第六章挤压制品成品率控制及制品主要缺陷分析Word文档下载推荐.docx
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100=77%
2）综合成品率K：
又叫总成品率或最终成品率。
定义为企业的最终成品总量与最初投入总量之比。
即K=
综合成品率等于各个工序的成品率的连乘积。
即K=K1K2K3….
3）成品率的影响因素
成品率与设备的好坏、铸锭品质、产品结构、品种规格的变换频率、工艺技术的先进程度、企业管理水平和操作工人的素质等因素有关。
所以成品率可以看做企业的中和考核指标。
一般技术发达、管理先进的国家挤压制品的成品率均高。
如日本的挤压制品的成品率可以达到85%以上，我国挤压车间的成品率多数不到80%，平均一般在76%左右。
建筑型材的成品率接近80%，而工业材的成品率低5%~10%，其成品率为70%左右。
按铝加工建设标注——建标[1992]894号（此标准自1993年3月1日实施），铝加工产品成品率应符合表3-6-1规定。
表3-6-1工厂设计产品成功率/%
工厂类型
产品种类
大型企业
中型企业
建筑铝型材厂
熔铸车间
实心圆锭
85~95
80~90
挤压车间
挤压材
75~85
75~80
氧化车间
氧化着色材
93~98
92~97
我国几家知名建筑铝型材企业2004年挤压制品成品率情况
表3-6-2几家知名铝型材企业2004年加成品率情况
企业名称
挤压车间成品率/%
华加日铝业有限公司
85
福建闽发铝业有限公司
81.8
广东兴发集团有限公司
84.8
西南铝业（集团）有限公司
78.5
广东坚美铝型材厂有限公司
84.5
东北轻合金有限责任公司
76
注：
因各企业产品结构不同，成品率必然不同，以上数据仅供参考
6.1.3恐慌子和提高成品率的主要方法
提高铝合金型材的成品率的关键就是要减少和消灭废品。
几何废品虽然是不可避免的，但可以设法使其降到最低。
技术废品是人为因素，可以逐项分析加以消除，也可以使其降到最低水平。
为此可以采用如下来有效的控制和提高挤压制品的成品率。
6.1.3.1减少几何废料是提高成品率的重要前提
1）几何废料的组成及所占比率，见表3-6-3。
表3-6-3各种几何废料所占的比例表
类别
残料
车皮
铸锭
锯口
头尾料
试模
不够尺寸废弃的料
模具中残留铝
成品锯切铝屑
所占比率/%
3~5
0.5~1.0
2~4
0.5~1.5
1~10
0.1~0.2
0.1~0.3
将表3-6-3中各项几何废料按百分比例大小绘制成排列图。
如图3-6-1.
将工艺废料所占比例加起来可知，几何废料的潜力很大。
从图3-6-1可知，几何废料潜力最大的是前面四项：
因不够定尺长度（定尺长度按6m计）切区的废品最大，其次是残料和车皮，最后是切头尾。
下面分析如何减少这些几何废品。
2）减少几何废品的措施
（1）正确选择铸锭长度是减少工艺废品的主要措施。
铸锭长度不是先挤压后再计算，而是要先计算后再挤压。
不定尺产皮应按第3章公式（3-3-2）计算铸锭长度L。
即L=（
+H残）K
定尺产品应按公式（3-3-3）计算，即
L=[
+H残]K
式中L制，L定——压出制品长度和定尺长度/mm；
Km,k——制品正公差系数和礅粗系数；
L头尾——切头、切尾总长度，一般450mm;
H残——残料长度/mm；
L试样——切取试样长度/mm；
M——定尺个数；
