1、挤压铝型材表面颗粒状毛刺的形成原因与对策在铝型材的挤压生产中，型材表面不同程度的存在一些小颗粒吸附在型材表面上，这种的缺陷，仅有轻微手感，不仔细观察或手摸较难发现。但它严重影响氧化、电泳涂漆及喷涂型材的表面美观，降低了生产效率和成品率，更是高档装饰型材的致命缺陷。因此，对其形成机理进行分析，同时在挤压生产实践中不断地观察分析，总结其成因，及时采取措施，是减少或杜绝这种缺陷的出现的有效手段。一、颗粒吸附成因分析1、挤压型材表面出现的颗粒状毛刺分为四种：1)空气尘埃吸附，燃煤铝棒加热炉产生的灰尘、铝屑、油污及水份凝结成颗粒附着在热的型材表面。2)铝棒中的杂质，如：精炼不充分遗留的金属夹杂物和非金属
2、夹杂物。3)时效炉内的灰尘附着。4)铝棒中的缺陷及成分中的 相 AlFeSi 在高温下析出，使金属塑性降低，抗拉强度降低，产生颗粒状毛刺。“吸附颗粒”的形成2、原因1)铝棒质量的影响由于高温铸造，铸造速度快，冷却强度大，造成合金中的 相 AlFeSi 不能及时转变为球状 相 AlFeSi，由于 相 AlFeSi 在合金中呈现针状组织，硬度高、塑性差，抗拉强度很低，在高温挤压时不仅会诱发挤压裂纹，而且会产生颗粒状毛刺，这种毛刺不易清理，手感强烈，颗粒附近常伴随有蝌蚪状拖尾，在金相显微镜下观察，呈现灰褐色，成分中富含铁元素。铝棒中的杂质影响，铝棒在熔铸过程中，精炼不充分，泥土、精炼剂、覆盖剂以及粉
3、末涂料和氧化膜夹杂等混入棒中，这些物质在挤压过程中，使金属的塑性和抗拉强度显著降低，极易产生颗粒状毛刺。棒的组织缺陷常见的有疏松、晶粒粗大、偏析、光亮晶粒等，所有这些铸棒缺陷有一个共同点，就是与铸棒基体焊合不好，造成了基体流动的不连续性，在挤压过程中，夹渣极易从基体中分离出来，通过模具的工作带时，粘附在入口端，形成粘铝，并不断被流动的金属拉出，极易产生颗粒状毛刺。2)模具的影响在挤压生产中，模具是在高温高压的状态下工作的，受压力和温度的影响，模具产生弹性变形。模具工作带由开始平行于挤压方向，受到压力后，工作带变形成为喇叭状，只有工作带的刃口部分接触型材形成的粘铝，类似于车刀的刀屑瘤。在粘铝的形
4、成过程中，不断有颗粒被型材带出，粘附在型材表面上，造成了“吸附颗粒 “。随着粘铝的不断增大，模具产生瞬间回弹，就会形成咬痕缺陷。若粘铝堆积较多，不能被型材拉出，模具瞬间回弹时粘铝不脱落，就会形成型材的表面粗糙、亮条、型材撕裂、堵模等问题。模具的粘铝现象见图1。我们现在使用的挤压模具基本是平面模，在铸棒不剥皮的情况下，铸棒表面及内在的杂质堆积在模具内金属流动的死区，随着挤压铸棒的推进及挤压根数的增多，死区的杂质也在不断的变化，有一部分被正常流动的金属带出，堆积在工作带变形后的空间内。有的被型材拉脱，形成了颗粒状毛刺。因此，模具是造成颗粒状毛刺的关键因素。另外工模具表面的粗糙度越高、工作带表面的硬
5、度越低，也是造成粘铝，形成颗粒状毛刺原因之一。3)挤压工艺的影响挤压中发现，挤压工艺参数的选择正确与否也是影响颗粒状毛刺的重要因素。经过现场观察，挤压温度、挤压速度过快颗粒毛刺就越多，原因温度高、速度快，型材流动速度增加模具变形的程度增加，金属的流动加快，金属的变形抗力相对减弱，更易形成粘铝现象；对大的挤压系数来说，金属的变形抗力相对增加了，死区相对增大，提高了形成粘铝的条件，形成“吸附颗粒“ 的概率增加；铸棒加热温度与模具温度之差过大，也易造成颗粒状毛刺问题。4)空气中的尘埃、水、油污等强烈附着于铝型材表面，原因是热的铝型材遇到灰尘后粘附，发生化学反应并产生胶状物质，在时效过程中又与炉中的灰
