铝型材挤压机挤压原理

管材、棒材、型材的生产 通常的工序是：先采用热挤压制成坯料，再经轧制（或拉伸）、精整和热处理制成成品。也可用热挤压法直接制成成品，现已由短锭发展为长锭挤压，按挤压机的挤压力用统一直径的铸锭，由分流组合模和舌形模挤制各种型材、管材，制品长度可达60米以上，经拉伸矫直后，切成所要求的长度。用于铝材生产的最大挤压机为20000吨。可挤成直径为800毫米的带肋管。建筑型材是60年代发展起来的挤压制品，已占挤压制品总量35%以上，其中80%用做门窗框。建筑型材几乎全部采用铝镁硅系合金（LD30和LD31）。这种制品经阳极氧化和着色处理，表面形成各种颜色氧化膜，具有良好耐蚀性，制成门窗美观耐用，密封性好。除热挤压外，还发展出冷挤压，等温挤压、无残料挤压和静液挤压等方法（见铝的氧化着色）。

目录

第一篇总论

第一章铝及铝合金挤压工业的发展状况与趋势

第二章铝合金的成分、状态和性能及常用挤压铝合金

第三章铝合金挤压方法及发展方向

第二篇金属挤压理论与技术

第一章概述

第二章金属流动与制品的组织性能

第三章挤压力

第四章金属的正挤压

第五章金属的反挤压

第六章静液挤压

第七章连续挤压

第八章复合材料挤压

第九章其他挤压新技术新工艺

第三篇铝合金、铝合金制品挤压成形新技术

第一章铝合金挤压的基本变形条件和特点

第二章铝合金挤压型材分类与设计

第三章铝合金挤压型材的生产方式及断面难度判定

第四章铝合金挤压成形新技术

第一节建筑铝型材挤压新技术

第二节其他工业铝型材挤压新技术

第三节特种型材挤压新技术

第四节穿孔针法挤压新技术

第五节反向挤压新技术

第六节冷挤压新技术

第七节挤压工艺规程实例

第五章铝型材热处理工艺技术

第六章挤压制品成品率控制及主要缺陷分析

第四篇铝合金挤压设备、工模具设计制造选用技术

第一章挤压设备

第一节挤压机

第二节加热炉

第三节时效炉

第四节淬火炉

第五节其他辅助设备

第二章挤压工模具的工作条件及材料的合理选择

第三章挤压工具的设计技术

第四章挤压模具设计技术

第五章挤压工模具的制造技术

第一节概述

第二节挤压工模具的制造方法及主要设备

第三节机械加工制模技术

第四节电加工制模技术

第五节工模具的热处理

第六章挤压工模具的修正、合理使用与科学管理

第五篇铝合金、铝合金制品表面处理工艺技术

第一章概述

第二章铝的表面机械处理新

第三章化学抛光和电化学抛光

第四章化学清洗和浸蚀

第五章化学转化处理

第六章表面装饰

第七章表面电镀

第八章其他表面处理工艺技术

第六篇铝合金阳极氨化工艺技术

第一章概述

第二章铝阳极氧化与阳极氧化膜

第三章阳极氧化工艺技术

第一节硫酸及其他酸阳极氧化

第二节硬质阳极氧化

第三节微弧氧化

第四节阳极氧化常见的故障、缺陷、原因及措施

第五节阳极氯化膜及高聚物涂层的性能与试验方法

第四章铝阳极氧化膜的电解着色工艺技术

第五章铝阳极氧化膜的染色工艺技术

第六章铝阳极氧化膜的封孔工艺技术

第七章有机高聚物涂装工艺技术

第七篇铝合金、铝合金制品喷涂工艺基础

第一章火焰喷涂及喷焊技术

第二章电弧喷涂技术

第三章等离子喷涂技术

第四章爆炸喷涂和超音速喷涂技术

第五章激光熔覆技术

第六章喷涂用材料

第七章涂层设计与涂层性能检测

第八篇铝合金型材喷涂新技术与设备

第一章铝合金型材的电泳涂漆新技术与设备

第一节概述

第二节电泳涂漆的原理

第三节电泳涂漆的流程和工艺

第四节槽液的控制和品质分析

第五节电泳涂漆的设备和生产线

第六节彩色电泳和哑光电泳技术

第二章铝合金型材的油漆喷涂新技术与设备

第一节概述

第二节铝合金型材用油漆涂料

第三节油漆喷涂的原理和方法

第四节氟碳喷涂工艺

第五节氟碳喷涂的设备和生产线

第六节氟碳喷涂缺陷分析和控制措施

第三章铝合金型材的粉末静电喷涂新技术与设备

第一节概述

第二节粉末静电涂装原理

第三节粉末静电喷涂设备

第四节粉末涂层缺陷分析

第五节粉末静电喷涂车间设计

第九篇铝合金、铝合金制品焊接工艺技术

第一章铝及铝合金焊接基础知识

