【案例】鋁型材擠壓模具堵模塞模案例實戰分析

鋁擠壓

鋁材擠壓模具塞模堵模是較為常見的一種現象，如何預防堵模，

減少堵模發生和因堵模而產生的模具，設備，人身危害。

並正確採集到型材料頭和樣品，掌握不良品（試模）在生產中的現場正確詳細資料，便於模具修正。是毎個一線操作工人必須要認真對待的,本文從6063鋁合金鑄錠、擠壓工藝條件、模具、金屬的不均勻變形等方面分析了型材擠壓時發生堵模現象的原因,提出了具體防止措施。

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模具設計不合理引起的堵模塞模

圖為太陽花散熱器鋁材擠壓模具

模具流速偏差造成堵模：在異型材或懸臂長和寬體扁材中較常見

（1）異型材主要表現為設計時鋁流量配比，腔室大小高低，局部工作帶長度，鋁徑流方向的阻礙等的設計偏差。

（2）懸臂長的主要是設計不合理，計算不準確，擴展部分流速（包含異型材中各因素）同其它相比不同步。

（3）寬體材出現流速偏差主要表現在模具後續加工上，打磨光滑程度，型腔形狀加工，電火花深度造成工作帶長短及過渡落差大等，同設計本身關係不大。

總之，凡是能影響流速快慢的各種因素單個或多個偏差都能引起堵模。

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模具工作帶外空刀過小造成堵模

空刀過大會造成工作帶無支撐易變形開裂。型材在出口階段料頭探出工作帶後由於流速，壁厚，阻力等原因，並不一定徑向流出，多數會搖擺彎曲晃動。

空刀過小或不光滑，使料頭摩擦後被阻擋或粘結。使料頭不再前進但擠壓依舊使空刀空間塞滿鋁和把工作帶空隙也填充滿鋁後堵死。

空刀大小視型模具而定，小模具500噸機一般不會小於0.5mm，10000噸大機也不會超過3mm！多數在0.5-1.0mm之間。

空刀加工如果採用階梯式，即外比裡大分2級或3級堵模情況會改善，空刀面一定要磨光滑。

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模原因引起堵模的一些其它因素

1、異型材導流板裝反。

2、三片裝中型模反裝——空刀先進鋁，必堵模。特別要注意三片裝扁鋁。

3、舌頭，小腳等斷裂或壓偏也容易直接堵模，也因為流量流速的劇變而堵模。

4、模腔中阻礙過多的地方對應的工作帶在速度變化大時容易擠壓中堵模。

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操作因素導致堵模

操作因素導致堵模發生的情況最多，而如何在操作中減少或避免堵模爭取最快獲得正確的具體模具型材信息及料頭（尾）和樣品，對於修正合格及時送樣交貨很重要。

A、上壓過快引起的堵模

型材在擠出工作帶時由於還沒有徑向牽引力，其截面上各壁厚（流速原因）擠出工作帶時間上的不一致，當部分先期擠出工作帶的壁厚因阻力消失而流動能力加快，使尚未完全擠出工作帶的壁厚其型腔內鋁被虹吸而去。

使已擠出工作帶進入流動作階段的壁厚加快，而未出工作帶的壁厚流速減慢，形成包頭現象，在懸臂長，形狀不規則，壁厚相差懸殊，平面和腔室共存的模具中較常見，此類模一旦所有壁厚都出了工作帶，則情況會好轉，也不易堵模了解，但有彎曲或波浪，扭擰的可能性存在。

如果擠壓速度加快，按照液體壓力流動原理，液體自然向流動處阻力小的地方而去了！使快的更快，慢的快不了多少，加大了流速差，造成流量差更大！形成牽扯力。使不同工作帶相交連接處壁厚形成摺疊壓迫現象，並擦括空刀壁，最後堵塞住空刀空間後堵模。

所以，特別是空心模第一次上壓一定要緩慢，並注意觀察出口情況，可用鐵（鋁）棒等（槓桿原理）鍬住已出的快邊，不讓它向慢的地方壓迫。也可抓緊卸模，把冒出模面的所有快邊鏟掉，並對慢的邊從外向裡塗潤滑油，再上機擠壓時會明顯改善。

