鋁合金擠壓型材幾種常見缺陷解析

1、擠壓鋁型材表面顆粒狀毛刺的形成原因與對策在鋁型材的擠壓生產(chǎn)中，型材表面不同程度的存在一些小顆粒吸附在型材表面上，這種的缺陷，僅有輕微手感，不仔細觀察或手摸較難發(fā)現(xiàn)。但它嚴重影響氧化、電泳涂漆及噴涂型材的表面美觀，降低了生產(chǎn)效率和成品率，更是高檔裝飾型材的致命缺陷。因此，對其形成機理進行分析，同時在擠壓生產(chǎn)實踐中不斷地觀察分析，總結其成因，及時采取措施，是減少或杜絕這種缺陷的出現(xiàn)的有效手段。一、顆粒吸附成因分析1、擠壓型材表面出現(xiàn)的顆粒狀毛刺分為四種：1）空氣塵埃吸附，燃煤鋁棒加熱爐產(chǎn)生的灰塵、鋁屑、油污及水份凝結成顆粒附著在熱的型材表面。2）鋁棒中的雜質(zhì)，如：精煉不充分遺留的金屬夾雜物和非金屬

2、夾雜物。3）時效爐內(nèi)的灰塵附著。4）鋁棒中的缺陷及成分中的B相AlFeSi在高溫下析出，使金屬塑性降低，抗拉強度降低，產(chǎn)生顆粒狀毛刺?！拔筋w?！钡男纬?、原因1）鋁棒質(zhì)量的影響由于高溫鑄造，鑄造速度快，冷卻強度大，造成合金中的B相AlFeSi不能及時轉(zhuǎn)變?yōu)榍驙頰相AlFeSi,由于B相AlFeSi在合金中呈現(xiàn)針狀組織，硬度高、塑性差，抗拉強度很低，在高溫擠壓時不僅會誘發(fā)擠壓裂紋，而且會產(chǎn)生顆粒狀毛刺，這種毛刺不易清理，手感強烈，顆粒附近常伴隨有蝌蚪狀拖尾，在金相顯微鏡下觀察，呈現(xiàn)灰褐色，成分中富含鐵元素。鋁棒中的雜質(zhì)影響，鋁棒在熔鑄過程中，精煉不充分，泥土、精煉劑、覆蓋劑以及粉末涂料和氧化膜

3、夾雜等混入棒中，這些物質(zhì)在擠壓過程中，使金屬的塑性和抗拉強度顯著降低，極易產(chǎn)生顆粒狀毛刺。棒的組織缺陷常見的有疏松、晶粒粗大、偏析、光亮晶粒等，所有這些鑄棒缺陷有一個共同點，就是與鑄棒基體焊合不好，造成了基體流動的不連續(xù)性，在擠壓過程中，夾渣極易從基體中分離出來，通過模具的工作帶時，粘附在入口端，形成粘鋁，并不斷被流動的金屬拉出，極易產(chǎn)生顆粒狀毛刺。2）模具的影響在擠壓生產(chǎn)中，模具是在高溫高壓的狀態(tài)下工作的，受壓力和溫度的影響，模具產(chǎn)生彈性變形。模具工作帶由開始平行于擠壓方向，受到壓力后，工作帶變形成為喇叭狀，只有工作帶的刃口部分接觸型材形成的粘鋁，類似于車刀的刀屑瘤。在粘鋁的形成過程中，不斷

4、有顆粒被型材帶出，粘附在型材表面上，造成了吸附顆粒。隨著粘鋁的不斷增大，模具產(chǎn)生瞬間回彈，就會形成咬痕缺陷。若粘鋁堆積較多，不能被型材拉出，模具瞬間回彈時粘鋁不脫落，就會形成型材的表面粗糙、亮條、型材撕裂、堵模等問題。模具的粘鋁現(xiàn)象見圖1。我們現(xiàn)在使用的擠壓模具基本是平面模，在鑄棒不剝皮的情況下，鑄棒表面及內(nèi)在的雜質(zhì)堆積在模具內(nèi)金屬流動的死區(qū)，隨著擠壓鑄棒的推進及擠壓根數(shù)的增多，死區(qū)的雜質(zhì)也在不斷的變化，有一部分被正常流動的金屬帶出，堆積在工作帶變形后的空間內(nèi)。有的被型材拉脫，形成了顆粒狀毛刺。因此，模具是造成顆粒狀毛刺的關鍵因素。另外工模具表面的粗糙度越高、工作帶表面的硬度越低，也是造成粘鋁