6、尘结合，生成较大的颗粒状毛刺，在随后的氧化、电泳、喷涂过程中不易清除。二、减少颗粒状毛刺的措施1.提高铝棒质量，从源头抓起，对于表面质量要求高的型材，铸棒过程中要清洗炉膛，优选原料和辅料，如喷涂型材再制品禁止进入，选用优质铝锭等，加强铸造工艺过程控制，防止铸造缺陷等，提高金属高温塑性，减少发生颗粒状毛刺的几率。2.狠抓模具质量，优化模具结构设计，较少死区金属流入，提高模具强度和刚度，减少模具挤压形变，采取合理的氮化工艺，提高工作带硬度和提高抛光质量，减少金属粘附。3.优化工艺参数，不同的铝合金成分和型材断面，根据铝合金挤压原理，采用合理的挤压工艺温度，对挤压速度进行分段控制，减少棒温和模温的温
7、度差，增大挤压筒与棒温差，可以进一步减少死区金属流入和铸棒表面金属氧化物和夹杂流入，从而减少夹渣和毛刺的出现。4.对所有工作现场采取“6S”现场管理，提高环境质量，对铸棒表面清理，较少灰渣灰尘附着，杜绝“跑冒滴漏“ ，及时清理型材表面的灰尘，尽可能减少灰尘附着浅析铝型、棒材的缩尾成因及消除方法挤压生产中，会出现型、棒材在切头、尾后半成品部分经碱蚀检查会出现俗称“缩尾”的缺陷，含有该组织的型棒材的力学性能达不到要求，存在安全隐患。同时，生产的型棒材要进行表面处理或车削加工时，由于该缺陷的存在破坏了材料内部的连续性，会影响后续表面和精加工，严重的会造成暗纹报废或损坏车刀等，这在生产中是常见的问题，
8、在此，本文对缩尾形成的原因和消除的方法简要做一下分析。缩尾的分类“缩尾”分为中空缩尾和环状缩尾两种，1）中空缩尾：在挤压型、棒材尾端中心部位形成中空，横断面呈现为边缘不光滑的孔或边缘充满有其它杂质的孔，纵向呈一漏斗状（锥形） ，漏斗尖端朝向金属流出的方向，主要出现在单孔平面模挤压，尤其是挤压系数小、制品直径大、厚壁或者采用了有油污的挤压垫片地挤压的型材的尾部更加明显。二.环状缩尾：在挤压分流模制品的两端（尤其是头部）呈不连续的环形或弧形，在焊合线两边则呈月牙形最为明显，各孔制品的环状缩尾对称。缩尾的形成缩尾形成的原因：缩尾形成的力学条件是；当平流阶段结束，挤压垫片逐渐接近模时，挤压时增加并产生
9、一个对挤压筒侧表面压力 dN 筒。该力与摩擦力 dT 筒一起，当破坏了力的平衡条件（dN 筒+dT 筒）dT 垫时，位于挤压垫片区周围的金属，向后沿边缘流入毛坯中心，便形成了缩尾。缩尾形成的挤压条件是：1.挤压残料留得太短 2.挤压垫片有油或不干净 3.铸锭或毛料表面不清洁 4.制品切尾长度不合规定 5.挤压筒内衬超差 6.挤压终了突然增加挤压速度。缩尾的消除方法减少和防止缩尾形成的措施：1.严格按工艺规定剪切压余和锯切头、尾，保持挤压筒内衬完好，禁止挤压垫片抺油，降低铝棒挤压前温度，采用特殊的凸形垫片，采用合理的残料的长度。2.挤压工具、铝棒表面应清洁 3.经常检查挤压筒尺寸并更换不合格的工
10、具 4.平稳挤压.在挤压后期应该减慢挤压速度，适当留压余的厚度，或采用增大残料法挤压。压余留量应符合以下规定： 挤压机（T） 压余厚度（）800T 158001000T181200T 201600T 252500T 304000T 45mm挤压铝型材气泡、起皮的原因及消除方法气泡或起皮：在制品表面出现凸形的泡，常见于头、尾部，完整的叫气泡，已破裂的叫起皮。一、挤压产品气泡、起皮产生的原因：1.挤压筒、挤压垫磨损超差，挤压筒和挤压垫尺寸配合不当，同时使用的两个垫片之直径差超过允许值。2.挤压筒和挤压垫太脏，粘有油污、水分、石墨等。3.润滑油中含有水4.铸锭表面铲槽太多，过深，或铸锭表面有气孔、砂
