1 化學(xué)成分的優(yōu)化控制
6063-T5建筑
鋁型材必須具備一定的
力學(xué)性能。在其他條件相同時(shí)，其
抗拉強(qiáng)度、
屈服強(qiáng)度隨含量增加而升高。6063臺(tái)金的強(qiáng)化相主要是Mg2Si相，到底Mg、Si和Mg2Si的量應(yīng)取多少為好？Mg2Si相是由2個(gè)鎂原子同1個(gè)硅原子組成，鎂的相對(duì)原子質(zhì)量為24．3l，硅的相對(duì)原子質(zhì)量為28．09，因此Mg2Si化合物中，鎂硅的質(zhì)量比為1．73：1。
因此，可根據(jù)以上分析結(jié)果，如果鎂硅含量比值大于1．73，則
合金中鎂除形成Mg2Si相外，還有過(guò)剩鎂，反之比值小于1．73，則表明硅除形成Mg2Si相外，還有剩余硅。
鎂過(guò)剩對(duì)合金力學(xué)性能是有害的。鎂一般控制在0．5％左右，Mg2Si總量控制在0．79％。當(dāng)硅過(guò)剩0．01％時(shí)合金的力學(xué)性能σb約為218Mpa，已大大超過(guò)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)性能，并過(guò)剩硅從0．01％提高到0．13％，σb可提高到250Mpa，即提高14．6％。要形成一定量的Mg2Si，必須首先考慮到Fe與Mn等雜質(zhì)含量造成的硅損失，即要保證有一定量的過(guò)剩硅。為了使6063合金中的鎂充分與硅匹配，實(shí)際配料時(shí)，必須有意識(shí)地使Mg：Si＜1．73。鎂的過(guò)剩不僅削弱強(qiáng)化效果，而且又增加了產(chǎn)品成本。
因此，6063合金的成分一般控制為：Mg：0．45％-0．65％；Si：0．35％-0．50％；Mg：Si=1．25-1．30；雜質(zhì)Fe控制在＜0．10％-0．25％；Mn＜0．10％。
2 優(yōu)化
鑄錠均勻化
退火工藝
在民用
擠壓型材生產(chǎn)時(shí)，6063合金的高溫均勻化退火規(guī)范為：560±20℃，
保溫4-6h，
冷卻方式為出爐強(qiáng)迫風(fēng)冷或噴水急冷。
合金的均勻化處理能提高擠壓速度，同未均勻化處理的鑄錠相比，大約可使擠壓力降低6％-10％。均勻化處理后冷卻速度對(duì)組織的析出行為有重要的影響。對(duì)均熱后快冷的鑄錠，Mg2Si幾乎能全部
固溶于
基體，過(guò)剩的Si也將固溶或以彌散析出的細(xì)小質(zhì)點(diǎn)存在。這樣的鑄錠可以在較低溫度下快速擠壓，并獲得優(yōu)良的力學(xué)性能和表面光亮度。
在
鋁型材擠壓生產(chǎn)中，以燃油或燃?xì)?a href='../../zsk/ct.asp?id=8678' target='_blank' style='font-size:1em; border-bottom:1px dotted blue;'>加熱爐替代電阻
加熱爐可收到明顯的節(jié)能降耗效果。合理地選擇爐型、燃燒器及
空氣循環(huán)方式可使?fàn)t子獲得均勻穩(wěn)定的加熱性能，達(dá)到穩(wěn)定工藝提高產(chǎn)品質(zhì)量的目的。
燃燒式鑄錠加熱爐經(jīng)幾年來(lái)運(yùn)行和不斷改善，目前市場(chǎng)上已推出燃燒效率高于40％的爐型。鑄錠裝爐后迅速升溫到570℃以上，并經(jīng)一段保溫時(shí)間后，在出料區(qū)冷卻到接近擠壓溫度時(shí)出爐擠壓，鑄錠在加熱爐經(jīng)歷了半均勻化過(guò)程，這一過(guò)程稱半均質(zhì)處理，基本上符合6063合金
