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铝型材返喷砂纹粉末层间脱层问题分析
修改时间: 7:59:25
1、前言&&&&表面经粉末喷涂后具有很好的防护性能和装饰性能，经过几十年的发展，铝型材喷涂工艺愈发完善，同时喷涂成品率也不断提高。一般情况下，如果严格控制前处理及喷涂工艺，可最大限度地控制不合格品的生产。但由于原辅材料、挤压坏料、喷涂设备、生产环境因素以及员工责任心等，铝型材粉末喷涂一次成品率很难达到100%，其中大部分缺陷是需要返工修复的。据观察，当砂纹表面出现质量缺陷需要重新返喷时，有时会出现返喷涂层与第一道砂纹涂层间出现脱层问题，也即常说的“两张皮”现象，而返喷平光粉末涂料时却极少出现脱层问题。由于涂层的附着力对涂层的耐候性、耐盐雾性、耐酸碱性等有极大的影响，一旦附着力不合格，则涂层失去了对基材的保护作用，因而附着力显得尤为重要。&&&&2、返喷砂纹粉末附着理论&&&&砂纹粉末涂料之所以更易出现层间现象，必有其特殊性。&&&&与平光粉末涂料相比，砂纹粉末涂料配方有其特殊性：&&&&?配方中所用的主要原材料如聚酯树脂和固化剂TGIC(或HAA)可能更低端；&&&&?配方中使用砂纹剂为表面张力物质，固化后更易形成低表面能的涂层表面；&&&&?配方中使用更多的蜡以提高表面硬度和抗刮伤性能，固化后浮于涂层表面；&&&&?配方中可能使用待检品、库存粉以及回收粉；&&&&固化时，砂纹粉末也表现出与普通平光粉不一样的固化特性：&&&&?熔融粘度大；&&&&?胶化时间短。&&&&附着力实质是界面间的作用力，是有机涂层与基体间通过物理和化学作用结合在一起的牢固程度，它主要包括两方面：有机涂层与金属基体间相互结合能力及有机涂层分子间胶联的程度，涂层与基体间的结合力越大越好，涂层固化越彻底，分子间的交联就越稳定，形成的涂层就越致密牢固。&&&&粉末涂料喷涂时依靠静电吸附到工件表面，在固化炉经过熔融、流平、胶化、固化四个过程。其中，在熔融、流平、胶化三个过程中粉末程液态特征，润湿底材并且渗入到底材的表面空隙中，从而使粉末与被涂底材紧密结合，形成附着力。& 如果在熔融、流平、胶化三个过程中粉末层不能与底材紧密结合，那么工件在受到外力作用时会出现涂层与底材分离的现象，即人们常说的“掉塑”、“脱塑”、“涂层脱落”或者“附着力不合格”。考查附着力时润湿性是必须的标准，只有当涂料有效润湿底材时才起作用，涂料对底材的润湿是附着力的关键。被涂表面的润湿可从热力学角度描述，涂料在液体时的表面张力以及底材和固态涂膜的表面能是影响界面连接强度和附着力形成的重要参数。&&&&所以要得到良好的附着力粉末在熔融状态对底材的润湿至关重要，而润湿过程与底材的表面张力，熔体的粘度以及接触时间有关。由于砂纹粉固化时表现出的高粘度及较短的胶化时间特性，当返喷在低表面能的砂纹表面时对底层砂纹表面的润湿是恰恰不利的。&&&&有报导称加入少量的某些含氮基团能大大提高附着力。因为界面上两相间发生氨-酯交换反应，形成酰胺键，但在实际操作中并未得到证实。&&&&附着力通常以图1所示的几种形式形成对底材的附着。附着力的大小取决于底材表面和涂料的性质。广义上，这些结合力可分为二类：主价力和次价力。化学键即为主价力，具有比次价力高得多的附着力，次价力是以氢键为代表的弱得多的作用力。当粉末涂料喷涂于底材上，在固化的过程中就形成了附着力。在热固性聚酯粉末涂料界面间可能形成共价键，相互反应的化学基团牢牢结合在底材和涂料上。