11、眼，组织疏松、有油污等。5.更换合金时，筒内未清理干净。6.挤压筒温度和挤压铸锭温度过高7.铸锭温度、尺寸超过允许负偏差8.铸锭过长，填充太快，铸锭温度不均，引起非鼓形填充，因而筒内排气不完全，或操作不当，未执行排气工序。9.模孔设计不合理，或切残料不当，分流孔和导流孔中的残料被部分带出，挤压时空隙中的气体进入表面。二、消除方法:1.合理设计挤压筒和挤压垫片的配合尺寸，经常检查工具尺寸，保证符合要求，挤压筒出现大肚要及时修理，挤压垫不能超差。2.工具、铸锭表面保持清洁、光滑和干燥3.更换合金时，彻底清筒4.经常检查设备和仪器，防止温度过高、速度过快5.严格执行工艺规程和各项制度6.合理设计、制
12、造工模具，导流孔和分流孔设计成 1 度过3 度内斜度7.严格操作，正确剪切残料和完全排气预防铝材挤压拖黑、夹渣的方法为了解决成品缺陷的拖黑、夹渣问题，减少报废量，提高成品率，工艺科进行了大量的调查工作。通过长期的跟踪，对预防拖黑、夹渣提出以下三个方面的方法来解决：1、 生产工艺控制1）剪完棒要用风管吹干净铝棒上的尘土，减少带入的煤灰量，减少拖黑、夹渣的来源；2）压余厚度要留够，太薄的压余会导铝棒死区卷入型材尾端，造成拖黑、夹渣；3）挤压速度要进行有效的控制，特别是末端要进行减速处理，防止紊流卷入表皮杂质；4）每生产一段时间（至少每次换模）要进行清缸；2、 设备、装置的调整1）如挤压杆没有对中，
13、挤压杆运动中磨损料胆，会造成料胆大肚、变形等缺陷；模座中心位，上、下、左、右要对中，严禁移动模座进行生产，上下不对中的，要联系机修进行维修；2）压饼大小要进行定期检测并换新，对于卷边的挤压饼，也会造成拖黑、夹渣等报废；3）料胆长期使用，出现大肚等变形，也会造成批量报废，此种报废在生产中出现非常多，需要引起重视，新料胆一定将胆内的脏物去除并对内胆进行抛光后才能上机安装。3、 模具设计、生产计划的调整1）对于平面模，如 PM 系列，需要加装导流板进行导流，这样做缩小了进料口，钳制住死区；2）料胆口必须充分包围模具分流孔，班长要对每装一套模具进行对比，如有分流孔过大的现象，不能上机生产，要转大机生产
14、；3）生产下计划时，要根据模具部开模的原始机台(同棒径的可以通用)下计划，不要出现小棒生产大棒机台的模具；材焊缝形成的机理空心型材是常见的铝合金装饰材料及工业型材，也是铝加工厂经常生产的品种，由于挤压机能力的不同，可能在不同的机型上生产不同的空心型材，例如，在 5MN 机上生产 25mm38mm 扁管，8MN 机上生产 100mm25mm 管材以及在 18MN 或更大的机上生产幕墙型材、纺织型材或其它工业型材等。但在生产过程中经常遇到的问题是：由于焊缝严重，型材经表面处理后出现黑带或色差严重而使产品报废，造成不可挽回的损失。本文就有关因素进行了分析和归纳，供同行参考。 1焊缝形成的机理金属经过
