鋁型材的生產(chǎn)經(jīng)過鑄錠制備、擠壓成型、熱處理和表面處理四個工藝過程。
1、鑄錠制備 包括配料、熔煉、鑄造、均熱等主要工序形成一定化學(xué)成分和外形尺寸的鑄錠。
2、擠壓成型 擠壓成型是在鑄錠加熱、擠壓、冷卻、張力矯直、鋸切等工序構(gòu)成的一條自動生產(chǎn)線上進(jìn)行。
3、再通過不同的淬火和時效制度，使鋁型材得到應(yīng)有的力學(xué)性能。
4、最后表面處理可增強(qiáng)型材外表美觀程度，并延長鋁型材的使用壽命。
一、鋁材擠壓方法的選擇
在各種不同的擠壓過程中，擠壓工具和被擠壓金屬之間的摩擦力增大了擠壓力的消耗和變形的不均勻性。因此，所選擇的擠壓方法應(yīng)在滿足給定的條件下，保證消耗于接觸摩擦上的功最小，在選擇擠壓方法時，應(yīng)滿足的主要給定條件包括：
1)擠壓設(shè)備所具有的工藝的可能性；
2)在擠壓狀態(tài)下被擠壓金屬的塑性；
3)滿足擠壓制品的質(zhì)量要求。
二、型材坯料形狀與尺寸的確定
坯料的形狀和尺寸是決定整個擠壓過程中技術(shù)——經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的最重要的工藝因素。確定坯料形狀和尺寸的原始條件是擠壓制品的規(guī)定形狀和尺寸。顯然，在所有的情況下，采用體積盡可能大的坯料是最合理的。選擇坯料的形狀、橫斷面尺寸和長度時，應(yīng)考慮能保證擠壓制品的質(zhì)量優(yōu)良(幾何尺寸精度最高，允許的變形不均勻性最小)，擠壓工具所允許的應(yīng)力和允許的總壓力(根據(jù)擠壓機(jī)的力學(xué)特性而定)。根據(jù)擠壓制品的橫斷面形狀，坯料可選為圓形斷面，也可以選為矩形斷面(帶圓弧形側(cè)面)。為了減少擠壓制品力學(xué)性能的不均勻性，坯料的橫斷面積在填充擠壓之后應(yīng)保證具有允許的最小擠壓系數(shù)。如上所述，這個最小的擠壓系數(shù)值對于不繼續(xù)進(jìn)行變形的制品應(yīng)不小于8～12，而對于需進(jìn)一步經(jīng)受塑性變形的制品，應(yīng)不小于5。最大的擠壓系數(shù)值受擠壓工具上所允許的應(yīng)力值限制。
在潤滑擠壓時，坯料的長度對于擠壓制品的質(zhì)量不發(fā)生影響，其力學(xué)條件也與坯料長度的關(guān)系不大。因此，最好采用盡可能長的坯料(需考慮制品的定尺)。
在無潤滑擠壓時，隨著坯料的增長，變形的不均勻性增大。此外，在這種條件下，隨著坯料長度的增加，為克服摩擦力(分力T筒)所消耗的擠壓力也增大。但是，若縮短鑄錠的長度，則消耗于擠壓殘料上的比金屬量會增多。
應(yīng)根據(jù)上述各點(diǎn)，考慮選擇合理的坯料長度。
三、鋁材擠壓溫度范圍
擠壓的溫度范圍取決于合金本身的物理性能和化學(xué)成分，坯料的狀態(tài)、擠壓方法、溫度規(guī)范、變形程度與變形速度，工具所允許承受的壓力，對產(chǎn)品表面品質(zhì)的要求，宏觀組織和顯微組織，對產(chǎn)品力學(xué)性能和物理一化學(xué)性能的要求，產(chǎn)品的斷面形狀與尺寸，對擠壓過程的生產(chǎn)率的要求及其他因素。其中有許多因素對于選擇擠壓溫度的影響表現(xiàn)出相互矛盾的傾向。目前尚無法得出能考慮所有影響因素和滿足全部要求的最佳擠壓溫度范圍的分析方法，但是，在各種具體條件下的問題已個別地獲得了解決。擠壓溫度范圍的選擇大部分是根據(jù)基本理論原則在實(shí)驗(yàn)條件下進(jìn)行的。主要的基本原則可參見本篇第l章1．5．2節(jié)。