在具有极性基团，如含结晶水的转化膜（铬化膜）的底材上更容易以化学键结合（聚酯粉末中反应性的羧基基团与金属底材转化膜界面间形成共价键，这一相互反应的化学基团牢牢结合在底材和涂料上，解决聚酯粉末涂层与铝型材表面附着力的问题），因此这类连接属于化学键结合且最强耐久性最佳。而在非极性表面如完全固化交联的聚酯粉末涂层上则具有较少的化学键，因此返喷涂层就不会与基层涂层发生化学交联反应，只能进行物理附着或少量氢键结合。因此在砂纹表面返喷砂纹粉末更适合于机械连接理论解释。&机械连接理论&&&&当熔融的粉末与含有孔、洞的砂纹表面接触时，熔体能够渗透进去并起到机械定锚作用。虽然砂纹的表面粗糙化能提高附着力，但必须注意避免深而尖的涂层形状（砂纹光泽过低，表面过于干燥的砂纸状涂层），这种粗糙化的砂纹涂层会出现透底现象，而且，深而尖的隆起会形成不均一的涂层，从而生成应力集中点，降低附着力。当剥离返喷砂纹涂层时，可以看到返喷砂纹涂层的背面是光滑的，也就是说返喷的砂纹粉末未熔融时并未真正地渗透进第一层粗糙的砂面涂层的缝隙中。若不能完全渗入，则涂料与表面的接触会比相应的几何面积还小，并且在涂料和底材间留有空隙，空隙中驻留的气泡会导致水汽的聚集，最终导致附着力的损失。这与砂纹粉末的特性有关：首先第一层砂纹涂层固化后表面张力较低，当涂层过度固化时表面张力变得更低；其次由于砂纹粉熔融时的粘度较大，而且返喷时有第一层涂层的“热阻隔”作用，使得真实的工件受热温度较第一喷涂时低，在较低温度下熔体粘度更难降低，高粘度低流动性的砂纹粉末熔体在较低的“工件温度”下难以渗透进第一涂层的表面，随着粘度和涂层刚性的增加的同时也逐渐形成会生成大量的应力，并残留于涂层中。因此涂层间的机械连接力较低，在收到外力时便产生脱层现象。&&&&3、返喷时层间脱层原因分析&&&&通过以上理论再结合砂纹粉末的特性可以总结返喷砂纹粉时可能产生的脱层原因：&&&&3.1聚酯树脂含量偏低&&&&如果聚酯树脂含量低（填料量过大），有效成膜物质少，固化过程中会导致涂层交联不完全，固化后涂层会发脆，遇到外力涂层就会脱落。&&&&3.2低档次的聚酯树脂&&&&聚酯树脂由缩聚反应逐步聚合而成。严格控制缩聚工艺（控制升温速率和缩聚反应后期的真空度）可得到分子量呈正态分布的质量上佳的产品，若缩聚工艺控制不当（升温速率太快）尤其是缩聚后期真空度达不到，则得到的聚酯树脂分子量分布宽，意味着树脂中存在大量的不耐热的低分子量缩聚物，在较高的固化温度下，这些低分子量缩聚物会从涂层内分解挥发出来而浮于涂层的表面，形成低分子“油膜”，严重影响了附着力。&&&&3.3添加剂不合适或用量不当&&&&砂纹粉末涂料配方中添加砂纹剂以及为提高耐刮伤性能而添加一定量的蜡（通常是聚乙烯蜡），砂纹剂的主要成分是聚四氟乙烯，也就是我们常见的特氟龙不粘锅涂料的主要成分，聚四氟乙烯和聚乙烯蜡的加入都会降低涂层的表面张力，适量的添加量对附着力不会产生较大的影响，但如果使用过量，则会极大地降低砂纹涂层的表面张力，形成一个类似的不粘的低表面能的表面，使涂料对其表面的润湿效果差，熔融的返喷粉末难以完全渗透的底涂层的空隙中，且在两层涂层间留有空隙，使返喷在其上的砂纹涂层很难与其牢固结合，最终导致涂层间附着力不合格。& &3.4喷涂砂纹粉末时掺入了过多回收粉或过期物&&&&所有铝型材客户都会存有大量的库龄较长的库存粉以及回收粉，为了消耗部分粉末库存以及降低成本，铝型材喷涂厂家通常都将库存较长时间的相近颜色的平光粉或砂纹粉按比例混合到新粉中喷涂，由于混入的这些库存粉或回收粉很可能已生产预交联反应甚至已经过期，使得喷涂的砂纹粉中各种材料的比例已经偏离了正常新粉配方，两者混合使用时，会使涂层的润湿效果变差，涂料不能完全渗透到底层砂纹涂层的孔隙中，在返喷涂层与底层涂层间留有空隙，最终导致附着力不合格。