15、分流孔分成几股重新聚集在焊合室，由于分流桥的存在，桥底不可避免形成金属流动的刚性区，使该处金属原子的扩散结合速度较慢，金属的组织致密度降低。所以用分流组合模挤压型材将不可避免存在焊缝；但良好的焊缝可使型材在经表面处理后避免出现诸如黑带这样的现象。要保证焊缝的质量，必须使焊合室焊缝处金属能充分扩散结合，否则，将形成疏松、颗粒粗大与其它部位的组织不均一，因此，变形程度要大一些，特别是焊合室的金属变形量要大，以形成较大的流体静水压力。2烽缝严重产生的原因21 挤压力过低，则焊合力较低。造成挤压力低的因素是综合的，有模具上的因素也有工艺上的。有以下几种情况：一、挤压比较低。要提高焊合力可以采取下列方法
16、：1.上模增厚2.分流孔适当减小3.挤压温度适当降低，正常的空心型材挤压温度为 460-500，可降至 420-440。这方法在现场很实用。4.选择较大的挤压筒，即将该型材安排在较大的机型上挤压。5.焊合室选择深些(可通过将分流桥“下沉”的方法)。但要注意沉桥也会降低挤压力，因此使用此法时要根据具体的情况而定。对于采用“+宇”桥结构的分流模较为有效。事实上，在生产过程中，随着模具的磨损，型材的壁厚也随着增大，挤压比也降低，到一定的程度，焊缝的严重将会影响型材的表面质量。二、分流孔设计过大(特别是对于挤压比低的型材)，使挤压力降低，从而降低焊合力。建议分流孔边缘距离挤压筒壁有至少 610mm 距
17、离。当然分流孔的选择与分流桥的结构结合起来考虑会更好。1.焊合室过浅或容积过小，形成不了足够的静水压力。合理的是在保证模芯刚性、强度的前提下，加大焊合室的容积。可以是加大焊合室的断面积，也可以是增加焊合室的高度。2.分流孔布局不合理、分流桥设计及加工不合理。应尽量使焊缝往角部或非装饰面靠，并采用滴水形分流桥及合理的焊合角，使焊点落在焊合室平面之上(即预成型区内) ；若采用“+ 宇”桥结构布置分流孔，类似这种情况，中间桥可窄些，并沉桥(加深局部焊合室深度)5-8mm。三、挤压温度过高。(见工艺方面的分析)四、工艺上1.铝棒的质量及成分方面铸棒的内部缺陷易出现在空心型材的焊缝上(难变形区)。Mg
18、、Si 总量过高以及 Fe 含量过高将加剧焊合不良，建议 Mg、Si 总量在 07-09范围内，Fe 含量低于 015可得到较好的焊缝质量。2.挤压温度及挤压速度铝棒的温度高是有利于金属的扩散结合，但又导致金属粘结模具现象的加剧，同时，温度高，又导致金属的组织晶粒生长和成长速度加快，因而将使焊缝组织粗大。挤压速度过高，金属变形功增大，金属温度升高较大。另外，挤压温度过高，挤压力将降低，因而又降低了焊合力。因此，在生产现场，最实用的是将铝棒温度降低，然后进行模具方面及其它的分析或维修。3.挤压筒温度的选择不合理也会影响焊缝的质量，对于厚壁型材建议挤压筒温度 440-460，而对于薄壁型材及分流孔
19、过大的情况下，建议选用 400-420，另一方面，挤压筒不干净，余积氧化皮多，或者挤压筒已变形如鼓形，以及挤压筒与挤压垫间隙过大，这些均影响焊缝质量。4.冷却不均匀也将影响焊缝的质量。事实上，当采用石墨制品作为出料滑出台时，与石墨接触的一面，型材也易出现氧化后有黑带的现象，特别是在炎热的夏季。这是由于石墨其特性使型材局部的温度上升，从而加速了该面焊缝处晶粒的长大。但设备的冷却能力足够的话，则可避免此现象。5.要减轻焊缝对表面质量的影响，也可以相对减少氧化过程中的碱蚀时间。五、结束语解决空心型材的焊合质量问题，先要“诊断”模具，然后选择并保证合理的工艺或者根据模具的情况调整挤压工艺。焊合不良或者焊缝严重的结果是型材在经表面处理后产生诸如黑带、色差等色带现象。