四、鋁材擠壓速度的確定
對于鋁合金來說，在選定的熱擠壓溫度范圍內(nèi)，根據(jù)合金成分和擠壓制品類別的不同，其流動速度可在0.5～100 m/min或更大的十分寬廣的范圍內(nèi)變化。
確定允許的最大金屬流動速度的準(zhǔn)則是：不出現(xiàn)表面裂紋、不形成劃道、粘結(jié)工具及其他表面缺陷，保證制品橫斷面幾何尺寸穩(wěn)定，不出現(xiàn)皺紋、波浪及其他缺陷。
除此以外，合金成分和塑性變形區(qū)的金屬溫度，坯料的原始狀態(tài)，變形的不均勻程度，制品橫斷面的形狀與尺寸，型材各部分的尺寸比例，工具結(jié)構(gòu)，擠壓方法，接觸摩擦條件等都對流動速度有影響。
從某種意義上來說，可以相對地把所有的鋁合金分為如下三類：
第一類是工業(yè)純鋁和低合金化型的鋁合金，如1100、6063、3004等。這類合金無潤滑擠壓時，當(dāng)其他條件相同，在整個擠壓溫度范圍內(nèi)，都允許采用很高的流動速度(50～150m/min)而不會產(chǎn)生表面裂紋。
第二類是6061、7005、5A02及其他一些合金。這類合金允許有中等程度的流動速度(5～20 m/min)。
第三類是高合金化的合金和含銅量高的合金，其特點(diǎn)是易于形成裂紋。在無潤滑擠壓時，僅允許有低的流動速度(0.5～5m/min)。這一類的典型合金有5A06、2A12、7A04等。
五、擠壓工具的結(jié)構(gòu)選擇
模具結(jié)構(gòu)，特別是?？仔螤?，穿孔針和擠壓墊片的結(jié)構(gòu)會給予擠壓制品和表面品質(zhì)，尺寸精度，允許流動速度和其他工藝要素以很大的，有時甚至是決定性的影響。
應(yīng)根據(jù)擠壓機(jī)的結(jié)構(gòu)形式和能力、擠壓筒的直徑、型材在模子工作平面上的分布位置、?？淄饨訄A的直徑、型材斷面是否有影響模具和整套工具強(qiáng)度的因素等來選擇模具外形尺寸
模具外形尺寸標(biāo)準(zhǔn)化和系列化 標(biāo)準(zhǔn)化、系列化的必要性
a、減少模具設(shè)計(jì)與制造的工作量降低產(chǎn)品成本縮短生產(chǎn)周期提高生產(chǎn)效率
b、能滿足該擠壓機(jī)上允許生產(chǎn)的所有規(guī)格的產(chǎn)品品種用模具的強(qiáng)度要求
c、能滿足制造工藝的要求。
工具結(jié)構(gòu)的工藝要素是：
1)模具孔型腔出口斷面的形狀與尺寸。
2)模具孔工作帶的形狀與長度。
3)模具孔的出口端與入口端的圓角半徑。
4)模具孔工作帶的入口角或者叫做“阻礙角”。
5)止推角。
6)模子工作表面母線的傾角(即模角)和從擠壓筒表面到模子表面的過渡區(qū)。
7)擠壓階段變斷面型材的模子中，被稱為“料兜“的過渡區(qū)模孔及其形狀，尺寸和圓角半徑。
8)型材在模子工作平面相對于擠壓軸線的相關(guān)尺寸。
9)多孔模上各?？字g的距離及其相對于擠壓軸線的分布。
10)模子外形尺寸和厚度。
11)用于生產(chǎn)空心型材組合模的凸脊結(jié)構(gòu)、金屬分流孔的個數(shù)、形狀、尺寸和分布，以及“焊合腔“的體積等。
