铝合金的成型方法

变形铝及铝合金的挤压生产第一节：挤压方法挤压成形是对在挤压筒内的金属锭坯施加外力，使之从设定的模孔中流出，从而获得所需要的形状和尺寸的产品，这样一种塑性加工方法称挤压。（图1-1）图1-1 金属挤压原理示意图1.挤压轴 2.挤压垫片 3.挤压筒 4.锭坯 5.挤压模 6.挤压制品从200多年前，英国人S.Braman设计出世界上第一台机械式铝挤压机开始,经历了一百多年的发展,这中间产生了水压机、油压机。特别是近40多年来铝挤压工业和技术获得了飞速发展，出现了润滑挤压，复合坯料挤压，在线淬火挤压，反向挤压，变断面挤压，组合模挤压，固定垫片挤压，Conform连续挤压，扁挤压筒挤压带穿孔不带穿孔正向挤压法(见图1-2)带穿孔最基本分类： 反向挤压法不带穿孔侧向挤压法图1-2 铝挤压最基本方法 a. 正向挤压法 b.型、棒材反向挤压法c.管材正向挤压法 d.管材反向挤压法第二节：铝合金挤压技术的发展现状1、 设备：据资料介绍，世界各国已装备不同类别、结构、用途、压力的挤压机6000台以上。（其中美国600多台，日本400多台，法国200多台，俄罗斯400多台，中国2800多台，其他国家1400多台），绝大部分为1525MN的中小型挤压机。目前，世界上已正式投产使用的80MN以上的大型挤压机20台以上，拥有的国家是美国、俄罗斯、中国、日本和西欧。最大的是美国雷诺公司的270MN挤压机。（全机自动控制）,主机、辅机均用PLC系统。2、 工具：大型优质圆、扁挤压筒与特种模具技术如固定挤压垫片、舌型模、平面分流组合模、叉架模、前室模、导流模、宽展模、可卸模、水冷模等。3、 挤压工艺不断改进和完善舌型模挤压、平面组合模挤压、变断面挤压、水冷模挤压、扁挤压、宽展挤压，精密气、水（雾）冷却在线淬火挤压，高效反向挤压，等温挤压技术扩大了铝材的品种，提高了挤压速度和生产效率，产品质量4、 铝挤压材的产品结构有了很大的改进目前，全世界铝合金挤压材的年产量已超过1000万吨，民用铝型材应用大增，军用挤压材一年产量占挤压材产量的比例已下降到5%以下。铝合金型材发展最快，其产量约占整个挤压材的80%左右。由于铝挤压材正向大型化、扁宽化、整体化方向发展，大型材的比重日益上升，已达整个型材产量的10%左右。我国的铝合金挤压生产也有了很大发展，已建立起完整的大、中、小配套的挤压工业体系。据初步统计，2003年我国铝合金型材产量为220万吨以上，占铝材总产量的55%以上，品种已超过8000种，壁板的最大宽度为800MM左右，型材的最大断面积达4002，长度达10-20m，同时可用宽展法挤压宽度为680mm的16孔空心壁板型材和938mm大型特种型材。目前，我们生产的棒材最大外径可达620mm，管材尺寸可达62015 mm。第三节：挤压成形的优缺点1、 优点：提高金属的变形能力。金属在挤压变形区中处于强烈的三向压缩应力状态，可以充分发挥其塑性，获得大变形量。制品综合质量高。挤压变形可以改善金属材料的组织、性能，特别是具有挤压效应的铝合金，可以获得较高的纵向（挤压方向）力学性能。产品范围广。不仅可生产形状简单的管、棒、带材产品，还可以生产断面形状非常复杂的实心和空心型材，以及阶段变断面和逐渐变断面型材。生产灵活性大。可以在同一台设备上通过换工模具生产多品种产品。操作简单，效率高，适于多品种，多规模、小批量材料生产。工艺流程简单。2、 缺点：制品组织性能不均匀。由于挤压时金属的流动不均匀（无润滑正向挤压时尤为严重），使制品存在表层与中心，头部与尾部组织性能不均匀现象，特别是6A02、2A50、2A10、2A12等合金挤压制品，在热处理后形成粗晶环。挤压工模具工作条件恶劣，工模具耗损大（据某厂统计，占总成本的15%以上）。生产效率相对较低，常规的多种挤压法不能实现连续生产。与其它成形法相比，几何废料损失较大。（切头、尾、留残料）几何废料可达铸锭重量的10%20%。第四节：铝合金正向挤压的基本变形条件和特点一、 挤压时的金属的应力应变状态图示4-1为单孔平模挤压圆棒材的外力、应力和变形状态。挤压金属所受外力有：挤压轴的正向压力P；挤压筒壁和模孔壁的作用力P；在金属与垫片，挤压筒及模孔接触面上的摩擦力T，其作用方向与金属的流动方向相反。图4-1 挤压时的外力、应力和应变状态1- 挤压筒 2-挤压垫片 3-填充挤压前垫片的原始位置 4-模子P-挤压力 -填充挤压阶段 -平流阶段 -紊流阶段这些外力的作用就决定了挤压时的基本应力状态是三向压应力状态。这种应力状态对利用和发挥金属的塑性是极其有利的。