6082铝合金挤压铝型材生产工艺研究
1.前言
6082铝合金属于Al - Mg - Si系热处理可强化的铝合金，具有中等强度和良好的焊接性能和耐腐蚀性，主要被用于交通运输和结构工程上，如桥梁、起重机、屋顶构架、交通车和运输船等。
本文对6082铝合金应用于挤压型材生产进行了试验研究，以确定合适的熔铸和挤压工艺制度。
2.熔铸工艺
2.1化学成分
GB/T3190 -1996中6082铝合金化学成分见表1。
6082铝合金成分具有两个主要特点：第一，含有适量的Mn和Cr；第二，Mg、Si含量相对较高。其中，Mn、Cr等合金元素可阻碍挤压时和挤压后发生再结晶或再结晶晶粒长大，细化晶粒。但（Mn + Cr) 总量过高可能形成分别含Mn、Cr的粗大第二相，削弱Mg 2 Si相的沉淀强化效果，抵消其阻碍再结晶和细化晶粒的作用。同时，Mn、Cr元素会增大6082铝合金的淬火敏感性。且易在α(Al)相中产生严重的晶内偏析，造成挤压制品粗晶组织，降低型材氧化着色效果。对于Mg、Si成分，6082铝合金在Mg 2 Si强化的同时，通过增加适量过剩Si来促进强化。
因此，重点对Mn的含量进行试验确定：以Mn含量为0.6% ~0.65%及0.9% ~0.95%进行对比。发现Mn含量偏上限时，制品尾部粗晶组织较多，且力学性能偏低，所以对比确定Mn含量的优化范围为0. 6% ~0.65%。Cr的含量宜控制在0.15%以下，（Mn + Cr)总量控制在0.70% ~0.80%范围内。Mg 2 Si含量宜控制在1.5% ~ 1.6%，过剩Si含量控制在0.3%左右。
6082铝合金的实际成分控制范围见表2。
2.3工艺控制
由于6082铝合金最大的特点是含难熔金属Mn，Mn的适量存在易引起晶内偏析及固液区塑性降低，导致抗裂能力不足，故熔铸工艺主要需注意三点：第一，熔炼应注意控制温度在740 760℃间并搅拌均匀，保证金属完全熔化、温度准确、成分均匀。第二，铸造应考虑金属Mn增大了合金的粘度，使其流动性下降，影响了合金铸造性能。铸造速度要适当降低，控制在80 100mm/min范围内。第三，加大冷却强度，加快冷却速度，以利于消除晶内偏析现象。控制一次冷却强度，加大二次冷却强度以减少铸造时产生的应力集中，避免产生铸锭裂纹缺陷。冷却水压应控制在0. 1 ~0.3MPa范围内。
3.均匀化退火
6082铝合金变形抗力大，力学性能指标偏高。通过均匀化处理工艺改善合金组织，达到三个主要效果：充分固溶解Mg 2 Si相；消除晶内偏析；β(Al 9 Fe 2 Si 2 )相向α(Al 12 Fe 3 Si 2 )相转变，并细化含铁相粒子。
由于合金中Mn的存在可降低转变温度、缩短转变时间，且为保持合金挤压性能和挤压效应，采用中温均化工艺，即均匀化温度555 ~565℃；保温时间6h；冷却速度≥200℃/h。
4.挤压工艺
4.1铸锭加热方式
铸锭加热采用工频感应加热，这种加热方式的特点是加热时间短，在3min内即可达到500℃左右；温度控制准确，误差不超过±3℃。如果用电阻炉缓慢加热，将会导致Mg 2 Si相析出，影响强化效果。
4.2挤压
综合考虑6082铝合金的主要特点，结合实践生产制订挤压工艺如下：
(1)、6082合金变形抗力大，所以铸锭加热温度应偏上限（480 ~500℃）。
(2)、模具温度取460℃为宜，挤压筒温度为440 ~500℃。
(3)、挤压速度控制在7~11m/min的范围内；
(4)、要使合金主要强化相Mg 2 Si完全固溶，须保证淬火温度在500℃以上，因此型材挤压出口温度应控制在500 ~530℃范围内；
(5)、6082合金淬火敏感性高，要求淬火冷却强度大、冷却速度快，制品出前梁后必须立即进行在线淬火。对于壁厚2.5mm以下的型材可考虑用强风冷却淬火；壁厚2.5mm以上的型材必须用水雾淬火处理，须使温度迅速降到50℃以下。
(6)、6082铝合金型材拉伸矫直，应将拉伸率控制在1.0% ~2.0%范围内。挤压工艺参数见表3。