L工艺余量——挤压工艺余量/mm，随模孔数变化，一般单取500mm，双孔取800mm,4孔取1000mm，6孔以上取1200mm。
除了认真计算铸锭的长度以外，还要了解该制品所用的模具是新模还是旧模。
因为新模的壁厚一般采用先从负公差做起，旧模往往是正公差。
有时甚至是接近超差的模具，都要从电脑的模具档案中了解模具的使用情况和详细数据，然后对所计算的铸锭长度进行修正。
如果是短铸锭生产更有必要。
采用长铸锭加热时，可以用第一根料挤压出的长度来证实，挤压出制品的长度是否合适，然后以此来调整铸锭长度。
铸锭长度选择应恰到好处，就可以提高成品率1%~10%.这是提高经济效益的一项很大的潜力。
另外在选择定尺个数或制品长度时，在保证挤压机能顺利挤压的前提下。
冷床长度又足构长时，尽可能增加定尺个数或制品长度，也即可能选择较长的铸锭。
油第三篇公式（3-3-3）可知；
几何废料百分数N为：
N=
（H残+
）×
式中L为铸锭长度，当L增大时，则几何废料的百分数下降。
可见在条件允许的情况下，尽可能选择较长的铸锭也是降低工艺几何废料的百分数和提高成品率的有效方法。
（2）长锭加热，采用热剪技术是减少工艺废品的一项良好措施。
它不仅可以将铸棒切成短棒时不会产生废料，而且可以在试模时切取一个试模的短棒就可以了，减少了试模的几何废料。
同时正确的热剪短棒还可以适当减少挤压残料的长度。
这样可以降低几何废料1%～3%。
（3）改善铸锭的内外步品质可以大多数合金铸棒不用车皮，即使像硬铝和超硬铝那样的合金一定要车皮，也可以减少了车皮的几何废品。
由于铸锭的内外部品质好，也可以适当缩短残料长度。
通过以上几项措施可以使几何废料最大减少18%，即最少的几何废料约为9%，可以使成品率达到91%（技术废品为零的情况），可见减少几何废品是企业一项重要的技术管理措施，对高经济效益有很大的意义。
（4）一模多空挤压可以提高成品率。
对于某些制品适合多空挤压时，尽可能采用多孔挤压，不仅可以减少挤压系数，降低及压力，而且可以提高成品率。
在技术废品为零的情况下从表3—6—4可以看出，用双孔挤压比单孔挤压成品率可以提高3%～4%。
6.1.3.2掌握好温度是杜绝组织与性能废品的关键。
大部分的组织废品和力学性能不合格的废品，都与工艺温度有关。
从表3—6—5可以看出工艺温度对制品品质的影响。
制品名称
制品断面积
/m㎡
挤压筒直径
/mm
模孔数
个
铸锭长度
残料长度
挤压
系数
λ
成品率
/%
25mm×
1.4mm角材
同上
φ16mm圆棒同上
68.04
201
201
100
100
130
1
2
260
400
350
450
20
25
115.4
57.7
66
33
85
88
84
87.3
表3—6—4单孔与双孔挤压的成品率比较
表3—6—5工艺温度对制品品质的影响
工艺温度
淬火温度
铸锭加热温度
人工时效温度
成品退火温度
过高
过低
对制品品质的影响
易过烧、晶粒粗大、易产生气泡
力学性能不合格
易过烧、易产生粗环
力学性能不合格，易产生粗晶环
易过时效，晶粒粗大
粗大晶粒退火半硬制品性能不合格
退火软制品力学性能不合格
从表3-6-5中可以看出，工艺温度过高或过低都易产生组织和性能不合格的废品。
因此正确掌握好玩呢度，认真执行工艺规范是杜绝以上废品的关键。
6.1.3.2控制哈挤压速度是品质和效益的统一
挤压速度是挤压工艺中一个重要的工艺参数，它关系到产品的好坏和生产效率的高低。
