是逐漸升高的，擠壓速度隨著鑄錠金屬的減少而逐漸加快。因而經(jīng)常出現(xiàn)制品的尾端由于擠壓溫度提高了，擠壓速度加快了而產(chǎn)生裂紋的現(xiàn)象。擠壓過(guò)程中擠壓溫度的升高量與合金的本性及擠壓條件有關(guān)。對(duì)于鋁合金而言，金屬在模子出口處前后溫度差為10～60℃之間。
    為了使擠壓溫度恒定在金屬塑性最好的溫度范圍內(nèi)，最好實(shí)行等溫?cái)D壓。這是多年來(lái)工程技術(shù)人員探索的新工藝。要實(shí)現(xiàn)等溫?cái)D壓需要具備很多條件，在擠壓過(guò)程中各個(gè)環(huán)節(jié)都能自動(dòng)調(diào)節(jié)，如鑄錠溫度、擠壓筒溫度都能梯度加熱，模具進(jìn)行冷卻且可以調(diào)節(jié)溫度，擠壓速度能自動(dòng)變化或采用等速擠壓。另外更換模具后，由于擠壓系數(shù)改變，上述各項(xiàng)條件也能作相應(yīng)調(diào)整?？梢?jiàn)等溫?cái)D壓是個(gè)很復(fù)雜的工藝。目前多采用對(duì)鑄錠進(jìn)行梯度加熱(錐形加熱)的方法，做到近似的等溫?cái)D壓，也可大大提高擠壓速度和改善產(chǎn)品品質(zhì)。
    隨著電腦和數(shù)字自動(dòng)化編程技術(shù)在工業(yè)上應(yīng)用的逐步深入發(fā)展，現(xiàn)代擠壓機(jī)也隨之更新?lián)Q代，配備有FI控制的等速擠壓和TIPS控制的等溫?cái)D壓。操作者只要選擇按鈕，依靠設(shè)備的自動(dòng)化編程技術(shù)就可以獲得所需要的等速擠壓或等溫?cái)D壓。
 
四、擠壓速度的選擇
    
    擠壓速度也是擠壓工藝中的一個(gè)重要參數(shù)。它對(duì)發(fā)揮擠壓機(jī)的生產(chǎn)效率和擠壓制品的品質(zhì)都有很大的影響。擠壓速度有兩種表示方法：一種是以擠壓軸的行程速度μ表示(也即為主柱塞的前進(jìn)速度)，單位為mm/s；另一種是以金屬?gòu)哪？字辛鞒龅乃俣葀來(lái)表示，單位為m/min。通常擠壓速度v指的是金屬?gòu)哪？字辛鞒龅乃俣取?
兩者關(guān)系為：

 υ=μλ mm/s         (3—4—3)  

公式(3—4—3)要變成單位為m/min的話，

    即         (3—4—4)  