5.时效制度
时效是型材达到规定力学性能的最后一个环节，合理的时效制度既要保证产品的性能，又要考虑生产效率及生产成本。结合试验研究，6082型材最佳时效制度定为：时效温度170 ~ 180℃，保温时间8h，时效前型材的停放时间不超过8h。
6.结论
根据6082铝合金型材的特点和性能要求，上述工艺是比较合理的。在熔铸工艺中，6082铝合金成分控制重点在于Mn和Cr含量范围。Mn含量优化控制范围为0.6%~0. 65%，Cr的含量宜控制在0. 15% 以下，（Mn + Cr)总量控制在0.70% ~0.80% 范围内。Mg 2 Si含量宜控制在1.5% ~ 1.6%，过剩 Si含量控制在0.3%左右。在挤压工艺中，挤压出口温度和淬火效果控制则是保证产品性能的关键，应保证淬火温度在500℃以上，型材挤压出口温度应控制在500 ~530℃，淬火力求强度大、速度快。
法律分析：目前国内铝合金型材的执行标准主要有：
(1)GB5237.1~5-2008_GB5237.6-2004
建筑铝合金型材执行上述标准，只要是建筑行业用的铝合金型材，其产品必须按GB5237.1~5-2008_GB5237.6-2004强制性标准生产及进行产品质量控制。
(2)GB/T6892-2006《一般用工业铝及铝合金挤压型材》
工业用铝合型材是指除建筑门窗、幕墙及室内外装饰用铝型材以外的其它铝挤压型材，除个别产品执行其专用标准外，大部分执行标准为GB/T6892-2006《一般用工业铝及铝合金挤压型材》，产品主要应用于航空航天、交通、轨道车辆、电子电器、体育器材、散热器、装饰、电力能源、石油化工、机械制造等工业领域。
(3)GB/T26014-2010《非建筑用铝合金装饰型材》
非建筑用铝合金装饰型材是指以改善视觉效果为主要目的的装饰用铝合金热挤压型材。装饰型材的尺寸偏差如有特殊要求，应在合同中注明。如没有特殊要求，应符合GB/T14846--2008《铝及铝合金挤压型材尺寸偏差》中普通级的规定。产品主要应用于车辆内外装饰、家电配件、厨房用具、电子电器、室内装饰、医疗器械、仪器仪表、办公设施等领域。
(4)GB/T14846-2008《铝及铝合金挤压型材尺寸偏差》
工业用铝合金型材另一标准执行GB/T14846-2008《铝及铝合金挤压型材尺寸偏差》。但此标准只是针对工业铝型材挤压尺寸，只对尺寸有要求的可按此标准生产。其它要求全部按GB/T6892-2006标准。
(5)国外先进标准
国外先进标准有：欧盟EN12020-2《6060及6063铝及铝合金精密型材第2部分：尺寸及外形允许偏差》、EN755-2《铝及铝合金棒、管、型——力学性能》、美国ANSIH35.2《美国铝素材尺寸偏差标准》和日本JISH4100《铝及铝合金挤压型材》等标准，主要适用于部分特殊顾客或国际大建筑幕墙公司在知名建筑、标志性建筑及国外工程监理的工程上使用等。
(6)企业标准
企业生产的产品没有国家标准、行业标准和地方标准的，应当制定相应的企业标准，作为组织生产的依据，该企业标准应按规定程序要求在当地技术监督局备案办理备案。质量技术监督系统是属地化管理，市场监督抽查在抽取样品后，要到企业所在地质量技术监督局调阅备案标准才能判定是否合格。生产企业能靠前时间知道产品被监督抽查，提前积极跟进产品检验过程及结果，并采取相应处理措施。如小料、非建筑使用型材、装饰型材及出口异型材等。
法律依据：《中华人民共和国标准化法》 第二条 本法所称标准（含标准样品），是指农业、工业、服务业以及社会事业等领域需要统一的技术要求。标准包括国家标准、行业标准、地方标准和团体标准、企业标准。国家标准分为强制性标准、推荐性标准，行业标准、地方标准是推荐性标准。强制性标准必须执行。国家鼓励采用推荐性标准。
热挤压：采用挤压杆将放在挤压筒内的坯料在高温环境下压出模具孔，获得一定的断面尺寸和形状的加工方法。简单的说就是加热使铝合金坯料软化，然后对其施加一定的压力，使其通过具有一定形状的模具，得到具有断面尺寸和形状产品的过程。