过期粉中由于聚酯树脂与固化剂(TGIC或HAA)已部分预交联，而使得涂层固化的有效反应点降低（官能度降低），这也将严重影响涂层的附着力。&&&&3.5固化温度过低或时间过短&&&&固化温度低或时间短，严重影响聚酯树脂与固化剂(TGIC或HAA)之间的交联反应，固化后涂层柔韧性差且附着力变差。&&&&3.6固化温度过高或时间过长&&&&当涂料在比原定温度高得多的温度下固化或烘烤时间延长时附着力变差。主要原因是在这两种情况下，部分涂料发生碳化，严重影响涂料分子之间的交联。通过铝型材用的聚酯粉末涂料的固化温度为185℃（HAA固化）或200℃（TGIC固化），时间为15-20分钟。过度交联的涂层会形成低表面能的表面，返喷砂纹涂层受热形成的高粘度熔体难以润湿其低表面能的表面。&&&&砂纹粉末中反应性羧基基团倾向于和含有类似基团的底材更牢固地附着，如果第一涂层适当固化，则第一涂层的剩余少量羧基会与第二道涂层内的固化剂TGIC或HAA反应，有利于将返喷涂层与底涂层粘合在一起。当第一涂层过烘烤（烘烤时间长和/或固化温度过高）时，第一涂层几乎无羧基剩余，返喷涂层的附着力显著减弱，有时甚至无附着力。&&&&3.7采用直排燃气炉&&&&直排燃气炉直接将燃烧产物排放于固化炉内，若是用了不纯净的燃气，未充分燃烧时形成的小分子炭化产物会附着于固化涂层的表面，形成”油膜”，返涂时若不除去，将直接造成返涂层附着失败。另外某些间接交换燃气炉若维护不当（如发生燃气泄露），也可能使得燃烧副产物附着于涂层表面造成后期返喷时的附着力丧失。&&&&3.8涂料之间的配套性&&&&不同厂家生产的砂纹粉末涂料，由于使用的树脂的反应性及粘度等指标不同，或同一厂家不同批次的砂纹涂料，由于配方的差异（可能某些批次要消耗库存粉、待检测甚至回收粉）都可能存在配套性的问题。若返喷时使用了不同生产商的砂纹粉末或某个差异较大的批次的粉末，则极有可能在返喷时出现脱层现象。预防措施是，不要轻易更换涂料供应厂家或砂纹粉末进厂前或使用前先进性小批次试喷检测返喷的附着力。& &3.9饭喷涂层偏厚&&&&当饭喷涂层偏厚时，随着粘度和涂层刚性的增加以及对底材的附着力的逐渐形成的同时也伴随内聚力增加，并残留于涂层中。涂层之间固化后各处的应力相差较大，受到外力作用时，涂层自然会脱落。&&&&4、返喷砂纹粉的正确操作工艺&&&&铝型材用聚酯粉末涂料是热固性粉末涂料，由于喷涂返工料时两次喷涂涂层间无化学键结合而仅仅靠机械力附着而容易出现脱层现象，根据喷涂车间实际生产经验，返喷时应采用正确的处理措施及质量检测以确保反喷涂层的附着力。&&&&图2是返喷砂纹粉的生产工艺流程图，型材固化后因表面质量缺陷需返喷的，返喷前首先要打磨返工料以磨平表面涂层缺陷，不仅增大涂层表面的粗糙度（即增大与返喷涂层的接触面积），而且可以将第一砂纹涂层表面的油膜或蜡膜打磨掉以改善涂层的表面张力，进而提高返喷涂层与第一涂层的层面附着力。&&&&打磨后应使用洁净擦布清理，尽量使用压缩空气将基层涂层表面吹干净，禁止使用含有油污的擦布擦拭，将打磨合格的返工料用酒精擦拭干净并晾干后上料返喷。打磨可以提高返喷成功率和确保涂层的层间附着力。&&&&返喷料喷涂及固化工序与铬化铝材料正常喷涂生产工艺要求基本一致，但是喷涂的电压应适当降低，一般设定为30KV-60KV，返喷涂层的厚度适当控制（一般小于等于40um）。