与此相应，在金属内产生轴向压应力为e ,径向压力为r,周向或环形压应力为,挤压的变形状态为：一维延伸变形即轴向变形e,二维压缩变形，即径向变形r及周向变形，根据塑性变型理论在轴对称条件下（挤压和拉伸）其圆周向与径向的应力和压变可以认为是相等的。二、 正向挤压时金属的变型过程和特点一般认为，挤压过程的三个阶段，即充填，平流和紊流（倒流）阶段。（图4-2）图4-2 正挤压时铸锭的填充挤压过程（平模）1、 第一阶段为开始挤压阶段，金属受挤压轴的压力后，首先充满挤压筒和模孔，充填阶段应缓慢，以逐步充满挤压筒，此时挤压力直线上升直至最大。第二阶段为平流阶段，即基本挤压阶段。资料介绍当挤压达到突破压力（高峰压力），金属开始从模孔流出即进入此阶段，金属流出模孔500时，平流阶段也建立，此时金属已经达到了平稳的层状流动，第三阶段为挤压终止阶段或称紊流挤压阶段。在此阶段中，随着挤压垫片（已进入变形区内）与模子间距离的缩小，由于中心金属供给不足和金属受力状态的改变，迫使尾端金属沿着挤压垫片倒流，发生横向流动。同时两个死区的金属也向模孔流动，形成挤压加工特有的“挤压缩尾”。挤压力增加，此时应结束挤压操作过程。2、 平流压出阶段的变形特点金属在平流压出阶段中的流动特点随着挤压条件的变化而不同，在一般情况下，其主要变形特点是金属的流动相似于无数同心薄壁圆管的流动。即铸绽的内外层金属在此阶段内不发生交错或反向的紊乱流动，原来处于铸绽中心或边部的金属，在变形后仍处于挤压出制品中心或边部，图4-3为单孔锥形模不润滑正向挤压圆棒时平流阶段中的变形过程坐标网格变化图形。图4-3 单孔锥形模不润滑正挤压圆棒时的典型座标网格图1- 变形区压缩锥的开始点 2-变形区压缩锥的终了点 3-弹性区 4-由于堆挤现象形成了周边层的加厚金属流动坐标网格变形分析： 原坐标网格所有平行于挤压轴线的各条平行直线，除了前端部分外，基本上仍保持为直线，说明金属作近的平流运动。 这些纵向线在进入和流出变形压缩锥时，都发生两次方向相反的弯曲变形，为图4-3 -A-和-B-的两条虚线所示，形成两个均匀的轴对称曲面，这两个曲面朝着与金属流动方向相反的方向凸出，由这两个曲面和模子附近的死区（即弹性区）所形成的回转曲面所包围的体积就是金属正挤压时的变形区压缩锥。 在变形区内，各条纵向线的弯曲程度从周边向中心逐渐减小，说明距离中心层越远其相对变形程度越大，即变形不均匀性增加。 原坐标所有横向线，在变形后都朝着金属流出方向发生轴对称形的弯曲凸出。这是由于周边层的金属受到挤压筒内壁摩擦力的作用而使其流动比中心层滞后所造成的。x2/a2-y2/b2=1 在正常挤压条件下，除了少数密集在制品前端的横向线外，其他横向线都变成为近似于双曲线的形状 。 （有的资料认为是抛物线）前端横向线成了折线。 横向线朝金属运动相反的方向越来越尖。这说明这些横向线在进入变形压之前由于挤压筒壁摩擦已使其发生弯曲。距离变形区越远的横向线，在挤压筒内的移动距离越长，所受摩擦力的影响越大，则其弯曲程度越大。 这些曲线顶点之间的距离，在前端较小，在中间大部分位置上大致相同，而在尾端其距离明显增大，这说明在挤压制品的长度方向上，金属的变形也是不均匀的。 从横向线的弯曲程度可知，在挤压制品的所有环形层上，除了要发生剪切变形外，金属还要发生基本的延伸和压缩变形。 正向挤压时，金属与挤压筒内壁等的接触摩擦是死区，缩尾，成层产生的根本原因。 前端头的变形特点:制品头部横向线弯曲程度较小，说明前端头部金属的变形量较小。例如：在挤压大截面的制品时，由于前端变形量太小，常保留着一定程度的铸造组织，故在生产工艺规程中都规定在挤压制品的前端一律剪切一定长度的几何废料，再取力学性能试样。在相同条件下，采用锥模比平模前端变形量要大。3、 紊流挤压阶段的变形特点：挤压过程的最后阶段属于紊流压出阶段。在此阶段内，随着挤压垫片已进入变形区内，与模子距离缩小，迫使变形区内的金属朝着挤压轴线方向，由周边向中心发生剧烈的横向流动，使外层金属沿着挤压垫片，从周边向中心回转交错的紊乱流动，形成挤压缩尾等缺陷。4、 挤压缩尾是挤压生产中特有的一种废品类型，它是在挤压过程的末期，即紊流压出阶段形成的。在我国生产实践中，按缩尾形成原因和分布特点分为三类：第一类是中空缩尾，第二类是环形缩尾，第三类是边部缩尾。第一类缩尾呈漏斗状，它是由于挤压大直径棒材时，在垫片上抹油或者留的挤压残料过薄，造成金属严重不足等原因所造成的。第二类（环形缩尾）是挤压生产中最常见的一种缩尾，它的形状和分布随挤压条件，合金种类，制品形状及模孔排列情况而不同，单孔模挤压圆棒材时，环形缩尾一般分布在挤压棒材尾端中部,顺着压出方向逐渐收缩而消失,在制品尾端的断面上多呈连续或不连续的圆环状。