12)穿孔針的結(jié)構(gòu)和錐度。
13)擠壓墊片的結(jié)構(gòu)尺寸和形狀。
圖3—2—13影響金屬可擠壓性的因素
續(xù)表3-2-8
1、鑄錠制備 包括配料、熔煉、鑄造、均熱等主要工序形成一定化學(xué)成分和外形尺寸的鑄錠。
2、擠壓成型 擠壓成型是在鑄錠加熱、擠壓、冷卻、張力矯直、鋸切等工序構(gòu)成的一條自動生產(chǎn)線上進(jìn)行。
3、再通過不同的淬火和時效制度，使鋁型材得到應(yīng)有的力學(xué)性能。
4、最后表面處理可增強(qiáng)型材外表美觀程度，并延長鋁型材的使用壽命。
一、鋁材擠壓方法的選擇
在各種不同的擠壓過程中，擠壓工具和被擠壓金屬之間的摩擦力增大了擠壓力的消耗和變形的不均勻性。因此，所選擇的擠壓方法應(yīng)在滿足給定的條件下，保證消耗于接觸摩擦上的功最小，在選擇擠壓方法時，應(yīng)滿足的主要給定條件包括：
1)擠壓設(shè)備所具有的工藝的可能性；
2)在擠壓狀態(tài)下被擠壓金屬的塑性；
3)滿足擠壓制品的質(zhì)量要求。
二、型材坯料形狀與尺寸的確定
坯料的形狀和尺寸是決定整個擠壓過程中技術(shù)——經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的最重要的工藝因素。確定坯料形狀和尺寸的原始條件是擠壓制品的規(guī)定形狀和尺寸。顯然，在所有的情況下，采用體積盡可能大的坯料是最合理的。選擇坯料的形狀、橫斷面尺寸和長度時，應(yīng)考慮能保證擠壓制品的質(zhì)量優(yōu)良(幾何尺寸精度最高，允許的變形不均勻性最小)，擠壓工具所允許的應(yīng)力和允許的總壓力(根據(jù)擠壓機(jī)的力學(xué)特性而定)。根據(jù)擠壓制品的橫斷面形狀，坯料可選為圓形斷面，也可以選為矩形斷面(帶圓弧形側(cè)面)。為了減少擠壓制品力學(xué)性能的不均勻性，坯料的橫斷面積在填充擠壓之后應(yīng)保證具有允許的最小擠壓系數(shù)。如上所述，這個最小的擠壓系數(shù)值對于不繼續(xù)進(jìn)行變形的制品應(yīng)不小于8～12，而對于需進(jìn)一步經(jīng)受塑性變形的制品，應(yīng)不小于5。最大的擠壓系數(shù)值受擠壓工具上所允許的應(yīng)力值限制。
在潤滑擠壓時，坯料的長度對于擠壓制品的質(zhì)量不發(fā)生影響，其力學(xué)條件也與坯料長度的關(guān)系不大。因此，最好采用盡可能長的坯料(需考慮制品的定尺)。
在無潤滑擠壓時，隨著坯料的增長，變形的不均勻性增大。此外，在這種條件下，隨著坯料長度的增加，為克服摩擦力(分力T筒)所消耗的擠壓力也增大。但是，若縮短鑄錠的長度，則消耗于擠壓殘料上的比金屬量會增多。
應(yīng)根據(jù)上述各點(diǎn)，考慮選擇合理的坯料長度。
三、鋁材擠壓溫度范圍
擠壓的溫度范圍取決于合金本身的物理性能和化學(xué)成分，坯料的狀態(tài)、擠壓方法、溫度規(guī)范、變形程度與變形速度，工具所允許承受的壓力，對產(chǎn)品表面品質(zhì)的要求，宏觀組織和顯微組織，對產(chǎn)品力學(xué)性能和物理一化學(xué)性能的要求，產(chǎn)品的斷面形狀與尺寸，對擠壓過程的生產(chǎn)率的要求及其他因素。其中有許多因素對于選擇擠壓溫度的影響表現(xiàn)出相互矛盾的傾向。目前尚無法得出能考慮所有影響因素和滿足全部要求的最佳擠壓溫度范圍的分析方法，但是，在各種具體條件下的問題已個別地獲得了解決。擠壓溫度范圍的選擇大部分是根據(jù)基本理論原則在實(shí)驗(yàn)條件下進(jìn)行的。主要的基本原則可參見本篇第l章1．5．2節(jié)。