式中μ——擠壓軸行程速度/mm·s-1； 
      λ——擠壓系數(shù)； 
      υ——擠壓速度/m·mm-1。
4．1擠壓速度的選擇原則    
    在保證擠壓制品尺寸合格、不產(chǎn)生擠壓裂紋、扭擰、波浪等缺陷的前提下，設(shè)備能力許可的條件下，盡量選用較大的擠壓速度。一般擠壓制品斷面外接圓越大、擠壓系數(shù)越大、擠壓筒直徑越大，應(yīng)降低擠壓速度；制品形狀越復(fù)雜，精度要求越高，擠壓速度應(yīng)越低。空心型材為保證焊合質(zhì)量，擠壓速度應(yīng)比實(shí)心型材低，多孔模擠壓應(yīng)比單孔模擠壓速度低，未經(jīng)均勻化的鑄錠比均勻化鑄錠的擠壓速度低。6063合金實(shí)心型材的擠壓速度一般在15～50m/min之間，最大可到100 m/min以上，空心型材一般在10～30 m/min之間。為保證擠壓制品的幾何尺寸，表面品質(zhì)和力學(xué)性能，最好采用等速擠壓。
4．2擠壓速度的影響因素
    擠壓速度與合金的成分及本性有關(guān)。同一種合金，合金組元成分越高，擠壓速度越低。合金的塑性越好，擠壓速度越大。如l060，1A30，3A21等塑性合金很好的合金，擠壓速度可達(dá)100 m/min，塑性較差的2A12，7A04等合金擠壓速度不超過(guò)3 m/min。
    擠壓速度與擠壓溫度有關(guān)。一般擠壓溫度越高，擠壓速度越低。因?yàn)閿D壓溫度較高時(shí)，快速擠壓會(huì)引起摩擦力增大，變形能增加，使變形區(qū)金屬溫度劇烈升高，變形區(qū)內(nèi)金屬溫度容易超過(guò)其最高臨界溫度，進(jìn)入熱脆狀態(tài)而開始形成裂紋。通常只有降低擠壓速度來(lái)克服這種現(xiàn)象。
    擠壓速度與型材制品斷面的復(fù)雜程度有關(guān)。型材斷面復(fù)雜時(shí)，過(guò)大的擠壓速度難以保證制品斷面每處流速一致，易使制品產(chǎn)生扭擰、彎曲、開口或收口等現(xiàn)象，因而要降低擠壓速度。一般對(duì)于復(fù)雜斷面、有較大的開口和壁厚差的，都要降低擠壓速度。形狀較復(fù)雜、壁厚不大的空心型材，為保證良好的焊合也需要降低擠壓速度。所以空心型材要比實(shí)心型材的擠壓速度低。
    鑄錠的狀態(tài)也是影響擠壓速度的因素。鑄錠均勻化可以提高擠壓速度。除此之外，擠壓速度與擠壓系數(shù)、擠壓方法、潤(rùn)滑條件、模具溫度等因素都有關(guān)。
4．3快速擠壓
    1)快速擠壓的基本條件
    如前所述，6063合金的擠壓速度一般都在50 m/min以下?？焖贁D壓通常是指擠壓制品從模孔的流出速度在60 m/min以上的擠壓。由于擠壓速度大幅提高，應(yīng)注意產(chǎn)品質(zhì)量和操作安全。因此快速擠壓應(yīng)具備一定的條件。
    (1)應(yīng)有優(yōu)質(zhì)的經(jīng)均勻化處理的鑄錠。即鑄錠的合金成分，組織應(yīng)具有最佳的可擠壓性。
    (2)應(yīng)有合理設(shè)計(jì)、精心加工的擠壓模具，確保用正確工藝加熱的鑄錠能順利通過(guò)擠壓模具形成合格的制品。并有模具的冷卻系統(tǒng)。
    (3)實(shí)現(xiàn)快速擠壓必須具備擠壓機(jī)有等速擠壓和等溫?cái)D壓的控制系統(tǒng)，至少應(yīng)有基本等溫?cái)D壓的條件
    (4)應(yīng)有牽引機(jī)，最好是雙向牽引機(jī)，保證擠壓制品流出模具后能沿著擠壓中心線的縱向平衡而快速地前進(jìn)。現(xiàn)代歐洲如意大利對(duì)快速擠壓的后部設(shè)備采用雙長(zhǎng)度導(dǎo)出臺(tái)和雙牽引機(jī)。如果冷床為45 m的話，導(dǎo)出臺(tái)為90 m，兩臺(tái)牽引機(jī)交替牽引?？梢詽M足快速擠壓的要求，同時(shí)又可以利用飛鋸在兩個(gè)制品的交接處切斷，使成品率有所提高。
    (5)為保證擠壓制品從?？琢鞒龊蟛粫?huì)因?yàn)椴僮魇д`，快速流出的制品對(duì)人身傷害，要求出料冷卻臺(tái)進(jìn)行封閉。
    (6)對(duì)于沒(méi)有等速擠壓和等溫?cái)D壓的擠壓機(jī)，快速擠壓可能出現(xiàn)后端的型材壁厚減薄的現(xiàn)象。如果型材本身要求的壁厚較薄，則易發(fā)生后端型材壁厚減薄而不符合技術(shù)要求的現(xiàn)象。因此型材壁厚應(yīng)在1.4 mm以上才比較適合快速擠壓。