熱擠壓工藝要求，從而可省單獨(dú)的均勻化工序，可大大節(jié)省
設(shè)備投資和能耗，是一種值得推廣的工藝。
3 優(yōu)化擠壓和
熱處理工藝
3．1 鑄錠加熱
對(duì)擠壓生產(chǎn)來(lái)說(shuō)，擠壓溫度是最基本的且最關(guān)鍵的工藝因素。擠壓溫度對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率、
模具壽命、能量消耗等都產(chǎn)生很大影響。
擠壓最重要的問(wèn)題是
金屬溫度的控制，從鑄錠開(kāi)始加熱到擠壓型材的
淬火都要保證可溶解的相組織不從固溶中析出或呈現(xiàn)小顆粒的彌散析出。
6063合金鑄錠加熱溫度一般都設(shè)定在Mg2Si析出的溫度范圍內(nèi)，加熱的時(shí)間對(duì)Mg2Si的析出有重要的影響，采用快速加熱可以大大減少可能析出的時(shí)間。一般來(lái)說(shuō)，對(duì)6063合金鑄錠的加熱溫度可設(shè)定為：
未均勻化鑄錠：460-520℃；均勻化鑄錠：430-480℃。
其擠壓溫度在操作時(shí)視不同制品及單位壓力大小來(lái)調(diào)整。在擠壓過(guò)程中鑄錠在
變形區(qū)的溫度是變化的，隨著擠壓過(guò)程的完成，變形區(qū)的溫度逐漸升高，而且隨著擠壓速度的提高而提高。因此為了防止出現(xiàn)擠壓
裂紋，隨著擠壓過(guò)程的進(jìn)行和變形區(qū)溫度的升高，擠壓速度應(yīng)逐漸降低。
3．2 擠壓速度
擠壓過(guò)程中必須認(rèn)真控制擠壓速度。擠壓速度對(duì)變形熱效應(yīng)、變形
均勻性、再結(jié)晶和固溶過(guò)程、制品力學(xué)性能及制品表面質(zhì)量均有重要影響。
擠壓速度過(guò)快，制品表面會(huì)出現(xiàn)麻點(diǎn)、裂紋等傾向。同時(shí)擠壓速度過(guò)快增加了金屬變形的不均勻性。擠壓時(shí)的流出速度取決于合金種類和型材的幾何形狀、尺寸和表面狀況。
6063合金型材擠壓速度(金屬的流出速度)可選為20-100米/分。
近代技術(shù)的進(jìn)步，擠壓速度可以實(shí)現(xiàn)程序控制或模擬程序控制，同時(shí)也發(fā)展了等溫?cái)D壓工藝和
CADEX等新技術(shù)。通過(guò)自動(dòng)調(diào)節(jié)擠壓速度來(lái)使變形區(qū)的溫度保持在某一恒定范圍內(nèi)，可達(dá)到快速擠壓而不產(chǎn)生裂紋的目的。
為了提高生產(chǎn)效率，在工藝上可以采取很多措施。當(dāng)采用感應(yīng)加熱時(shí)，沿鑄錠長(zhǎng)度方向上存在著溫度梯度40-60℃(梯度加熱)，擠壓時(shí)高溫端朝擠壓模，低溫端朝擠壓墊，以平衡一部分變形熱；也有采用水冷模擠壓的，即在模子后端通水強(qiáng)制冷卻，試驗(yàn)證明可以提高擠壓速度30％-50％。
近年來(lái)在國(guó)外用氮?dú)饣蛞旱鋮s模具(擠壓模)以增加擠壓速度，提高模具壽命和改善型材表面質(zhì)量。在擠壓過(guò)程中將氮?dú)庖綌D壓模出口處放出，可以使被冷卻的制品急速
收縮，冷卻擠壓模和變形區(qū)金屬，使變形熱被帶走，同時(shí)模子出口處被氮的氣氛所控制，減少了鋁的
氧化，減少了
