目前挤压铝合金型材表面似乎不可避免地要产生密密麻麻、深浅不一、颜色反差很大并贯穿型材首尾 的机械纹路（模纹）。一般认为是机械纹很难消除掉，但笔者经实验证明答案是否定的。虽然现在 型材表面可进行粉末喷涂、电泳喷漆、表面木纹化处理、等离子体增强电化学表面陶瓷化（PEC C）、激光／等离子弧联合熔覆陶瓷化等技术处理，对机械纹要求已不很严，但目前大多还是生产 古铜、银白、磨砂、仿不锈钢抛光、镀钛金等型材。它J河在氧化着色处理过程中铝的损失达3％ ～5％，机械纹使型材着色后出现黑白条纹。可想而知消除机械纹还是非常重要的事。l机械纹等 级根据不同的表面情况把机械纹划分为四个等级。第一种为“0”极机械纹：表面光亮如镜，无机 械纹，平面度小于3mp，见图1，6，属滑动摩擦磨痕型。图1铝合金型材横断面0级机械纹第 二种为“l”级机械纹：表面非常光滑，有极轻微的反光纹路，无手感无指甲感（指甲修平，与型 材表面成45“角滑动，无任何阻力感），痕深小于20lllll。图2所示1级机械纹属粘着 摩擦，表层剪切撕裂型。图2铝合金型材横断面1级机械纹第三种为“2”级机械纹：表面有较重 纹路、反光不同略呈同不颜色。无手感但有指甲感。痕济H。于80pm。符合国家标准GBff 5237一93规定的痕深。图3所示2级机械纹属粘着摩擦，深层剪切撕裂斜纹型。图3合金铝 型材横断面2级机械纹第四种为“3”级机械纹：有手感，表面机械纹很重，颜色反差很大，痕深 大于80mp。此种为不合格产品。图4所示3级机械纹属粘着摩擦深层剪切撕裂直纹型。图4铝 合金型材横断面3级机械纹0级、1级机械纹适合于各种表面处理铝型材，它可使碱蚀量微乎其微 ，又省掉很多碱浸时间也节省大量的碱、长效添加剂，减少清槽次数，提高了生产率降低了成本。 2级机械纹适合于生产磨砂料和银白料。最好不做古铜色型材，否则会产生很重的阴阳面。2实验 方案通过对型材表面机械纹的观察分析对比发现有两种机械纹：一种机械纹的特征是有重复性，几 次挤压的纹路特征不变。判断为由于孔型工作带空刀端平面太粗糙（电火花加工），铝材流出模孔 后被粗糙的尖峰“犁”出来的。这种“犁纹”可采用倒棱来消除；另一种机械纹的特征是每次光模 后，纹路特征都不能—一对应、重复。判断为铝材与工作带间强烈摩擦产生的“摩擦纹”。这是铝 材＃k／J。3h1Jj8）粘到工作M面造成的粘＄ljgig21＄J．w－。摩擦纹的产生 与模具——铝材表面间热状态、干摩擦条件下摩擦副之间摩擦力大小有关。摩擦因数p与铸锭加热 温度to、挤压模孔处的温升At、模具工作带粗糙度凡、模具工作带硬度HV、工作带的几何形 状、尺寸人工作带处的压力大小～、和润滑状况K。等有关。根据现场经验，选择挤压型材表面机 械纹最轻的挤压温度，进行有关参数筛选实验，找到了一组可行的工艺措施，铝材表面就看不到机 械纹痕迹。可达到很高的光洁度。参见图1，6镜面型材表面。3机械纹产生机理的探讨铝型材流 出模孔瞬间与工作带紧紧靠在一起构成一对热状态干摩擦的摩擦副。模孔工作带起着控制成品几何 形状、尺寸公差的作用，并控制模孔各局部小区段金属流量使之相等。因此，工作带各处的尺寸、 几何形状、粗糙度、表面氮化层硬度、润滑状态都直接影响机械纹的轻重。本文把机械纹分为两种 模式：一种称为“犁纹”、另一种称为摩擦纹。