铝合金挤压生产知识及注意要点

一、铝合金的挤压生产

挤压生产工艺流程：

1、挤压时金属的变形过程分为三个阶段：

⑴填充挤压阶段；⑵平流压出阶段；⑶紊流压出阶段。

2、挤压比（λ）：挤压筒内铝棒的截面积与挤出型材的截面积之比，称为挤压比（λ）或挤压系数（λ）。

挤压6063型材时，挤压比（λ）在什么范围内最合适？

挤压系数是挤压工艺最重要内容，根据制品外形和截面面积选择挤压筒的直径。挤压系数一般＞9。平模当λ＝9～40时使用寿命较长，分流模的挤压系数应在20～70范围内。系数过小会产生焊接不良。所以挤压空心型材的挤压系数比实心型材的大。如挤压Φ101×25管材，当λ=15时焊合不好，选择λ=38时管材焊合良好。挤压系数太大，挤压困难，而且因铝棒较短造成产品的成品率太低，影响经济技术指标。

3、生产过程中如何控制挤压温度？

铝棒温度应保持在440～520℃之间（以6063为例），加热时间均大于6小时。挤压筒加热到400～440℃。模具温度为400～510℃，保温时间1～4小时。

4、选择挤压温度应遵循哪些原则？

6063合金铝棒挤压温度通常在470～510℃之间，有时也可在较低温度下挤压。选择铝棒温度的原则：⑴为获得较高的机械性能，应选择较高的挤压温度；

1

⑵当挤压机能力不足，可通过提高铝棒温度来提高挤压速度；⑶当模具悬臂过大时，可提高铝棒温度，以减小铝棒对模具的压力及摩擦力；⑷挤压温度过高会使产生气泡、撕裂及由于模具工作带粘铝造成表面划痕严重；⑸为了获得高表面质量的产品，宜在较低温度下挤压

模具加热及保温控制：

5、如何控制挤压速度？

挤压速度是影响生产率的一个重要指标。挤压速度取决于合金种类、几何形状、尺寸和表面状态，同时也与铸锭质量息息相关。要提高挤压速度，必需合理控制铝棒温度、模具温度、挤压筒温度。6063铝合金挤压速度范围为：9～80M/min，其中实心型材为：20～80M/min，空心型材的挤压速度一般为实心型材挤压速度的0．5～0．8倍。

6、均匀化：通常将6063铝棒在560℃保温6～8小时，使合金的Mg2si相以细小质点均匀分布在整个金属基体中，且消除铸造应力，铸锭出炉后以较高速度冷却（水冷或风冷），这种热处理工艺称作均匀化。

2

7、在挤压生产中，均匀化有什么作用？

⑴能提高型材的机械性能；⑵降低挤压力约10～15％；⑶大大提高挤压速度；

⑷降低合金的挤压摩擦，提高模具寿命；⑸减少型材的挤压痕，改善型材的氧化着色质量。

8、挤压机每小时产量按下面公式计算：

As=3600×F×P［1Vi÷tf/（Ld-1）］

其中：As-挤压机每小时产能（t/h）； F-铸锭截面积（㎡）

P-铸锭密度（m3）； tf-辅助机构空程和工作行程时间（秒）

Ld-铸锭长度（m）1-压余长度（m）； Vi-平均挤压速度（m）

9、如何实现6063合金的快速挤压？

⑴严格控制铸锭的化学成分，如采用铝含量99．7％以上的铝锭作为基体，Mg+Si总量在1．0 ％左右，Mg：Si控制在1．5～1．7，Fe含量要在0．20％以下；⑵用Ti-B细化铸锭晶粒，对铸锭均匀化处理；⑶挤压出口处型材温度控制在515～525℃左右；⑷模具工作带应光洁，并生产一定量型材后就要氮化处理重新抛光。

10．型材在挤压过程中，如何消除弯曲、扭拧、尺寸不合格等缺陷？

除了正确设计模具和认真修理模具外，可采取以下措施消除上述缺陷：⑴设置导路：让温度高具有可塑性的型材沿着规定路线移动，从而消除缺陷；⑵使用牵引机：通过牵引型材，起到导路作用，从而克服各模孔流速不均匀而引起的各类缺陷。

