論溫度對擠壓型材的影響及對策
前言
在沒有意外停工的情況下，生產(chǎn)力的高低主要是取決于擠壓的速度，而擠壓的速度又受限于四個因素，其中三項是已定的，一項是可以調(diào)整的。第一項因素是擠壓機的噸數(shù)，較大型的擠壓機就可以在較低的溫度下來擠壓；第二項因素是模具的設(shè)計；第三項因素是擠壓合金的特性，此項因素較難控制；最后一項就是溫度，由于其是可以控制的，所以可以在這方面控制來達到提高生產(chǎn)力的目的。溫度對擠壓型材的質(zhì)量尤其是型材的表面質(zhì)量有著非常重要的影響。溫度包括：擠壓時的溫度及擠壓時摩擦所引起的上升的溫度，盛錠筒的溫度，模具的溫度，鋁棒的溫度，熱處理的溫度（包括：均質(zhì)化處理的溫度、固溶熱處理（淬火）的溫度、時效的溫度和退火的溫度）等一系列的溫度。一個優(yōu)秀的擠壓生產(chǎn)廠商對溫度是非常重視的。他們會對溫度的變化以及溫度的變化給型材帶來的影響做詳細的記錄。留意意溫度、記錄溫度并控制溫度是他們保證產(chǎn)品質(zhì)量的一大法寶。每個擠壓廠商都會有自己獨有的溫度控制工藝，都有最適合自己的一系列溫度參數(shù)。這些參數(shù)，工藝用到其他廠家就不一定適用，因為這些參數(shù)，工藝是廠商根據(jù)自己硬件和軟件的實際情況積累下來的。一套在A廠最適合的工藝到了B廠可能會是最不適合的。為什么呢？因為不同的機型、不同的擠壓速度、不同的擠壓型狀、不同的合金成分，如：在擠壓鋁鎂硅（AlMgSi）合金時加熱的最高溫度是480℃；在擠壓鋁鎂錳(AlMgMn)合金時加熱的最高溫度是450℃。同一合金成分要求的狀態(tài)不同對溫度的要求也會有所不同、甚至不同的生產(chǎn)地點都會對生產(chǎn)出同樣質(zhì)量的型材有不一樣溫度要求。由于與溫度有關(guān)的方面眾多，下面只選幾個相對來說比較重要的方面來說。但請注意的是，這個沒論及的方面并不代表它不重要。擠壓是一項講求“團隊合作＂的工作，需要各個方面的配合才能生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品。
1.模具的溫度:
模具，是直接與型材表面接觸的器具。其質(zhì)量好壞將直接影響擠壓出來型材表面質(zhì)量的好壞。模具及相關(guān)的器具在擠壓之前要進行加熱處理。其加熱必須在擠壓開始前完成，并在擠壓的過程中保持一定的溫度，這樣做是為了減少擠壓過程中的熱應(yīng)力及熱疲勞，同時減緩模具在擠壓過程的冷卻速度，從而減少變形抗力和模具的負荷，延長模具的壽命。在一般的情況下，模具在上機前要放到模具加熱爐里面加熱到427℃以上，持續(xù)加熱1.5到5個小時不等。平板型（flat）模要加熱2個小時以上；空心模則要加熱4個小時以上。除此之外，雖然已將模具加熱到可操作的溫度，但若是體積比模具大兩倍的模具支撐塊未加熱，那么支撐塊也會成為模具的散熱片，使加熱的效果大打折扣。若是加熱的溫度低于427℃，則容易產(chǎn)生斷裂現(xiàn)象或需要用特殊的合金鋁棒來制造所需要的擠壓形狀。但模具加熱的溫度也不是說越高越好，高了則會使其硬度降低而產(chǎn)生氧化物，氧化物一般發(fā)生在受力面。還有的是，如果加熱的溫度或時間不夠會增加擠壓時對擠壓壓力的需求，此時就必須降低擠壓的速度，從而導(dǎo)致生產(chǎn)效率的降低，擠壓殘料較厚，對擠壓出來的型材的造成嚴重的影響，而且還可能造成模具堵塞，甚至把模具擠破。所以要對模具的溫度及加熱時間做嚴格的全程記錄，監(jiān)督，控制。另外，模具在擠壓的過程中會與鋁合金產(chǎn)生激烈的摩擦。這通常會使擠壓的合金溫度增加38℃左右并損失30%-40%的擠壓力。因此對模具造成的最常見的問題就是模具的磨損，特別是工作帶（bearing)的磨損。如果溫度超過450℃模具的氮化處理表面就容易開始腐蝕，對型材表面造成破壞。所以，在設(shè)計模具的時候就應(yīng)考慮這種情況，使擠壓型材在達到臨界破損溫度前，得到較高的擠壓速度。這樣就可以避免在擠壓過程中產(chǎn)生裂紋或粘著等缺陷。最后，在對模具進行加熱時加熱爐不能太小，否則模具彼此靠得太近，空氣不易循環(huán)流動，也會對模具加熱的效果大打折扣。
2.盛錠銅的溫度:
盛錠筒如果加熱得不均勻就會產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力。熱應(yīng)力簡單來說就是由于熱量分布的不均勻所引起的膨脹壓力的不均勻。熱應(yīng)力是有害的，當(dāng)熱應(yīng)力超過盛錠筒所能承受的最大應(yīng)力時就會造成盛錠筒破裂。所以，對盛錠筒的加熱，時間一定要足夠，梯度式升溫，每小時溫度的增加幅度不可以超過37℃，而且每升到一個新的溫度都要保溫一定的時間，切不可急于求成。目前比較常見的做法是，先把盛錠筒逐步加熱到加熱232℃后保溫8個小時，然后在開始擠壓前溫度到達427℃時再保溫4個小時，確保盛錠筒整個筒體溫度分布均勻，其內(nèi)部的熱應(yīng)力也充分消失，這時就可以開始擠壓了。另外，為了得到最佳的擠壓效果，在擠壓的過程中，盛錠筒的溫度應(yīng)該比鋁棒的溫高低10℃－38℃左右。但在實際的擠壓過程中盛錠筒的溫度難免會受到擠壓速度的影響，高于鋁棒的溫度。這時要設(shè)法對盛錠筒進行冷卻。因為在一般情況下，盛錠筒溫度到達468℃時，廢品就會增加。當(dāng)型材表面極為重要時，擠壓桿前墊（壓餅）的溫度亦應(yīng)當(dāng)有所控制，以減少鋁屑，也就是說讓鋁棒末端的溫度不會因為太高而擠出雜質(zhì)。方法是：在擠壓桿軸心通入空氣直達擠壓桿前墊（壓餅），使前墊的中心部分降低約52℃左右，這樣就可以減少廢品的產(chǎn)生，提高生產(chǎn)力。同時，這些空氣還可進一步使盛錠筒降低24℃，也有助于生產(chǎn)力的提高。綜上所述，盛錠筒的溫度對擠壓非常重要，為了使熱應(yīng)力降到最低，防止內(nèi)襯收縮，并且使盛錠筒與內(nèi)襯同時達到可操作的溫度，所以，對盛錠筒的加熱必須漸進式地完成。
3.鋁棒的溫度:
鋁棒的溫度分為在鋁棒加熱爐里預(yù)熱的溫度、在盛錠筒里面的溫度和在出料口的溫度。
3.1、鋁棒加熱爐里預(yù)熱的溫度：鋁棒在擠壓前的預(yù)先加熱是放在鋁棒加熱爐里進行的，加熱時要確保鋁棒前后和內(nèi)外的溫度均勻透徹。目前國內(nèi)常用的鋁棒加熱爐有燃油反射爐和燃氣噴射爐。在使用氣體加熱爐加熱時，要留意溫度及時間，不要把鋁棒放在325℃－425℃的加熱爐里超過一個小時，否則，任何合金都會在時效后達不到要求的機械性能，特別是硬度。在這里給大家推薦一個很好的加熱設(shè)備—工頻電感應(yīng)梯級加熱爐。它不僅加熱速度快，而且鋁棒內(nèi)外溫度均勻，就算是直徑較大的鋁棒也可以達到同樣的效果，有效地避免了傳統(tǒng)性加熱時間長而造成棒皮過燒，內(nèi)外溫度不均勻影響型材表面質(zhì)量，造成物理性能不穩(wěn)定等缺陷。
3.2、鋁棒在盛錠筒里的溫度：擠壓時最適宜的溫度跟擠壓機型的噸位數(shù)、擠壓合金的種類、型材的形狀、模具的溫度和擠壓的速度等一系列因素有關(guān)。通過加熱使鋁棒達到固溶相線溫度（Solvus temperature)，這樣硅跟鎂就能在鋁棒里固溶，并在其中均勻地流動。由于擠壓時鋁料與盛錠筒筒壁摩擦，溫度會上升38℃左右，使擠出的型材的溫度超過固溶相線溫度，此時鎂和硅熔化，向四處流動，極不穩(wěn)定。不過有時較低溫的鋁棒在擠壓過程中有較大的升溫空間，也可以得到較高的擠壓速度。所以鋁棒的溫度最好保持在420℃—440℃間。高了會引起撕裂，低了會降低擠壓速度、生產(chǎn)效率。
3.3、出料口的溫度：為了使鎂和硅在鋁棒里固溶，出料口的溫度應(yīng)保持在520℃到550℃之間。但決不能高過固溶相線溫度，否則會導(dǎo)致撕裂，并影響型材的表面質(zhì)量。型材的出料溫度也是一流的擠壓廠商密切關(guān)注的，這個溫度是由擠壓桿的速度和模具的摩擦程度所決定。擠壓溫度不應(yīng)低于固溶相線溫度（Solvus temperature)，不高于固相線溫度。具體的固溶相線溫度要根據(jù)不同合金來定，如：6063合金的固溶相線溫度是615℃、6005合金的固溶相線溫度是607℃。
總結(jié)
通過以上對擠壓中各種溫度的分析，我們得出了一個結(jié)論：只要在擠壓生產(chǎn)過程中控制好各方面的溫度，使個方面的溫度配合得當(dāng)，那就可以大大提高生產(chǎn)效率。但要獲得適合自己的一套溫度工藝參數(shù)那是一個長期積累的過程，要靠平時在生產(chǎn)中對各溫度及各溫度變化對型材的影響做嚴格的記錄和控制，這樣才能找到一套適合自己的生產(chǎn)工藝，保證產(chǎn)品質(zhì)量。一流的擠壓生產(chǎn)廠商，擁有的不單是先進的生產(chǎn)設(shè)備，還要擁有豐富的生產(chǎn)經(jīng)驗及先進的管理系統(tǒng)。兩者配合才能生產(chǎn)出一流的產(chǎn)品。