犁纹消除办法如前所述。本文重点阐述摩擦纹。摩 擦纹产生的机理。当铝合金通过模孔时以极大的力压问工作带表面并从工作带表面滑出时产生很大 的摩擦力f。f的大小与单位压力、摩擦因数、摩擦面积有关：／一A％·P＄·J。＄干A。· P。·尸。一A＄·。SC·pn＋A①·。。C·pm（1）式中A4粘、A。一工作带粘着区 与滑动区接触面积；P＃、P＄——压向工作带在粘着区和滑动区的单位压力；a。c——挤压状 态下铝合金屈服强度；”。、v。——在粘着区、滑动区的摩擦因数。摩擦力／虽只占挤压力的一 小部分，但是它却能强烈地影响金属的流动，也就是说它控制每秒钟流出模孔的金属体积分布。摩 擦力应分为两部分，即粘着区的摩擦力和滑动区的摩擦力。在粘着区内当局部粘着力大于金属的剪 切应力时，合金型材表面将被擦伤出现机械纹（见图2广当粘着力再度增加时，会在摩擦纹下出现 撕裂纹（如图3）。图5是铝型材表面机械纹形态，机械纹中的黑点是图3、4的四痕。这些黑色 斑点用放大镜观察，也可清晰地看出是铝被撕裂掉所形成的凹坑。图5挤压铝合金型材表面机械纹 放大图像在热状态干摩擦条件下机械纹横断面形状形态，由于摩擦条件的变化会出现三类情况：第 一类机械纹只发生在很浅的表层，痕深小于20Hm。此时机械纹反光均匀一致，无颜色反差，图 2属之。第二类机械纹除表层痕坑外，还向型材深层发展，裂成斜向裂纹，与表面成30”～45 ”角，如图3，形成这种机械纹的型材表面反光不同会出现颜色的变化。第三类机械纹除型材表面 撕裂的痕坑外，还向型材内部裂成大于100mp的裂纹，裂纹深度大、裂纹密度大处会出现黑暗 的机械纹，如图4。降低粘着区的摩擦因数、单位压力、粘着区高度等，粘着区的摩擦力会大为降 低，摩擦因数降低意味着该区粘着力降低。笔者采用控制模孔工作带出口角A—一l”—一3”来 降低工作带粘着区高度，降低该区的摩擦力，增大了滑动区。滑动摩擦力远远低于挤压状态下铝合 金的剪切强度，故滑动区起到对型材表面抛光的作用。但这一措施必须配合以减小摩擦因数的措施 才能获得稳定的型材表面的镜面效果（如图1、6所示）。图6本实验获得的型材表面的镜面效果 a一铝合金型材外表面；b一小黑盒；c一镜像4讨论（l）在众多文献中都认为热状态干摩擦情 况下，挤压型材与模具之间的摩擦力小于铝合金的剪切强度。瑞上RudolfAkeret在（ （LIGlMETALAG－E）＼1988，7／8中发表的“挤压模内金属流动控制”（顾景 诚译载《铝加工技术》1989第4期）也认为摩擦力不会超过金属的剪切屈服应力，在高压下等 于纯剪切应力的一半。而笔者认为在大多场合机械纹的出现就说明粘着摩擦力是会超过金属的剪切 应力的。图2～5证明了这一点。只有适当改变工作带几何形状、尺E、改变影响摩擦因数的参数 才可能使粘着摩擦力小于铝合金剪切屈服强度。（2）由于挤压模具工作带的硬度、挤压温度、工 作带上的正压力等条件不合适，可造成铝合金粒子粘在工作带上，即所谓的“咬死”现象。但在强 大的挤压力下粘着的粒子会被撕掉两型材继续流出模孔。笔者把这种粘着力界定为粘着摩擦力．正 是这种粘着摩擦力大于铝合金的剪切强度才将型材表面撕下来造成表面擦伤形成机械纹。