提高铝合金型材成品率是降低企业生产成本最直接和有效的方法。成品率每提高1个百分点，铝材的生产费用将降低23元～30元，以一个年产1万t铝型材的企业来说，若每吨铝型材的成品率提高5个百分点，每年可节约125万元，而这125万元是纯利润。成品率的提高是建立在产品质量的基础之上，与产量又是同比关系。提高成品率是一个系统工程，通过单一工艺方法很难大幅提高成品率，必须是多环节的累积提高。提高成品率又是一个细致的工作，不仅需要技术工艺做支撑，更需要严谨、务实、科学的管理。
1 影响成品率的因素
影响成品率的因素是多方面的，就挤压生产而言主要有以下几个方面：
（1）铝铸锭的质量直接决定挤压制品的成品率。
（2）模具、挤压工具对成品率有很大影响，它们直接关系到挤压制品的质量，制品合格率高则成品率就高。
（3）生产管理中生产计划下达的合理性以及生产报表原始数据的准确性也是提高成品率的前提。各种生产报表的原始数据是铝型材挤压前计算铸锭长度的重要依据。
（4)挤压工艺包括根据挤压比选定挤压设备、确定工艺温度及张力矫直工艺等，每步工艺是否科学、细致、合理也对成品率影响很大。
（5）操作人员的熟练程度和责任心是提高挤压成品率所必备的。
2 提高挤压铝型材成品率的工艺方法
2.1 提高铸锭质量是保证挤压成品率的前提
铸锭对挤压生产来说是原材料。铸锭组织均匀，晶粒细小，无夹渣、气孔、偏析、裂纹等缺陷时，不仅可以降低挤压力、提高挤压速度，提高产品的内在质量，而且可以减少挤压制品表面气泡、气孔、划伤、开裂、麻点等表面缺陷。比如较小的夹渣可以通过模具工作带的狭缝排出，但会造成型材表面犁痕，产生一定长度的几何废料；较大的夹渣将被卡在工作带狭缝中不能被排出，引起塞模或挤压制品开裂而被迫更换模具，这样就会严重影响成品率。
2.2适当加大挤压系数，提高挤压成品率
每个铝材厂都有一系列挤压机型，各厂家根据产品的挤压比、冷床长度、制品外接圆直径、挤压筒长度和直径等，合理确定制品将在哪台挤压机上生产。实践证明，同样规格的制品放在不同吨位的挤压机上生产时，由于挤压系数不同，对制品的组织、性能和生产效率有很大影响，其成品率也会产生差异。根据2009年一年中某企业生产统计，三种不同吨位挤压机的年平均成品率范围如表1所示。
表1中可以看出，挤压机的吨位较大、挤压系数较大时，其成品率较高，而其挤压费用见表2，
从表2中可以看出，挤压费用并没有升高。所以，挤压生产时，适当提高挤压系数，不仅可以获得力学性能和组织良好的制品，同时可以提高成品率，降低型材的生产费用。
2.3加强生产管理，精确计算铸锭长度
铝型材在建筑、交通、电子、旅游、机械方面的应用越来越多，因此铝材厂的产品品种也在增多，带来的是模具的增多，给生产计划的安排增加了难度。铝型材生产计划，要根据客户要求的规格、单根重量、长度、数量和冷床长度，利用等体积或等质量的原则计算出所用铸锭的数量和长度。铸锭长度的计算采用等质量法较多。这是因为随着模具的使用及修理，各部分壁厚的变化不是同步的，很难再准确计算出制品的截面积，而且其理论线密度和实际上机试模所得到的线密度相差不小。
铸锭长度：
式中：
L—铸锭长度，mm；
m1—型材线密度，kg /m；
Ld—定尺长度，m；
n—倍尺数 ；
Lq—切头或切尾长度，mm；
Ly—压余长度，mm ；
d—圆铸锭直径，mm ；
ρ—铝合金密度，2.7 g/cm3 。
对于某一台挤压机来说，其使用铸锭的直径d是确定的，客户对制品的定尺长度Ld要求也是确定的，压余长度Ly通常取15mm—30mm，切头或切尾长度二者相等，一般选定在0.2m—0.8m，倍尺数n根据挤压筒长度、型材线密度、冷床长度确定，这样就只有型材的线密度m1是变化的，因此，铸锭长度L是线密度m1的函数，二者成线性关系。
图1是关于L-m1，曲线图，压余长度Ly是截距，而K就是L-m1直线的斜率。对于一台挤压机的同一个挤压筒来说，当倍尺数n变化时，只是L-m1，直线的斜率K从Kn发生变化。
