浅析模具因素对6063铝合金型材表面质量的影响

《模具工业》 #$$% & ’ ( & # 总 #)"
图#
矩锥式模桥
产生表面条纹的原因除前述原因外，在此再从 模桥结构、分流孔的设计与制作方面进行分析。在 金属焊合的部位容易产生焊合线条纹的原因是 3 金 属分流孔与桥下的变形不同， 产生的变形热也不同， 因此温度上升不均匀，而不同的温度使铝合金表面 的颜色深浅不一，氧化腐蚀后会变成宽窄不一的条 纹。另外， 由于型材本身结构的复杂性， 当型材壁厚 大或壁厚差过大，也会导致型材内外层金属或是不 同部位金属之间流动存在差异而出现条纹。解决的 方法是根据型材各部分的断面积合理分配金属流 量， 建议采用图 # 所示矩锥式模桥结构， 同时在设计 分流孔、 工作带、 焊合室结构与形状时， 综合考虑协 调各方关系， 确定最佳方案。
一些 )$)% 铝合金型材， 在正常工艺挤压后看不 出型材各表面有什么不同，可是当型材进入碱槽碱 洗 !/ 45 后， 其侧面就出现带状粗晶 * 见图 % , 。由于 粗大晶粒区不耐腐蚀，因而形成了一条浅黑色的带 状粗晶组织。 铝型材粗晶组织产生的原因主要有铸棒晶粒 度、 挤压温度、 挤压比等几个方面， 在此主要从模具 设计方面分析其形成的机制。 * + , 通常条件下金属都有一个临界变形度， 一般 为 +6 . +!6 ， 金属越纯， 临界变形度越小。铝合金 小于 !6 和大于 7!6 ， 如果合金 有 # 个临界变形度， 的变形度在临界变形范围内，合金内部组织就要发 生急剧再结晶， 再结晶晶粒度特别粗大， 因此在铝合 金模具的设计制作过程中， 应避开这 # 个变形度。 * # , 根据型材截面积大小设计合适的挤压比， 经 验数据是 " 0 %$ . 1$，如果挤压比太小，则金属变 形量太小， 有可能发生局部变形量处于临界变形度， 此时就会出现晶粒粗大现象。实际中要合理选择机
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挤压横纹
挤压横纹就是在 ’"’# 铝合金型材表面出现的 与挤压方向垂直的横向条纹，有明有暗，明的表现 为白色的带拖尾的环，暗的则表现为光的反射不一 样， 两者一般都没有手感。产生原因除机械原因外， 还由于模具的出口带没有完全抛光，带有微小的毛 刺，型材从模孔挤出时，毛刺刮下的一些碎屑在出 孔处堆积， 当累积到一定量时， 被型材一次性带出， 即形成挤压横纹。处理方法是在模具模孔的出口处 用锉刀抛光， 防止碎屑堆积。 *$ ( 表面条纹
’"’# 铝合金建筑型材要求表面氧化后颜色均 匀一致，但往往在型材尖角处氧化颜色与其它部位 不同，这主要是由于挤压时型材棱角处金属受到的
万方数据
!" 同时需要焊接的金属体积增加，焊合时所需的能量 也就增加，另一方面，由于焊合室的增高必然增加 金属的流程， 最终导致挤压力升高， 焊合室越高， 挤 压力越大，因此在确定模具结构时要合理选择焊合 室高度。为了保证焊缝质量，焊合室高度只是一个 方面，另一个关键因素是型材的壁厚，当型材壁厚 较薄时，挤压力必然较高，当达到一定的挤压力值 后，金属即可焊合，因此在这种情况下焊合室就不 宜过高。但当壁厚过厚时， 由于挤压力小， 不可能形 成过高的挤压力，金属难以焊合，这时就可将焊合 室设计得高一些。除了焊合室的高度，另一方面是 焊合室的形状，焊合室的形状主要是根据下模型孔 尺寸来定， 焊合室外形过小， 容易影响金属的流动， 导致金属流动不均匀；但形状过大超出型孔尺寸 时，既不利于边缘金属的流动，又容易在边缘造成 死区， 使金属流动不均匀产生表面条纹。总之， 焊合 室的合理设计与制作对型材表面质量有着很大的 影响， 应注意以下几个方面： * + , 合理设计焊合室高度，防止产生焊合线条 纹及焊缝开裂。 * # , 合理设计焊合室形状，保证金属的流动均 匀性， 防止产生表面条纹。 * % , 焊合室底部采用圆弧过渡， 以减少死区， 也 利于金属流动焊合。 %& # % 模桥和分流孔的影响 )$)% 铝合金型材生产用模具在设计中较难把 握的是，如何根据型材各部分的截面积合理分配金 属流量，因此合理设计与制作模桥结构与分流孔对 提高型材表面质量，抑制表面缺陷的形成有很大的 作用。水滴形模桥由于有许多优点而得到广泛应 用，但目前的水滴形模桥根部太窄，金属以很高的 速度在短时间内焊合时会形成一尖锐界面，且金属 流动对工作带有很大的冲击力，因此桥下焊合处工 作带易被压穿， 形成比较粗糙的表面， 即条纹。目前 日本倡议使用图 # 所示矩锥式模桥， !! "!- . )$-， ! 一般为 # . )// ，" 0 1 . #!// ，! 随桥宽的变 化而变化，桥越宽，! 越大，假设桥宽为 # ，那么 这种结构的优点在于， 金属是经过充分的 ! ! # 2 "。 磨合与搅拌后才焊合的，金属流对工作带的冲击力 相应减小，也就减少了缺陷形成的机会。如果模桥 结构、 分流孔形状、 模芯等设计制作不当将产生一些 缺陷， 生产中常出现的缺陷是表面条纹、 粗晶组织。 粗晶组织 %& + 表面条纹
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《模具工业》 "##$ % & ’ % " 总 "()
浅 析 模 具 因 素 对 (#($ 铝 合 金 型 材 表面质量的影响
张金刚，井佳明 * 焦作市万方铝材有限责任公司，河南焦作 )!)##$ +
摘要：主要从模具设计、加工质量与维修的角度分析了模具因素对 (#($ 铝合金型材表面质量的影响， 并提出了解决问题的方法。 表面质量； 解决方法 关键词： 模具因素； (#($ 铝合金； 中图分类号： 文献标识码： 文章编号： , - $.( / 0##0 1 "0(2 * "##$ + #" 1 ##!" 1 #)
(#($ 铝合金型材挤压模具工作带粗糙度要求 为平模 ! " ! # % 2! 5 ，分流模 ! " ! # % )! 5 ，工作带 垂直度小于 # % #"55 ， 工作带直线度小于 # % #"55 ， 模具硬度达到 )2 B !"CDE 。 试模合格后在上机生产 前要进行渗氮处理， 渗氮层厚度一般应达到 # % 0" B # % "#55 ，硬度可高达 (! B (2CDE 。生产一定数量 后必须重新对模具工作带进行表面渗氮处理，对模
模具的合理设计、精加工、先进制造工艺以及 正确修模方法的应用对消除 (#($ 铝合金型材表面 缺陷，提高型材表面质量有着重要的意义。通过对 针对生产中出现 (#($ 铝合金型材生产的多年观察， 的各种表面缺陷进行了认真的分析研究，发现由于 模具因素产生的表面缺陷在 (#($ 铝合金型材生产 中占有很大的比例。为了减少型材表面缺陷，结合 生产实践，查阅了有关资料并对生产中出现的具体 问题进行了认真分析，提出了预防措施，取得了良 好的效果。 0 模具工作带与让刀位对型材表面的影响
万方数据
《模具工业》 !""# $ % & $ ! 总 !’( 图 *+。 经过对机械纹多次观察分析后发现，机械纹有 两种： 一种机械纹的特征是： 经多次上机挤压生产 , 纹路不变，这是由于型孔工作带端面凹凸不平，铝 材流出模孔时被粗糙的工作带上的尖峰划伤造成 的，俗称犁纹。处理方法是适当加大模具工作带端 面斜度。另一种机械纹的特征是：每次光模后上机 生产， 每次纹路均不能一一对照、 重复， 这种纹路是 铝材与工作带间强烈摩擦产生的摩擦纹，其产生的 机理是由于挤压模具工作带的硬度、挤压温度、工 作带上的正压力等条件不合适，造成铝合金粒子粘 在工作带上，即所谓咬死现象，但在强大的挤压力 作用下粘着的粒子会被流出的金属撕掉。正是这种 粘着力大于铝合金型材的剪切强度才造成了将型 材表面划撕下来的现象，从而形成了机械纹。消除 方法是，模具工作带几何形状设定出口角为 - *. / - #.，配合以 0""12 以上的高硬度工作带表面， 并对工作带渗硫，改变干摩擦状态，消除粘着摩擦 力。