5结论（ l）铝型材表面产生机械纹的原理是工作带粘着区内的粘着摩擦力（粘着力）大于铝的剪切屈服强 度。（2）模具工作带几何形状的合理改进（出口角一l”—一3”），配合以高硬度（HV90 0以上）的工作带会大大地减轻机械纹。（3）改变干摩擦状态消除粘着摩擦力是消除机械纹的最 有效的途径。具体办法主要是工作带渗硫，F6有自润滑作用，可在高温下工作，使粘着摩擦力远 小于铝合金的屈服强度。消除挤压铝型材表面机械纹的研究@邵百成$广州有色金属研究院!广东 省广州市，510651@肖云$广州有色金属研究院!广东省广州市，510651铝合金型材 ;;机械纹;;消除措施;;机理;;研究通过生产观察与实验分析找出了模具与铝合金型材摩擦 副间在热状态干摩擦条件下产生机械纹的因素。探索出一套消除机械纹的工艺措施。提出了铝型材 表面机械纹的产生模式机理。蚴档鸵馕蹲鸥们匙帕档汀１收卟捎每刂颇？坠ぷ鞔隹诮茿— 一l”—一3”来降低工作带粘着区高度，降低该区的摩擦力，增大了滑动区。滑动摩擦力远远低 于挤压状态下铝合金的剪切强度，故滑动区起到对型材表面抛光的作用。但这一措施必须配合以减 小摩擦因数的措施才能获得稳定的型材表面的镜面效果（如图1、6所示）。图6本实验获得的型 材表面的镜面效果a一铝合金型材外表面；b一小黑盒；c一镜像4讨论（l）在众多文献中都认 为热状态干摩擦情况下，挤压型材与模具之间的摩擦力小于铝合金的剪切强度。瑞上Rudolf Akeret在（（LIGlMETALAG－E）＼1988，7／8中发表的“挤压模内金属 流动控制”（顾景诚译载《铝加工技术》1989第4期）也认为摩擦力不会超过金属的剪切屈服 应力，在高压下等于纯剪切应力的一半。而笔者认为在大多场合机械纹的出现就说明粘着摩擦力是 会超过金属的剪切应力的。图2～5证明了这一点。只有适当改变工作带几何形状、尺E、改变影 响摩擦因数的参数才可能使粘着摩擦力小于铝合金剪切屈服强度。（2）由于挤压模具工作带的硬 度、挤压温度、工作带上的正压力等条件不合适，可造成铝合金粒子粘在工作带上，即所谓的“咬 死”现象。但在强大的挤压力下粘着的粒子会被撕掉两型材继续流出模孔。笔者把这种粘着力界定 为粘着摩擦力．正是这种粘着摩擦力大于铝合金的剪切强度才将型材表面撕下来造成表面擦伤形成 机械纹。5结论（l）铝型材表面产生机械纹的原理是工作带粘着区内的粘着摩擦力（粘着力）大 于铝的剪切屈服强度。（2）模具工作带几何形状的合理改进（出口角一l”—一3”），配合以 高硬度（HV900以上）的工作带会大大地减轻机械纹。（3）改变干摩擦状态消除粘着摩擦力 是消除机械纹的最有效的途径。具体办法主要是工作带渗硫，F6有自润滑作用，可在高温下工作 ，使粘着摩擦力远小于铝合金的屈服强度。消除挤压铝型材表面机械纹的研究@邵百成$广州有色 金属研究院!广东省广州市，510651@肖云$广州有色金属研究院!广东省广州市，510651铝合金型材;;机械纹;;消除措施;;机理;;研究通过生产观察与实验分析找出了模具与铝合金型材摩擦副间在热状态干摩擦条件下产生机械纹的因素。探索出一套消除机械纹的工艺措施。提出了铝型材表面机械纹的产生模式机理。
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