铝合金挤压型材几种常见缺点解析

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β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β相AlFeSi不能及时转变为球状α相AlFeSi，由于β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，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≥15㎜

800—1000T≥18㎜

1200T≥20㎜

1600T≥25㎜

2500T≥30㎜

4000T≥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，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；

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

25mm×38mm扁管，8MN机上生产100mm×25mm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

2．1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：

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6—10mm距离。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、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0．7％-0．9％范围内，Fe含量低于0．15％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。