铝合金及型材的生产原理-挤压

挤压

挤压：就是对放在容器（挤压筒）中的锭坯一端施加压力，使之通过模孔以实现成形的一种压力加工方法。

挤压机的主要部件及辅助机构：模座、供锭机构、挤压垫与压余分离及传送机构、坯锭热切断和热剥皮装置、制品牵引机构。

挤压机的技术特征：挤压力、穿孔力、挤压杆的行程与速度、挤压筒的尺寸等。挤压机的额定能力（最大挤压力）等于工作缸的总面积与工作液体的额定比压的乘积。

在铝及铝合金半成品中，挤压是主要的成型工艺之一，挤压产品占全部半成品的1/3，尤其是生产建筑型材。挤压方法的基本特点是：（1）具有有利于金属塑性变形的应力状态，即强烈的三向压缩应力状态。（2）变形金属与工具间存在着较大的外摩擦力，使变形很不均匀。（3）对生产许多高合金化的铝合金，可获得挤压效应。（挤压效应是指某些铝合金挤压制品与其它加工制品如轧制、拉伸和锻造等经相同的热处理后，前者的强度比后者高，而塑性比后者低。这一效应是挤压制品所特有的特征。）

挤压的三个阶段：

1.填充挤压阶段———充填、挤压上升。

2.平流挤压阶段———金属流动平稳而不交错，挤压力随锭坯长度的减少而直线下降。

3.紊流挤压阶段———锭坯外层金属及两个难变形区（靠近挤压垫及模子角落处的金属也

向模孔流动，形成“挤压缩尾”。挤压力又开始上升，此时应结束挤压操作。）

一、铝合金挤压成形的几个主要变形参数计算

1.挤压系数λ（挤压比）：金属变形量的大小

λ=F筒/F制

F筒、F制——分别为挤压筒和挤压制品的断面积。

2.填充系数

在生产中，把挤压筒断面积F筒与铸锭断面积之比K叫做填充系数或墩粗系数，即

K= F筒/F锭一般取K=1.02-1.12

要考虑铝棒加热的膨胀性，例：20度铝棒加热到520度，其直径是原来的1.0125倍，即直径增大1.25%。挤压管材时，K值过大，可能增加制品低倍组织和表面上的缺陷，铸锭的对中性差，影响管材的内表面质量和增大管材的壁厚差。挤压大截面型材时，K值可增至1.5-1.6，有利于提高制品的力学性能，特别是横向性能。

3.分流比

把各分流孔的断面积与型材断面积之比叫做分流比K

K=∑F分/∑F型

∑F分为各分流孔的总断面积，mm2∑F型为型材的总断面积，mm2

K值越大，越有利于金属流动与焊合，也可减小挤压力，生产空心型材时，K取10-30，生产管材时，取K=8-15。

二、铝合金型材的挤压工艺参数的选择

1.挤压系数的选择

λ增大，铸锭长度缩短，废料增多；

λ增大，挤压力也增加；

λ过小，产品力学性能满足不了技术要求。

一般要求λ≥8，当变形程度较大时（λ≥12），其组织和性能基本是均匀的，当λ≤6，其中心和周边上的组织仍然是不均匀的，且变形程度越小，这种不均匀性越大。

2.模孔个数

对于形状、尺寸复杂的空心和高精度型材，最好采用单孔；对于尺寸、形状简单的型材和棒材可以采用多孔挤压，在选择模孔数目时要注意模子强度，避免模孔间距和模孔边缘间距过小。

一般的实心型材和棒材可选用平面模；空心型材或悬臂太大的半空心型材选择平面分流组合模；硬合金采用桥式模，软合金采用平面分流模。

3.挤压筒直径的选择

选择时应保证模孔至模外缘以及模孔之间必须留有一定的距离，否则会造成不应的废品以及成层、波浪、弯曲、扭拧与长度不齐等缺陷。

4.