采用多孔模挤压圆棒时，其环形缩尾多分布在靠挤压中心线一侧，呈月牙状，带状或点状，从后向前，逐渐缩小消失。环形缩尾分布特点大致是：正挤压比反挤压长，不润滑挤压比润滑挤压长，软合金的比硬合金的长，挤压垫片表面光滑或抹油的比表面粗糙或不抹油的长等等。环形缩尾形成原因主要是由于在挤压过程的末期，变形区内的金属供应不足，迫使金属沿着挤压垫片周边发生横向紊乱流动，把边部及侧表面较冷或粘有油污的金属回流而卷入到制品之中所造成的（如图4-4）图4-4 环形缩尾形成过程示意图a.开始形成缩尾时的流动情况 b.缩尾形成后的流动情况第三类是边部缩尾，形状和分布都无固定规律，大多分布在挤压制品尾部的边缘部分，其形状多呈不连续的圆环形或圆孤形的线状薄层。在低倍试片上的边缘上可见到明显的壳状分层，形成的主要原因是当进入挤压过程的末期，那些被阻滞堆积在前端死角处的铸锭表面上的脏物，被迫沿着死角边缘滑动流入挤压制品而形成的。5、 挤压残料挤压时把一部分金属残留在挤压筒内而不压出，通常这部分为挤压残料或压余。主要目的，其一是把形成挤压缩尾的这部分金属保留在挤压筒中作为几何废料消除，从而节约了挤压能量，工时和随后的人力消耗，保证产品质量，其二是使挤压垫与模子不发生接触而保护挤压工具。残料的大小随挤压方法和工艺条件而不同，正挤压比反挤压残料长，不润滑挤压比润滑挤压时长；软合金比硬合金残料长，挤压筒直径大的比挤压筒直径小的要长等等。在工厂中为节约挤压工时和能量，常采用增大残料挤压工艺。死区：是在平流阶段挤压时金属不发生流动的区域。死区分为前死区和后死区（图4-5）。图4-5 平模正挤压时的弹性区形成示意图1前弹性区 2、4、5接触摩擦阻力 3金属沿弹性区内表面流动的方向 max -金属流动半锥角 DK棒材直径 6由于周边金属的堆积而形成的缩颈区。h弹前端弹性区高度 7尾端弹性区 7-在平流压出阶段末期，被剧烈缩小后的尾端弹性区。前死区的形成及影响因素：前死区（1）的形成是由于金属沿abc面流动的阻力较沿ac面流动的阻力大得多造成的。挤压时铸锭表面的脏物都被堆集在死区内，因而保证了挤压制品的表面质量。死区与金属流动金属接触区为金属内部激烈摩擦区。角max为金属流动半锥角，亦称自然流动角。影响死区大小和形状的因素，随着模锥角的增大而增大，当=90时，（平模）时死区最大，当等于自然流动角时，死区为零；当被加热金属温度高于模具温度时，由于摩擦力增加，死区剧烈增加；挤压系数增加，金属流动半锥角加大，死区减小，软合金死区较硬合金的小。图中的7和7为尾端死区，它的形成一是由于挤压垫片的摩擦力阻止了金属流动；二是由于挤压筒和挤压垫片对金属的冷却作用，使此区域内金属变形抗力增加。尾端死区与挤压垫片间摩擦力4的方向上阻止了靠挤压筒内壁的由于挤压筒摩擦力而移动的金属运动，就形成了弯曲区6（金属由边部向中心凸起），形成了圆形死区。尾端死区形状取决于挤压条件且随挤压过程进行而变化。平流阶段终了时，为了补充中心金属不足靠近挤压垫片区域剧烈缩到7并成为尖形。6、 变形不均匀性与残余应力：挤压结束后后制品中会产生残余应力，这种残余应力主要是由于不均匀性变形引起的。一般，从模孔中流出来的挤压制品，其中心层产生了纵向压缩应力，周边层则产生残余拉伸应力（如图4-6）图4-6 挤压棒材中残余应力分布图a 纵向 b径向 c切向制品的随后冷却往往改变上述应力状态，这种改变有时十分明显，如当缓慢冷却时，可导致类似于低温退火的结果，可能使残余应力几乎完全消除。在比表面积不大的型材中由于热惯性大，出现这种缓慢冷却形式的可能较大。挤压大直径棒材，除了因组织转变所引起的应力状态改变外，由于周边层和中心层冷却不均也可能产生新的残余应力。不对称形残余应力的直接结果是使挤压制品产生翘曲。三、铝合金挤压制品的组织和性能1、 挤压制品的组织不均匀性金属学指出，金属材料的组织特性主要取决于材料成分、加工方法和热处理状态。挤压制品的组织特征与挤压方法和挤压条件有很大关系，在不润滑正向挤压下，整个挤压过程中都存在着变形的不均匀性。其不均匀变形程度从制品的前端向尾端，从中心向周边逐渐增大，因此挤压制品的组织和性能造成了很大的不均匀性。为挤压制品的前端，由于变程度较小，其力学性能比其他部分低，其内外层的组织也不均匀。尤其是挤压系数很小时(50)，在前端中心处，由于变形量过小，常常保持着一定程度的铸造组织，因此，在实际生产中，按照型材壁厚和棒材直径不同，规定在前端切去100-300的几何废料。在挤压制品的中间部分，当变形程度较大时（一般10-12）其组织和性别能基本上是一致的。