挤压速度不像掌握工艺温度那样，一种合金一种热处理工艺基本上可以选定易个温度，而挤压速度是一个经验性很强的工艺参数。
不同合金和状态选用的挤压速度不同，同一种制品在挤压过程中前后的挤压速度也不一定相同。
要正确地控制好挤压速度应做到：
1）要熟练地、灵活的掌握好各种合金、各种断面（包括壁厚）的挤压速度范围，并注意观察在该挤压速度范围内调整速度的大小对挤压制品质的影响，从中总结经验。
2）要熟悉挤压设备控制挤压速度的能力。
有的挤压机有等速挤压控制和PLC控制，有的只有PLC控制，有的两者都没有。
当给定一个挤压速度后，有的挤压机开始可以按这个速度挤压，随着挤压筒内的坯料的逐渐减少，挤压力降低，制品的流出速度会越来越快，有时会使制品的后产生裂纹。
因此就要即使地调整挤压速度。
只有了解设备状态，才能恰当的调整、控制挤压速度。
3）要了解不同的模具对挤压速度产生的影响。
一般来说平模（实心型材）的挤压速度比分流模（空心型材）的挤压速度大。
但同一类模具、同一断面形状的制品，由于设计和制造水平不同，所选用的加以速度用有所不同。
特别是断面有壁厚差，或有开口的半空心型材，与模具有很大的关系，只有使用模具设计的某一挤压速度为最好，速度太大或太小都易产生扭拧，开后或收口现象。
如果能对模具建立详细的档案，模具流动到每一个地方都有跟踪记录，在电脑里都可以显示出来，操作者可以从电脑里的资料中了解每一套的特点，曾经使用的挤压速度，从而能正确控制好每个产生的挤压速度。
6.1.3.3首检和互检是消灭尺寸废品和表面废品的必要手段
外形尺寸废品如壁厚超差、扭拧、平面间隙、开口或收口等，主要靠试模后第一、二跟料有操纵手在出料时检查和质检员在拉伸后检查把关来杜绝这类废品的产生。
着就是通常所说的首料必检制度。
一般壁厚公差要从负公差开始控制，因为随着制品的陆续生产，由于模具的逐渐磨损，制品壁厚会逐渐变厚。
另外再出料口检查时，还要流出0.01~0.04mm的拉伸余量。
出现扭拧、平面间隙、开后或收口时，要即使通知修模工修理模具或更换模具。
质检员在拉伸矫直后还要认真对照图纸复检一遍。
看拉伸后制品的外形尺寸是否全部合格。
表面废品如擦划伤、桔子皮、组织条文、黑斑、气泡等，往往不是每一根制品全部出现。
需要通过操纵首、质检员、拉伸成品锯切工序，互相检查，共同监督将表面存在的废品调出。
如质检员在出料台上未发现制品有擦划伤，到成品锯切时发现制品有划伤现象，就要从冷床的转化过程中检查，是否运输皮带、拨料器等某些部位有坚硬突出造成制品划伤。
拉伸张力矫直时，拉伸工站在两头操作不易发现因拉伸量过大产生桔皮现象。
质检员或成品锯切工则容易范县，就要及时通知拉伸工适当控制拉丝率。
这体现了互检的重要。
质量管理是全员、全过程的管理，每个工序都必须把好质量关，做到自检、互检、专检相结合，才能有效的将技术废品消灭在萌芽状态。
人为的控制和提高成品率。
6.1.3.5保证产品品质，提高成品率的主要技术措施
提高模具设计、制造水平，减少试模次数，是保证铲皮机你品质，提高成品率的重要技术措施。
一般没此试模都耗费1~3个铸锭，使成品率降低0.5%~1.5%，由于模具的设计，制造水平低，有的产品要修模、试模3~4次甚至更多次才能出成品，无形中使成品率降低2%~6%,这不仅是一个经济上的损失，而且由于反复试模，延长生产周期，不能及时向客户提供产品影响企业声誉。
因此必须要提高模具的设计、制造水平。