11．淬火处理：淬火是为了使模子出口处的型材快速冷却到室温，将在淬火温度下固溶于基体金属中的强化项Mg2Si保留在基体内。6063合金的淬火敏感性较低，可以实现风冷淬火；而6061合金则必需采用水冷淬火。

3

12．张力矫直有什么作用？

张力矫直是使型材在张力作用下产生塑性变形而实现矫直，从而消除型材的弯曲、扭拧、波浪等缺陷。6063-T5合金型材的拉伸量为0．5％～1．5％。13．人工时效处理：人工时效是合金过饱和固溶体在固溶温度以下析出Mg2Si 强化相而使合金强化的过程，人工时效处理是铝合金最重要的热处理，是改善合金组织构造和性能的重要手段，经过人工时效处理后强度可提高50％以上，消除了挤压残余应力，合金元素在时效中变得更均匀，固溶化更好，为氧化着色提供了一个组织均匀的表面，可获得色差小色调均匀的优质型材。时效处理的温度和时间依合金种类、合金元素含量而变化，如果工艺参数选择不当，同样会造成组织结构和表面状态的差异。6063铝合金通常采用200℃，保温两小时，决不宜高于210℃。

时效工艺表：

二、铝合金挤压型材常见缺陷及解决办法

（一）划、擦、碰伤：划伤、擦伤、碰伤是当型材从模孔流出以及在随后工序中与工具、设备等相接触时导致的表面损伤。

主要原因

4

1)铸锭表面附着有杂物或铸锭成分偏析，在挤压过程中金属流经工作带时，

这些杂物或偏析浮出物附着在工作带表面或对工作带造成损伤，，最终对型材表面造成划伤；

2)模具型腔或工作带上有杂物，模具工作带硬度较低，使工作带表面在挤

压时受伤而划伤型材；

3)出料轨道或摆床上有裸露的金属或石墨条内有较硬的夹杂物，当其与型

材接触时对型材表面造成划伤；

4)在叉料杆将型材从出料轨道上时，由于速度过快造成型材碰伤；

5)在摆床上人为拖动型材造成擦伤；

6)在运输过程中型材之间相互摩擦或挤压造成损伤。

解决方法

1）加强对铸锭质量的控制；

2）提高修模质量，模具定期氮化并严格执行氮化工艺；

3）用软质毛毡将型材与辅具隔离，尽量减少型材与辅具的接触损伤；

4）生产中要轻拿轻放，尽量避免随意拖动或翻动型材；

5）在料框中合理摆放型材，尽量避免相互摩擦。

（二）机械性机能不合格

主要原因

1）挤压时温度过低，挤压速度太慢，型材在挤压机的出口温度达不到固溶温度，起不到固溶强化作用；

2）型材出口处风机少，风量不够，导至冷却速度慢，不能使型材在最短的时间内降到200℃以下，使粗大的Mg2Si过早析出，从而使固溶相减少，影响了型材热处理后的机械性能；