5、，形成顆粒狀毛刺原因之一。3）擠壓工藝的影響擠壓中發(fā)現(xiàn)，擠壓工藝參數(shù)的選擇正確與否也是影響顆粒狀毛刺的重要因素。經(jīng)過現(xiàn)場觀察，擠壓溫度、擠壓速度過快顆粒毛刺就越多，原因溫度高、速度快，型材流動速度增加模具變形的程度增加，金屬的流動加快，金屬的變形抗力相對減弱，更易形成粘鋁現(xiàn)象；對大的擠壓系數(shù)來說，金屬的變形抗力相對增加了，死區(qū)相對增大，提高了形成粘鋁的條件，形成“吸附顆?！钡母怕试黾?；鑄棒加熱溫度與模具溫度之差過大，也易造成顆粒狀毛刺問題。4）空氣中的塵埃、水、油污等強烈附著于鋁型材表面，原因是熱的鋁型材遇到灰塵后粘附，發(fā)生化學反應并產(chǎn)生膠狀物質(zhì)，在時效過程中又與爐中的灰塵結合，生成較大的顆粒

6、狀毛刺，在隨后的氧化、電泳、噴涂過程中不易消除。二、減少顆粒狀毛刺的措施1 .提高鋁棒質(zhì)量，從源頭抓起，對于表面質(zhì)量要求高的型材，鑄棒過程中要清洗爐膛，優(yōu)選原料和輔料，如噴涂型材再制品禁止進入，選用優(yōu)質(zhì)鋁錠等，加強鑄造工藝過程控制，防止鑄造缺陷等，提高金屬高溫塑性，減少發(fā)生顆粒狀毛刺的幾率。2 .狠抓模具質(zhì)量，優(yōu)化模具結構設計，較少死區(qū)金屬流入，提高模具強度和剛度，減少模具擠壓形變，采取合理的氮化工藝，提高工作帶硬度和提高拋光質(zhì)量，減少金屬粘附。3 .優(yōu)化工藝參數(shù)，不同的鋁合金成分和型材斷面，根據(jù)鋁合金擠壓原理，采用合理的擠壓工藝溫度，對擠壓速度進行分段控制，減少棒溫和模溫的溫度差，增大擠壓筒

7、與棒溫差，可以進一步減少死區(qū)金屬流入和鑄棒表面金屬氧化物和夾雜流入，從而減少夾渣和毛刺的出現(xiàn)。4 .對所有工作現(xiàn)場采取“6S”現(xiàn)場管理，提高環(huán)境質(zhì)量，對鑄棒表面清理，較少灰渣灰塵附著，杜絕跑冒滴漏，及時清理型材表面的灰塵，盡可能減少灰塵附著淺析鋁型、棒材的縮尾成因及消除方法擠壓生產(chǎn)中，會出現(xiàn)型、棒材在切頭、尾后半成品部分經(jīng)堿蝕檢查會出現(xiàn)俗稱“縮尾”的缺陷，含有該組織的型棒材的力學性能達不到要求，存在安全隱患。同時，生產(chǎn)的型棒材要進行表面處理或車削加工時，由于該缺陷的存在破壞了材料內(nèi)部的連續(xù)性，會影響后續(xù)表面和精加工，嚴重的會造成暗紋報廢或損壞車刀等，這在生產(chǎn)中是常見的問題，在此，本文對縮尾形成

8、的原因和消除的方法簡要做一下分析?？s尾的分類“縮尾”分為中空縮尾和環(huán)狀縮尾兩種，1）中空縮尾：在擠壓型、棒材尾端中心部位形成中空，橫斷面呈現(xiàn)為邊緣不光滑的孔或邊緣充滿有其它雜質(zhì)的孔，縱向呈一漏斗狀（錐形），漏斗尖端朝向金屬流出的方向，主要出現(xiàn)在單孔平面模擠壓，尤其是擠壓系數(shù)小、制品直徑大、厚壁或者采用了有油污的擠壓墊片地擠壓的型材的尾部更加明顯。二.環(huán)狀縮尾：在擠壓分流模制品的兩端（尤其是頭部）呈不連續(xù)的環(huán)形或弧形，在焊合線兩邊則呈月牙形最為明顯，各孔制品的環(huán)狀縮尾對稱?？s尾的形成縮尾形成的原因：縮尾形成的力學條件是；當平流階段結束，擠壓墊片逐漸接近模時，擠壓時增加并產(chǎn)生一個對擠壓筒側表面壓力

9、dN筒。該力與摩擦力dT筒一起，當破壞了力的平衡條件（dN筒+dT筒）dT墊時，位于擠壓墊片區(qū)周圍的金屬，向后沿邊緣流入毛坯中心，便形成了縮尾?？s尾形成的擠壓條件是：1.擠壓殘料留得太短2.擠壓墊片有油或不干凈3.鑄錠或毛料表面不清潔4.制品切尾長度不合規(guī)定5.擠壓筒內(nèi)襯超差6.擠壓終了突然增加擠壓速度?？s尾的消除方法減少和防止縮尾形成的措施：1.嚴格按工藝規(guī)定剪切壓余和鋸切頭、尾，保持擠壓筒內(nèi)襯完好，禁止擠壓墊片抹油，降低鋁棒擠壓前溫度，采用特殊的凸形墊片，采用合理的殘料的長度。2.擠壓工具、鋁棒表面應清潔3.經(jīng)常檢查擠壓筒尺寸并更換不合格的工具4.平穩(wěn)擠壓.在擠壓后期應該減慢擠壓速度，適當