当变形程度较小时（6-10），其中心和周边的组织特征和力学性能也是不均匀的，变形程度越小，这种不均匀性越大。在制品尾端，由于变形十分剧烈，又处于紊流阶段，金属发生回卷紊乱流动，形成了挤压缩尾，故在生产中规定尾端应切去一定长度的几何废料。2、 粗晶环铝合金挤压制品经过热处理后，在尾部的周边上形成环状的粗大晶相区，一般称为粗晶环，这是挤压制品的一种组织缺陷，也是挤压制品组织和性能不均匀性的特征之一。粗晶区的纵向b和0.2比其中心细晶区低,伸长率较细晶区高。粗晶环的深度由制品尾端向前端逐渐减少。(如图4-7)图4-7 制品中粗晶环分布图粗晶环形成机理:从金属学的观点来分析 是十分复杂的，至今仍无统一的意思，也无有效的防止措施。只有通过成分，工艺规范等进行适当调整以达到一定程度加以控制的目的。（军工材料标准最严格的这程缺陷控制在3以下，一般为5以内。）最易出现粗晶环的合金为6061，6A022A12，7A043、 挤压效应许多高合金化并含有过渡元素的铝合金如6A02，2A11，2A12，2A14，7A04，3A21，5A02等，热处理后（淬火+时效或退火）纵向强度较采用其他方法诸如轧制、拉伸等所获的制品（其他条件相同时）的高，而伸长率却低；长横向及短横向性能低，这种挤压制品所特有的现象称为挤压效应。其本质到目前尚无统一的结论，但多数学者认为： 均发现有沿挤压方向的强烈的取向变形结构。这种晶向在具有面心立方结构的金属铝中，由于原子排列密度在方向最大，因而具有最大强度。 均含有过度族金属，如Mn、Cr、Zr等，铸造时这些过渡族金属以过饱和形式固溶于铝中，在以后的挤压，加工及热处理过程中，在晶界大量地呈弥散状态析出，阻止被拉长了的多边化变形织构发生再结晶。4、 挤压制品的力学性能在挤压过程中，由于不均匀变形结果，不仅造成了挤压制品组织上的不均匀性，也造成了其力学性能的不均匀性。图4-8为变形程度大小对挤压制品沿长度方向上的影响示意图。图4-8 变形程度对制品长度方向上力学性能影响示意图（挤压状态）1-周边部分 2-中心部分 3-挤压制品 4-残料当挤压系数很小时（5），制品中心和周边力学性能相差很大。当变形程度较小时（=68），中心部分和周边部分可能不同，但中后部可基本一致。当多形程度较大时（10-12）力学性能不均匀性大大减少，可达到基本一致（除前端一小部分外）。沿挤压制品的纵向（即压出方向）、横向和高度方向上，其力学性能也不均匀，纵向较其他两向略高。四、挤压力的计算方法使金属从挤压筒中流出模孔所需的力量称为挤压力。挤压力的确定对于合理制定挤压工艺，选择和设计挤压工具和挤压设备都有很大关系。确定挤压力的方法主要有实验测量方法和理论计算方法两种。1、 挤压力的实验测量法 直接观测法。这是一种最简单最实用的方法，它通过挤压机主缸高压管路上的压力表来直接观测出缸中高压介质的单位压力D ,直接计算出所需的挤压力P=FDD=FGGP总挤压力，D、G主柱塞和挤压垫片上的单位压力，MpaFD，FG主柱塞和挤压垫片的横截面积，mm2主缸的工作效率，=0.950.98 测量张力柱的弹性变形利用应变仪测量挤压过程中挤压机张力柱的弹性变形量,由于张力柱的横截面积及其材料的弹性模量都已知,则可按照虎克定律计算出总挤压力.P=nf22=nF2E22 =L2=E2 Ln张力柱根数,F2每根张力柱的横断面积,2 2张力柱横断面上的应力, Mpa2 张力柱的弹性应变量, L2 张力柱的计算长度, L张力柱受力后的绝对弹性伸长量, E张力柱材料的弹性模量, Mpa2、 影响挤压力的主要因素 金属的变形抗力 挤压时的温度和速度 变形程度 铸锭长度 挤压工具的影响3、 挤压力计算1、 挤压力计算公式：彼尔林公式：P=RM+TM+T定+T筒 式中：RM -不考虑摩擦时，实现金属基本变形所需的力，MN。TM用于克服金属变形压缩锥滑动面上的摩擦力所需的力，MNT定用于克服模孔工作带表面摩擦所属的力，MNT筒用于克服挤压筒内表面上摩擦所属的力，MN上述公式的解析式比较复杂，此处不需介绍推荐采用以下经验公式进行计算，使用方便且可行。P=A00 +0(D+d)L式中P挤压力/ND挤压筒直径/ d-穿孔针直径()L铸锭镦粗后长度 在单动挤压机中,d=0A0挤压筒面积或挤压筒减挤压针(双动挤压机)面积, 20与金属材料,强度和变形速度有关的变形抗力/MPA挤压系数,与摩擦有关系数,1/3=0.5774修正系数(1.31.5),硬合金取下限,软合金取上限.