5

3）铸锭成分不合格，铸锭中的Mg、Si含量达不到标准要求；

4）铸锭未均匀化处理，使铸锭组织中析出的Mg2Si相无法在较短时间内重新固溶，造成固溶不充分而影响了产品性能；

5）时效工艺不当，热风循环不畅或热电偶安装位置不正确，导至时效不充分或过时效。

解决办法

1）合理控制挤压温度和挤压速度，使型材在挤压机出口温度保持在最低固溶温度以上；

2）强化风冷条件，有条件的工厂可安装雾化冷却装置，以期达到6063合金冷却梯度的最低要求；

3）加强铸锭的质量管理；

4）对铸锭进行均匀化处理；

5）合理确定时效工艺，正确安装热电偶，正确摆放型材保证热风循环通畅。（三）几何尺寸超差

主要原因

1）由于模具设计不合理或制造有误，挤压工艺不当，模具与挤压筒不对中、不合理润滑等，导致金属流动中各点流速相差过大，从而产生内应力致使型材变形；

2）由于拉伸矫直量过大导致型材尺寸超差。

解决办法

1）合理设计模具，保证模具精度；

2）正确执行挤压工艺，合理设定挤压温度和挤压速度；

3）保证设备的对中性；

6

4）采用适中的牵引力，严格控制型材的拉伸矫直量。

（四）条纹挤压型材的条纹缺陷种类比较多，形成因素也较复杂，这里仅就一些常见条纹的产生原因及解决方法加以论述。

A．摩擦纹模具每次抛光上机挤压后，纹路都不能一一对应，有轻有重。

主要原因

在挤压过程中，型材流出模孔的瞬间与工作带紧紧地靠在一起，构成一对热状态下的干摩擦副，且将工作带分成两个区—粘着区和滑动区。在粘着区内，金属质点受到至少来自两个方面的力的作用：摩擦力和剪切力。当粘着区内金属质点所受摩擦力大于剪切力时，金属质点就会粘附在粘着区工作带表面上，并将型材表面擦伤形成摩擦纹。

解决办法

1）调整模具工作带出口角 ，使其在-1～-3°范围内，这样可降低工作带粘着区高度，减小该区的摩擦力，增大滑动区；

2）保证模具氮化处理质量，使模具表面硬度保持在HV900以上；工作带表面渗硫可降低粘着区摩擦力，减少摩擦纹。

B组织条纹

主要原因

铸锭铸造组织不均匀，成分偏析，铸锭表皮下存在较严重的缺陷，铸锭的均匀化处理不充分等，在随后的挤压过程中导致型材表面成分不均匀，从而使型材氧化后的着色能力不相同，形成组织条纹。

解决办法

1）合理执行铸造工艺，消除或减轻组织条纹；

2）铸锭表面车皮；

7

3）严格按工艺对铸锭均匀化处理。

C．金属亮线

在氧化白料中表面发亮，大多数情况下为笔直条状且宽度不定，在氧化着色料和表面喷涂料中该条纹呈浅色条纹。

主要原因

由于金属流动出现摩擦或变形极其剧烈时，金属局部温度会上升很高，另外金属流动不均匀也会导至晶粒发生剧烈破碎，然后发生再结晶，致使该处组织发生变化，在随后的氧化处理中导致型材表面出现纵向的亮条纹，着色处理和表面喷涂中致使型材呈现浅色条纹。