第二章铝及铝合金的焊接特点、方法和材料选用

第三章铝及铝合金焊接现场分析

第四章铝及铝合金的气焊

第五章铝及铝合金TIG焊

第六章铝及铝合金MIG焊

第七章铝及铝合金的其他焊接方法

第八章铝及铝合金焊接实例

第九章堆焊新技术

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1.减小摩擦阻力。如改善模具表面粗糙度，采用良好的润滑剂和采用包套挤压等。例如，冷挤压钢材时，需将坯料进行磷化和皂化。磷化的目的是在坯料表面形成多孔性组织, 以便较好地储存润滑剂。皂化的作用是润滑。又如热挤压合金钢和钛合金时，除了在坯料表面涂润滑剂外，在坯料和凹模孔口间加玻璃润滑垫。热挤铝合金型材时，为防止产生粗晶环等，常在坯料外面包一层纯铝。

2.在筒锻件图允许的范围内，在孔口处作出适当的锥角或圆角。

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3.用加反向力的方法进行挤压，这有助于减小内、外层变形金属的流速差和附加应力，挤压低塑性材料时宜采用。

4.采用高速挤压，因为高速变形时摩擦系数小一些。对形状复杂的挤压件可以综合釆取一些措施，在难流动的部分设法减小阻力，而在易流动的部分设法增加阻力，以使筒锻件变形尽可能均匀，常用的措施是：

1)在凹模孔口处采用不同的锥角。

2)凹模孔口部分的定径带采用不同的长度。

三应事看变立料手海改美目确马近毛王。

3)设置一个过渡区，使金属通过凹模孔口时变形尽可能均匀些。

近年来我国开始采用冷静液挤压和热静液挤压技术。山西中信重工，静液挤压是挤压杆压于液体介质中，使介质产生超高压（可达2000-3500MPa或更高些），由于液体的传力特点使毛坯顶端的单位压力与周围的侧压力相等。

由于毛坯与挤压筒之间无摩擦力，变形较均匀，另外由于挤压过程中液体不断地从凹模和毛坏之间被挤出，即液体以薄层状态存在于凹模和毛坯之间，形成了强制润滑，因而凹模与毛坯间摩擦很小，变形便较均匀，产品质量较好。由于变形均匀，附加拉应力小，因而可以挤压一些低塑性材料。

1．挤压件分类

2．简单挤压模具的结构和设计要点

3．分流组合挤压模的结构和设计要点：

挤压件分类：

实心型材：整个型材断面上均无孔。

中空型材：型材断面上有孔。

简单挤压模具的结构和设计要点：

筒单挤压模有两种：第一种是实心型材挤压模。第二种是空心型材挤压模。具体结构如下：

1）挤压筒：用高强度合金钢制造的多层圆筒体，一般内衬套可卸下。长度根据挤压机吨位确定。材料：外套5CrMnMo， 内套3Cr2W8V。

2）模支承：保证模子和模垫同心，是安装模子、模垫时的辅具。

3） 模垫：模垫和模子外形尺寸相同，其厚度为模子厚度的3倍，与模具一起承受挤压力。模垫、模孔尺寸比模子的稍大。材料：合金工具钢。

4） 压型嘴：保证模具在挤压过程中不移位及与挤压筒紧密配合的辅具，结构及尺寸根据挤压机吨位确定。

5） 挤压垫片：防止挤压轴与被挤压的金属直接接触的辅具。其外径较挤压筒内径小一些，厚度在40至150mm之间。

6） 挤压轴：挤压轴工作时伸进挤压筒中，并与挤压垫接触，挤压轴承受挤压机的最大挤压力。材料：3Cr2W8V。

模孔配置原则：

单孔型材模孔配置：一般是让模也重心与模具中心重合。如果壁厚变化非常大，应把最薄的部位配置在模具中心，

多孔型材模孔配置：对于断面较小或断面对称性较差的型材，通常采用多孔模。多孔模各模孔间距不应过小。

模孔工作带的确定：

1） 以整个型材难出料处为基准，该处工作带长度为成品厚度的（1.5至2）倍。

2） 与基准点相邻近的工作带长度为基准点工作带长度加1mm。

3） 型材厚度相同时，与模具中心距离相等处工作带长度也相同。

4） 由模具中心算起，每相距10mm工作带长度增减数值可查阅相关文献。

5） 工作带的空刀：空刀过多，模具工作带强度减弱。

阻碍角：

当模孔工作带长度大于15至25mm时，实际上，由于尺寸收缩金属已不与工作带贴合，此时，可用阻碍角调节金属流速。工作带母线与挤压中心线之间夹角为阻碍角，最有效阻碍角为3度至5度。