2)實(shí)現(xiàn)快速擠壓的措施
快速擠壓不僅能充分發(fā)揮擠壓機(jī)的能力，而且可以大大提高生產(chǎn)效率，降低能耗。一般快速擠壓比普通擠壓的生產(chǎn)效率提高2～4倍．因此多年來(lái)許多擠壓加工技術(shù)人員都在考慮如何控制合金成分、組織、加工工藝，改善模具設(shè)計(jì)、制造等，形成最優(yōu)化的加工系統(tǒng)，達(dá)到快速擠壓的目的。6063是主要的擠壓合金，日本不少學(xué)者、專家對(duì)6063合金的快速擠壓進(jìn)行專題研究，已取得了不少經(jīng)驗(yàn)或成果。我國(guó)的工程技術(shù)人員對(duì)此也在進(jìn)行研究。興發(fā)集團(tuán)有限公司的技術(shù)研發(fā)中心也進(jìn)行了嘗試，并積累了一些經(jīng)驗(yàn)?？偟膩?lái)說(shuō)，實(shí)現(xiàn)快速擠壓應(yīng)從以下幾個(gè)方面著手。
(1)適當(dāng)調(diào)整合金成分。6063合金中的Mg₂Si含量在0.6%～l.4%之間。一般控制在0.8%～l.1%之間。為提高合金的可擠壓性，在保證合金的力學(xué)性能的前提下，控制Mg₂Si和Fe的含量，調(diào)整其Mg2Si含量在0.65%～0.85%之間。日本學(xué)者認(rèn)為6063合金應(yīng)控制Mg為0.5%，Si為0.4%，F(xiàn)e為0.2%。其Al—Mg₂Si共晶溫度595℃。Al—Mg₂Si—Si的三元共晶溫度為555℃，Al-β(AlFeSi)-Si三元共晶溫度為578℃。型材溫度高于555℃，易產(chǎn)生裂紋。圖3—4—2為Mg和Si含量對(duì)變形的影響。從圖可知Mg在0．4%以下對(duì)變形抗力的影響比較明顯。用6063合金含0．5%Mg，0.4%Si和含0.45%Mg，0.43%Si進(jìn)行比較，實(shí)踐證明：在擠壓速度為50 m/min的情況下，前者升溫110℃，后者升溫為90℃。而最大擠壓速度前者為120 m/min，后者為140 m/min。 

    (2)微量元素的控制 
    實(shí)驗(yàn)證明6063合金中微量的Na對(duì)擠壓制品缺陷有明顯影響，特別是在快速擠壓情況下容易產(chǎn)生裂紋。圖3—4—3為6063合金，擠壓溫度為480℃，擠壓速度為40 m/min時(shí)不同Na含量對(duì)擠壓制品影響。Na含量應(yīng)控制在(1～2)×10^-6以下，Na含量在7×10^-6以上會(huì)明顯增加快速擠壓時(shí)的缺陷。

圖3—4—3 6063合金中Na對(duì)擠壓制品缺陷的影響

    (3)鑄錠均勻化組織的控制 
鑄錠均勻化盡可能減少或消除由于鑄造組織冷卻快造成的枝晶偏析，使化合物Mg₂Si的分散狀態(tài)最佳化。
    實(shí)驗(yàn)證明：鑄錠均勻化在585℃保溫2 h使Mg₂Si基本上溶解可以消除枝晶偏析。要使Mg₂Si析出呈最佳的分布狀態(tài)，均勻化加熱保溫后的冷卻速度十分重要。鑄錠在565℃保溫6 h，快速冷卻至220℃停留半小時(shí)再快速冷卻，如圖3—4—4所示。使鑄錠有充分的過(guò)飽和固溶度，并有少量Mg₂Si彌散析出，可以提高合金的可擠壓性。
    鑄錠均勻化加熱保溫后的冷卻速度與擠壓速度的關(guān)系見(jiàn)表3—4—7(表中均勻化制度為550℃×4h)。  