解决办法

1）合理设计模具结构；

2）模具加工注意工作带的过度，工作带要圆滑过渡，避免较大落差。焊合条纹

焊合条纹又称焊合线，笔直通长，在氧化白料中多呈现浅色，着色料和表面喷凃料中多呈浅色。

主要原因

1）挤压比、分流比过小；

2）焊合室深度不够，不能保证有足够的压力；

3）挤压工艺不合理，润滑不当。

解决办法

1）采用大吨位挤压机，提高挤压比；

2）焊合室深度不够，不能保证有足够的压力；

3）设计模具时必需考虑有足够的分流比；保证模桥呈水滴形，消除棱

8

角；设计模具时尽量把焊合线避在角部；

4）合理控制挤压工艺参数。

（五）挤压波纹挤压波纹是指在挤压型材表面出现的类似于水波纹的情况，一般无手感，在光的作用下表现明显。

主要原因

1）牵引机发生周期性上下跳动使型材表面发生局部弯折；

2）模具设计不合理，工作带在挤压力作用下发生颤动导致型材出现波纹。解决办法

1）保证牵引机运行平稳；

2）合理设计模具结构。

（六）气泡型材表层金属与基体金属出现局部连续或断续的分离，表现为圆形或局部连续凸起。

主要原因

1）由于挤压筒经长期使用后尺寸超差，挤压时筒内气体未排除，变型金属表层沿前端弹性区流出而造成气泡；

2）铸锭表面有沟槽或铸锭组织中有汽孔，铸锭在墩粗时包进了汽体，挤压时汽体进入金属表层；

3）挤压时，铸锭或模具中带有水分和油污，由于水和油污受热挥发成汽体，在高温高压的金属流动中被卷入型材表面型成汽体；

4）设备排汽装置工作不正常；

5）金属填充过快造成挤压排气不好。

解决办法

1）合理选择和配备挤压工具，及时检查、修理或更换；

9

2）加强铸锭的质量管理，严格控制铸锭的表面质量和含气量；

3）尽量少涂油或不涂油；

4）保证设备的排气系统正常；

5）合理控制挤压速度，按要求进行排气。

（七）麻面麻面是指在型材表面出现的密度不等、带有拖尾、非常细小的瘤状物，手感明显，有尖刺的感觉。

主要原因

由于铸锭中的夹杂物或模具工作带上粘有金属或杂物，在挤压时被高温高压的铝夹带着脱落，在型材表面形成麻面。

解决办法

1）适当降低挤压速度，采用合理的挤压温度和模具温度；

2）严格控制铸锭质量，降低铸锭中的夹杂物含量，将铸锭进行均匀化处理；

3）加强修模质量管理。

（八）黑斑

型材阳极氧化后局部出现近似圆形的黑色斑点，在型材纵向贴摆床的面上等距离分布或不均匀分布，大小不一。

主要原因

1）由于挤压机出口处风冷量不够，特别是夏季气温高时，导致铝材在较高温度下接触高温毡，接触部位的冷却速度于其它位置不同，有粗大

的Mg2Si相析出，在阳极氧化处理后该部位变为黑灰色。

2）采用水冷却时，因操作不当，冷却不均匀，造成局部部位的冷却速度于其它位置不同，有粗大的Mg2Si相析出，在阳极氧化处理后该部位

变为近似圆形的黑灰色斑块。

10

解决办法

1）加强风冷强度，避免摆床上型材的间隔过小，保证风冷的温度梯度；

2）水冷却时，必需连续供水，保证型材得到充分冷却。

三、铝型材的氧化着色

1．铝合金材质与型材氧化着色的质量有什么关系？

⑴铝合金中对阳极氧化膜光亮度影响较大的元素Cu、Si、Cr、Fe、Zn、Mn等，

这些元素在合金中含量愈小，型材氧化后光亮度就好，Si含量偏高，氧化膜呈灰暗色；Fe含量偏高，氧化膜呈暗黑色；Cu含量偏高，氧化膜呈浅灰至金黄色；Mn含量偏高，氧化膜呈棕色至黑色；Zn含量偏高，氧化膜呈乳浊色等。

⑵合金组份与氧化膜厚度呈近似于反比的关系，既如果合金中Cu、Si、Mn含

量过高，氧化膜厚度很难达到要求；

（3）合金着色处理时，如果合金中的Si、Fe、Cn、Mg、Zn含量偏高，会造成色调灰暗或颜色不均匀。

2．铝型材的竖吊式装架比横吊式装架具有哪些特点？

（1）沾在型材上液体容易流下，节约槽液；

（2）沿型材长度方向上的阳极氧化膜厚度均匀，成品率较高；

（3）装架效率高；

（4）但槽子要深，厂房建造特殊。

3．碱蚀的作用：碱蚀是预处理中一道重要的工序，主要作用是除掉型材表面的天然氧化膜，同时调整金属光泽，整平金属表面和进一步除去表面污物。

4．阳极氧化：在阳极氧化过程中，在合适的电解液里把铝型材作为阳极，以另一电极作为阴极，施加外电压，当通过一定电流时，在阳极中释放氧，在阴极中释放氢，使铝型材表面生成一层致密多孔质的人工氧化膜。

11

5．如何控制氧化槽电解液质量？

⑴如液面出现油污或泡沫，应及时过滤或换掉；

（2）对槽液定期分析，槽液中各种杂质含量不应大于Al﹢20g/l，Fe﹢32g/l，Cl﹣0．2g/l，Cu﹢20．02g/l；

（3）电解液中的含量通过经常刷洗阴极板来消除，必要时将电解液换掉。6．影响型材氧化着色的主要因素是：铝合金材料、电解液组以及型材装架方式，导电梁效果等。

7．如何推导确定电解生成的氧化膜厚度？

电解生成的氧化膜厚度可按法拉弟定律却定：

F=K．I．T

其中：F—氧化膜厚度（um）； K—系数（通常取0．25）

I—电流密度（A/d㎡）； T—电解时间（min）

8．在型材的氧化着色过程中，为什么要严格控制槽液的温度？

在型材的氧化着色过程中，氧化槽和着色槽的槽液的温度都要严格控制在20±2℃，这是由于：⑴氧化槽液如果温度升高，氧化膜溶解速度会加快，造成氧化膜厚度减小和耐蚀性、耐磨性下降。⑵着色槽液如果温度升高，锡盐由二价锡氧化为四价锡，导致槽液混浊和沉淀，使型材着色效果变差。