氧化鋁粘接和堆積，所以氮?dú)獾睦鋮s提高了制品的表面質(zhì)量，可大大的提高擠壓速度。CADEX是最近發(fā)展的一種擠壓新工藝，它擠壓過(guò)程中的擠壓溫度、擠壓速度和擠壓力形成一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)，以最大限度地提高擠壓速度和生產(chǎn)效率，同時(shí)保證最優(yōu)良的性能。
3．3 機(jī)上淬火
6063-T5淬火是為了將在高溫下固溶于基體金屬中的Mg2Si出�？缀蠼�(jīng)快速冷卻到室溫而被保留下來(lái)。冷卻速度常和強(qiáng)化相含量成正比。6063合金可強(qiáng)化的最小的冷卻速度為38℃/分，因此適合于
風(fēng)冷淬火。改變風(fēng)機(jī)和風(fēng)扇轉(zhuǎn)數(shù)可以改變冷卻
強(qiáng)度，使制品在
張力矯直前的溫度降至60℃以下。
3．4 張力矯直
型材出�？缀�，一般皆用牽引機(jī)牽引。牽引機(jī)工作時(shí)在給擠壓制品以一定的牽引張力，同時(shí)與制品流出速度同步移動(dòng)。使用牽引機(jī)的目的在于減輕多線擠壓時(shí)長(zhǎng)短不齊和抹傷，同時(shí)也可防止型材出模孔后扭擰、
彎曲，給張力矯直帶來(lái)麻煩。
張力矯直除了可以使制品消除縱向形狀不整外，還可以減少其殘余
應(yīng)力，提高強(qiáng)度特性并能保持其良好的表面。
3．5 人工時(shí)效
時(shí)效處理要求溫度均勻，溫差不超過(guò)±3-5℃。6063合金人工時(shí)效溫度一般為200℃。時(shí)效保溫時(shí)間為1-2小時(shí)。為了提高力學(xué)性能，也有采用180-190℃時(shí)效3-4小時(shí)，但此時(shí)生產(chǎn)效率會(huì)有所降低。
3．6 鑄錠長(zhǎng)度的優(yōu)化與計(jì)算
鑄錠長(zhǎng)度的計(jì)算方法有體積法和質(zhì)量法。通過(guò)建立數(shù)學(xué)關(guān)系式，就很容易地選取出最佳的鑄錠規(guī)格，大大提高型材的幾何成品率。
(1) 體積法
Vo=V1十Vn
AoLo=A1·L1十A·Ln
Lo/Ko=L1/λ十Ln
Lo=(L1/λ+Ln)·K
式中：Vo——鑄錠體積(mm3)；
V1——型材體積(mm3)；
Vn——壓余體積(mm3)；
Ao——鑄錠面積(mm2)；
Lo——鑄錠長(zhǎng)度(mm)；
A1——型材
截面積(mm2)；
L1——型材長(zhǎng)度(mm)；
A——擠壓筒面積(mm2)；
Ln——壓余長(zhǎng)度(mm)；
K=A/Ao 充填系數(shù)；
λ=A/A1擠壓系數(shù)。
按照體積不變道理，經(jīng)簡(jiǎn)化之后整理為公式(1)，K與Ln可以認(rèn)為是常數(shù)，只要求λ，確定Lmax，可方便地求出Lo，即鑄錠長(zhǎng)度。
(2)質(zhì)量法
mo=m1十mn
ρLoLo=L1·ρL1+mn
Lo=(L1·ρL1+mn)·PLo
式中：Lo 鑄錠長(zhǎng)度；
L1 型材壓出長(zhǎng)度(m)；
ρL1型材線
密度(Kg/m)；
mn 壓余重量(Kg)；
mo 鑄錠重量(kg)
m1 壓出型材重量(kg)
ρLo鑄錠線密度(Kg/m)；
(2)式還可以再變化一下，即：L1=n·L定+L12
Lo=[·L定十L12)·ρL1+mn]·ρLo-1
式中：n 定尺支數(shù)；
L定 定尺寸長(zhǎng)度(m)；
