涨知识丨铝型材挤压过程中模痕产生的原因及解决方法

在铝型材挤压过程中，沿着挤出方向，在挤出铝型材产品的表面上产生纵向连续的线条，称之为模痕。模痕的外观如图1所示。

模痕产生的原因来自于挤压模具本身、铝型材挤压工艺及材料三个方面。在模具方面，挤压模具工作带的光洁度、加温工艺及工作带长短均会对模痕产生影响。工作带未抛光或抛光效果不好的模具，在挤出产品的表面会产生模痕，如图2所示；模具在长时间生产后，通过反复加温及抛光，模具工作带基体受损或氮化层剥落，会导致模痕的产生，需要重新氮化及抛光后再投入使用；模具加温时间过长、温度越高，会使模具工作带氧化或发生部分退火使强度降低（俗称“红包”），也会导致模痕的产生；此外，模具工作带越长，在挤出过程中摩擦时间也越久，会使工作带粘铝，导致挤出铝材的表面变粗，甚至产生模痕。

图2 模具工作带抛光前后对比

在挤压工艺方面，挤压温度越高，铝合金的粘度增加，会使挤出产品表面产生模痕的几率增加，同时，挤压速度过快也会导致模痕产生。在挤压5×××合金与7×××合金管材的时候，因材料的合金含量高，在挤压模具工作带的出口部位极易析出少量颗粒状的硬质化合物相（图3），使产品表面产生模痕，这种模痕多数情况下是不规则的，非连续的。模痕产生的因果图见图4。

图3 挤压硬质铝合金在模具工作带出口析出的化合物相

图4 模痕产生的因果图

防止模痕产生的办法：

通过对模痕产生原因的分析，我们可以试着分析防止或减少模痕产生的办法（表1）。

表1：模痕产生的防止办法

模痕深度的测量办法：

选用一段表面有模痕的产品，采取两种测量方法对模痕深度进行测量对比，测量方式、过程及结果如下：

3.1 用显微镜测量产品截面模痕深度

图5：镶样测量模痕深度流程图

测量结果：模痕深度34um；

图6：光学显微镜测量模痕深度结果

3.2 用粗糙度仪测量模痕深度

测量结果：模痕深度32um

图7：粗糙度仪测量模痕深度结果

3.3 两种测量方法及优劣点对比

表2：两种模痕深度测量方法优缺点对比

阳极处理与机械抛光对模痕的消除程度

模痕在挤压过程中不可避免，但并不是所有表面有模痕的产品都不能接受，通过后段的机械抛光或阳极处理工序，模痕对产品外观的影响可以减轻，同时一些轻微的模痕可以去除掉。选取同一批次挤压的产品3pcs，通过抛光、阳极处理后测量模痕深度，与挤压材进行对比，结果如表3所示：

表3：挤压材、阳极处理、机械抛光模痕深度与形貌对比

当模痕深度在8um以上时，用手触摸有明显手感，普通阳极处理就无法消除模痕对产品外观的影响。由此可见，阳极处理对模痕的消除程度是有限的，只有当模痕深度在7um以下时，普通阳极处理可以基本消除表面模痕对产品外观的影响。如果工序中设计有机械抛光工序，则挤压材的模痕深度可以允许放宽至10um左右。

小结：模痕是挤压缺陷之一，对产品外观有不良的影响。但模痕是可控的，通过对模具设计、模具使用的管理，对挤压工艺的改善，是可以将模痕发生的严重程度降低到最小。同时，通过对不同深度的模痕进行测量，再进行后段的阳极氧化与抛光试验，可以建立不同品质要求的挤压材模痕深度的外观限度标准，对挤压材外观判定起到有效的指导作用。

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