 

圖3—4—4鑄錠均勻化加熱冷卻曲線

表3—4—7鑄錠均勻化冷卻速度與擠壓速度關(guān)系表

注：0——表示可以達(dá)到的擠壓速度；△——難以達(dá)到該擠壓速度；X——不能達(dá)到該擠壓速度。

當(dāng)鑄錠均勻化的冷卻速度小于100℃/h時(shí)，由于緩慢冷速會(huì)使粗大的化合物析出，嚴(yán)重影響合金的可擠壓性，無(wú)法提高合金的擠壓速度。
    (4)適當(dāng)降低擠壓溫度，對(duì)鑄錠進(jìn)行梯度加熱可以提高擠壓速度。擠壓溫度控制在470～490℃，鑄錠溫度保持前端(靠模具一端)高、后端低，形成前后相差l0～50℃的溫度梯度。由于擠壓時(shí)會(huì)產(chǎn)生溫升，可以平衡鑄錠的溫度差，實(shí)現(xiàn)近似的等溫?cái)D壓?，F(xiàn)代先進(jìn)的擠壓機(jī)通過(guò)TIPS控制可以實(shí)現(xiàn)等溫?cái)D壓，為快速擠壓提供了有利的條件。但目前絕大多數(shù)擠壓機(jī)做不到等溫?cái)D壓，只能依靠梯度加熱的辦法來(lái)改善擠壓過(guò)程中的溫度變化，實(shí)現(xiàn)基本恒溫?cái)D壓，提高擠壓速度，改善擠壓制品的組織和性能。
    (5)實(shí)現(xiàn)快速擠壓，模具是十分重要的因素。除了要保證模具的材質(zhì)外，還必須保證模具在快速擠壓條件下溫度不會(huì)持續(xù)升高，因此必須采取措施對(duì)模具進(jìn)行冷卻，如對(duì)模具用水或氮?dú)膺M(jìn)行冷卻。同時(shí)還要改進(jìn)模具的設(shè)計(jì)，如合理的模孔排列、分流比，選擇最佳的分流孔，焊合室形狀與尺寸，調(diào)整?？坠ぷ鲙чL(zhǎng)度等，盡可能降低擠壓力和減少擠壓的摩擦力，有利于提高擠壓速度。

五、擠壓制品的冷卻

    許多熱處理強(qiáng)化鋁合金擠壓制品的冷卻速度可以不必考慮，因?yàn)樗鼈冊(cè)跀D壓過(guò)程中不能實(shí)行在線淬火，需要在專用淬火爐中重新加熱淬火和時(shí)效，才能獲得較高的力學(xué)性能。而A1—Mg—Si系的鋁合金如6063，6063A和6005A合金，熱擠壓后較低的冷卻速度即可阻止合金強(qiáng)化相Mg₂Si的析出，相當(dāng)于淬火。如Mg₂Si含量為0.5%的6063合金，從454℃冷卻到204℃的臨界冷卻溫度范圍內(nèi)，最小冷速度為38℃/min即可獲得淬火效果。表3—4—8列出了不同Mg₂Si含量時(shí)的最小冷卻速度參考值。

表3-4-8 6063合金不同M9：Si含量的最小冷卻速度表

 

