1 目前，大多數(shù)擠壓機(jī)生產(chǎn)鋁及鋁合金擠壓產(chǎn)品仍采用無潤滑正向擠壓方式，生產(chǎn)過程中只有保證產(chǎn)品的出口溫度，才能保證產(chǎn)品的組織與性能，同時(shí)生產(chǎn)效率、工具壽命、能量消耗等都有很大的影響。擠壓出口溫度與合金的類別、坯料溫度、擠壓速度、變形程度、工具加熱溫度等因素有關(guān)，在擠壓變形過程中，由于塑性功和摩擦功生熱，使擠壓產(chǎn)品出口溫度上升。若型材產(chǎn)品出口溫度過高，將導(dǎo)致產(chǎn)品表面質(zhì)量、性能組織等方面的缺陷產(chǎn)生。
J.zhou等人通過有限元模擬軟件對(duì)7075鋁合金成形過程進(jìn)行了模擬，結(jié)果表明，通過調(diào)整擠壓速度可使型材出口溫度的變化控制在±10℃以內(nèi)，并且模具受力更為均勻。目前，國內(nèi)外專家及企業(yè)工廠均在研究坯料溫度、擠壓速度、工模具溫度等工藝參數(shù)對(duì)型材出口溫度的影響規(guī)律，并建立等溫?cái)D壓自動(dòng)控制模型，最終攻破等溫?cái)D壓技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)。但是，目前對(duì)于等溫?cái)D壓的研究，大多是通過數(shù)值模擬或者理論計(jì)算結(jié)果開展進(jìn)行的，與實(shí)際情況有一定差距。本試驗(yàn)對(duì)6063鋁合金擠壓出口溫度以及對(duì)應(yīng)的擠壓工藝參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并對(duì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，最終討論分析6063鋁合金擠壓出口溫度的影響因素及相應(yīng)影響大小，指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)實(shí)際，提升6063鋁合金的擠壓效率。
2 試驗(yàn)材料與方法
該試驗(yàn)用材料為6063鋁合金均質(zhì)化坯料，擠壓機(jī)臺(tái)噸位為1620T，擠壓筒內(nèi)徑185mm，擠壓坯料尺寸Φ178mm。
表1 6063鋁合金試驗(yàn)材料化學(xué)成分（Wt%）
在不同的擠壓速度、坯料溫度、擠壓筒溫度、擠壓比條件下進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)。試驗(yàn)過程型材出口溫度由紅外線測(cè)溫儀測(cè)量，坯料及擠壓筒溫度由熱電偶測(cè)量，擠壓速度通過牽引機(jī)的牽引速度測(cè)量得到，擠壓行程通過觸發(fā)行程開關(guān)傳感器系統(tǒng)計(jì)算得出，所有數(shù)據(jù)均實(shí)時(shí)在線采集。
圖2 試驗(yàn)擠壓型材產(chǎn)品斷面示意圖
3 試驗(yàn)結(jié)果與分析
3.1 擠壓出口溫度溫升
擠壓產(chǎn)品的出口溫度基本上可由坯料的初始熱焓加上擠壓變形功減去傳向工模具的熱量來確定。在剛開始擠壓時(shí)，產(chǎn)品出口溫度等于坯料的加熱溫度。當(dāng)處于變形區(qū)內(nèi)的鋁金屬受到擠壓時(shí)，變形熱會(huì)使出口溫度急劇上升。擠壓過程中坯料表面與擠壓筒壁之間的滑動(dòng)摩擦產(chǎn)生的剪切變形所生成的熱量，最初儲(chǔ)存在坯料內(nèi)，然后隨著流變的金屬進(jìn)入變形區(qū)。因此，如果沒有大量的熱量傳導(dǎo)人工模具內(nèi)，則出口溫度也會(huì)進(jìn)一步升高。擠壓溫升（即型材出口溫度與坯料溫度的差值）由式（1）所示坯料在擠壓過程中產(chǎn)生的熱量變化Q所決定，大瀝鋁材網(wǎng)