9.阳极着色：铝型材经过阳极氧化后，得到了新鲜的氧化膜层，由于膜层呈现多孔状且具有强烈的吸附性能，故将型材置于金属盐溶液中进行交流或直流电解，金属离子被电化学还原，并以胶粒子状态沉积在氧化膜孔隙的底部，通过金属粒对光的散射作用而呈现不同颜色。

10．封孔处理有什么作用

铝型材经氧极氧化后形成的氧化膜，由于具有多孔性，表面活性大，故易受

12

腐蚀介质的侵蚀，易吸附污压物，着色的色素体也容易流出，因此型材氧化着色后必需立即进行封孔处理，其作用是：

⑴防止腐蚀介质侵蚀，提高型材耐蚀；

⑵提高氧化膜的抗污染能力；

⑶提高着色膜的稳定性，耐光性和耐气候性。

11．对配制氧化着色槽溶液使用的去离子水应符合什么要求？

为了严格控制氧化着色槽溶液的杂质含量，保证型材的氧化着色质量，对配制的去离子水应符合下列条件：

Cｌ－﹤１６ＰＰｍＦｅ＋３﹤ｌＰＰｍＳＯ－２﹤３０ＰＰｍ

电阻率为５×１０5-106欧姆。厘米。

12．常见的阳极氧化膜检测项目有多少种？

⑴阳极氧化膜厚度；⑵阳极氧化膜封孔质量；⑶着色阳极氧化膜颜色和色差；

⑷阳极氧化膜的耐蚀性；⑸阳极氧化膜的耐磨性；⑹阳极氧化膜的耐候性。13．阳极氧化的常见缺陷成因及处理方法？

阳极氧化的好坏直接影响下一步的着色和封孔，所以这一工序特别重要，一定要按规定的工艺条件认真执行，丝毫不可马虎。下面列出常见缺陷成因及解决办法：

⑴氧化膜太薄：原因是电流密度低，氧化时间不够，料与导电杆接触面积太小。解决方法是提高电流密度，増加氧化时间，不要用巳腐蚀很薄的导电杆。

⑵一挂料中个别膜薄：绑料不够紧，使料与导电杆接触不良。解决办法是碱蚀后应用钳子进一步把料拧紧，使每条料通过的电流基本一置。

⑶耐磨性不好：硫酸浓度过高，铝离子含量超过规定标准。解决办法是使硫酸含量经常保持在150 ～200g/l。铝离子在5～10g/l。

13

⑷型材底部无局部氧化膜：原因是产生的气体不能顺利排除，在料上形成气室。解决办法是，上料要有一定斜度，加强空气搅拌。

⑸氧化膜烧伤发黑：料与导电杆接触不良或接触面不够，导电杆膜未脱净引起电压过高。解决办法是：保持材料与导电杆接触良好，注意导电杆接触面脱尽膜。

⑹氧化膜发白、粉化：原因是温度太高，电流密度过大。解决方法是：严格控制氧化温度在20±1℃，如难以控制这一温度，可加入5～10g/l草酸，电流密度应该在1～1．5A/dm2这一范围。

⑺氧化膜发红：原因是电接触不良，先导电，后来又不导电，膜厚在1微米以下。解决办法是改善电接触。

⑻氧化膜有黑斑：原因是电解液含氧离子过多。出现这种情况可放掉部分氧化液。此外，挤压过程中局部冷却不充分也会出现黑斑，应立即通知前工序解决。

⑼氧化膜出现类似正弦曲线暗条纹：原因是铜离子含量接近或超过0．02％，解决办法同上。

⑽氧化膜出现不规则花纹：氧化前或氧化后不能立即进入下一工序，在空气或清水中停留时间过长。解决方法是使工序连续化。

⑾碱洗、出光后铝材发灰：原因是材料含铜、锌等杂质过多。解决办法是熔铸工序严格控制合金成分。

⑿氧化膜有大面积过腐蚀：原因是苛性钠浓度过高,温度太高,材料含氧化物夹杂.解决方法是降低温度,减少腐蚀时间,加入些缓蚀剂,如柠檬酸、葡萄糖酸钠或长效碱添加剂.