    由表3—4—8可知：6063合金擠壓后的冷卻速度只要大于65℃/min，即可獲得淬火效果(稱風(fēng)冷淬火也稱在線淬火)。實(shí)際上6063合金中Mg2Si含量大多在0.8%～l.1%之間，風(fēng)冷的速度大于55℃就可獲得淬火效應(yīng)。
    由于鋁合金的熱容量較大，要使冷卻速度大于上述數(shù)值，需要在擠壓機(jī)的出料臺(tái)上方安裝4～12臺(tái)冷卻風(fēng)機(jī)，以與地面垂直成30～60°角順著擠壓方向?qū)χ鴶D壓制品吹風(fēng)。由于擠壓速度較快，型材很快就通過(guò)出料臺(tái)，因此還要在出料臺(tái)或冷床底下安裝l0～30臺(tái)小型風(fēng)扇進(jìn)行補(bǔ)充冷卻。以促使擠壓制品迅速冷卻，在拉伸矯直前使制品冷卻到60℃以下，從而獲得較好的淬火效果。
    由于合金不同、要求的狀態(tài)不同、制品的大小、壁厚不同，要求的冷卻速度也不同。因此，在出料臺(tái)上方除安裝一定的冷卻風(fēng)機(jī)外，還應(yīng)安裝噴霧或噴水裝置，以調(diào)整擠壓制品流出后不同的冷卻速度，滿足不同合金、不同狀態(tài)對(duì)制品組織性能的要求。
 
六、擠壓制品的矯直

6．1  出模后的矯正
    型材在擠出?？缀?，為校正扭擰、彎曲、波浪，讓高溫下有很高塑性的鋁型材及時(shí)得到矯正，往往要緊靠模子出料口設(shè)置導(dǎo)路。導(dǎo)路的大小、形狀應(yīng)根據(jù)制品斷面大小、形狀而定，一般都是與制品形狀相似。有的不用導(dǎo)路可以用石墨條在出料口附近將型材強(qiáng)迫導(dǎo)向一定的方向、角度前進(jìn)，使其型材在熱狀態(tài)下得到初步矯直。
    近年來(lái)型材出?？缀?，一般多采用牽引機(jī)來(lái)牽引型材實(shí)現(xiàn)出模后的矯正。牽引機(jī)多為直線馬達(dá)式，它實(shí)際上是一種單位面積上拉伸力很小的拉伸矯直機(jī)。工作時(shí)給擠壓制品一定張力的同時(shí)，與其制品的流出速度保持同步移動(dòng)?？梢苑乐剐筒某瞿：螽a(chǎn)生扭擰、彎曲、波浪等缺陷。同時(shí)對(duì)于多孔制品可以防止產(chǎn)生長(zhǎng)短不一的現(xiàn)象。牽引機(jī)是由牽引頭、裝有直線電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)裝置和運(yùn)動(dòng)軌道所組成。牽引機(jī)的牽引力應(yīng)與擠壓機(jī)能力大小相匹配。一般牽引力從200 N到8000 N之間，對(duì)于重型擠壓機(jī)(大于l00 MN擠壓機(jī))牽引力可超過(guò)l0000 N，每種牽引機(jī)的牽引力又分為若干檔次，根據(jù)型材斷面大小進(jìn)行選擇。
6．2拉伸矯直
    拉伸矯直是使鋁型材在張力作用下產(chǎn)生輕微塑性變形而實(shí)現(xiàn)矯直。因此，最小拉伸力P必須符合P>P1的要求。

                 P_lσ_0.2F              (3-4-5)

式中 P₁——型材實(shí)現(xiàn)矯直所需的最小拉伸力，通常用kN表示； 
σ_0.2——型材的屈服強(qiáng)度/MPa；
F——型材的斷面積/mm²。
考慮材料力學(xué)性能不均勻性的安全系數(shù)K

則  P=KP₁Kσ_0.2F  

式中K——安全系數(shù)，一般為1.1～1.3。
伸長(zhǎng)率δ：拉伸變形指數(shù)用伸長(zhǎng)率δ表示，δ的大小可用下式計(jì)算。

 

式中 L₀——拉伸前制品長(zhǎng)度； 
L_u——拉伸后制品長(zhǎng)度。 
由上式可以定義伸長(zhǎng)率δ為拉伸后與拉伸前之長(zhǎng)度差和拉伸前長(zhǎng)度之比的百分率。 
拉伸矯直對(duì)型材尺寸、表面及力學(xué)性能的影響： 

