Extrusion ist die Kerntechnologie in der Metall-Kunststoff-Verarbeitung, bei der Druck ausgeübt wird, um den Rohling dazu zu zwingen, aus den Matrizenlöchern zu fließen, was zu Profilen mit der gewünschten Querschnittsform führt. Bei der Strangpressung von Aluminiumlegierungen wird in erster Linie das Vorwärts-Heißstrangpressen eingesetzt, das bei Temperaturen von 400–500 °C betrieben wird, wobei das Strangpressverhältnis typischerweise zwischen 10 und 100 liegt.
Der komplette Prozess umfasst: Gussblockerwärmung (Gradientenerwärmungstemperaturregelung), Formvorwärmung, Extrusionsverformung, Online-Abschreckung, Streckrichten und künstliche Alterung. Zu den wichtigsten Parametern gehören das Extrusionsverhältnis λ, die Extrusionstemperatur, die Extrusionsgeschwindigkeit und die Extrusionskraft, die miteinander gekoppelt sind und gemeinsam die Produktqualität bestimmen.
Gussbarrenerwärmung
Das Erhitzen des Barrens ist ein entscheidender Vorbehandlungsschritt im Extrusionsprozess, der darauf abzielt, die erforderliche Temperatur für die plastische Verformung (typischerweise 400–500 °C) zu erreichen und Gussseigerungen zu verhindern und gleichzeitig die Mikrostruktur zu homogenisieren.
Bei der Heizmethode kommt in erster Linie die industrielle Frequenzinduktionserwärmung zum Einsatz, was Vorteile wie einen schnellen Temperaturanstieg und eine gleichmäßige Wärmeverteilung bietet. Die Widerstandsofenheizung ist für die Massenproduktion geeignet. Prozessspezifikationen erfordern radiale Temperaturunterschiede ≤±5°C und axiale Temperaturunterschiede ≤±10°C. Üblicherweise wird die Gradientenerwärmungstechnologie eingesetzt, bei der das vordere Ende des Barrens (in der Nähe der Matrizenseite) eine 10–30 °C niedrigere Temperatur als das hintere Ende aufrechterhält, um Verformungswärme und Reibungswärme während der Extrusion auszugleichen und so eine Überhitzung des Auslasses zu verhindern.
Werkzeugerwärmung
Das Erwärmen der Matrize ist ein entscheidender Vorbereitungsschritt im Extrusionsprozess. Ziel ist es, die Matrizentemperatur an die Temperatur des Barrens anzupassen, um eine übermäßige Abkühlung aufgrund erheblicher Temperaturunterschiede während des Metallflusses durch die Matrizenlöcher zu verhindern, die die Fließfähigkeit und die Schweißqualität beeinträchtigen könnten.
Bei der Heizmethode kommt ein Widerstandsheizofen zum Einsatz, wobei die Vorheiztemperatur der Matrize typischerweise bei 450–500 °C und eine Haltezeit von mindestens 2 Stunden gehalten wird, um eine gleichmäßige Durchbrennung zu gewährleisten. Wichtige Prozessanforderungen: Die Formtemperatur sollte etwas höher sein als die Temperatur am vorderen Ende des Barrens (10–30 °C), um den Wärmeverlust während des Metallflusses durch die Form auszugleichen.
Die Temperaturanpassung zwischen Matrizen, Extrusionszylindern und Gussblöcken ist von entscheidender Bedeutung. Zu niedrige Werkzeugtemperaturen können zu erhöhten Pressspitzenwerten, verringerter Metallfließfähigkeit, schlechter Schweißqualität oder sogar Werkzeugblockaden führen; Umgekehrt können übermäßig hohe Temperaturen die Festigkeit und Verschleißfestigkeit des Matrizenstahls beeinträchtigen und den Matrizenausfall beschleunigen. Eine präzise Temperaturkontrolle (±5 °C) und ein gründliches Durchbrennen sind der Schlüssel zur Gewährleistung der Extrusionsstabilität und Oberflächenqualität der Profile.
Extrusionsverformung
Die Extrusionsverformung ist der Kernprozess der plastischen Umformung, bei dem Metall unter hohem Druck durch Matrizenlöcher fließt. Der Barren wird durch die Extrusionswelle innerhalb des Extrusionszylinders angetrieben, wodurch ein dreiachsiger Druckspannungszustand erzeugt wird. Das Metall gelangt entweder über eine Umlenkbrücke (Hohlprofil) oder direkt in die Matrizenlöcher und bewirkt so eine Querschnittsformänderung.
Zu den wichtigsten Prozessparametern gehören das Extrusionsverhältnis λ (typischerweise 10–100), die Extrusionstemperatur (400–500 °C), die Extrusionsgeschwindigkeit (axiale Geschwindigkeit 2–15 mm/s) und die Extrusionskraft. Verformungswärme und Reibungswärme, die beim Extrudieren entstehen, können zu einem Anstieg der Metalltemperatur um 30–80 °C führen, was einen Ausgleich durch Gradientenerwärmung oder Geschwindigkeitsregelung erfordert.
Online-Quenching
Die Online-Abschreckung dient der nahtlosen Integration zwischen Extrusionsprozessen und Wärmebehandlung. Es nutzt die Restwärme der Extrusionsdüsenlöcher, um eine schnelle Abkühlung zu erreichen und die gelösten Verfestigungsphasen (z. B. Mg₂Si) bei erhöhten Temperaturen bis hin zur Raumtemperatur zu verfestigen, wodurch günstige Bedingungen für die anschließende Alterung geschaffen werden.
