试制那天上午第三支,剪切刀落下之后,压余掉进接料盘的声音不对,发闷。捡起来用游标卡尺量,26mm。屏幕上压余的设定值是 42mm。这一支的尾部相当于少留了 16mm 的金属,本来该挡在压余里的氧化物,跟着一起进了型材。
这台 1250 吨的铜铝挤压机是头一回做铜包铝排,锭坯用 φ145×500mm 的复合锭:外圈 T2 紫铜管壁厚 8mm,芯部 1060 铝棒,两组分在预热炉里 460℃ 保温 5 小时之后一起装进挤压筒。前两支的压余量出来是 41mm 和 40mm,都在公差内,所以第三支出问题的时候,第一反应不是改参数,而是停机查。
下面这 7 条是这次试制从头到尾实际走了一遍的确认项,每条写清看什么、合格线在哪、不合格怎么处理。
压余不是拍脑袋定的数。通常取挤压筒内径的 0.25~0.35 倍:纯铝型材取下限,紫铜、黄铜取上限,铜铝复合因为两种金属的流动应力差得远,也要往上靠。这台机挤压筒内径 φ150mm,42mm 是 0.28D,落在区间中段偏上,取值本身没问题。同一台铜铝挤压机上做纯铝和做复合,压余相差 6~8mm 是正常的,不能沿用一套数。
看什么:工艺卡上写的压余值,与挤压筒内径的比值。
合格标准:0.25D~0.35D,同一批次中途不得改动。
不合格怎么办:按比值重算一遍,把新值写进工艺卡,同时核一遍挤压垫行程——压余厚度由主缸停在什么位置决定,不是由剪切刀什么时候动决定的。
第三支压余只剩 26mm,根子就在这。查下来是主缸位移传感器的磁环固定螺钉松了 1.5mm,反馈回来的行程比真实行程慢半拍,主缸以为还没到位,多推了 16mm 才发停止信号。
看什么:每次挤压结束时主缸的停止位置读数,以及停止信号到剪切刀落下的延时。
合格标准:停止位置与设定值偏差 ≤1mm;延时 0.6~1.0s,留这段时间让挤压筒内的压力卸掉,避免残料被拉断在模具端面。
不合格怎么办:先校位移传感器,再空跑三个循环确认读数稳定;延时偏短就改 PLC 里的剪切延时字,不要靠延长挤压时间来凑。
把第三支压余从中间剖开,砂纸打到 800 目,硝酸酒精擦一下,中心能看到一个明显的漏斗状暗区,从挤压垫那一面往里扎了 19mm。这就是缩尾:挤压后期,筒壁附近的氧化皮和表层金属被挤压垫倒带着往中心流。压余留够的时候,这个漏斗整个留在压余里被切掉;压余少了,漏斗尖部就伸进型材尾部。
在铜铝挤压机上,缩尾的形态和纯铝不太一样——铜的变形抗力高,漏斗壁更陡,看着浅,实际扎得深,光凭肉眼容易估低。
看什么:剖开压余,量漏斗深度;同时剖检型材尾端。
合格标准:漏斗深度 ≤ 压余厚度的 1/3,42mm 的压余对应 14mm;型材尾端 500mm 内无暗色夹层。
不合格怎么办:压余设定上调 15%~20%,或者把挤压末期速度降下来——这台机正常挤压 1.6m/min,最后 100mm 行程降到 0.9m/min,漏斗深度能从 19mm 压到 12mm。两项一起做更稳。
这是铜铝复合件独有的一项。切一片试样镶好抛光,200 倍下看铜铝界面,中间那条亮带是金属间化合物,主要是 CuAl₂ 和 Cu₉Al₄。这层东西硬而脆,太厚了复合排在后续折弯、冲孔时会沿界面开裂。铜铝共晶温度 548℃,挤压温度一顶上去,扩散就快得不成比例。
看什么:结合层厚度,取界面上五个视场的平均值。
合格标准:试制阶段 ≤3μm,转入小批量后收紧到 ≤2μm。
不合格怎么办:挤压温度从 480℃ 往下压 30℃;锭坯在筒内停留时间从 25s 缩到 18s 以内;挤压速度同步降 0.3m/min。三项联动,只降温度不降速度,摩擦热会把温度补回来。
这台铜铝挤压机试制头两天攒下来的压余和切头,被装进了同一个框,这是个要命的习惯。6063 里铜含量超过 0.10% 就判废,一框料里混进两三个铜铝复合压余,整框回炉料都得降级。复合残料也没法简单熔回去重做成复合锭,只能当杂料处理。
看什么:残料框的标识和分拣情况,压余上有没有乳化液残留、有没有混进清理垫带出的铁屑。
合格标准:铜铝复合残料单独一框,框上挂牌写明 Cu-Al;同框内不得出现纯铝型材切头。
不合格怎么办:已经混了的按杂料计价处理,不要抱侥幸心理回炉;装框区做物理隔断,两个框之间隔开至少一个工位。
每剪一次压余,挤压筒内壁都会挂一层薄金属。做铜铝复合时这层是铜铝混合的,不过清理垫,下一支挤出来表面会起条纹。清理垫是和挤压筒内径配的钢饼,外径比筒内径小 0.4mm。
看什么:清理垫过筒后带出的金属量,以及筒内壁有无划伤。
合格标准:单次带出金属层厚度 ≤0.5mm,清理垫外圆无金属粘着;连做三支后用内窥镜看一次筒壁。
不合格怎么办:内壁挂铜厚的,把挤压筒温度从 420℃ 提到 440℃ 再过一次清理垫;有划伤就停机镗缸,别带伤继续挤——划伤会在型材表面拉出连续线道,一支一支往下传。
无锡市大舟机械有限公司给这台机出的方案里,这一步和剪切时序一起写进了改造范围:不单做清理工位,把清理垫动作挂在原有剪切循环后面,程序直接写进原机 PLC,不另加一套控制系统,改造费用报到换整机成本的两成上下。报方案之前,他们先把这台机一年的等模频次和每次换模的等待时长摊开算了一遍账,能省下的时间折算成钱盖得住改造投入,才接着谈下一步。
前六条各有各的合格线,但这台铜铝挤压机能不能转入小批量,看的不是某一条,是连续几支的稳定性。这次的记录表是这样记的:每支记压余实测值、主缸停止位置、漏斗深度、结合层厚度四项,第 1、3、5 支各剖检一次。
看什么:连续五支的压余实测偏差,以及第 5 支的尾部剖检结果。
合格标准:五支压余偏差都在 ±3mm 内;第 5 支尾端 500mm 无缩尾、无分层。
不合格怎么办:把压余设定值回退一档,这次是从 42mm 退到 46mm;挤压末期减速点从 100mm 提前到 140mm;重新起五支,从第 1 支开始重新记,前一组的记录只留作对照,不并入统计。