对于挤压机上的某种制品，将定尺长度Ld、倍尺数n、切头切尾长度Lq、压余长度Ly、确定后，代入公式，可以方便迅速地画出每台挤压机上制品线密度m1与铸锭长度L的关系图（如图1所示）。关系图画起来快捷方便，只需计算出一个点，将它与截距点相连就是棒长和线密度的对应关系图，在图上可以准确查出铸锭长度与型材单根重量的对应关系。关系图清晰直观。有这样一张图，再利用长铸锭加热炉的剪切装置可以准确的剪出所需长度的铸锭。
2.4使用夹持垫，减少切头切尾长度
型材挤压冷却后要通过张力矫直来消除型材弯曲、拧扭等缺陷。大部分企业仍采用拉直机张力矫直，但关键问题是由于型材品种多、矫直工嫌操作麻烦，很多企业没有使用夹持垫，直接用钳口夹扁型材两头，造成拉伸后型材的两头变形长度往往在0.4m～1.2m，截面大的型材变形长度还要长些，变形部分必须切掉，否则无法去掉型材因拉直而产生的截面变形，这样就使几何废料增加、挤压成品率下降。
夹持垫可以使用硬木或铝块制成，根据型材的截面形状运用成组技术进行分组，尽量减少夹持垫的数量，增加夹持垫的通用性，如图2所示。三种规格的型材可以使用同一种夹持垫。
对于悬臂较长又有封闭截面的型材，矫直夹持时在封闭腔内塞入夹持垫的同时，悬臂部分也要用撑架支撑〈见图3），减少型材拉伸时长度方向沿截面上的变形量。
使用夹持垫后，型材的切头、切尾大大缩短，一端切掉长度一般在0.15m～0.4m之间。假设每班可挤压倍尺数为3的线密度0.5kg/m的型材420根，使用这种方法共可减少废料210m～420m、105kg～210kg，比不使用夹持垫时成品率可提高1.9%～3.8%，其经济效益相当司观。
夹持垫从制作、保管、领用要由专人管理。针对操作工人不愿使用，可以将成品率绩效工资分为两部分：如成品率85%以下时，成品率提高一个百分点，吨工资增加5元；成品率85%以上时，成品率提高一个百分点，吨工资增加10元，激励工人努力提高成品率。
2.5 使用热剪切铸棒炉，即时控制铸锭长度
近年来，越来越多的企业将链条式短铸锭加热炉更换为热剪切长铸锭加热炉（简称热剪铸棒炉）。热剪铸棒炉可以避免铸锭锯切、减少因铝屑而产生的损耗，挤压时主机手可根据模具的动态单支重量用热剪铸棒炉上的剪切装置随时调整剪切长度，获得任意所需长度的铝锭坯，从而使挤压出的长型材的切头切尾达到最短，进一步提高成品率。
有的企业使用了热剪铸棒炉后，忽略了对铸锭长度的精确计算和对此项工作的管理，交由操作工自行处理。操作工人往往在上模挤压时，先按模具的标准壁厚剪切一根铸锭进行试挤压，观察挤出型材的总长度是否达到倍尺和切头切尾长度要求，不合适时再粗略估计试剪第二个铸锭，再试挤，反复2～3次才能找到合适的铸锭长度，但在试挤过程中产生了不短的废料，这一试挤过程不仅降低生产效率，而且也降低成品率。
正确的做法是根据上机模具的上次挤压单支重量记录，查一下线密度—铸棒长（L-m1）图，稍微加长一点剪切铸锭长度（不至于产生接近6m的废料），根据挤压型材的总长，第二次剪切长度可作微量修正，就可以进入正常挤压。把热剪切铸棒炉剪切长度调整灵活的优点和生产管理上准确记录模具动态在挤压过程中每根型材重量、查看型材线密度-铸棒长（L-m1）关系图结合起来，才能提高生产率和成品率。有文献说使用热剪铸棒炉成品率可以提高4个百分点，根据其他企业的实际经验提高2个百分点是没有问题的。
2.6加强模具管理，准确记录动态单根型材重量
原始生产记录在管理工作中的重要性是不言而喻的，在铝型材的挤压生产中，准确记录每套模具挤出型材的线密度（或单根型材重量）是做好成品率、成本核算及模具管理的一项重要工作，它为下次本套模具上机能准确找到合适的铸锭长度提供依据。所以对每条挤压生产线应提供一台准确度较高的电子称，定期校验、监督复验，督促操作工或工艺员在模具生产卡片上填写型材单根型材重量，准确的记录模具在挤压过程中每根型材重量，为下次生产做好准备。