&&&&下料后，检查返喷料的膜厚及划格实验检查层间附着力，也可以通过抽检锯切料头做水煮实验检测涂层附着力。&&&&5、结束语&&&&附着力及大地影响铝型材涂层的使用寿命，一旦附着力出了问题，不能修补也不能降低档次使用，只能报废或脱塑后重新处理。因此在铝型材静电粉末涂装中，必须严格控制工艺关键因素：前处理质量、喷房工艺参数、固化温度及时间，尽最大可能减少喷涂不合格品，防患于未然。若出现缺陷必须返喷时，首先是分析涂层缺陷产生的原因，并制定相应措施，避免类似问题的再次出现。返喷时要保证打磨的质量以及正确的擦拭方式方法，确保返喷后涂层的层间附着力合格。
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下一条信息：改进挤压模具结构设计消除铝材组织缺陷的方法
　　绪言：近年来高表面质量要求的工业型材开发以及市场对挤压门窗装饰材表面质量要求越来越高，挤压产品的组织缺陷一直困扰着铝挤压生产者。其一是表面条纹，生产中称为分色或黑白线，其外观特征为局部深色或浅色条纹，观察时变换角度，条纹部分在明暗之间转换，对于电泳处理和光面氧化处理的产品影响大；其二空心型材的焊合线，对砂面厚膜氧化处理的产品影响大。
　　国内外学者和从业技术人员对挤压材的组织缺陷进行了研究，如美国学者Adrew J?Thome与新西兰学者Joshua E?Walker等人对挤压材表面条纹缺陷的研究，国内苏学常先生对空心挤压材焊合线组织的研究。其基本重点在于研究缺陷的组织特征，列举了缺陷组织位置与型材截面结构之间的对应关系，对缺陷产生机理作了一些推测；未提供有效的解决办法。笔者一直在关注这方面的研究，也曾撰文探讨条纹缺陷的组织特性这一问题，在生产实践中观察和收集资料，发现这些表面缺陷与模具设计结构、及由于结构所引起的金属流动状态、金属与模具工作带之间摩擦状态密切相关。依据缺陷产生的可能原因优化模具设计，从获得的实际效果，似乎找到了解决问题的方法。本文将结合国内外的研究结果与笔者的观察及收集的资料和生产实践，提出自己的见解和思考，与同业共享。
　　1．关于组织条纹缺陷问题
　　通常，缺陷产生位置在三叉点、壁厚差变化较大区域、空心部位与实心部位的结合部、螺钉孔位底部，也有其他情况。笔者曾对这一问题进行过探讨，2007年所撰论文中依据条纹缺陷的低倍组织特征对其性质作了推测，指出其可能为局部织构，并以此为线索解释了条纹组织与正常组织晶粒大小差别的产生原因。最近美国学者Andrew J. Thome 与新西兰学者Joshua E. Walker 等人对这一缺陷作了较为深入的研究，【1】得出了非常有意思的试验结果；其中之一，光学显微试验显示条纹部位的腐蚀坑密度明显大于正常部位，如图1【1】所示：&
a) 正常部位　ｂ) 条纹缺陷部位
图1：条纹缺陷组织与正常组织对比
　　其中之二，电子背射衍射试验（EBSD）显示条纹缺陷部位形成了某种再结晶织构，其晶粒取向趋于一致，且晶粒尺寸较正常区域大，如图2【1】所示：
图2：条纹缺陷边界的EBSD图像，左边为正常区域，右边为条纹缺陷区域，箭头指向挤压方向。
　其分析讨论认为：光学显微所显示的腐蚀坑密度差别在于不一致的化学反应，归结于相异的晶体结构和取向所导致的不同能量分布。其影响与晶粒取向结果一致，由于腐蚀程度的不一致，导致氧化后的条纹缺陷更为明显。从EBSD获得的条纹的区域与正常区域交界处晶向取向数据显示，条纹区域可看出明显的晶粒择优取向，条纹出现在型材截面几何特征变换边界上；这预示着有较大截面面积的部分与小截面面积部分变形程度不同，低局部挤压比部分发生了较少的动态再结晶。