平面模正向挤压型棒材时:P= A00 +1.8140DL一般经验值:平面分流模比平面模挤压力高30-40% 宽展模比平面模挤压力高20-30% 正常前置室模比平面模挤压力高5-10%设备动力传送效益=0.95-0.98第五节:铝及铝合金挤压工艺与挤压生产一、 几个主要变形指数及工艺参数的计算1、 几个常用变形指数的计算F筒 挤压系数（挤压比） F筒 = F制F筒筒断面积2 F制挤压制品的断面积（2） 变形程度 F筒-F制 = 100%F筒与之间的关系式F筒 F制 1 1 = = 1- 而= F筒 F筒 1-在用空心铸锭挤压管材时F锭 （D0-S0）S0 = =F 制 （D1-S1）S1 式中F锭、F制空心锭和制品断面积（2）D0、S0空心锭的外径和壁厚D1、S1管材的外径和壁厚 填充（又称镦粗）系数：K=F筒/F锭一般K=1.021.12 (清远豪美为1.061.09) 分流比K:对平面分流模，通常把各分流孔的断面积与型材断面积之比称分流比。F分 F分 F焊 K= K=K1K2= F型 F焊 F型这反映分流组合模挤压二次变形.分流比K的大小直接影响到金属流动阻力的大小,制品的成形和焊合质量。K值越小,则挤压时变形阻力越大,这对模具的使用和挤压生产都是不利的。一般认为,在保证模具有足够强度前提下,K值应尽量选取大一些,这样有利于金属的流动与焊合。对于空心型材K=1035对于挤压管材K=510 有关宽展模的几个变形指数(图5-1)图5-1 宽展模示意图a、 宽展量B=B2-DHB2-宽展模出口宽度()DH-挤压筒直径()B=-5180() 80MN以上挤压机取上限主要受金属流动,压力的角度传递损失和模强度的影响,不宜过大. B2-B1宽展变形率:=100% 取15%35%B1宽展角由宽展量和模子厚度来确定B2-B1=arctg = /HBB2一般30尺寸确定: 入口宽度B1一般比挤压筒直径小10,过大会影响产品质量,过小则发挥不了宽展挤压的作用. B2根据挤压型材尺寸,宽展量,宽展模子,径和厚度等因素来选择,一般应大于型材宽度2030. 宽展孔的高宽hB,应根据型材高度,第一次变形量的大小(1)和模子强度来确定,一般1应保证35 宽展模的外径DH ,应根据挤压机压型嘴(模子滑架模位孔)的尺寸即模子外径和宽展模强度来决定,(DH最好能够通用)。 宽展模厚度HB取决于模子强度,宽展角以及挤压力等因素。二、挤压生产常用的主要工艺技术参数挤压系数 挤压温度挤压速度 挤压力（比压）工艺润滑 模具孔数挤压筒和铸锭尺寸 工模具的加热温度（包括筒温）残料（压余）长度三、铝及铝合金的可挤压性指数衡量铝及铝合金的挤压难易程度的指数称为挤压性指数。它包括：挤压力、制品流出速度、模具寿命、制品形状及尺寸精度、制品的表面质量、成品率等影响可挤压性的主要因素有：挤压坯料、挤压工艺、模具等。坯料包括合金成份、铸造组织、均匀化处理、变形抗力等。挤压工艺包括坯料温度、润滑条件、挤压温度、速度控制等。模具包括模具结构、工作带尺寸及表面质量、金属的流动控制（如分流及导流结构等）。下表5-1列出常见铝合金可挤压性指数与挤压条件（供参考）。不同厂家有不同的挤压条件，如型材断面形状与尺寸、模具设计、牵引挤压等，可挤压指数的大小有差异。表5-1合金可挤压性指数挤压温度制品流出速度分流模挤压1100150350500约50025100可2011201425203704808401.56不可3003，300432031004004808801080可5052505660204005004204808401.5201.58不可6061，6151，60056N01,60826063,610165701004305208801.53015801580可可可7001,717894305008301.55不可7075707910103604404304508301.551.55不可不可以6063的可挤压指数为100的相对性挤压指数主要看挤压力（俗称比压）的大小、生产率以及设备的能力而定，大多数场合往往受工具的强度和寿命的限制。挤压速度与合金的可挤压性有密切的关系。挤压速度增加时挤压力上升。软合金挤压速度一般可达20米/min或以上，部分型材挤压速度可达80米/min。中高强铝合金速度过快时，制品的表面质量显著恶化，故其挤压速度常设定在20米/min（甚至10米/ min）以下。为确保制品的表面质量，铝及铝合金通常采用无润滑挤压。无润滑与平模相结合，可以在挤压模与挤压筒相接触的角落处形成较大的流动死区，阻止坯料表面层流入制品表面。对表面质量要求特别高的场合，除了对铸锭熔炼铸造工艺进行严格控制外，可将加热好的坯料在挤压前进行脱皮，以消除氧化表皮及油污流入制品的可能性，反向挤压由于锭坯内外层流速均匀，要求锭坯进行车皮或脱皮处理。