促流角：一般促流角是在模具工作端面上作成对称的锥面或者倾斜的锥面。

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用塑性加工方法将铝坯锭加工成材，主要方法有轧制、挤压、拉伸和锻造等。铝加工在20世纪初开始以工业方式进行生产，30年代以前，基本上沿用铜加工的生产设备，产品主要用于飞机制造。60年代后，铝材生产发展很快，每年大约增长4～8％，产品广泛应用于航空、建筑、运输、电气、化工、包装和日用品工业等部门。产量仅次于钢铁，居金属材料第二位。中国于50年代中期建成较大型的铝加工厂，形成了生产体系，产品已系列化,品种有七个合金系,可生产板材、带材、箔材、管材、棒材、型材、线材和锻件（自由锻件、模锻件）八类产品。

铝和铝合金的塑性加工，应保证产品达到稳定、一致的所需尺寸精度、力学性能和良好的表面质量。还要注意防止机械损伤和腐蚀，控制晶粒度和组织结构。这些质量要求主要靠生产工艺及设备来保证。铝及其合金一般具有较好的塑性，易于塑性加工。硬铝的相组分较复杂，存在低熔相和金属间化合物等脆性组织，它的塑性加工具有一些特点：如进行均匀化处理消除坯锭冷却时产生的内应力和晶内偏析；坯锭表面要进行铣削加工，去掉低熔相产生的表面偏析物。某些铝合金为提高耐蚀性和加工性还要进行包铝。铝合金有过热敏感性，必须严格控制加热温度。

熔炼和铸造 是为塑性加工提供坯锭。熔炼炉多用燃气反射炉或燃油反射炉，一般容量为20～40吨或更大；也采用电阻加热反射炉，容量一般为10吨左右。为缩短装炉时间，提高熔化效率，减少吸收气体和卷入氧化膜，工业上已采用倾转式顶装料圆型炉。熔炼时最好应用快速分析仪器分析合金成分，并及时调整。为保证熔体纯洁，防止有害气体的污染和控制化学成分，除了尽可能缩短熔炼时间外，宜用以氯化钾和氯化钠为主的粉状熔剂覆盖，一般用量为炉料重量的0.4～2％。熔炼温度通常控制在700～750℃。

熔化后的金属还需进行精炼和过滤，以除掉金属中的有害气体氢和非金属夹杂物，以提高金属纯洁度。精炼通常用固体精炼剂或气体精炼剂。固体精炼剂一般以氯盐为主，也用以六氯乙烷代替氯盐的精炼剂。早期使用活性强的氯气作气体精炼剂，净化效果虽好，但对环境污染严重,因此发展出氮-氯混合气体、惰性气和三气体（N2、Cl2、CO）精炼剂,效果较好。为保证精炼效果，精炼气体中的氧和水分含量一般应分别小于0.03％（体积）和 0.3克/米3。动态真空除气法也具有较好的除气和除钠效果。

过滤是让熔体金属通过中性或活性材料制成的过滤器，除去熔体中处于悬浮状的夹杂物。常用玻璃丝网、微孔陶瓷管和板、氧化铝粒作过滤床进行过滤，也可用电熔剂精炼、熔剂层过滤。

铸造一般采用立式或水平式水冷半连续铸造法。为改善立式铸造的坯锭组织和表面质量，还发展出电磁结晶槽、矮结晶槽和热顶铸造法（见金属的凝固）。水冷半连续铸造法是通过流槽将液体金属导入用水冷却的结晶器内，使液体金属冷却形成凝固的外壳，由铸造机底座牵引或靠自身重量均匀下降而脱出结晶器，形成坯锭。工艺参数因合金成分和坯锭尺寸的不同，差异很大。一般应尽量提高铸造速度和冷却速度，降低结晶槽的高度。铸造温度通常比合金的液相线高50～110℃。此外,还发展出铝板带连续铸轧工艺。

