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        空心鋁型材的焊合質(zhì)量問題淺析

        來源:肇慶亞洲鋁廠有限公司  作者:盧眉 林丹蘋  日期:2015-9-10
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          摘要:熱擠壓空心型材的焊縫經(jīng)陽極氧化堿蝕處理后,易出現(xiàn)黑帶或色差嚴重,本文從模具、擠壓生產(chǎn)角度進行分析、論述。
          關(guān)鍵詞:空心型材;擠壓;模具;焊縫

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          前言

          盡管精心設(shè)計和制造模具,不斷提高技術(shù)水平,甚至采用CAD/CAM系統(tǒng),力求設(shè)計和制造出盡可能完美的工模具,但由于擠壓型材斷面(詞條“斷面”由行業(yè)大百科提供)形狀日逐繁多和復(fù)雜,對尺寸精度要求越來越高,以及擠壓生產(chǎn)各種工藝因素的影響和變化等,使得設(shè)計制造出的模具生產(chǎn)出來的型材,仍能出現(xiàn)這樣或那樣的缺陷。

          空心鋁型材是一種常見的裝飾材料和工業(yè)型材。對于空心型材而言,焊縫的質(zhì)量直接影響著型材自身的質(zhì)量。如果焊縫質(zhì)量不過關(guān),鋁型材經(jīng)表面處理后出現(xiàn)黑帶或色差嚴重,就會導(dǎo)致產(chǎn)品報廢,造成無可挽回的損失。因此針對空心鋁型材的焊縫形成機理進行分析,保證空心鋁型材的焊縫質(zhì)量。

          一、焊縫形成的機理

          金屬經(jīng)過分流孔分成幾股重新聚集在焊合室,由于分流橋的存在,橋底不可避免形成金屬流動的剛性(詞條“剛性”由行業(yè)大百科提供)區(qū),使該處金屬原子的擴散結(jié)合速度較慢,金屬的組織致密度降低。所以用分流組合模擠壓型材將不可避免存在焊縫;但良好的焊縫可使型材在經(jīng)表面處理后避免出現(xiàn)或減輕黑帶這樣的現(xiàn)象。要保證焊縫的質(zhì)量,必須使焊合室焊縫處金屬能充分擴散結(jié)合,否則,將形成疏松、顆粒粗大并與其它部位的組織不均一,因此,變形程度要大一些,特別是焊合室的金屬變形量要大,以形成較大的流體靜水壓力。

          擠壓時,金屬的不均勻流動會導(dǎo)致型材制品中產(chǎn)生很大的附加應(yīng)力,從而產(chǎn)生各種缺陷。如焊合線、尺寸不穩(wěn)定、多根型材長短不一等。為克服因金屬流動不均而產(chǎn)生的缺陷,必須研究如何使型材斷面上金屬流出速度一致。影響金屬流出模孔速度的因素可以歸納為如下兩個基本因素:

          1 供給型材斷面上各部分的金屬分配量是否合適。即型材各部分斷面積之比與相應(yīng)供給部分的金屬量之比是否相等。

          2 金屬流動時受摩擦阻力的大小,當供給型材某一部分的金屬量越多,摩擦阻力越小時,型材這部分模孔的流出速度就越快,反之就越慢。

          2.1 金屬供給量的分配比,主要是模具設(shè)計和制造來確定的。當模具制造出來之后,金屬的分配比例就基本固定了。

          2.2 多數(shù)模具而言,顯然金屬分配量已經(jīng)確定,但金屬與模具之間的摩擦阻力是可以改善的。從而達到調(diào)整金屬流速的目的。

          3 金屬與模具之間的摩擦力由三部分組成:

          3.1 金屬與模具之間的接觸摩擦力F1

          F1 = μ?ρ?S

          式中:μ:摩擦系數(shù)

          ρ:單位壓力MPa

          S :金屬與模面的接觸摩擦面積mm2

          由上式可知:ρ和S是一個固定值,對摩擦力F1有影響是μ。因此,要改善金屬與模面的摩擦條件,就能夠起到調(diào)整金屬流動速度作用。

          3.2 金屬與模孔工作帶之間的接觸摩擦力F2

          F2 =μ?ρ?∑S =μ?ρ?∑L1H1

          式中:∑S:金屬與型材斷面各部分模孔工作帶相接觸部分的面積mm2

          L1:相接觸部分的工作帶周長mm

          H1:相接觸部分工作帶寬度mm

          從式中可以看出,ρ和L1是一個定值對摩擦力有影響是摩擦系數(shù)μ和工作帶寬度H1,只要調(diào)整μ和H1,就可以達到調(diào)整金屬流速的目的

          3.3 金屬與金屬之間相對運動的摩擦力F3

          F3 = f?ρ/ц

          式中:f:金屬與金屬的摩擦系數(shù)