10、留壓余的厚度，或采用增大殘料法擠壓。壓余留量應符合以下規(guī)定：擠壓機（T）壓余厚度（mm）15mm8001000T18mm1200T20mm1600T25mm2500T30mm4000T45mm擠壓鋁型材氣泡、起皮的原因及消除方法氣泡或起皮：在制品表面出現(xiàn)凸形的泡，常見于頭、尾部，完整的叫氣泡，已破裂的叫起皮。一、擠壓產(chǎn)品氣泡、起皮產(chǎn)生的原因：1 .擠壓筒、擠壓墊磨損超差，擠壓筒和擠壓墊尺寸配合不當，同時使用的兩個墊片之直徑差超過允許值。2 .擠壓筒和擠壓墊太臟，粘有油污、水分、石墨等。3 .潤滑油中含有水4 .鑄錠表面鏟槽太多，過深，或鑄錠表面有氣孔、砂眼，組織疏松、有油污等。5 .更換合金時

11、，筒內(nèi)未清理干凈。6 .擠壓筒溫度和擠壓鑄錠溫度過高7 .鑄錠溫度、尺寸超過允許負偏差8 .鑄錠過長，填充太快，鑄錠溫度不均，引起非鼓形填充，因而筒內(nèi)排氣不完全,或操作不當，未執(zhí)行排氣工序。9 .?？自O計不合理，或切殘料不當，分流孔和導流孔中的殘料被部分帶出，擠壓時空隙中的氣體進入表面。二、消除方法：1 .合理設計擠壓筒和擠壓墊片的配合尺寸，經(jīng)常檢查工具尺寸，保證符合要求，擠壓筒出現(xiàn)大肚要及時修理，擠壓墊不能超差。2 .工具、鑄錠表面保持清潔、光滑和干燥3 .更換合金時，徹底清筒4 .經(jīng)常檢查設備和儀器，防止溫度過高、速度過快5 .嚴格執(zhí)行工藝規(guī)程和各項制度6 .合理設計、制造工模具，導流孔和

12、分流孔設計成1度過3度內(nèi)斜度7 .嚴格操作，正確剪切殘料和完全排氣預防鋁材擠壓拖黑、夾渣的方法為了解決成品缺陷的拖黑、夾渣問題，減少報廢量，提高成品率，工藝科進行了大量的調(diào)查工作。通過長期的跟蹤，對預防拖黑、夾渣提出以下三個方面的方法來解決：1、生產(chǎn)工藝控制1）剪完棒要用風管吹干凈鋁棒上的塵土，減少帶入的煤灰量，減少拖黑、夾渣的來源；2）壓余厚度要留夠，太薄的壓余會導鋁棒死區(qū)卷入型材尾端，造成拖黑、夾渣；3）擠壓速度要進行有效的控制，特別是末端要進行減速處理，防止紊流卷入表皮雜質(zhì)；4）每生產(chǎn)一段時間（至少每次換模）要進行清缸；2、設備、裝置的調(diào)整1）如擠壓桿沒有對中，擠壓桿運動中磨損料膽，會造

13、成料膽大肚、變形等缺陷;模座中心位，上、下、左、右要對中，嚴禁移動模座進行生產(chǎn)，上下不對中的，要聯(lián)系機修進行維修；2）壓餅大小要進行定期檢測并換新，對于卷邊的擠壓餅，也會造成拖黑、夾渣等報廢；3）料膽長期使用，出現(xiàn)大肚等變形，也會造成批量報廢，此種報廢在生產(chǎn)中出現(xiàn)非常多，需要引起重視，新料膽一定將膽內(nèi)的臟物去除并對內(nèi)膽進行拋光后才能上機安裝。3、模具設計、生產(chǎn)計劃的調(diào)整1）對于平面模，如PM系列，需要加裝導流板進行導流，這樣做縮小了進料口，鉗制住死區(qū)；2）料膽口必須充分包圍模具分流孔，班長要對每裝一套模具進行對比，如有分流孔過大的現(xiàn)象，不能上機生產(chǎn)，要轉(zhuǎn)大機生產(chǎn)；3）生產(chǎn)下計劃時，要根據(jù)模具部