⒀氧化槽刚开动时阳极产生猛烈的气泡:原因是极性接反.

14

14.铝型材在电解着色中的常见缺陷及处理方法？

⑴膜层碎片：原因是电压升高速率太快。解决方法是降低电压速率。

⑵膜层剥落：原因是着色电压太高。解决办法是着色电压不能超过20V。

⑶着色不均匀：原因是氧化膜厚度不均。解决方法是改善阳极氧化槽搅动状况和电流分布。

⑷型材表面出现斑点：原因是电解着色前清洗不彻底、电极表面积与制品表面积的比率太低、电解液中槽液成分含量过低、通电前制品在电解液中浸泡时间太短。解决方法是电解着色前对制品彻底清洗、增加电极表面极、化验分析槽液成分、通电前使制品在电解液中浸1～2分钟。

⑸颜色深浅不一：原因是槽液电解着色力底、制品相互遮盖、电流分布不均。解决办法是检查槽液各成分含量、减少上排量、保证电流在型材和电极上均匀分布。

⑹表面有无色斑：原因是型材表面附着气泡。解决办法是将型材倾斜，使气体逸出。

⑺表面灰粉：原因是着色时间过长。解决方法是缩短着色时间。

15.封孔引起的阳极氧化膜缺陷

16．电泳涂层常见缺陷或防治措施

⑴针孔成因：电泳电压过高，电解反应过剧，产生汽泡过多；混入电泳漆中的杂质（油、润滑脂等）黏附在漆膜上；槽液温度过高；涂料的pH质过剩使漆膜极化能力变底的条件下，抵抗杂质的能力变弱。

防治措施：适当降低电压；除去电泳漆中的油、润滑脂等杂质；控制好槽液温度；提高涂料的pH值并将漆厚度抑制在必要范围。

⑵麻点成因：电解液中存在较大的机械杂质；车间空气中含有尘埃等飘浮

15

物飘落到放在滴干区的工件上；烘炉内存在灰尘等杂物。

防治措施：检查电泳槽过滤装置；搞好车间卫生，防止灰尘飘浮；清洁烤炉。

⑶橘皮成因：助溶剂含量低；补给原漆时没充分乳化；电泳电压过高；涂层过厚；槽液pH值低；槽液中杂质离子含量高。

防治措施：补充助溶剂；原漆补给时进行充分搅拌；降低电泳电压；降低涂层厚度；提高槽液pH值；用离子交换法去除杂质离子。

⑷雾斑成因：酸雾或碱雾飞入电泳涂装车间内，附着在烘烤前的漆膜表面引起局部凝固、交联反映；漆液的中和度偏离控制范围；热水洗槽的温度和pH值控制不好；电泳后水洗槽的pH值太低。

防治措施：注意生产线风向，加强对产生酸雾、碱雾的工序或设备进行排气；控制好漆液的中和度；控制好热水洗槽温度和pH值；控制好电泳后水洗槽的pH值。

⑸涂料滴痕成因：涂料浓度不适当；涂料的脱液不好，电泳后水洗不干净。防治措施：降低漆液浓度；提高溶剂浓度；提高pH值；延长脱掖时间；电泳后进行充分的水洗；并适当降低水洗槽的固体分含量，提高水洗槽的pH值。

⑹漆膜乳白成因：热纯水洗和纯水洗不充分，使阳极氧化膜膜孔中有残留的硫酸根，在电咏涂漆时与漆膜成分发生反应，局部地异常促进漆膜的交联反应而产生。

防治措施：调整热水洗槽温度，对电泳涂装前的水洗工序进行检查，使其水质及清洗时间合乎要求。

⑺接触痕成因：细长工件挂点少（卧式生产线），工件间吊挂间距小，烘烤炉内风压太强而使未固化的工件相互接触产生的痕迹。

防治措施：增加挂点；调整吊挂间距离；降低烘烤炉内的风压。

16