Q=Q1＋Q2－Q3 （1）
式中：
Q1一坯料在變形區(qū)由于變形而產(chǎn)生的熱量；
Q2一坯料和工模具（擠壓筒、擠壓墊、擠壓模）之間由于摩擦產(chǎn)生的熱量，以及坯料在變形死區(qū)剪切產(chǎn)生的熱量；
Q3一坯料與工模具之間的熱傳導(dǎo)；
Q1、Q2使合金溫度上升，由于擠壓筒溫度、工模具溫度均低于坯料溫度，因此Q3使合金溫度下降。
在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，不同擠壓進(jìn)程中出口溫度變化存在一定規(guī)律，擠壓初始階段型材出口溫度急劇上升，之后溫度趨于平穩(wěn)，而在擠壓末端略有下降。主要是因?yàn)閿D壓產(chǎn)品在大變形情況下，金屬在模具工作帶附近因塑性變形和劇烈摩擦瞬間即產(chǎn)生大量熱量，從而使得型材出口溫度陡然上升；而在穩(wěn)定擠壓過程中，合金生熱和散熱達(dá)到平衡，型材出口溫度保持恒定；在擠壓尾部階段，由于擠壓速度下降，坯料與工模具的熱傳導(dǎo)時(shí)間增長，導(dǎo)致型材尾部溫度下降。
3.2 坯料溫度的影響
表2 不同坯料溫度的型材出口溫度對(duì)比
無論坯料溫度高或低，當(dāng)擠壓速度相同時(shí)，型材出口溫度相同。擠壓溫升與坯料溫度呈反比例關(guān)系，坯料溫度越低，擠壓過程中合金的溫度上升越多，相反，坯料溫度越高，擠壓過程中合金溫度上升越少。從式（1）可以分析得出：當(dāng)坯料溫度升高，鋁合金的變形抗力降低，因此外力做功減少，即塑性變形生熱Q1和摩擦與剪切變形生熱Q2越少，而與工模具傳導(dǎo)的Q3卻增多，因此總的熱量變化Q減少，即擠壓溫升下降。dalilvcai.com
3.3 擠壓速度的影響
表3 不同擠壓速度的型材出口溫度對(duì)比
擠壓速度越快，則型材出口溫度越高，擠壓溫升也越大。當(dāng)坯料和工模具溫度一定時(shí)，擠壓過程發(fā)生的熱量變化主要由塑性變形功Q1和摩擦與剪切功Q2決定。在較高的擠壓速度下，由于散熱時(shí)間減少，工模具的熱交換Q3也會(huì)減少，進(jìn)一步使Q上升，即擠壓溫升提高。
3.4 擠壓比的影響
表4 不同擠壓比的型材出口溫度對(duì)比
由上表可知，在同一條件下，擠壓比較大的型材擠壓溫升較大。在擠壓比較大的情況下，則變形程度越大，變形功越大，產(chǎn)生的熱量也越大，從而使擠壓溫升更高。
表5 不同擠壓筒溫度的型材出口溫度對(duì)比
從式（1）中可知，擠壓筒溫度對(duì)擠壓溫升的影響體現(xiàn)在為Q3項(xiàng)，擠壓筒溫度越高，它與坯料之間的溫差越小，傳導(dǎo)的熱量相對(duì)也減少。在其它條件不變的情況下，當(dāng)Q3減少時(shí)，總的熱量變化Q是增加的，因此擠壓溫升提高。相反，模具溫度越低則擠壓溫升越少。
4 擠壓出口溫度控制方案
4.1 坯料溫度
鋁合金坯料加熱溫度的上限應(yīng)低于合金低熔點(diǎn)共晶熔化溫度，6063合金是Al-Mg-Si系合金，其主要強(qiáng)化相為Mg2Si。如圖3可知，Al-Mg2Si的共晶溫度為595℃，因此坯料加熱溫度上限應(yīng)控制在此溫度以下。在實(shí)際生產(chǎn)中，為保證擠壓熱處理效果，一般采用高溫?cái)D壓，即坯料溫度在480-520℃間，但坯料溫度較高，相對(duì)擠壓出口溫度就越高，對(duì)產(chǎn)品表面質(zhì)量造成較大的影響，故需進(jìn)行降低擠壓速度生產(chǎn)，從而降低了生產(chǎn)效率。從試驗(yàn)結(jié)果，坯料溫度為430-460℃時(shí)，擠壓出口溫度可達(dá)到515℃以上，溫度范圍為515-540℃區(qū)間，完全可以滿足淬火溫度的要求，而又可提升擠壓速度，提升了生產(chǎn)效率。
