滿士國(guó)

摘要：針對(duì)鋁合金滑板車(chē)導(dǎo)軌型材制造過(guò)程中出現(xiàn)的質(zhì)量問(wèn)題，采用平模設(shè)計(jì)對(duì)鋁合金擠壓過(guò)程中出現(xiàn)的形位尺寸、縮尾與粗晶環(huán)等重大生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)進(jìn)行了分析，并提出了降低鑄錠上機(jī)溫度、優(yōu)化擠壓模具結(jié)構(gòu)等相應(yīng)的控制措施，形成了質(zhì)量控制方案，最終制備出符合用戶要求的鋁合金滑板車(chē)導(dǎo)軌型材產(chǎn)品。

關(guān)鍵詞：滑板車(chē)導(dǎo)軌型材；擠壓；縮尾；粗晶環(huán)

中圖分類(lèi)號(hào)：TG 376 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

基金項(xiàng)目：廣東省省級(jí)科技計(jì)劃項(xiàng)目（2014B090903002）

Quality Control of 6061 Aluminum Alloy Scooter Guide Rail Profile

MAN Shiguo

（Guangdong JM Aluminium Profile Factory（Group） Co.， Ltd.， Foshan 528222， China）

Abstract： Aiming at the quality problems in the manufacturing process of aluminum alloy scooter guide rail profile， the major production risk points such as shape and position size， tail shrinkage and coarse grain ring occurring in the extrusion process of aluminum alloy were analyzed by using flat die design. The corresponding control measures such as reducing the operating temperature of ingot and optimizing the extrusion die structure were put forward， a quality control scheme was formed， and the aluminum alloy scooter guide rail profile products meeting the requirements of users were finally prepared.

Keywords： scooter guide rail profiles； extrusion； tail shrinkage； coarse grain ring

鋁是地殼中分布最廣、儲(chǔ)量最多的金屬元素之一，鋁工業(yè)的整個(gè)發(fā)展歷史不過(guò)兩百年，由于鋁及鋁合金具有一系列的優(yōu)異特性，發(fā)展速度非?？欤褟V泛應(yīng)用于機(jī)械裝備、建筑裝飾、軌道交通、醫(yī)療器械等各大領(lǐng)域，成為發(fā)展國(guó)民經(jīng)濟(jì)與提高物質(zhì)生活水平的基礎(chǔ)材料。鋁合金滑板車(chē)導(dǎo)軌型材屬于工業(yè)生產(chǎn)的主要結(jié)構(gòu)件，但生產(chǎn)過(guò)程中往往壁厚達(dá)到或超過(guò)5 mm，易出現(xiàn)縮尾、粗晶環(huán)等不良組織。為此，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，采用平模設(shè)計(jì)對(duì)鋁合金擠壓過(guò)程中出現(xiàn)的重大生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)進(jìn)行了分析，并提出了相應(yīng)措施，供相關(guān)技術(shù)人員參考。

鋁合金滑板車(chē)導(dǎo)軌型材的生產(chǎn)工藝流程依次為：配料；熔煉；精煉；轉(zhuǎn)注；除氣除渣、細(xì)化；鑄造；均勻化；熱擠壓；質(zhì)量檢驗(yàn)；交貨。

1 試驗(yàn)材料及試驗(yàn)方法

1.1 試驗(yàn)材料

本試驗(yàn)采用半連續(xù)鑄造法生產(chǎn)的6061鋁合金為原材料。6061鋁合金直徑為320 mm，化學(xué)成分見(jiàn)表1。

1.2 試驗(yàn)方法

將優(yōu)化后的6061鋁合金材料在36MN擠壓機(jī)上采用平模正向擠壓生產(chǎn)。由于擠壓溫度、擠壓速度的變化對(duì)擠壓力的影響比較大，擠壓溫度越高、擠壓速度越快，越有利于再結(jié)晶的產(chǎn)生和晶粒的長(zhǎng)大。為了獲得高性能鋁合金滑板車(chē)型材，綜合考慮擠壓機(jī)的擠壓能力，并經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)得出穩(wěn)定生產(chǎn)工藝為：模具加熱溫度480～490 ℃，鑄錠加熱溫度460～490 ℃，擠壓速度6～7 m/min。采取不接棒的方式生產(chǎn)，可避免在調(diào)直拉伸過(guò)程該型材從焊合處斷開(kāi)[1-3]。具體擠壓工藝方案見(jiàn)表2。