有的企业已使用计算机进行管理，挤压工在挤压机旁的计算机终端录入每套模具的名称、编号和上机挤压的型材根数、长度、单根重量等参数，由服务器对数据统一处理，实现了数据采集实时化、车间无纸化、统计自动化、信息公开化。
2.7使用无压余挤压，减少几何废料
固定垫无压余挤压是将挤压垫固定在挤压杆上，并对二者作一定的改造，挤压结束时挤压筒不后退也能较容易地将铝锭脱离，然后直接将第二根铸锭推入挤压筒，与上次剩余的铸锭压合在一起，完成挤压。这种方法避免了每挤压一根铸锭剪切一次压余，可根据质量要求和订货数量来决定挤多少根剪切一次，一般民用型材可40—50根剪切一次压余。
2.8优化挤压工艺，减少技术废料
提高成品率除了采用以上措施努力减少几何废料外，同时也要在生产过程中尽量减少技术废料，确切地说，就是让该是正品的都是正品，避免出废品。
影响技术废料的挤压工艺有很多方面，它涵盖了挤压生产的整个过程，主要包括铸锭质量、工艺温度、挤压速度、挤压工具、模具、转运装卸、时效热处理等等。除了制定先进、科学的生产工艺外，还要正确、严格地执行工艺操作规程，提高操作工人的技术熟练程度和责任心。
①尽量减少每班生产品种，最好是每班安排3-5个挤压品种，提高单套模具一次上机生产量。因为生产品种越多，使用的模具越多，由模具带走的塞铝就越多，成品率就会降低。
②模具对成品率的影响表现在两个方面：新模具的试模和在用模具的生产使用。
试模次数越多，消耗铸锭越多，成品率越低，所以要提高模具的设计、制作水平。
在用模具要精心维修、合理氮化、及时保养，保证每次上机合格率高，成形度好，耐用度高。如果每班因为模具维修不合格而发生3—4个挤压失败的铸棒，那么成品率就会下降1个百分点。
③挤压工具：包括挤压筒、挤压杆、挤压垫、模垫等。主要是要保证挤压筒、挤压杆、模具三者之间的同心度，其次是合理维修挤压筒，正确加热，保证挤压筒端面平直，消除各种引起挤压筒与模具间的配合不良现象，定期清理挤压筒内壁残铝，检查内孔壁有无损伤，正确使用模垫，提高模具支撑强度等等。
④挤压温度、挤压速度及冷却三者对制品的组织、力学性能、表面质量有很大影响，也会影响到成品率。此外，三者都会影响挤出制品的长度，铸棒温高、挤出速度快、风冷速度低时，会使制品挤出后的长度增加，增长率最大可达0.5%—1.0%，也就是影响了型材的线密度，所以，稳定的工艺也会使成品率提高。
⑤完善挤压后续工序，避免造成技术废品。挤压后续工序的转运往往造成型材的磕碰划伤，要尽量避免型材与冷床、储料台、定尺台之间的摩擦与碰撞，最好采用高温带传送的冷床和储料台。运输、装框、吊框等转运操作应轻拿轻放，料筐内壁最好使用高温毛毡保护。
3 结束语
提高挤压制品的成品率是要在挤压生产全面细致的工作过程不仅技术工艺方面要到位，在管理方面也要扎实到位、做到实处。我国的铝型材生产企业的成品率提升尚有很大空间，成品率的提升将是一个持续的过程。提高成品率和提高产品质量、产量是紧密相连的，是一个企业技术和管理水平的综合体现。
作者单位：南阳理工学院
铝合金型材这里是指的是挤压铝型材。
具体的生产流程就是从挤压模具开始，再到挤压机上，铝棒经过加温后通过挤压模具挤压出来，然后形成一种铝型材的截面。
铝型材材一般都要经过后期的加工，铝型材经过时效之后，要做一些数控车床的加工，钻孔、铣槽、攻牙等。
还有后期做一些表面处理，表面的阳极氧化、电泳、烤漆等等。
铝合金挤压型材的生产流程：原料、熔化、熔体处理、铸造、均质处理、热挤压、淬火、拉伸矫直、锯切、人工时效处理、检验。
铝及铝合金型材被我们广泛应用于建筑、交通运输、电子、航天航空等领域。近年来，由于对汽车空调设备小型化、轻量化地要求，热交换器用管材及空心型材种铝挤压制品地比例迅速增加。
GB/T 26014-2010 非建筑用铝合金装饰型材
本标准规定了非建筑用铝合金装饰型材的要求、试验方法、检验规则和标志、包装、运输、贮存及质量证明书。本标准适用于装饰用的铝合金热挤压型材(以下简称装饰型材)。本标准不适用于建筑结构用的铝合金热挤压型材。
