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(jī)的噸數(shù)，較大型的擠壓機(jī)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(dá)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(xì)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(jī)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(tuán)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(jìn)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(fù)荷，延長模具的壽命。在一般的情況下，模具在上機(jī)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(yán)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(yán)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(dá)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(jìn)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(dá)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(jìn)行冷卻。因為在一般情況下，盛錠筒溫度到達(dá)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(dá)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(jìn)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(dá)到可操作的溫度，所以，對盛錠筒的加熱必須漸進(jìn)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(jìn)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?xì)鈬娚錉t。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(dá)不到要求的機(jī)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(dá)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(jī)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(dá)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(yán)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(jìn)的生產(chǎn)設(shè)備，還要擁有豐富的生產(chǎn)經(jīng)驗及先進(jìn)的管理系統(tǒng)。兩者配合才能生產(chǎn)出一流的產(chǎn)品。