四、鋁材擠壓速度的確定
對于鋁合金來說，在選定的熱擠壓溫度范圍內(nèi)，根據(jù)合金成分和擠壓制品類別的不同，其流動速度可在0.5～100 m/min或更大的十分寬廣的范圍內(nèi)變化。
確定允許的最大金屬流動速度的準(zhǔn)則是：不出現(xiàn)表面裂紋、不形成劃道、粘結(jié)工具及其他表面缺陷，保證制品橫斷面幾何尺寸穩(wěn)定，不出現(xiàn)皺紋、波浪及其他缺陷。
除此以外，合金成分和塑性變形區(qū)的金屬溫度，坯料的原始狀態(tài)，變形的不均勻程度，制品橫斷面的形狀與尺寸，型材各部分的尺寸比例，工具結(jié)構(gòu)，擠壓方法，接觸摩擦條件等都對流動速度有影響。
從某種意義上來說，可以相對地把所有的鋁合金分為如下三類：
第一類是工業(yè)純鋁和低合金化型的鋁合金，如1100、6063、3004等。這類合金無潤滑擠壓時，當(dāng)其他條件相同，在整個擠壓溫度范圍內(nèi)，都允許采用很高的流動速度(50～150m/min)而不會產(chǎn)生表面裂紋。
第二類是6061、7005、5A02及其他一些合金。這類合金允許有中等程度的流動速度(5～20 m/min)。
第三類是高合金化的合金和含銅量高的合金，其特點(diǎn)是易于形成裂紋。在無潤滑擠壓時，僅允許有低的流動速度(0.5～5m/min)。這一類的典型合金有5A06、2A12、7A04等。
五、擠壓工具的結(jié)構(gòu)選擇
模具結(jié)構(gòu)，特別是?？仔螤?，穿孔針和擠壓墊片的結(jié)構(gòu)會給予擠壓制品和表面品質(zhì)，尺寸精度，允許流動速度和其他工藝要素以很大的，有時甚至是決定性的影響。
應(yīng)根據(jù)擠壓機(jī)的結(jié)構(gòu)形式和能力、擠壓筒的直徑、型材在模子工作平面上的分布位置、?？淄饨訄A的直徑、型材斷面是否有影響模具和整套工具強(qiáng)度的因素等來選擇模具外形尺寸
模具外形尺寸標(biāo)準(zhǔn)化和系列化 標(biāo)準(zhǔn)化、系列化的必要性
a、減少模具設(shè)計(jì)與制造的工作量降低產(chǎn)品成本縮短生產(chǎn)周期提高生產(chǎn)效率
b、能滿足該擠壓機(jī)上允許生產(chǎn)的所有規(guī)格的產(chǎn)品品種用模具的強(qiáng)度要求
c、能滿足制造工藝的要求。
工具結(jié)構(gòu)的工藝要素是：
1)模具孔型腔出口斷面的形狀與尺寸。
2)模具孔工作帶的形狀與長度。
3)模具孔的出口端與入口端的圓角半徑。
4)模具孔工作帶的入口角或者叫做“阻礙角”。
5)止推角。
6)模子工作表面母線的傾角(即模角)和從擠壓筒表面到模子表面的過渡區(qū)。
7)擠壓階段變斷面型材的模子中，被稱為“料兜“的過渡區(qū)模孔及其形狀，尺寸和圓角半徑。
8)型材在模子工作平面相對于擠壓軸線的相關(guān)尺寸。
9)多孔模上各?？字g的距離及其相對于擠壓軸線的分布。
10)模子外形尺寸和厚度。
11)用于生產(chǎn)空心型材組合模的凸脊結(jié)構(gòu)、金屬分流孔的個數(shù)、形狀、尺寸和分布，以及“焊合腔“的體積等。