2 生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)控制

6061鋁合金滑板車(chē)導(dǎo)軌型材是一種特殊的不對(duì)稱(chēng)實(shí)心結(jié)構(gòu)型材，具有斷面大、重量大的特點(diǎn)?；遘?chē)導(dǎo)軌既要有良好的強(qiáng)度，還要有精準(zhǔn)的尺寸精度，因此給擠壓生產(chǎn)制造帶來(lái)了較大的難度，批量生產(chǎn)困難。6061鋁合金滑板車(chē)導(dǎo)軌型材的生產(chǎn)難點(diǎn)不僅在于熔鑄過(guò)程合金成分鑄錠組織的管控，也在于擠壓過(guò)程中斷面形位尺寸頭尾偏差大、初始階段與穩(wěn)定階段的工藝波動(dòng)，及試模過(guò)程中的質(zhì)量把控。不同程度的縮尾問(wèn)題也影響著型材的質(zhì)量穩(wěn)定，加之重量大對(duì)生產(chǎn)設(shè)備和人員現(xiàn)場(chǎng)操作要求較高，更是容易碰擦劃表面，往往導(dǎo)致成品率較低。如何提升產(chǎn)品一次合格率，保持型材內(nèi)部組織穩(wěn)定，對(duì)所有生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)的管控至關(guān)重要。

2.1 形位尺寸

圖1為鋁合金滑板車(chē)導(dǎo)軌型材斷面結(jié)構(gòu)圖。從圖1可以看出，滑板車(chē)導(dǎo)軌型材的截面外形長(zhǎng)度為132.5 mm，高度為107.1 mm。在擠壓生產(chǎn)過(guò)程中，特別是初始階段的前幾棒，由于整個(gè)型材的前后段受鑄錠溫度的波動(dòng)及初始階段的工藝調(diào)整速度的影響，尺寸出現(xiàn)較大的“彈跳”，屬正?，F(xiàn)象。另外調(diào)直過(guò)程也要注意型材前、中、后尺寸變化及角度90°允許的偏差問(wèn)題。

2.2 縮尾

擠壓縮尾是由于擠壓時(shí)金屬的流動(dòng)不均勻，致使擠壓制品存在組織性能不均勻的現(xiàn)象，是一種常見(jiàn)的組織缺陷，一般出現(xiàn)在擠壓過(guò)程的末期，即紊流壓出階段。縮尾中包含著鑄錠表面的油污、氧化物等雜質(zhì)，有時(shí)還包有氣體，屬于一種嚴(yán)重的最終廢品，導(dǎo)致制品在使用過(guò)程中發(fā)生斷裂、崩壞等失效現(xiàn)象，具有安全隱患[4-6]。因此控制尾端縮尾長(zhǎng)度為1 300～1 500 mm，頭端縮尾長(zhǎng)度為600～700 mm，并采取以下必要措施：

（1）增大殘料，即增加壓余長(zhǎng)度。壓余長(zhǎng)度對(duì)縮尾的嚴(yán)重程度有著一定影響，適當(dāng)增加壓余長(zhǎng)度，則擠壓后期流入?？椎奈廴窘饘僭缴伲瑥亩鴾p少縮尾長(zhǎng)度。實(shí)踐表明，一般壓余長(zhǎng)度為鑄錠直徑的10%～30%。

（2）增加頭尾鋸切長(zhǎng)度。機(jī)臺(tái)生產(chǎn)時(shí)，應(yīng)選擇在焊縫附近進(jìn)行鋸切，通過(guò)增加鋸切長(zhǎng)度，從而降低不良品率。

（3）鑄錠表面質(zhì)量。鑄錠表面質(zhì)量對(duì)縮尾的分布長(zhǎng)度有一定的影響，采用削皮機(jī)對(duì)鑄錠進(jìn)行車(chē)皮，一般單邊2～3 mm，保持干凈光滑的表面，確保擠壓成品的質(zhì)量。

（4）定期清理料膽。由于擠壓過(guò)程中，料膽內(nèi)部的殘余雜物可充分流入制品內(nèi)部，加大縮尾長(zhǎng)度。為了防止擠壓后期殘留金屬流入型材制品造成縮尾，定期清理料膽也是有必要的。

（5）減緩擠壓尾段速度。型材的合金種類(lèi)、幾何形狀及尺寸等因素影響著擠壓速度。擠壓速度偏大時(shí)，使得金屬的不均勻性加劇，增加縮尾長(zhǎng)度，制品表面還可能產(chǎn)生裂紋等缺陷。尤其是擠壓終了階段，適當(dāng)放慢機(jī)速可以達(dá)到減少縮尾的目的。