　　笔者却从其研究获得的结果中得出不同的解读，借助其研究结果，依据笔者在实际生产所获得的经验对其研究结果提出笔者的见解，对条纹缺陷产生原因作出不同的判断。其一，关于条纹区域与正常区域显微组织的差别笔者认为并非由于缺陷区域腐蚀反应较正常区域剧烈所致。蚀坑的形成是由于第二相质点的腐蚀脱落，第二相质点在腐蚀前已经存在，所以蚀坑密度的差别并不代表腐蚀反应的差别，而是预示着不同晶面上第二相质点分布密度的不同，其原因可能是由于在形成织构的晶面上第二相质点容易析出，故分布密度较大所致，即是否存在第二相质点析出的所谓惯习面？其二，关于条纹区域织构笔者认为既然确定是再结晶织构就肯定是完全再结晶组织，而不是未经历再结晶，与局部挤压比差别无关。对于织构产生的原因，Andrew J. Thome等人只是从型材的截面特性做出推测，认为是截面厚度的差别所造成。笔者从实际的案例可以证实，这是由于模具结构的原因导致金属流动的不均匀所造成，如图3所示：
图3：料头显示实心部位与空心部位金属的流速差，及相应出现的明显条纹缺陷。
　　从料头可看出空心部位与实心部位金属流动的明显差别，空心部位流动慢，受拉应力；相应表面出现明显的深色条纹。显然这种金属流动的不平衡所导致的局部附加应力为再结晶织构的形成提供了条件，条纹缺陷的另一个特点是一般只在制品表面很薄的一层，蚀刻程度较大的沙面氧化处理则有可能去除条纹缺陷。这一现象说明了这一类缺陷与金属流动的关系。
　　2．表面织构组织形成机制
　　以前对于工作带摩擦机理的研究表明工作带上的摩擦状态分为两个区域，靠近金属流入端的黏着摩擦区与金属出口端的滑动摩擦区「６」。关于不同摩擦状态下形成的表面组织，笔者在工作实践中曾作过试验，一平板型材用两种不同工作带状态的模具挤压，观察型材的表面低倍组织。工作带状态示意图如图5所示：左边为普通的平行工作带，其工作带摩擦区域可分为黏着区与滑动区；右边为带一定阻碍角的工作带，其工作带摩擦区域几乎全为黏着区[2]。
a)平行工作带状态下摩擦形态分区示意　&&& b) 带阻碍角工作带状态下摩擦形态分区示意
c)滑动摩擦状态下形成的表面组织&&&&&& 　d) 黏着摩擦状态下形成的表面组织
图4：不同工作带状态下型材表面组织对比
　　由图可见，在滑动摩擦作用下型材表面的动态再结晶组织出现明显的条纹，而在黏着摩擦状态下形成均匀的再结晶组织。平行工作带模具的金属变形特征为：在黏着摩擦区金属处于压缩变形之中，而进入滑动区则只是工作带表面与已成型金属表面的相互摩擦，故表层金属处于拉应力状态。而带阻碍角的工作带的模具的金属变形特征为：几乎全为黏着摩擦区，其摩擦力趋于变形材料的剪切流动应力「8」；可以认为金属在出模孔前始终处于压缩变形之中，金属流动较为均衡，几乎不形成表层金属的拉应力。
　从以上例证可以说明变形金属与工作带表面的摩擦状态不同形成了不同的金属表面的组织。1986年岡庭 茂在有关铝挤压金属流动的综述中「4」，也曾提及壁厚差明显变化部位的组织差别，其表象为焊合部位较正常部位更有光泽，其显微组织表现为焊合部位晶粒较为粗大，认为该部位经历了与其他部位不同的热过程和变形过程。并指出不是所有的光泽条纹都可用晶粒的大小来说明。笔者曾撰文推测这种组织条纹为局部织构组织，并从局部再结晶织构的观点对其进行解释，指出这些部位组织条纹的形成都与金属流动不均匀所引起的附加应力有关[3]。再结晶织构形成理论的定向生长论指出：在恒定的驱动力作用下，晶界的移动速度决定于晶界两侧晶粒间的位向差。