现代模具提出零试模概念，即模具制造出来以后，不需要试模，可以直接上机生产出合格产品。
采用模拟设计软件，有限元分析，设计可以全部在电脑里完成。
也可以通过电脑模拟试模。
模腔加工在自动加工中心里面完成，整个模具的加工都是高精度完成，因此模具的质量非常高。
上机合格率在90%以上。
可以提高成品率2%~6%。
6.2挤压废品产生的原因及消除方法
6.2.1组织废品及消除方法
6.2.1.1过烧
铝合金挤压制品发生严重过烧时表面颜色发暗或发黑，或在表面产生气泡、细小的球状析出物（小泡）或裂纹等。
在金相显微内部产生复溶球。
、如图3-6-2所示，表现在力学性能方面为强度和伸长率下降。
过烧产生的主要原因是加热温度太高，超出了热处理工艺允许的加热温度范围。
或者由于加热不均匀，炉子温差太大，仪表失灵等原因，使制品局部地方达到低熔点共晶体的溶化温度产生局部过烧。
过烧主要采用金相显微检查方法来确定。
用力学性能变化检查不准确，因为较轻微的过烧使力学的变化不大，有时甚至还会略有提高，但对于耐腐蚀有严重影响。
因此产品过烧是绝对废品。
严格控制加热温度是防止过烧的热处理制度保证，加强设备维护，确保加热炉的温差不超过±
5℃，是防止过烧的设备保证。
6.2.1.2粗晶环
对于棒材、厚壁的管材、型材，在其制品的末端沿周边有一层环状粗晶粒区。
如图3-6-3所示。
它使制品的力学性能降低。
粗晶环的形成机理及影响因素较为复杂，尚未形成统一看法。
其原因可能是挤压变形不均匀，外层金属受到模子壁摩擦，物理变形程度大，而尾端残料中污物也逐渐进入外层，热处理时制品表面层受热温度高，保温时间长，加之混入的夹杂质点产生晶核，容易长大，使外层金属晶粒显著变粗大。
防止粗晶环方法：
1）采用反向挤压法，使金属变形均匀，不易形成粗晶环。
2）合金中添加少量的锰、铁、钛可以减少或消除粗晶环。
3）采用高温挤压，使合金处于单相区内可以减少粗晶环深度。
4）适当增大挤压残料，避免残料中非金属夹杂物质留入到制品尾端。
5）保持挤压筒内壁光洁，形成完整的铝套，减少挤压时的摩擦力
6）避免淬火温度过高
7）采用多孔模挤压。
6.2.1.3粗大晶粒
制品出现粗大晶粒，力学性能下降，冷变形时易出现裂纹，表面粗糙（呈桔子皮状），低倍组织观察晶粒粗大。
主要原因加热温度过高，保温时间太长或加热速度太慢，冷变形金属变形量太小或在临界变形度下退火。
防止粗大晶粒的方法：
合理选择热处理的加热温度和保温时间。
提高加热温度。
对于需要冷变形金属，应提高冷变形程度，尽量避免在临界变形度下退火。
6.2.1.4缩尾
缩尾是挤压生产总一种特有的废品。
分为中空缩尾和环形缩尾。
中空缩尾时由于挤压垫片上有油污和挤压残料留的太少，造成金属供应严重不足等原因而形成中空漏斗状缩尾。
环形缩尾组要由于挤压过程快结束时，变形区内金属供应不足，迫使金属沿挤压垫片周边发生一般在制品尾端的断面上，多呈连续或不连续的环形状。
防止缩尾的主要措施：
1）减少铝锭温度与工具温度差，或采用低温挤压。
2）保证铸锭表面干净、加热均匀。
3）禁止在挤压垫片上抹油或也难怪油布擦挤压垫。
4）提高模具和挤压筒的表面光洁度，及时清理挤压筒。
5）挤压过程快结束时降低挤压速度。
6）采用润滑挤压和反向挤压。
7）按规定留残料和切尾，或适当增大残料厚度。
6.2.1.5夹渣
在金属的组织中含有非金属夹杂物，在低倍试样中用肉眼可见，有时会露出金属制品的表面，肉眼可见或用手触摸制品你也可以感觉到。