四、铝及铝合金挤压生产工艺编制与生产要求1、 原则首先质量原则与效益原则。其次考虑配套需要，即在保证产品质量的前提下，尽量兼顾成品率、材料和能源消耗并有利于合理分配设备负荷量等。如在保证质量的前提下，为保证军工产品需要，企业牺牲一点效益（在工厂现在情况下）也应考虑。2、 普通型材和棒材的工艺编制程序要点说明： 、根据产品合同，图纸和技术要求，选择合理的挤压机（能力）和配套设施，确定合理的挤压筒 。、根据制品的外形和有关技术要求，确定采用多孔模挤压的可能性，并预选模孔数。对棒材以及形状简单面积很小，外接圆较小，采用多孔模挤压，以降低挤压系数，增大铸锭长度，以提高成品率和效率。但对软合金，应考虑制品间的磨擦对表面质量的影响,是否选用导路和牵引等。对形状复杂、质量要求高的型材，宁可牺牲一些几何成品率，也要采用单孔大挤压系数挤压，以减少大量的技术废料和缩短挤压时的调整时间。、根据预选的模孔数和制品断面积，在挤压工艺参数表（工艺规程列出），预选和初算挤压系数，尽量接近合理。、最终的确定挤压筒，模孔数并准确计算出挤压系数。说明：对某一产品选择哪个工艺最合理，在多种情况下应选出几个方案分析对比，并通过生产实际考验，才能确定下来所谓工艺的合理性，对一个工厂来说，完全是相对的可变的。3、 铸锭长度的计算铸锭尺寸及铸锭质量是决定制品质量的主要工艺因素之一，对挤压生产的经济指标也影响很大。对给定产品，挤压工艺方案制定之后，铸锭的直径已确定了。下边讨论如何计算铸锭长度，由于各工厂条件不一样，确定长度的方案也不一样。、 对按重量交货的定尺产品，铸锭长度计算。 国内交货的产品，一般按产品实际重量交货。为了保证成品的交货长度，挤压长度应比成品交货长度长（即应留定尺余量），如果计算的定尺余量过大时，浪费工时并增加几何废料，降低生产效率和成品率。若定尺余量留的太小时，由于压出制品不足定尺，将会造成更大的浪费。定尺制品压出长度按下式计算：L=L定+L头，尾+L试+L速+L余后几项在工艺规程中都有详细说明。简单介绍如下:L头，尾是与制品的合金、规格有关。规程规定了铝及铝合金挤压型、棒材的切头、切尾长度见表5-2：表5-2制品种类型材壁厚和棒材直径（MM）前端切去的最小长度（MM）尾端切去的最小长度硬合金软合金型材4.04.110.010100100300500600800500600800棒材261009001000273810080090040105150700800100125 =7220600700130150220500600注：硬合金指7A04、2A11、2A14、2A80、2A50、5A05、5A06等。 软合金指1100、5A02、3A02、6063、6061等。豪美厂为在线淬火，主要生产软合金，由于引流孔作用，流速不均性增加。其切头尾长度相应增加100200MM其它L试、L速、L余作一般介绍 定尺长度和定尺个数：为了获得高的成品率和高的生产效率，应尽可能压出最长的尺寸，但也要考虑后部工序（如立式淬火炉，拉伸矫直设备）的能力和操作方便。通常尽可能挤出较多的定尺个数。铸锭长度的计算： LL0=（Km+H）k 式中Km为正公差面积系数，考虑制品正偏差对的影响，H为增大残料长度，K为镦粗系数。（由工艺参数表查出） 对按负偏差交货的产品出口产品多按理论重量（Kg/米）计算,产品多控制在负偏差范围,因此铸锭长度的计算非常简单(不考虑产品正公差影响). LL0=（+H）k L为考虑切头尾及合适的工艺余量即可. 目前豪美现场多用 L(米)/P+HK= L0制品理论重量（Kg/米）P铸锭单位长度重量，（0.217 Kg/365MN320铸锭）二者是一样的，但前者更为简单准确，更便于掌握，但必须在卡片上说明。4.挤压对铸锭的质量要求：合金成分,铸锭的化学成分不仅要完全符合国家和国际上有关技术标准要求,而且还要符合工厂内部标准的有关规定,允许个别值超内标,但必需在外标范围之内。为保证成分合格,除严格熔铸工艺外,还应有准确的化学与光谱定量分析予以保证。铸锭内部组织。铸绽内部组织的好坏对挤压产品的质量影响很大，检查内部组织包括低倍组织和断口（按国家标准）。对军工产品还采用超声波探伤方法来检查铸绽内部不允许存在的缺陷、裂纹、大的夹渣和气孔等。经过挤压变形也不能消除的一般属于绝对废品。而疏松、氧化膜、晶粒粗大等缺陷，经过挤压变形后其缺陷可能被消除或存在形态发生改变，对产品最终性能一般影响也不大，可根据变形情况，产品用途（非军工或其他重要用途），这些缺陷在一定程度内允许存在。