圖3 Al-Mg2Si的偽二元相圖
4.2 擠壓速度
生產(chǎn)過程中，在保證擠壓制品尺寸合格、不產(chǎn)生擠壓裂紋、扭擰、波浪等缺陷的前提下，設(shè)備能力許可的條件下，盡量選用較大的擠壓速度，提升生產(chǎn)效率。擠壓速度與坯料溫度有關(guān)，坯料溫度越高，擠壓速度越低，因?yàn)閿D壓溫度較高時(shí)，快速擠壓會(huì)引起摩擦力增大，變形能增加，使變形區(qū)金屬溫度劇烈升高，進(jìn)入熱脆狀態(tài)而開始形成裂紋。從試驗(yàn)可知，為確保產(chǎn)品組織性能與表面質(zhì)量，擠壓出口溫度應(yīng)控制在510-540℃范圍，故結(jié)合坯料溫度控制范圍，擠壓速度可控制在15-50m/min，同較高坯料溫度的擠壓速度相比，有較大的提高。
4.3 擠壓筒溫度
6063鋁合金在擠壓時(shí)為了防止坯料溫降，造成塞模和工模具的損壞，為保證鋁型材產(chǎn)品組織、性能的均勻性，擠壓筒需要進(jìn)行充分的預(yù)熱，并保持一定的溫度控制。結(jié)合試驗(yàn)過程，為保證擠壓出口溫度在合理范圍內(nèi)，降低擠壓過程的溫升，從而可以提高擠壓速度，提升生產(chǎn)效率，擠壓筒的加熱保溫溫度應(yīng)控制在390-420℃。
5 結(jié)論
擠壓出口溫度是鋁合金擠壓過程中最重要的工藝參數(shù)之一，決定了產(chǎn)品的組織、性能及表面質(zhì)量等。本文分析了6063鋁合金型材擠壓出口溫度的主要影響因素，并對(duì)不同因素進(jìn)行了試驗(yàn)研究。試驗(yàn)表明，通過針對(duì)性地采取各影響因素的工藝參數(shù)控制方案，可以較好地控制擠壓出口溫度，從而確保了產(chǎn)品的組織性能和表面質(zhì)量，提升了生產(chǎn)效率。
通過對(duì)6063合金擠壓出口溫度影響因素的試驗(yàn)和分析，可得出以下結(jié)論：
?。?）擠壓出口溫度的影響因素主要有坯料溫度、擠壓速度、擠壓筒溫度、擠壓比等。
?。?）坯料溫度差異范圍為20-30℃，其它條件均一致，型材出口溫度無差異，坯料溫度越低，擠壓溫升越高。
（3）擠壓速度差異范圍為2-8m/min，其它條件均一致，結(jié)果為擠壓速度越快，型材出口溫度越高，溫升差異范圍為10-25℃。
?。?）擠壓比差異范圍為10-20，其它條件均一致，型材出口溫度隨著擠壓比增大則升高，溫升差異范圍為10-20℃。
?。?）擠壓筒溫度差異范圍為10-20℃，其它條件均一致，型材出口溫度隨擠壓筒溫度的增高而升高，溫升差異范圍為10-20℃。
?。?）現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)實(shí)際中，可以結(jié)合產(chǎn)品結(jié)構(gòu)本身，控制擠壓溫度范圍為430-460℃，擠壓筒溫度范圍為390-420℃，擠壓速度范圍為15.0-40.0m/min，將擠壓出口溫度范圍控制在510-540℃，可得到較好組織性能和表面質(zhì)量的產(chǎn)品，并且提高擠壓生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本。