产生夹渣的主要原因；
一是来源于铸锭，由于熔铸工艺中的精炼除渣和过度环节没有完全将非金属夹杂物截住，因而残留在金属制品中的组织中。
而是来源于铸锭外表的非金属夹杂物带到挤压筒内，没有及时清理挤压筒，因而流入金属制品组织中的。
前者多存在制品内部，后者多出现在制品表面。
消除夹渣的主要方法：
加强精炼，保证有足够的静止时间，采用高质量的陶瓷过滤板，确保铸锭金属组织的纯洁。
其次定时清理挤压筒周边的金属层，当挤压筒工作部分超差时，要及时更换挤压筒内套。
6.2.2力学性能不合格废品及消除方法
6.2.2.1T5或T6状态的制品你力学性能强度指标不合格
主要原因是合金的化学成分不符合国家标准或企业内控标准。
使合金强化相含量达不到规定要求。
其次是违反热处理工艺，挤压温度或淬火温度太低：
冷却速度太慢或转移时间太长;
可能是人工时效温度偏低或保温时间不够，也可能是人工时效温度偏高、保温时间太长，发生过时效等原因。
消除方法应首先保证使铸锭的化学成分符合国标或企业内控标准。
按国家质量检测中心的要求，化学成分不符合国家标准的制品即为废品。
其次应严格执行挤压操作工艺规程和每个工序的热处理工艺。
6.2.2.2退火制品的强度或塑性太低的不合格品】
一般都是退火温度过低或保温时间过短所致。
对于热处理强化的铝合金，也可能时退火后的冷却速度太快，产生了淬火效应。
要防止这类不合格品的产生，主要是选择正确的退火温度和恰当的保温时间。
对于热处理可强化的铝合金，退火后的一般要以不大于30℃/h的速度冷却至260℃以下才能出炉在空气中冷却。
对于7A04合金要冷却至150℃以下才能出炉冷却。
6.2.3外形尺寸不合格的废品及消除方法
6.2.3.1波浪
在挤压制品表面沿挤压方向，有局部的连续起伏不平的现象，如同水浪一样，通常称波浪。
一般在薄壁宽面的型材或带制品中容易产生。
主要原因是挤压金属从模具流出的时的温度分布不均匀或冷却速度不均；
也可能是挤压机运行不稳定，产生较大的抖动，使金属不平衡流过模腔;
或模具设计不合理，工作带设计有问题使金属流动不均而引起制品产生波浪。
预防措施；
1）维修好挤压机，使其工作平稳无抖动，调整挤压机、挤压筒和模具中心，使其三着同心度符合规定要求
2）修正模具定经带长度，确保金属流动不均匀。
3）制品出口处安置形状相似的导路，或用石墨板、石墨条压住制品使之平稳前进。
4）合理调整挤压温度和挤压速度，使变形均匀
6.2.3.2扭拧制品在挤压过程中一部分和另一部分流出速度不同而产生沿纵轴扭转的现象称扭拧。
一般断面为非轴对称型材容易产生，实心和空心型材都可能产生，有的开始时产生，有的在挤压快结束时产生。
主要原因是金属通过模具时个部分的流动速度不同而引起的。
当这种缺陷轻微时可以在随后的矫直工序中得到纠正，当扭拧严重时，即使进行矫直也无法消除。
消除方法：
1）修正模具定径带的长度，使金属流动均匀。
2）对空心模具合理设计分流孔和桥部结构。
3）制品出口处安置形状相似的导路，或使用石黑板、石墨条压住制品使之平稳前进。
4）合理调整挤压温度和挤压速度，使变形均匀。
6.2.3.3弯曲
制品沿纵向呈现不平直现象称弯曲。
沿纵向呈现均匀的弯曲称均匀弯曲;
在制品某处突然弯曲称硬弯。
沿宽度方向（侧向）的弯曲称刀形弯.主要原因时模具设计工作带或制品流出模孔后前端突然受到某处的阻力，立即产生弯曲;
或制品流出模孔后，冷却速度大，各处收缩不平衡而引起弯曲.