铸锭的表面质量铸锭表面质量直接影响挤压制品表面质量和缩尾的分布长度。表面质量不好会使制品表面产生擦伤（特别穿孔挤压管材，脏物可以流到制品内部而加大缩尾长度。对某些铝合金铸锭和质量要求严格的挤压产品的铸锭都要进行车皮。反挤压铸锭必须进行车皮和镗孔（空心），有时可采用挤压前热脱皮挤压。铸锭尺寸及偏差，应符合工厂内部规定要求。铸锭均匀化处理均匀化的处理有以下几点：a.消除晶内偏折，提高金属塑性，如硬铝铸锭经充分均匀化后，挤压速度可以提高20%30%，挤压力可以减少10%以上；b.提高制品的横向力学性能。如对挤压效应较强的合金制品经铸锭充分均匀化后，可大大减少其各向异性，大大提高制品横向性能；c.消除金属内部存在的铸造反应。表5-3列出部分铝合金挤压铸锭的均匀化制度表5-3合金均匀化温度保温时间h冷却条件备注5A02、5A03、5A04、5A05、5A0646047524空气所有2A11、2A12480495812炉冷所有6063、6A02、2A30、2B50530560812空气所有2A702A8048550012炉冷所有7A044504601224炉冷所有7A09、2A1445547024炉冷所有注：炉冷却按工艺规程进行炉内冷却速度控制。5. 挤压产品的成品率：型材的挤压定尺长度、规格、废料长度和孔数等对几何废料影响较大，一般几何废料为10%左右，技术废料与型材种类、产量等有关，为3%5%，精整部分为1%3%，大量生产统计数字表明，铝合金型材总成品率为60%80%。6. 挤压设备与工具的准备按“设备使用和维护规程”要求对设备进行全面检查，包括铸锭的加热、挤压机和辅机，包括设备本体、液压系统、电控系统、润滑系统的几何参数、力学参数等是否符合要求，运行平稳、设备对中，试运行若干次，一切正常后才能投入正常生产。工模具的准备a.合理设计与制造工模具，制造合格的工模具经严格检查和试模合格后才能入库保存待用。不合格的工模具要进行修理，确认不合格者应予以报废。b.挤压工具的加热和上机装配。挤压前，为了防止铸锭降温引起闷车和损坏工具以及改善制品的组织性能和表面质量，与铸锭直接接触的工模具都要充分预热（按“挤压工艺操作规程”），挤压垫的预热，一般情况下不严格。c.为防止制品扭曲，还要安装合适的导路d.型材模的安装应遵守以下原则：保证挤出的型材在出料台上能平稳地向前移动，不发生堵模和擦伤，不发生由于自重的原因而产生扭曲。分流组合模上下模要严格对中和锁紧，防止松动和产生壁厚偏差。要求严格的装饰面朝上，不与出料台接触。多孔制品不相互叠压和擦伤。e.试模、修模与氮化首料挤压温度应取上限，以免闷车和损坏工具。充填时速度要慢，待挤出一段（出模架或导路）后，再转入正常速度挤压，以免塞模。对试模挤压的制品，彻底冷却后，头、尾尺寸都要全面认真地测量检查。不合图纸公差要求的，应根据具体情况进行模孔修理和调整。旧模经过一定的挤压后会出现工作带磨损或变形，也必须进行模子修正。一般来说，经过修正合格的模子必须经过氮化处理后才能投入使用。因此：试模+修模+氮化是现代修模技术很重要的一环。五. 广东清远市美高新型合金型材有限公司各台挤压机生产技术参数,详见1720页的附表和说明。第六节:挤压制品的缺陷和废品在挤压生产过程中，产生的各种缺陷和废品主要可分为三类：即挤压制品的表面缺陷，挤压制品的形位和尺寸缺陷，挤压制品的内部组织缺陷。各类缺陷的名称，主要特征和产生原因及消除办法在“挤压分厂工艺操作规程”中都作了详细地说明。下边介绍几种常见的缺陷和废品。一、 挤压制品的表面缺陷和废品1、 挤压裂纹挤压裂纹是挤压中的一种常见废品，尤其在硬合金中经常出现，裂纹应绝对禁止出厂。其主要特征是裂纹呈周期性出现，深入到金属内部，严重破坏了金属连续性。其形成原因是由于摩擦力而引起，由于金属变形不均匀，使表层金属受附加拉应力作用，当拉应力积累到超过金属破断强度时就产生裂纹。温度高时金属抵抗破坏能力下降，变形速度快时附加拉应力增加，所以在高温高速条件下使裂纹倾向性增加。产生挤压裂纹的工艺条件是： 温度速度控制不当，温度高，速度过快； 速度控制系统失灵； 变换合金时没有及时调整挤压速度； 挤压开始闷车，挤出后没及时调整速度； 挤压到后期，产生温升而降速不够； 炉子温控失常，金属实际温度过高； 工艺圆角不合理，及过小；防止产生挤压裂纹的办法 根据制品、合金的特点，合理控制温度速度； 经常检查维护设备正常； 精心操作，仔细观察制品表面，发现异常应及时合理调整流速； 经常检修测温仪表，防止加热温度过高；2、 擦伤、划伤擦伤、划伤也是挤压制品中常见的缺陷，严重时将使制品报废。