图*
铝合金挤压型材表面机械纹
组织差异， 使氧化着色型材产生表面缺陷 （比如暗条 纹、 粗晶组织等） ， 过短会降低模具使用寿命。工作 带表面硬度不足时工作带易磨损，会引起挤压型材 表面麻点、 着色型材表面白点、 氧化型材表面黑点， 因此适时对模具进行表面渗氮处理是提高铝型材表 面质量的重要措施。然而如果渗氮处理的硬度太 高，在高温高压条件下容易引起模具表面工作带表 面硬化相脱落， 造成挤压型材表面产生夹渣、 划伤、 撕裂及氧化型材表面黑点等缺陷。 ! 焊合室的影响 组合模设计时，焊合室高度的设计也是关键问 题之一。一般来说，焊合室高对提高产品焊接质量 有益， 焊合室太低， 焊缝质量差， 型材可能在使用中 开裂， 即使不开裂， 型材经氧化后也会出现焊合线条 纹。但是焊合室过高也会引起挤压力升高 , 其原因 是： 焊合室增高， 焊合室内所容纳的金属体积增大，
具让刀位（铝型材在出模后为了防止其与模具干涉 而预留的一定位置） 也要进行检查， 让刀位必须保证 在 $ B !55 ， 如果控制不当， 生产中常会出现以下缺 陷。 0% 0 划 伤
划伤是 (#($ 铝合金型材生产中最常见的一种 表面缺陷， 它是型材表面出现的纵向划痕， 从挤压模 具因素分析，产生铝型材表面划伤的原因是由于模 具让刀位太小，造成型材在挤压过程中刮伤表面。 模具在加工过程中，工作带没有抛光好或修模时抛 光不好会造成工作带凹凸不平或是由于零件装配不 当，零件上带有因碰撞引起的毛刺而引起模具导路 不平滑。处理方法是合理设计与制作模具出口让 刀， 并抛光工作带表面， 型材在生产中要经常检查模 具导路， 保持导路干净、 平滑， 试模合格后或模具上 机挤压一定数量后要进行表面渗氮处理，提高工作 带的表面硬度。 0% " 机械纹 目前在 (#($ 铝合金型材挤压生产中， 型材表面 似乎不可避免地会出现密密麻麻、 深浅不一、 颜色反 差很大并贯穿型材首尾的纹路，这就是机械纹 * 见
— — —— — —— — —— — —— — —— — —— — —— 作者简介： 张金刚 * 03.$ 1 + ， 男， 河南焦作人， 助理工程师， 主要 从事装饰型材的生产管理工作， 地址： 河南省焦作市塔南路 0(# 号， 焦作市万方铝材有限责任公司， 电话：* #$30 + $3#$(.3， 41 5 678： 9 :;<= > $.0 % ?@A 收稿日期： "##" 1 #. 1 #0
)# 摩擦阻力较大， 变形量大， 组织差异较大， 因此氧化 着色颜色不一致，修模时可将有棱角的部位修成均 匀过渡， 即可消除颜色不一致的问题。 对于一些壁厚差别比较大的型材，如果工作带 的过渡按与壁厚比例计算的话，就必然在衔接处出 现很明显的落差，这种急剧的落差是形成条纹的主 要原因之一。挤压时，工作带表面与铝在高温下摩 擦， 摩擦热使工作带硬度降低， 耐磨性降低， 这样生 产出的型材表面粗糙，挤压条纹比较明显。在使工 作带平滑过渡的前提下，尽量减少落差是避免表面 条纹产生的有效措施，但落差的减少势必会破坏金 属流动的平衡性，这就要采取相应的补偿措施。可 以采用在厚壁部分加角度或是焊阻流块的方法来减 慢此部位金属流动， 阻碍角的大小， 阻流块的长度、 高度、与模块的距离都要根据型材表面形状变化在 设计中精确标明，整体工作带正角度也可以增加挤 压时的压力，增大金属变形及金属的流动性。在设 计模具出口带时， 可采取一定锥度， 否则会因让刀太 小， 使铝型材在出口处受到摩擦， 产生一些条痕。 增加工作带表面粗糙度也是防止产生表面条纹 的重要措施， 可以通过线切割、 珩磨与修模工的人工 抛光提高工作带表面粗糙度，珩磨工作带前后边缘 的刃口， 使之形成一小半径弧形， 这有助于铝在模孔 表面和工作带过渡处的流动，并可除去工作带出口 处的毛刺， 从而减少产生表面条纹的机会。 此外，模具工作带太长也会引起型材断面局部