Die Kühlmethode wird anhand der Legierungseigenschaften ausgewählt: Luftkühlung eignet sich für Legierungen mit geringer Abschreckempfindlichkeit wie 6063; Die Wassernebelkühlung ist die am häufigsten verwendete Methode für Legierungen der 6xxx-Serie und bietet kontrollierbare Abkühlraten und minimale Verformung. Bei Legierungen mit hoher Abschreckempfindlichkeit wie der Serie 7xxx wird Wassertauchkühlung mit Abkühlraten von ≥50 °C/s eingesetzt.
Kritische Prozessanforderungen: Die Profiltemperatur muss vor dem Abschrecken die Temperatur der festen Lösung der Legierung (typischerweise ≥ 500 °C) überschreiten. Die Kühlung muss gleichmäßig und mit ausreichender Geschwindigkeit erfolgen, um einen lokalen Kühlmangel zu verhindern, der zu einer Ausfällung in der Verstärkungsphase führen könnte.
Stretch-Rollen
Das Streckwalzen dient als entscheidender Endbearbeitungsprozess nach der Extrusion. Durch die Anwendung einer axialen Spannung auf die Profile werden Biegungen, Verdrehungen und Restspannungen, die bei Extrusions- und Abschreckprozessen entstehen, eliminiert und gleichzeitig die Maßhaltigkeit optimiert.
Wichtige technische Punkte: Der Dehnungsgrad sollte innerhalb von 0,5 % bis 2,0 % kontrolliert werden (je nach Profilform, Wandstärke und Präzisionsanforderungen). Eine zu geringe Dehnung kann keine wirksame Begradigung bewirken, während eine zu starke Dehnung zu Querschnittsverengungen, Maßabweichungen oder sogar Brüchen führen kann. Achten Sie während des Dehnvorgangs auf eine gleichmäßige Klemmung und Ausrichtung der Kraftlinien, um ein zusätzliches Biegen zu verhindern.
Künstliches Altern
Die künstliche Alterung ist ein entscheidender Wärmebehandlungsprozess, um extrudierten Profilen endgültige mechanische Eigenschaften zu verleihen. Nach dem Abschrecken werden die Profile erhitzt und in einem Alterungsofen gehalten, um eine gleichmäßige Ausfällung von Festigungsphasen (z. B. Mg₂Si in der 6xxx-Reihe) aus der übersättigten festen Lösung zu fördern, wodurch dispergierte Ausscheidungen im Nanomaßstab entstehen, die die Härte und Festigkeit deutlich erhöhen.
Typische Prozessparameter: Die Alterungstemperatur für die 6xxx-Serie beträgt 180–200 °C mit einer Haltezeit von 2–4 Stunden; Die 7xxx-Serie verwendet eine zweistufige Alterung mit komplexeren Temperatur- und Zeitkombinationen. Während des Alterungsprozesses ist eine strenge Kontrolle der Gleichmäßigkeit der Ofentemperatur (innerhalb von ±3 °C) erforderlich, um eine örtliche Über- oder Unteralterung zu verhindern.
Andoische Oxidation
Elektrophoretische Beschichtung
Pulverbeschichtung
Warmwalzen
Warmwalzen ist ein Umformverfahren, bei dem Metallbarren zur Walzverformung über die Rekristallisationstemperatur erhitzt werden. Die Erwärmungstemperatur liegt typischerweise im Bereich des 0,6- bis 0,9-fachen des Schmelzpunkts des Metalls, wobei die Warmwalztemperaturen für Aluminiumlegierungen im Allgemeinen auf 350–450 °C eingestellt sind.
Beim Warmwalzen unterliegen Metalle gleichzeitig einer Kaltverfestigung und einer dynamischen Rekristallisation, was zu einer deutlich verbesserten Plastizität und einem verringerten Verformungswiderstand führt und sie für die Produktion mit hoher Reduktion geeignet macht. Zur Hauptausrüstung gehören Warmwalzwerke (Zweiwalzen, Vierwalzen oder Mehrwalzen), die durch rotierende Walzen Druck auf den Knüppel ausüben, um dessen Dicke zu verringern und seine Breite zu vergrößern.
Die Hauptfunktion des Warmwalzens besteht darin, gegossene Barren (flache oder runde Barren) in Blech-, Band- oder Stabbarren umzuwandeln; um die Gussstruktur aufzubrechen, Poren und Lunker zu beseitigen; und die Korngröße zu verfeinern und gleichzeitig die mechanischen Eigenschaften zu verbessern.
Kaltwalzen
Kaltwalzen ist ein Walzverformungsprozess, der unterhalb der Rekristallisationstemperatur des Metalls, typischerweise bei Raumtemperatur, durchgeführt wird. Vor dem Kaltwalzen von Aluminiumlegierungen müssen warmgewalzte Knüppel einem Glühen unterzogen werden, um sie zu erweichen, die warmgewalzte Mikrostruktur zu beseitigen und den Verformungswiderstand zu verringern.
Kaltwalzen zeichnet sich durch eine erhebliche Kaltverfestigung aus, bei der Metalle während der Verformung eine erhöhte Festigkeit und eine verringerte Plastizität aufweisen. Bei einer minimalen Reduzierung in einem Durchgang (typischerweise 10–30 %) sind zum Erreichen der Zieldicke mehrere Durchgänge in Kombination mit Zwischenglühen erforderlich. Kaltgewalzte Produkte weisen eine hervorragende Oberflächenqualität und hohe Maßgenauigkeit auf (mit Dickentoleranzen von nur ±0,01 mm), während ihre mechanischen Eigenschaften durch die Einstellung des Kaltverfestigungsgrads präzise gesteuert werden können.
Spezifikationen und Toleranzen
Engineering und Anpassung
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