L12 切頭切尾長(zhǎng)度(m)。
(3)式比較直觀方便的計(jì)算出Lo在實(shí)際工作中ρL1是隨著型材壁厚的不斷變化而增加的。為方便上工序供錠，大設(shè)備的鑄錠長(zhǎng)度可設(shè)定30mm為一檔，小設(shè)備設(shè)定為20mm為一檔。我們可以根據(jù)公式(3)制訂ρL1、Lo、n、L1對(duì)照表。一般
民用建筑型材供貨長(zhǎng)度為6m。這種對(duì)照表對(duì)工藝技術(shù)員和計(jì)劃員的使用是十分方便的。
公式(3)又可以簡(jiǎn)化為下式：
Lo=KnL1+C
Kn 是與n有關(guān)的系數(shù)；
C 是與機(jī)型有關(guān)的常數(shù)；
ρL1是Lo的函數(shù)，可以編好程序輸入計(jì)算機(jī)，比較精確地計(jì)算出Lo。
3．7 提高擠壓成品率的措施
影響擠壓型材成品率的因素很多 我們能計(jì)算得出幾何廢料，在擠壓生產(chǎn)中產(chǎn)生的廢料一般分為幾何廢料和技術(shù)廢料，幾何廢料是生產(chǎn)過(guò)程中僅與制品生產(chǎn)工藝有關(guān)的廢料。壓余、切頭、切尾等均屬幾何廢料。技術(shù)廢料是在生產(chǎn)過(guò)程中，由于不正確執(zhí)行工藝操作規(guī)程，人為造成廢品(包括試模廢料、
鑄造缺陷帶來(lái)的廢品等)。技術(shù)廢品是可以避免和減少的，幾何廢品是不可避免的，但可通過(guò)優(yōu)化擠壓工藝和精確計(jì)算鑄錠長(zhǎng)度等措施來(lái)減少。
擠壓生產(chǎn)中幾何廢料的大小可用下式表示：
N=Nn十N12
N 幾伺廢料(％)
Nn 壓余廢料(％)
N12 切頭廢料(％)
Hn=K/Lo·Ln
N12=K/Lo·L12/λ
N =K/Lo·(Ln+L12/λ)
N=K/Lo·(Ln+L12/λ)
K 充填系數(shù)；
Lo 鑄錠長(zhǎng)度(mm)；
Ln 壓余長(zhǎng)度(mm，隨擠壓筒直徑而變)；
L12 切頭尾(mm，隨制品規(guī)格而變)；
λ擠壓系數(shù)。
從(6)式中可以明顯看出，鑄錠長(zhǎng)度Lo越長(zhǎng)，擠壓系數(shù)越大，則幾何廢料N越小，即幾何成品率越高。其中鑄錠長(zhǎng)度影響較大些。但是，不能無(wú)限制地增加Lo和λ，因?yàn)樗鼈兪?a href='../../zsk/ct.asp?id=2447' target='_blank' style='font-size:1em; border-bottom:1px dotted blue;'>擠壓機(jī)能力、壓出長(zhǎng)度等因素限制。
4 小結(jié)
綜上所述，提高擠壓型材成品率的途徑主要有：
(1)制訂科學(xué)合理的生產(chǎn)工藝(優(yōu)化工藝)；
(2)提出高員工技術(shù)理論水平，并不斷總結(jié)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)；
(3)模具設(shè)計(jì)先進(jìn)合理并加強(qiáng)模具管理，提高一次上機(jī)合格率；
(4)優(yōu)化6063合金化學(xué)成份，提高鑄錠質(zhì)量并進(jìn)行勻勻化或半均勻化處理；
(5)采用先進(jìn)技術(shù)，如長(zhǎng)錠爐熱剪技術(shù)及CADEX等新技術(shù)。
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