主要特征是：通长的或局部的，仅限于表皮上，破坏了金属连续性。擦伤的面积较宽而短，划伤的面积较窄而长。产生的原因是制品从模孔流出过程中，与工具或与设备，或与制品本身（多孔）相互接触而使之表面损坏。产生擦伤、划伤的工艺条件是： 挤压模垫，导路不光滑，粘金属或装配不当； 工作台、料筐，料架不光滑； 多孔挤压时没装多孔导路，制品之间未分开； 搬运时产生擦、划伤。消除擦、划伤的主要办法是： 及时调理模垫，安装好导路，并打光，涂好润滑剂，最好安装石墨导路。 工作台，料架上的耐温尼龙垫（辊）是否破损，发现应及时更换。多孔可否改为单孔工艺。 搬运过程中精心操作，轻合金轻放，合理吊运。3、 麻面（金属豆、小划道、毛刺）和表面粗糙。这类缺陷的主要特征是：因呈大片的金属豆（毛刺），小划道而使制品表面不光和粗糙。在每个金属豆（沿挤压方向）的前面有一个小划道，划道的末尾积累成金属豆。其形成原因是挤压模工作带以分散点状的形态粘金属，且粘积在工作带出口处（称粘结豆），金属从模孔流出被粘结豆划伤，金属粘结积累的金属豆到一定程度时，被流动的金属带出来，划道也会终止。产生这类缺陷的工艺条件是： 模子工作带过宽或光洁度不够，或硬度不够； 模子工作带空刀尺寸过小 模子工作带粘金属没及时抛光； 挤压温度过高或流出速度过快；其防止办法是： 合理设计和制造挤压模； 及时检查，勤光模孔，搞好润滑； 适当控制挤压温度和速度；4、 起皮、气泡这种缺陷的主要特征是表皮金属与基体金属呈连续或断续的分离，表现为圆形单个凸起的叫气泡，表现为大块撕破的叫起皮，在起皮下面往往可以看到外来脏物。形成起皮或气泡的原因是铸锭表面金属参与挤压流动，沿前端弹性区流出，形成起皮或气泡。因此铸锭表面不清洁或挤压筒内有残留物和使表层金属易于流动的因素都将促使起皮或气泡的形成。另一个原因是铸锭墩粗后高温高压下气体压入金属表层，在随后流出中产生气泡。产生这种缺陷的工艺条件是： 挤压筒（特别是有效工作区）或挤压垫磨损过大； 挤压筒和挤压垫的尺寸配合不好或轮流使用的两个挤压垫尺寸不一样； 挤压筒和挤压垫不清洁，有油污等；挤压筒内衬长期不清理； 铸锭本身有气泡、针孔或表面不清洁； 铸锭加热不均匀或挤压筒与铸锭温度配合不当； 残料分离不净，易在下根制品的前端造成起皮； 在铸锭镦粗后，加入排气程序（现代挤压机都设计有该程序）包括梯度加热和顺次排气工艺。防止起皮、气泡的办法是： 合理选择、配备挤压工具并及时检查和更换； 定期用清理垫清理挤压筒； 保持工具清洁； 合理控制挤压温度； 提高铸锭质量，保持表面清洁，加强对铸锭的检查； 残料分离好。5、 挤压横纹及假停车痕 这种缺陷在软合金扁宽型材挤压过程中有时出现，横纹表现为垂直于挤压方向的宽向上，呈周期性条纹状，似爬行状流出，手摸无手感，特别是越近边部越明显。在宽展挤压扁宽薄壁型材在腹板上常见这种挤压横纹，在非装饰面对使用无影响，但对装饰面和进行阳极氧化表面处理制品则不允许存在。伴随这种缺陷出现，经常还出现另一种缺陷假停车痕。这种缺陷表现为似挤压停止后留下的模孔停车印痕故现场称假停车痕。产生这种缺陷的原因：目前说法不一，真正原因尚在探讨之中，但不外乎以下几种原因： 模具设计不合适，各部位流速有不均匀现象； 相同部位上、下工作带不等长； 挤压速度控制不当； 挤压机运行不平稳。防止办法如下： 合理设计宽展模，特别是近边部的金属供给量基本应与中部金属流速一致； 检查和调整条纹或假停车痕上、下工作带长度； 平稳地控制挤压流速； 仔细检查挤压机运行是否有爬行现象。二、 挤压制品的尺寸缺陷和废品挤压制品的尺寸缺陷和废品主要有下列几种：1、 尺寸不合格主要特征是制品断面的几何尺寸不符合图纸要求，造成原因是：模孔尺寸本身不合格或因流速不均造成。具体工艺条件如下： 工具设计错误，或修模时修错了； 检查时错检或漏检（检查错误）； 挤压过程中模孔变形； 对复杂断面型材，其挤压温度、速度条件控制不当；其防止办法： 修正模具设计； 正确修模； 注意首料的检查和中间抽查； 对特殊制品应控制合适的挤压温度和速度。2、 弯曲、波浪、扭拧、扩（并）口、间隙超标等：这类缺陷的特征是：制品的外形沿长度方向呈现的不平、不直、不规则等。制品绕其纵轴发生一定角度的旋转是扭拧，沿其纵轴发生全截面的偏离是弯曲；沿其纵轴发生（连续或不连续）局部偏离是波浪；槽形型材两侧往外（扩口）或往内（并口）；型材平面出现不平（上凸或下凹）的间隙超过标准允许要求。力偶型流速不均形成扭拧。非对称性流速不均形成造成弯曲或波浪；总是向流速慢的一侧弯曲，流速快的一侧当不能够使整个截面弯曲时就堆积成波浪（轻微时就成条纹）。如截面刚性不够会使整个截面