2.3 粗晶環(huán)

粗晶環(huán)是在對(duì)制品進(jìn)行擠壓過(guò)程中在制品的周邊形成的環(huán)狀、粗大晶粒區(qū)域，也是一種組織缺陷。粗晶環(huán)中的晶粒尺寸可超過(guò)原始晶粒尺寸的10～100倍。粗晶環(huán)會(huì)引起制品力學(xué)性能的降低，使其抗疲勞性能比中心區(qū)的低，且淬火后以及用帶有這種缺陷的坯料鍛造時(shí)，常在粗晶區(qū)產(chǎn)生裂紋[7-9]。具有這種缺陷的鋁型材在拉伸矯直時(shí)，表面會(huì)顯得粗糙，且不美觀。

6061鋁合金滑板車(chē)導(dǎo)軌型材加工過(guò)程的變形不均勻，在制品拉應(yīng)力區(qū)域易形成粗晶。冷卻的不均勻也會(huì)導(dǎo)致該缺陷的發(fā)生，一般情況是型材周?chē)蝗禽^粗大晶粒組織，具體如圖2所示，在固溶處理過(guò)程中，保證淬火設(shè)備系統(tǒng)冷卻能力達(dá)到工藝要求，避免型材出現(xiàn)較大的表面回溫現(xiàn)象。為此本研究采用了以下幾種行之有效的控制方案。

2.3.1 降低鑄錠上機(jī)溫度

適當(dāng)降低鑄錠溫度，使合金材料在變形過(guò)程中的型材表面與心部溫度差降低，減輕型材回復(fù)再結(jié)晶過(guò)程的異常長(zhǎng)大程度，并在一定程度保證型材的表面質(zhì)量，同時(shí)注意生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)操作環(huán)節(jié)連貫穩(wěn)定，保證制品質(zhì)量統(tǒng)一，使得晶粒不易長(zhǎng)大，可以減少粗晶環(huán)區(qū)尺寸。

2.3.2 優(yōu)化擠壓模具結(jié)構(gòu)

合理的擠壓模具設(shè)計(jì)也至關(guān)重要。在擠壓生產(chǎn)過(guò)程中，初始模具設(shè)計(jì)制作為簡(jiǎn)單平模，生產(chǎn)過(guò)程中尺寸波動(dòng)較大，隨著生產(chǎn)過(guò)程的進(jìn)行，擠壓工藝逐步趨于穩(wěn)定，型材尺寸漸漸回歸正常范圍。為了避免粗晶形成，在 320 mm鑄錠規(guī)格及生產(chǎn)設(shè)備不變的情況下，通過(guò)優(yōu)化模具結(jié)構(gòu)，使得出料過(guò)程材料供給方面得到加強(qiáng)和均衡，同時(shí)增設(shè)阻流塊[10]，使材料流出均勻穩(wěn)定，也是一個(gè)有效減輕粗晶的辦法。

2.4 成品鋸切

由于該 6061 鋁合金滑板車(chē)導(dǎo)軌型材用于比較精密的場(chǎng)合，用戶對(duì)產(chǎn)品長(zhǎng)度及斷面形態(tài)有著嚴(yán)格的交付標(biāo)準(zhǔn)。為了保證型材定尺準(zhǔn)確，斷面光潔，需要穩(wěn)定鋁材及鋸口走向，要想保護(hù)鋸片不受損傷，就必須具備一種穩(wěn)定鋸切狀態(tài)。即鋸機(jī)設(shè)備剛性優(yōu)良，還要有硬質(zhì)合金圓鋸片，且具備良好的鋸切精度，精密控制在±0.03 mm，兩者結(jié)合起來(lái)才能達(dá)到滿意的鋸切效果。另外，每鋸切完一條應(yīng)在型材兩端分別標(biāo)識(shí)“頭”、“尾”字眼，便于后期產(chǎn)品安裝、使用要求。

3 結(jié) 論

采用6061T4鋁合金和選擇設(shè)計(jì)合理的生產(chǎn)工藝，通過(guò)質(zhì)量控制計(jì)劃書(shū)可制備出符合用戶要求的鋁合金滑板車(chē)導(dǎo)軌型材產(chǎn)品，經(jīng)進(jìn)一步加工應(yīng)用于滑板車(chē)可以達(dá)到的零部件使用要求。

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