消除方法：
1）修理磨具工作带，确保金属流动均匀，
2）安装合适的导路，从出料台到滑出台各处要保持平滑，不能有任何阻止制品前进的障碍。
3）适当增大拉伸率，将制品拉直为止。
4）适当控制挤压速度，冷却风要均匀，避免从一边吹风冷却制品。
6.2.3.4平面间隙
制面某一面呈现向上的凸和向下凹的现象，用直尺放置该面，其间有一定的缝隙称之平面间隙。
产生主要原因是型材壁的两面金属流动不均或精正矫直配辊不当造成的。
修正模具工作带长度，确保金属流动均匀。
精整矫直时适当配好上下辊可以较正平面间隙。
6.2.3.5尺寸超差
制品各部分尺寸超过了型材断面图纸尺寸的公差要求称尺寸超差。
通常的尺寸超差有：
壁厚超差、圆棒、圆管的外径超差，扁方管的长（宽）边超差。
不规格型材角度超差，开口尺寸超差等。
多数的原因是模具设计时的尺寸预留时不合理，或模具挤压时产生变形，或模具使用时间过长，或拉伸矫直时拉伸率控制不当等原因造成的。
1）建立模具档案，对模具变形、使用时间长、壁厚已超差的模具应及时报废。
改进模具设计和模具制造工艺。
2）对于角度超差、开口尺寸超差的应修正模具工作带，确保金属流动均匀。
3）拉伸矫直时，适当控制拉伸量。
对有开口的型材，夹头时在开口处放上适当的垫块，可以防止拉伸时收口。
4）严格控制挤压温度和挤压速度。
6.2.3.6挤压管材的偏心
造成管材偏心的原因主要有坯料、挤压操作、工模具的磨损、设备对中不良等几个方面的原因，如图3-6-4所示。
管材的偏心有两种形式：
断面上的偏心在方向上变化的不定向偏心和断面上偏心在方向上的定向偏心。
1）不定向偏心。
其原因包括工模具的影响和坯料准备的影响两个方面。
垫片尺寸不合适，外径过小或内孔过大会减小垫片对针的控制作用;
穿孔针弯曲或头部压颓，由于受力不均也会偏离中心位置；
模子加工不正确，本身带有偏心。
锭坯加热吧均，金属各部分的变形抗力不同，穿孔针将向温度高的一侧偏移；
当锭坯端面切斜度太大时，若对实心锭坯不进行填充挤压操作而直接穿孔，或为空心锭坯挤压的情形，会影响针的位置；
空锭坯的孔偏心也会影响管材壁厚不均匀。
所有的锭坯准备方面的因素对于管材壁厚的影响一般反应阶段在前段。
这种影响往往在用细针挤压以及硬合金时才会表现出来。
2）定向偏心。
产生定向偏心的主要因素是挤压筒，挤压轴与挤压设备。
挤压筒内套靠进模子的一端磨损较快，直径变大，从而使垫片对针的控制作用减小，内套与模支撑贴合锥体变形不均匀使内套与模支撑中心不对称，模坐下面的滑块磨损下沉，内套锥型体下部变形大，均可导致管材偏心。
挤压体筒偏离中心线（一般是由于挤压筒的滑板磨损所引起的），垫片将带动针偏移。
挤压轴的端面与轴线不严格垂直，挤压轴变形也是导致管材产生偏心的原因。
挤压轴变形有礅粗与弯曲两种形式。
不论其中哪种形式都可能使轴的工作面偏斜。
设备的影响主要可以考虑以下因素；
张力柱的预张紧度和长度应一样，否则会好似机架与中心线不垂直；
设备本身安装不正常或着因受力和温度的影响产生变形和位置移动，以及结构设计不良：
锁键、挤压轴座支撑面变形等。
此外，挤压时操作不当，例如穿孔前坯料的填充不充分，脱皮挤压时挤压筒清洁不彻
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