12)穿孔針的結(jié)構(gòu)和錐度。
13)擠壓墊片的結(jié)構(gòu)尺寸和形狀。
金屬的可擠壓性體現(xiàn)在擠壓力的大小、最大可達(dá)擠壓速度(生產(chǎn)效率)、擠壓制品的質(zhì)量、成品率、模具壽命等指標(biāo)上。影響金屬可擠壓性的因素有擠壓坯料、擠壓條件、模具質(zhì)量等，如圖3—2—13所示。
圖3—2—13影響金屬可擠壓性的因素
表3—2—8所示為各種鋁合金的可擠壓性指數(shù)(也稱為可擠壓性指標(biāo))與擠壓條件范圍?？蓴D壓性指數(shù)是以6063的指數(shù)為l00時的相對經(jīng)驗(yàn)數(shù)值，不同的生產(chǎn)廠家，尤其是不同的擠壓條件(包括型材的斷面形狀與尺寸、擠壓模的設(shè)計(jì)等)下，可擠壓性指數(shù)的大小存在一定程度的差異。
表3—2—8鋁及鋁合金的可擠壓性與可擠壓條件
|
合金
|
可擠壓性指數(shù)①
|
擠壓溫度/℃
|
擠壓比壓
|
制品流出速度/m·mm-1
|
分流模擠
|
||
|
1060、1100
|
150
|
400～500
|
～500
|
25～100
|
可
|
||
|
1200
|
125
|
400～500
|
～500
|
25～100
|
可
|
||
|
2011
2014、2017
2024
|
30
20
15
|
370～480
|
6～40
|
1.5～6 |
｝
|
不可
|
|
|
3003、3004
3203
|
100
100
|
400～480
400～480
|
6～60
6～60
|
1.5～30
1.5～30
|
可
可
|
||
|
5052
5056、5083
5086
5454
5456
|
60
25
30
50
20
|
400～500
420～480
420～480
420～480
420～480
|
6～50
|
1.5～30 1.5～10 1.5～10 1.5～30 1.5～10 |
}
|
較難
|
|
|
不可
|
|||||||
注：①以6063的可擠壓指數(shù)為100時的相對值。②大斷面型材的擠壓較困難。
由上可以看出，鋁合金型材的斷面設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)合金成分與性能、坯料的狀態(tài)、設(shè)備與工模具水平、擠壓條件等來確定形狀的復(fù)雜程度、規(guī)格范圍、壁厚的大小以及公差的精度。
續(xù)表3-2-8
|
合金
|
可擠壓性指數(shù)①
|
擠壓溫度/℃
|
擠壓比壓
|
制品流出速度/m·mm-1
|
分流模擠
|
|
|
6061、6151
6N01
6063、6101
|
70
90
100
|
450～520
460～520
480～520
|
30～60
30～80
30～100
|
1.5～30 15～80 15～100 |
}
|
可
|
|
7001、7178
7003
|
7
80
|
430～500
430～500
|
6～30
6～30
|
1.5～5.5
1.5～30
|
不可
可②
|
|
|
7075
7079
7N01
|
10
10
60
|
360～440
360～500
430～500
|
6～30
|
1.5～5.5
1.5～5.5
1.5～30
|
不可
不可
可②
|
|