一次再结晶过程中形成了多种位向的晶核，但由于晶核的生长速度取决于其与变形基体间的向位，那些具备有利向位的晶核能够消耗变形基体而迅速长大，而其他向位的晶核生长则受到抑制，从而形成一次再结晶织构「５」。在滑动摩擦状态下表层金属形成的附加拉应力就是形成型材表层动态再结晶织构的驱动力，由于有利取向的晶粒优先生长，而其他取向的晶粒生长受到抑制，故织构区域的晶粒尺寸较大，由于该区域晶粒取向趋于一致，故折光方向性明显。Andrew J. Thome 等人的EBSD试验研究结果无疑印证了这一推测。
　　从容易出现条纹缺陷的型材截面特征及对于相应模具工作带设计的追踪，发现出现条纹的部位大多为空心部位与实心部位结合部、壁厚相差悬殊结合部、螺钉孔位、三叉点等容易引起金属流动不均匀的敏感部位，追踪其模具设计图，往往发现工作带设计不尽合理，从挤出料头也可看出端倪（如图3）。由于工作带设计的不合理造成金属流动的不均匀，这种局部的流动不均匀虽然不影响成型，但局部金属的流速差造成相互间的牵扯，流动慢的部位处于拉应力状态，其与工作带之间的摩擦状态为滑动摩擦，于是在金属表层形成织构组织。对于一些较厚的简单型材虽然没有特殊部位，但由于工作带较长，手工抛光不容易保持工作带表面的平整，结果也会造成局部而且是表面的附加应力，进而形成织构条纹（如图4）。从试验结果和分析，可找到解决问题的方向：使变形金属流动均衡，使得型孔各部分金属基本是被&挤出去&而不是被&拉出去&，不致产生表层金属的附加拉应力。具体做法是1）合理设计工作带，2）相应位置的工作带给一定的阻碍，以使变形金属与工作带间处于黏着摩擦状态，3）保持工作带的平面度。
　　3．关于焊合线
　　十几年前客户就提出装饰面不能有明显焊合线要求，型材生产厂家即开始着手解决此问题，至今已取得明显进展。主要采取的方法是将焊合线设置在角部或在焊合处设置装饰线条以掩盖焊合痕迹。许多无法避开焊合线的大平面以及曲面这一问题仍然困扰着型材生产厂家，如宽厚比较大的方管、圆管、大曲面管等；但并不是绝对会出现，既使是同样型材同样的模具设计，其严重程度也不尽相同。
　　图5和图6为两个典型的实例，图5& a)、b) 为实例的上模照片和其结构简图，c) 为挤出材料氧化后的效果。之所以出现明显的焊合痕是由于分流孔及分流桥截面结构所造成，由图可见其分流桥截面为倾斜结构，这样会造成相邻分流孔金属在桥下汇流时的流速差，在焊合缝处局部形成强烈剪切变形区，在此局部聚集附加应力，这种附加应力成为局部再结晶织构的驱动力。当挤压温度足够高时在此区域形成再结晶织构，在阳极氧化处理后在此区域形成焊合痕迹，从不同角度观察或为亮线或为暗线，甚至当温度条件不合适时，形成未再结晶的亚晶粒结构，成为高自由能聚集区，在阳极氧化处理的碱蚀工序此部位腐蚀程度明显大于周边，形成黑色腐蚀槽，如图5 c)即为实例。
a) 上模照片&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&b) 分流桥结构示意&
c) 氧化后结果（氧化膜厚度24&）
图5：出现明显焊合线的模具上模结构和氧化处理后的结果
如图6，为另一实例。为避免出现焊合痕迹，在模具设计上优化分流孔配置，及分流桥焊合部位曲面形状，以期得到均衡的金属流动，减少附加应力。设计结构示意如图6 a) ；挤压料头如图6 b) ，结果可见金属流动均匀，焊合处弥合良好；阳极氧化后的效果如图6 c) ，几乎看不到焊合痕迹。作为实例对比，图6 d) 列举了可能出现焊合痕迹的挤压料头，可明显看到相邻分流孔金属流动的差别，在焊合处出现开衩现象，大沥铝材。