前端100-300mm，尾端500-800mm。主要是前端变形不足，常保留有部分铸造组织，尾端外表面易产生粗晶环。

5.挤压温度

热加工的目的，是为了利用金属材料在高温下屈服应力下降这一现象能实现大的变形量。但如果锭坯原始温度和挤压速度引起制品出口温度非常接近该合金的固相温度时，则表面将产生裂纹、粗糙、质量变坏。

当制品的组织、性能不合格时应首先从改变锭坯的加热温度和控制变形区的变形温度入手。在确定挤压温度时，应考虑以下一些因数：

合金的塑性图与状态图，了解合金最佳塑性温度范围和相变情况，避免在多相和相变温度下变形。

挤压过程温度条件的特点，影响温度条件变化的因素和调节方法。

尽可能地降低变形抗力以减少挤压力和作用在工具上的载荷。

保证挤压制品中的温度分布均匀。

保证最大的流出速度。

保持温度不超过该合金的临界温度，以免塑性降低产生裂纹。

保证挤压时金属不粘结工具，恶化制品表面质量。

保证制品的组织均一和力学性能最佳。

5.1铸锭加热温度上限应稍低熔点共晶熔化温度。

5.2对制品无组织和性能要求而且挤压能力又允许的情况下，尽量降低挤压温度，一般下限温度为320℃（不包括纯铝带材）。

5.3为保证2A11、2A12、7A04等合金型棒材具有良好的挤压效应，应采取高的挤压温度（400-450），铸锭加热温度为420-450℃，不得低于380℃。

5.4为了使金属流动均匀和挤压筒免受过于剧烈的热冲击，以及控制粗晶环深度和晶粒大小，

挤压筒温度为400-450度，铸锭加热温度随合金不同而不同。

5.5为保证耐热合金的高温性能，铸锭温度为440-450℃。

5.6挤压2A11合金厚壁型材时，挤压温度应保持在中上限，当低温挤压时（320-340℃）易产生完全再结晶和粗晶粒组织。

5.7 2A50合金挤压时，如发现制品表面有气泡，可将铸锭出炉降温到380-420度再挤压。5.8挤压空心材，为保证焊合良好，挤压温度应采用上限2A12合金为420-480℃，6A02为460-530℃。

5.9挤压6061、6063合金时，为保证挤压热处理效果，应采用高温（480-520）挤压。为使合金中的硅和镁全部固溶于铝中，挤压材料的出口温度应大于500度、小于550度。若大于550度，则材料的表面品质下降，形成粗大组织；若小于455度，就不能获得处于固溶状态的冶金组织，产品力学性能得不到保证。

5.10为保证纯铝带材具有高的力学性能，应采用低温挤压（250-300℃）。

5.11为保证O、F状态交货的1050-1100，3A21、5A02、8A06合金型、棒材具有高的延伸率和低的强度，应采用高温挤压（420-480℃）。

6.

挤压速度受合金、状态、毛料尺寸、挤压方法、挤压力、工模具、挤压系数、制品复杂程度、挤压温度、模孔数量、润滑条件、制品尺寸等因素的影响。挤压制品外形越复杂、尺寸偏差要求越严，挤压速度越低。挤压空心型材时，为保证焊缝品质，必须降低挤压速度，严禁在模孔附近抹油。

６.1挤压的速度条件：

挤压速度表示挤压机主柱塞、挤压杆和挤压垫的移动速度。

金属流出速度表示金属流出模孔时的速度。

变形速度（变形率）是指单位时间内变形量变化的大小。

挤压时速度与温度是联系在一起的。一般来讲，提高挤压速度则必须降低锭坯的加热温度；反之，提高了挤压温度则必须降低挤压速度。

６.2 限制提高金属流速的工艺因素：

表面裂纹：铝合金，特别是高合金化的铝合金在热挤压时最易在制品上出现周期性的裂纹。提高速度，变形抗力增加，变形能增大，变形热增加，增加了变形区内的温度，，使合金进入热脆性区，其结果不得不减小流出速度。

表面质量：流出速度增加，金属与工模具黏结现象加剧，制品表面易划伤而降低产品质量。

尺寸和形状精度：挤压速度越快，变形区内金属流动不均匀性越大，金属出模孔时的非接触变形现象越严重，这就导致制品出模孔后产生弯扭、波浪、形状不规整，尺寸精度差。

焊缝质量：组合模挤压时降低速度有利于提高焊缝质量。

6.3确定允许的最大金属流动速度的准则：

不出现表面裂纹，不形成划道，不粘结工具及其他表面缺陷，保证制品横断面几何尺寸稳定，不出现皱纹、波浪及其他缺陷。

7.锭坯尺寸的选择

增加长度同时减小直径，压余的金属损失减少。为了获得最小挤压力，最合理的是增加锭坯长度。

锭坯直径一般应在满足制品断面力学性能要求和均匀性要求的前提下，尽可能地采用较