14、開模的原始機臺（同棒徑的可以通用）下計戈不要出現(xiàn)小棒生產(chǎn)大棒機臺的模具；材焊縫形成的機理空心型材是常見的鋁合金裝飾材料及工業(yè)型材，也是鋁加工廠經(jīng)常生產(chǎn)的品種，由于擠壓機能力的不同，可能在不同的機型上生產(chǎn)不同的空心型材，例如，在5MN機上生產(chǎn)25mmx38mm扁管，8MN機上生產(chǎn)100mmx25mm管材以及在18MN或更大的機上生產(chǎn)幕墻型材、紡織型材或其它工業(yè)型材等。但在生產(chǎn)過程中經(jīng)常遇到的問題是：由于焊縫嚴重，型材經(jīng)表面處理后出現(xiàn)黑帶或色差嚴重而使產(chǎn)品報廢，造成不可挽回的損失。本文就有關因素進行了分析和歸納，供同行參考。1 .焊縫形成的機理金屬經(jīng)過分流孔分成幾股重新聚集在焊合室，由于分流橋的存

15、在，橋底不可避免形成金屬流動的剛性區(qū)，使該處金屬原子的擴散結合速度較慢，金屬的組織致密度降低。所以用分流組合模擠壓型材將不可避免存在焊縫；但良好的焊縫可使型材在經(jīng)表面處理后避免出現(xiàn)諸如黑帶這樣的現(xiàn)象。要保證焊縫的質(zhì)量，必須使焊合室焊縫處金屬能充分擴散結合，否則，將形成疏松、顆粒粗大與其它部位的組織不均一，因此，變形程度要大一些，特別是焊合室的金屬變形量要大，以形成較大的流體靜水壓力。2 .烽縫嚴重產(chǎn)生的原因3 .1擠壓力過低，則焊合力較低。造成擠壓力低的因素是綜合的，有模具上的因素也有工藝上的。有以下幾種情況：一、擠壓比較低。要提高焊合力可以采取下列方法：1 .上模增厚2 .分流孔適當減小3

16、.擠壓溫度適當降低，正常的空心型材擠壓溫度為460-500C,可降至420-440C。這方法在現(xiàn)場很實用。4 .選擇較大的擠壓筒，即將該型材安排在較大的機型上擠壓。5 .焊合室選擇深些（可通過將分流橋“下沉”的方法）。但要注意沉橋也會降低擠壓力，因此使用此法時要根據(jù)具體的情況而定。對于采用“+宇”橋結構的分流模較為有效。事實上，在生產(chǎn)過程中，隨著模具的磨損，型材的壁厚也隨著增大，擠壓比也降低，到一定的程度，焊縫的嚴重將會影響型材的表面質(zhì)量。二、分流孔設計過大（特別是對于擠壓比低的型材），使擠壓力降低，從而降低焊合力。建議分流孔邊緣距離擠壓筒壁有至少610mm距離。當然分流孔的選擇與分流橋的結構

17、結合起來考慮會更好。1.焊合室過淺或容積過小，形成不了足夠的靜水壓力。合理的是在保證模芯剛性、強度的前提下，加大焊合室的容積。可以是加大焊合室的斷面積，也可以是增加焊合室的高度。2.分流孔布局不合理、分流橋設計及加工不合理。應盡量使焊縫往角部或非裝飾面靠，并采用滴水形分流橋及合理的焊合角，使焊點落在焊合室平面之上（即預成型區(qū)內(nèi)）；若采用、宇”橋結構布置分流孔，類似這種情況，中間橋可窄些，并沉橋（加深局部焊合室深度）5-8mm。三、擠壓溫度過高。（見工藝方面的分析）四、工藝上1 .鋁棒的質(zhì)量及成分方面鑄棒的內(nèi)部缺陷易出現(xiàn)在空心型材的焊縫上（難變形區(qū)）。Mg、Si總量過高以及Fe含量過高將加劇焊合

18、不良，建議Mg、Si總量在0.7%-0.9%范圍內(nèi)，F(xiàn)e含量低于0.15%可得到較好的焊縫質(zhì)量。2 .擠壓溫度及擠壓速度鋁棒的溫度高是有利于金屬的擴散結合，但又導致金屬粘結模具現(xiàn)象的加劇，同時，溫度高，又導致金屬的組織晶粒生長和成長速度加快，因而將使焊縫組織粗大。擠壓速度過高，金屬變形功增大，金屬溫度升高較大。另外，擠壓溫度過高，擠壓力將降低，因而又降低了焊合力。因此，在生產(chǎn)現(xiàn)場，最實用的是將鋁棒溫度降低，然后進行模具方面及其它的分析或維修。3 .擠壓筒溫度的選擇不合理也會影響焊縫的質(zhì)量，對于厚壁型材建議擠壓筒溫度440-460C,而對于薄壁型材及分流孔過大的情況下，建議選用400-420C,另一方面，擠壓筒不干凈，余積氧化皮多，或者擠壓筒已變形如鼓