1)拉伸矯直對(duì)型材尺寸的影響 
根據(jù)金屬體積不變?cè)?，為便于?jì)算假設(shè)制品斷面積為正方形，拉伸前后體積可用如下方程式： 

即 L₀a₀²L_ua_u²

式中 a₀、a_u——拉伸前后斷面的邊長(zhǎng)，從上式可以計(jì)算出拉伸后邊長(zhǎng)a_u。 

 

上式中因?yàn)?，所以，即可知拉伸后斷面變長(zhǎng)變小了。另外擠壓時(shí)從熱狀態(tài)變成冷狀態(tài)，根據(jù)熱脹冷縮原理，制品斷面尺寸也會(huì)輕微變小。因此為保證擠壓制品在拉伸后尺寸在允許公差范圍內(nèi)，必須在拉伸前的擠壓型材有一個(gè)合理的允許公差(稱為擠壓偏差)。
    除此外拉伸時(shí)還會(huì)引起斷面的幾何尺寸發(fā)生改變，如型材的開口部分產(chǎn)生張口或收口的現(xiàn)象。為克服這些毛病，必須注意控制拉伸率，選擇適當(dāng)?shù)膴A持方向，以及采用添加矯直墊塊的方法解決。
    2)拉伸矯直對(duì)型材表面及力學(xué)性能的影響
    當(dāng)拉伸時(shí)采用過(guò)大的伸長(zhǎng)率后，會(huì)使型材表面產(chǎn)生桔皮狀現(xiàn)象，俗稱“桔皮”缺陷，影響型材表面的光亮度和后部表面處理品質(zhì)。
    適當(dāng)?shù)睦熳冃危梢约铀贂r(shí)效過(guò)程，使制品的強(qiáng)度略有提高。過(guò)大的拉伸量除產(chǎn)生“桔皮”外，還會(huì)改變斷面尺寸，以及容易引起過(guò)時(shí)效，反而會(huì)使制品強(qiáng)度降低。對(duì)于6063合金而言，伸長(zhǎng)率δ控制在0.5%～2%之間。一般0.5%就夠了，最大不能超過(guò)3%。

七、成品鋸切

    鋸切工序最重要的是兩點(diǎn)：①注意安全，因鋁合金是非磁性物質(zhì)，鋁屑一旦飛進(jìn)眼睛很難搞出來(lái)。所以鋸切時(shí)要十分小心。②注意定尺長(zhǎng)度，一旦定尺搞錯(cuò)，前功盡棄，制品要報(bào)廢或作其他處理，損失很大。定尺長(zhǎng)度應(yīng)根據(jù)合同確定，公稱長(zhǎng)度小于6 m時(shí)，允許偏差為+15 mm，一般控制在5～10 mm。大于6 m時(shí)，由供需雙方商定。以倍尺交貨的型材，總長(zhǎng)度允許偏差+20 mm，鋸切時(shí)鋸片與型材要垂直，型材端頭切斜度不應(yīng)超過(guò)2°，型材切頭尾長(zhǎng)度見(jiàn)表3—4—9。 

   表3—4—9鋁合金擠壓制品切頭、尾長(zhǎng)度

制品種類	型材壁厚或棒材直徑/mm	前端切去最小長(zhǎng)度/mm	尾部切去最小長(zhǎng)度/mm
硬合金	軟合金
型材	≤4.0 4.1～10.0 >10	200 250 300	500 600 800	500 600 800
棒材	≤26 27～38 39～110 111～250	100 100 150 220	900 800 700 600	1000 900 800 700

 

 

 

   









不同定尺型材或不同壁厚的型材在裝入同一料框時(shí)，應(yīng)定尺長(zhǎng)的、壁厚大的放底層，定尺短的、壁厚薄的放上層。每層放滿后應(yīng)放墊條隔開，兩頭和中間應(yīng)均勻放置。