板材、带材生产 采用平辊轧制，基本工序为热轧、冷轧、热处理和精整。对化学成分复杂的 LY12、LC4等硬铝合金，热轧前应进行均匀化处理。处理温度一般低于合金中低熔点相的共晶温度10～15℃，保温12～24小时。硬铝合金的包铝是将包铝板放在经过铣面的坯锭两面，借助于热轧焊合。包铝层的厚度一般为板材厚度的4%。热轧一般在再结晶温度以上进行。热轧可在单机架可逆轧机上进行，或在多机架上实行连轧。为提高成品率和生产效率发展大铸锭轧制，锭重达10～15吨以上。年产量在10万吨以下的工厂，一般用四辊可逆热轧和采用热上卷工艺，热轧带材厚度为6～8毫米左右。产量10万吨以上的工厂，多在四辊可逆热轧机开坯后采用单机架或两机架、三机架、五机架连轧，实行热精轧，带材厚度可达2.5～3.5毫米。热轧带材成卷后作为冷轧坯料。为保证金属有最佳的塑性，应在单相组织状态下进行热轧。LY11、LY12等合金的热轧开坯温度为400～455℃。前几道道次变形率一般在10％以内，以后逐渐增大。纯铝和软铝合金道次变形率可达50％，硬铝合金则为40％左右。热轧总变形率可达90％以上。

冷轧常在室温下进行，通过冷轧可获得尺寸精确、表面光洁和平整的较薄的板材和带材，并可获得具有特定力学性能的加工硬化的板材和带材。冷轧主要采用带式法生产工艺，应用四辊可逆轧机或四辊不可逆轧机进行冷轧，当前发展不可逆轧机进行冷轧。轧机装备有液压压下、液压弯辊、厚度自动控制系统或测辊缝的厚度自动控制系统及板形控制仪，由微型电子计算机控制、记录、储存各种参数，以获得尺寸精确、板形平整的板带材，如 0.18毫米带材公差可达±5微米。小工厂也有块式法生产板材的。退火后铝的冷变形率可达90％以上。多相的硬铝合金冷加工硬化明显，需中间退火。中间退火后的冷变形率为60～70％。热轧用乳液润滑，冷轧已由乳液发展为全油润滑。采用单独控制喷嘴的多段冷却系统，以减少铝板和轧辊的摩擦，冷却轧辊，控制辊型，洗除铝粉及其他杂质，以获得良好的表面质量及板形。

经冷轧和热处理后的带卷常在辊式矫直机上或在拉弯连续矫直机列上进行精整。平整淬火后的板片应在时效孕育期内进行，一般在淬火后30～40分钟内完成。淬火板的平直压光总变形量不应超过2％。

1955年试验成功的铝板带连续铸轧可生产薄板和铝箔坯料。中国于70年代初开始用此法生产薄板。

箔材生产 铝箔材可分为工业铝箔和包装铝箔。工业铝箔化学成分较纯，厚度为0.005～0.2毫米，主要用作电气工业和电子工业的电容器、绝热材料、防湿材料等。包装铝箔厚度一般为0.007～0.1毫米，有平箔、印花箔、涂色印花箔和裱纸铝箔等多种产品，主要用作食品、茶叶、纸烟等的包装材料。铝箔用带式生产法生产的最小厚度可达0.0025毫米，宽度达1800毫米。铝箔轧制为无辊缝轧制，轧辊始终处于弹性压扁状态。轧制时通过调整轧制力、轧制速度和控制张力来实现对箔材厚度的控制。粗轧时，采用轧制力控制箔材厚度；精轧时，箔材的厚度随着轧制速度的增加而减薄；张力愈大，厚度亦愈小；为了防止断片，张力选择通常为箔材的条件屈服强度σ0.2的0.2～0.4。低速轧制时常在润滑油中加入“厚油”或“稀油”调整铝箔的轧制厚度。润滑剂和轧辊状态对箔材质量有十分重要的影响。铝箔坯料来自冷轧铝卷，一般经340～480℃预先退火,其厚度为0.4～0.7毫米。轧制时道次变形率为50％左右,总变形率可达95％以上。成品厚度小于0.01～0.02毫米的箔材应进行合卷、双张叠轧。

