铝型材挤压过程中模痕产生的原因及解决方法

2019-06-05 11:29:23

铝型材挤压过程中,沿着挤出方向,在挤出铝型材产品的表面上产生纵向连续的线条,称之为模痕。模痕的外观如图1所示。


模痕产生的原因来自于挤压模具本身、铝型材挤压工艺及材料三个方面。在模具方面,挤压模具工作带的光洁度、加温工艺及工作带长短均会对模痕产生影响。工作带未抛光或抛光效果不好的模具,在挤出产品的表面会产生模痕,如图2所示;模具在长时间生产后,通过反复加温及抛光,模具工作带基体受损或氮化层剥落,会导致模痕的产生,需要重新氮化及抛光后再投入使用;模具加温时间过长、温度越高,会使模具工作带氧化或发生部分退火使强度降低(俗称“红包”),也会导致模痕的产生;此外,模具工作带越长,在挤出过程中摩擦时间也越久,会使工作带粘铝,导致挤出铝材的表面变粗,甚至产生模痕。



在挤压工艺方面,挤压温度越高,铝合金的粘度增加,会使挤出产品表面产生模痕的几率增加,同时,挤压速度过快也会导致模痕产生。在挤压5×××合金与7×××合金管材的时候,因材料的合金含量高,在挤压模具工作带的出口部位极易析出少量颗粒状的硬质化合物相(图3),使产品表面产生模痕,这种模痕多数情况下是不规则的,非连续的。模痕产生的因果图见图4。


 
<!--[if !supportLists]-->2、  <!--[endif]-->防止模痕产生的办法
通过对模痕产生原因的分析,我们可以试着分析防止或减少模痕产生的办法(表1)。
 
 

 

  影响因素 解决办法
1 挤压模具 <!--[if !supportLists]-->①    <!--[endif]-->建立模具抛光合格的基准,日常模具抛光工作依据基准执行;
<!--[if !supportLists]-->②    <!--[endif]-->模具设计时,选取合适的工作带长度,在产品尺寸的稳定性与挤出产品表面质量上找到平衡点;
<!--[if !supportLists]-->③    <!--[endif]-->建立模具依据生产量的氮化制度,按时氮化模具;
<!--[if !supportLists]-->④    <!--[endif]-->严格执行模具加温工艺,防止模具过烧;
2 挤压工艺 <!--[if !supportLists]-->①    <!--[endif]-->在满足淬火要求及焊合质量的情况下,尽可能降低挤压温度,高温挤压对材料表面没有好处;
<!--[if !supportLists]-->②    <!--[endif]-->挤压速度要根据不同的合金及产品要求,在生产过程中调试,找到最佳挤压时间;
3 挤压材料      挤压高合金含量的材料时,可以采取给挤压模具充氮降温的方式,降低模具温度,减少合金相在工作带出口析出;
表1:模痕产生的防止办法
 
<!--[if !supportLists]-->3、  <!--[endif]-->模痕深度的测量办法
选用一段表面有模痕的产品,采取两种测量方法对模痕深度进行测量对比,测量方式、过程及结果如下:
3.1用显微镜测量产品截面模痕深度


 
图5:镶样测量模痕深度流程图
测量结果:模痕深度34um;


 
图6:光学显微镜测量模痕深度结果
3.2用粗糙度仪测量模痕深度
测量结果:模痕深度32um


图7:粗糙度仪测量模痕深度结果
3.3两种测量方法及优劣点对比
 
 

 

测量方法 测量结果 优点 缺点
镶样投影 34um 能清楚观察到模痕的截面形貌 直接切断后模痕不可见,必须要镶样、抛光后才可以测量,速度慢,效率低
粗糙度仪 32um 测量速度快,效率高 对粗糙度仪针头的精密度要求高,针尖测量角越小结果越准确
在实际生产中,可以用粗糙度仪直接测量模痕深度,提高测量效率。
表2:两种模痕深度测量方法优缺点对比
<!--[if !supportLists]-->4、  <!--[endif]-->阳极处理与机械抛光对模痕的消除程度
模痕在挤压过程中不可避免,但并不是所有表面有模痕的产品都不能接受,通过后段的机械抛光或阳极处理工序,模痕对产品外观的影响可以减轻,同时一些轻微的模痕可以去除掉。选取同一批次挤压的产品3pcs,通过抛光、阳极处理后测量模痕深度,与挤压材进行对比,结果如表3所示:

 

模痕深度 深度5-7um 深度2-3um 深度4-5um
说    明 有轻微手感,外观看上去较为明显,是本公司阳极氧化料的最大可接受程度(即符合内控外观三级标准) 采用麻轮抛光,抛光后模痕变细,外观看上去清晰可见,再通过阳极处理后,基本上可以完全除去掉 挤压材直接阳极氧化(未抛光),虽然模痕深度并未明显减小,但模痕外观变得模糊,符合绝大部分客户对氧化料外观要求
表3:挤压材、阳极处理、机械抛光模痕深度与形貌对比
当模痕深度在8um以上时,用手触摸有明显手感,普通阳极处理就无法消除模痕对产品外观的影响。由此可见,阳极处理对模痕的消除程度是有限的,只有当模痕深度在7um以下时,普通阳极处理可以基本消除表面模痕对产品外观的影响。如果工序中设计有机械抛光工序,则挤压材的模痕深度可以允许放宽至10um左右。
 
小结:模痕是挤压缺陷之一,对产品外观有不良的影响。但模痕是可控的,通过对模具设计、模具使用的管理,对挤压工艺的改善,是可以将模痕发生的严重程度降低到最小。同时,通过对不同深度的模痕进行测量,再进行后段的阳极氧化与抛光试验,可以建立不同品质要求的挤压材模痕深度的外观限度标准,对挤压材外观判定起到有效的指导作用。

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