a)&& 模具结构设计&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&b) 挤出料头
c) 装饰面氧化处理后焊合痕迹极轻微（沙面氧化24&膜厚）　&&& d)可能出现焊合线的典型料头
图6：分流桥在装饰面上，由于模具结构合理能有效消除焊合线
　　金属压力加工从业者都知道，挤压加工被加工材料在变形区处于三向压应力状态，具有最好的加工性能，但这只是基于简单挤压变形模型的结论，实际上挤压加工并非如此简单，由于金属流动的不平衡局部金属的应力状态可能处于纯拉应力状态。模具设计、加工的基本考虑因素就是如何平衡型孔各部分金属流动的速度，即让变形金属在型孔内基本都处于三向压应力状态，避免金属流动不均匀所产生的过大的附加应力，此即为分流模挤压空心型材焊合线问题的解决之道。
　　相关的研究明确了挤压材条纹缺陷及焊合线的组织特征，表明条纹缺陷与空心型材的焊合痕迹都可归结为局部织构。笔者从生产实际中的实例分析了组织缺陷与模具结构之间的关系，指出织构组织的形成是由于金属变形的不均匀所引起的附加应力所致。
　　形成局部变形织构的型材结构类型：
　　1）型材截面实心部位与空心部位结合部，实心部分流动快，空心部位被牵扯拉出模孔，表面层出于拉应力状态，表层出现织构组织。
　　2）壁厚较厚的部位因工作带长度设计不合理或工作带不平造成心部金属与表层金属的流速差，表层金属处于拉应力状态，形成表面织构组织。
　　3）空心型材焊合部位，分流后的两股金属在焊合室汇流时产生流速差，由于两股金属间的相互牵扯，在焊合界面形成附加应力，形成沿焊合界面的织构组织，其分布穿透整个壁厚。
　　解决局部织构组织的方法指向：保持金属流动的均衡，避免局部附加应力。具体应首先从模具入手，精确计算特殊部位的工作带比例，如壁厚转换点、截面空心部与实心部、厚截面的工作带长度；分流孔的配置，焊合区的曲面设计优化等。
　　金属流动是否平衡不仅影响挤压成型还影响材料的再结晶组织，如何使变形时金属流动平衡是挤压加工的永恒主题。
&&&& 本文研究了铝型材组织缺陷与模具结构之间的关系。借助国内外对缺陷组织性质的研究结果，结合笔者在实际生产中收集的资料及模具设计的实践，阐述了铝型材组织缺陷与模具结构的相关性，指出金属再结晶织构组织与金属流动不均匀引起的附加应力有关。提出解决组织缺陷的关键在于改进模具结构，平衡金属流动，减少附加应力。
关键词：铝材挤压技术&模具设计&模具结构 金属流动 再结晶织构 附加应力 组织缺陷您所在位置： &
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毕业设计（论文）散热器用铝型材挤压工艺与模具设计.doc67页
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铝合金因质轻、美观、良好的导热性和易加工成复杂的形状,而被广泛地用于生产散热器材。铝合金散热器型材主要有三种类型:扁宽形,梳子形或鱼刺形；圆形或椭圆形以及树枝形。与其他铝型材比，散热器有其自身的特点：散热片之间距离短,相邻两散热片之间形成一个槽形,其深宽比很大；壁厚差大,散热片的齿部很薄,而其根部的底板厚度大。散热器复杂的截面形状给模具设计、制造和生产带来很大的难度。
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