管材、棒材、型材的生产 通常的工序是：先采用热挤压制成坯料，再经轧制（或拉伸）、精整和热处理制成成品。也可用热挤压法直接制成成品，现已由短锭发展为长锭挤压，按挤压机的挤压力用统一直径的铸锭，由分流组合模和舌形模挤制各种型材、管材，制品长度可达60米以上，经拉伸矫直后，切成所要求的长度。用于铝材生产的最大挤压机为20000吨。可挤成直径为800毫米的带肋管。建筑型材是60年代发展起来的挤压制品，已占挤压制品总量35％以上，其中80％用做门窗框。建筑型材几乎全部采用铝镁硅系合金（LD30和LD31）。这种制品经阳极氧化和着色处理，表面形成各种颜色氧化膜,具有良好耐蚀性,制成门窗美观耐用，密封性好。除热挤压外，还发展出冷挤压，等温挤压、无残料挤压和静液挤压等方法（见铝的氧化着色）。

铝和铝合金的挤压采用正向挤压法和反向挤压法。应依据不同合金选择适宜的挤压速度。为获得组织和性能良好的铝合金挤压制品，一次挤压成品时，型材，棒材的挤压系数（λ）大于8～12，供锻造用坯料的λ大于5。挤压模对挤压产品质量影响很大。挤压棒材、型材常用平模，管材则常用锥形模。挤压形状复杂的空心型材和管材，则广泛使用分流组合模和舌形模。有的采用液氮冷却挤压模，延长模子寿命和保证制品精度，一个模子可挤压30吨铝材。某些铝合金的挤压制品易出现“粗晶环”,即制品经热处理后,周边出现一层粗大晶粒区。高温挤压可以减轻这种现象。一些热处理可强化的铝合金挤压制品经固溶时效处理后，强度提高而塑性下降。

管材拉伸采用多条快速和盘筒拉伸，游动芯头盘管拉伸机卷筒直径达 630～2900毫米，拉伸管坯直径可达40～50毫米。拉管拉伸力为 16～18吨，拉伸速度为 24米／分，道次加工率一般为25～40％，此种工艺生产管材长度可达6000米。

线材生产 主要采用拉伸工艺生产。产品有铆钉线、焊条和导线。坯料用挤压、轧制或连铸连轧法生产。挤压法生产坯料，灵活性较大，制品性能较好。轧制法和连铸连轧法适于单一合金品种的坯料生产，生产效率高。

锻件生产 主要用于飞机和机器制造上。锻件分自由锻件和模煅件，其坯料采用铸造和挤压坯料。最大的模锻水压机为70000吨，锻件最大尺寸的投影面积为4.5米2。铝合金的临界变形率约为5～15％，为避免形成粗晶，模锻的变形率一般应大于15％。为减少不均匀变形，常采用多向自由锻。

热处理 保证制品最终性能的热处理称为成品热处理，包括成品退火、固溶处理、淬火、自然时效和人工时效处理；此外，还发展出分级时效和形变热处理工艺。时效处理不仅改善制品的力学性能，而且改善制品的抗应力腐蚀性能和断裂韧性。固溶加热后至淬火前的转移时间一般应控制在30秒以内。淬火的冷却速度，既要保证获得过饱和固溶体，又要不使制品产生过大的淬火应力和弯曲变形。带卷和板材在强有力循环通风的箱式炉、井式炉、立式板材连续退火炉或气垫式连续退火炉中进行退火，新式炉采用保护气氛。淬火一般在盐浴槽中进行加热，新工艺采用气垫式连续淬火炉淬火。

铝材冷挤压工艺原理：在常温下，根据塑性变形原理，利用装在压力机上的模具，通过凸模对放进凹模内铝材毛坯施加压力，使坯料在一定的速度下产生塑性变形而制得所需形状、尺寸及一定力学性能的零件。如下图：

【铝材挤压】是将铝材锭坯装入挤压筒中，通过挤压轴对铝材施加压力，使其从给定形状和尺寸的模孔中挤出，产生塑性变形而获得所要求的挤压产品的一种加工方法。按挤压时金属流动方向不同．挤压又可分为正向挤压、反向挤压和联合挤压。正向挤压时，挤压轴的运动方向和挤出金属的流动方向一致，而反向挤压时，挤压轴的运动方向与挤出金属的流动方向相反。按锭坯的加热温度，挤压可分为热挤压和冷挤压。热挤压时是将锭坯加热到再结晶温度以上进行挤压，冷挤压是在室温下进行挤压。

1铝材检验

。

2对模具进行加热。

3铝材加热

4放入模具，挤压成型

5截断挤压件

6进行拉直原件

7进行冷却件

8进行原件处理，

9

进行原件包装