          ρ:單位壓力MPa

          ц:金屬的流動速度 mm/min

          從上式可知,f是個變值,隨溫度而變化,在單位壓力不變的情況下金屬流動速度越快,F(xiàn)3值就越小,這時F1和F2所起的作用也就越加明顯。

          因此,在擠壓時,合理地控制擠壓溫度和擠壓速度就可明顯地改變金屬的流速。

          二、烽縫嚴重產(chǎn)生的原因

          1 擠壓力過低,則焊合力較低。造成擠壓力低的因素是綜合的,有模具上的因素也有工藝上的。有以下幾種情況:

          1.1 擠壓比較低時,可提高模具焊合力:增加上模厚度、適當減小分流孔;

          1.2 根據(jù)型材外形尺寸及截面形狀,適當調(diào)整擠壓溫度10~20℃。

          1.3 選擇合適的擠壓機,即將該型材安排在較大的機型上擠壓。

          1.4 加深焊合室(可通過將分流橋“下沉”的方法)。但要注意沉橋也會降低擠壓力,因此使用此法時要根據(jù)具體的情況而定。在生產(chǎn)過程中,隨著模具的磨損,型材的壁厚也隨著增大,擠壓比也降低,磨損到一定的程度,焊縫的嚴重將會影響型材的表面質(zhì)量。

          2 分流孔設(shè)計過大(特別是對于擠壓比低的型材),使擠壓力降低,從而降低焊合力。

          2.1 焊合室過淺或容積過小,形成不了足夠的靜水壓力。合理的是在保證模芯剛性、強度的前提下,加大焊合室的容積。可以是加大焊合室的斷面積,也可以是增加焊合室的高度。

          2.2 分流孔布局不合理、分流橋設(shè)計及加工不合理。應(yīng)盡量使焊縫往角部或非裝飾面靠,并采用滴水形分流橋及合理的焊合角,使焊點落在焊合室平面之上(即預(yù)成型區(qū)內(nèi))。

          3 生產(chǎn)工藝的影響

          3.1 鑄棒的內(nèi)部缺陷易出現(xiàn)在空心型材的焊縫上(難變形區(qū))。Mg、Si總量過高以及Fe含量過高將加劇焊合不良,建議Mg、Si比約在1.2~1.4范圍內(nèi),F(xiàn)e含量低于0.20%可得到較好的焊縫質(zhì)量。

          3.2 擠壓溫度及擠壓速度

          鋁棒的溫度高是有利于金屬的擴散結(jié)合,但金屬粘結(jié)模具現(xiàn)象的加劇,同時,棒溫高,金屬的組織晶粒生長和成長速度加快,焊縫組織粗大。擠壓速度過快,金屬變形功增大,金屬溫度升高較大。另外,擠壓溫度過高,擠壓力將降低,因而又降低了焊合力。因此,擠壓時應(yīng)控制好棒溫及模具方面,減少其它因素對型材的影響。

          3.3 擠壓盛錠筒

          盛錠筒溫度的合理選擇,對于厚壁型材建議擠壓筒溫度稍提高5℃左右,而對于薄壁型材及分流孔過大的情況下,可適當降低5℃左右,另一方面,需定時清擠壓筒,余積氧化皮多,或者擠壓筒已變形如鼓形,以及擠壓筒與擠壓墊間隙過大,這些均影響焊縫質(zhì)量。

          3.4 淬火(詞條“淬火”由行業(yè)大百科提供)

          冷卻不均勻也將影響焊縫的質(zhì)量。出料滑出臺采用石墨制品時,與石墨接觸的一面,散熱不及時,局部的溫度上升,從而加速了該面焊縫處晶粒的長大,氧化后型材也易出現(xiàn)黑帶的現(xiàn)象。但設(shè)備的冷卻能力足夠的話,也可避免此現(xiàn)象。所以,滑出臺最好采用高溫氈,且不易擦花型材。

          3.5 氧化堿蝕的影響

          要減輕焊縫對表面質(zhì)量的影響,也可以相對調(diào)整堿蝕時間、溫度。

          結(jié)束語

          解決空心型材的焊合質(zhì)量問題,先要“診斷”模具,然后選擇合理的工藝或者根據(jù)模具的情況調(diào)整擠壓工藝。焊合不良或者焊縫嚴重的結(jié)果是型材在經(jīng)陽極氧化表面處理后產(chǎn)生諸如黑帶、色差等色帶現(xiàn)象,影響使用質(zhì)量。

          參考文獻:

          1、吳錫坤《鋁型材加工使用技術(shù)手冊》

          2、王祝堂,田榮璋《鋁合金及其加工手冊(第三版)》

          3、張士林,任頌贊《簡明鋁合金手冊》

          4、朱祖芳《鋁陽極氧化工藝技術(shù)應(yīng)用手冊》(第二版)

          5、劉靜安《鋁型材擠壓模具設(shè)計、制造、使用及維修 》

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        • 空心鋁型材的焊合質(zhì)量問題分析

            空心型材是常見的鋁合金裝飾材料及工業(yè)型材,也是鋁加工廠經(jīng)常生產(chǎn)的品種,由于擠壓機能力的不同,可能在不同的機型上生產(chǎn)不同的空心型材,例如,在5MN機上生產(chǎn)25mm×38mm扁管,8MN機上生產(chǎn)100mm×25mm管材以及在18MN或更大的

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