如果擠壓比小，溫度允許多可重複進行。此方法可有效的減少堵模，獲取樣品，但料頭不完整，最好是有修模工在現場！

同理：壓力變化過大或頻繁變化也會造成堵模。

B、塗油不當或油汙壓入引起的堵模

油汙的壓入是鋁型材熱擠壓所絕對忌諱的，必須避免。其直接後果是影響表面質量和極易引起型材小腳小邊等的擠壓連續性，進而分斷堵塞後堵模，也影響型材內組織質量，性能。

油汙壓入對於平面模可以說是表現得兇猛去得也快，而一旦壓入筒內或分流模腔室，少則一根棒，多則十根八根都消除不了。

有時，大塊油汙被壓入不易流動的死角後，會對小腳、薄邊產生從頭到尾的拉毛開裂現象。

有時大塊油汙被壓出一瞬時，會造成齒、腳、公頭等構件四周充填的鋁基不平衡，出現部分點或面的空心化，流速變化使公頭四周靜壓力平衡被打破。擠壓作用力下使齒、腳、公頭偏、扭、裂、斷、碎甚至崩！

所以，形狀複雜小腳小齒多的薄壁型材特別要注意油汙壓入，防止堵模！

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鋁型材工裝具原因引起的堵模

1、引墊導引腔過小

一般來說，同模具相配的專用導引墊既然專用了使用就狹隘了，除非一些特別形狀或開口比小的開口模和易彈變的模具會配套專用墊外，一般使用通用模墊。相同尺寸模墊一般一臺機不大會超過2個，墊多錢花的也多佔的地方也多，所以就用各種導引尺寸的墊同支撐墊相配合總厚度使用。

有時導引墊導引腔並不比型材外面端面大多少，在擠壓出口階段型材出料會彎曲翻轉上下翹等現象。在碰撞導引板壁後卡住前進不得，如果不及時發現採取措施，待還在出工作帶的鋁更多的卡滿即會使無法再出料而堵模。

2、支撐墊出料腔過小

支撐墊出料腔一般都比較大，因為支撐墊數量更少，機臺一般配置2個厚度*2個腔徑共4個支撐墊，有的更少就2個。實際原因是導引墊腔徑大於支撐墊腔徑，型材出口後彎曲等原因撞住在支撐墊上，同理，不及時發現，也會堵模。這主要是在生產大端面型材時會偶遇。

另外：出料後在導引臺，中斷鋸等的撞擊也會堵模，只是概率很小。

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擠壓設備原因引起的堵模塞模

設備原因引起堵模的情況很少見，原因也不多，大家了解一下即可。

A、壓力不穩，波動大

主要是防止竄壓跑速後撕裂型材而堵模。

B、模座限位移動不固定

模座偏移後兩側流速差變大了造成的堵模。

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鋁型材異物壓入引起的塞模

壓入異物會引發堵模這毋庸置疑，但所謂能引起堵模的異物必須具備五個條件之一，即：

1、足夠大能堵住（對應的）出料工作帶的；

2、足夠硬（一定擠壓條件下）不易破碎細化的；

3、以及熔點高（一定時間內）不易溶化（氣化）而繼續存在的；

4、還有能（一段時間內）阻礙隔斷分離鋁流連續性的；

5、再有溶化後能引起（局部）鋁基物理，化學屬性（材質）突變的，環境條件改變的。

鋁棒熔鑄和擠壓生產中一般性異物有：

1、高熔點金屬類——鐵塊，銅塊等硬金屬和其它硬合金——堵塞作用。

2、礦物類——石子，石棉，耐火泥，碳灰（爐渣）等熔點高於鋁——堵塞作用。

3、化合提煉物——石墨油，液壓油——分離作用。

4、熔爐底渣混合物——各種金屬（包括鋁）和礦物質及一些製劑殘留的混合物，鋁型材生產廠家質量高於鋁——化合作用後脆性硬化堵塞作用或單純的堵塞作用。

5、重新帶入的二次冷卻鋁片鋁屑鋁塊——冷材不易變形堵塞作用，在快速擠壓時要注意。

6、鋁棒表面加熱前後的嵌入物——堵塞作用。

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鋁型材溫度原因引起的塞模

主要是熔鑄過程中混入鋁棒內部的雜質引起的堵模佔比例較高，且經過熔煉仍舊存在的這些異物具備毀壞模具的能力，以集合在一起的大塊爐渣，耐火泥對分流模的危害最為嚴重。

因其材質差異大不易分解溶合且疏鬆程度高，在流過模蕊後因模舌頭阻擋後改變徑向流動其繞道經過模具舌頭時集合在一起的塊狀變流線狀緊貼舌蕊並產生塌陷，從而改變了舌心周圍的靜水壓，使舌頭掰斷後一起整塊壓出，模具徹底報廢。而一些硬金屬可括傷，崩裂工作帶，經返回模具廠絕大部分能修復！

溫度原因引起堵模同樣需要達到一定條件，具體如下：

這裡首先要了解一下高溫擠壓究竟有哪些容易引起堵模危害的原因。

1、高溫擠壓的型材首先是在可塑性變形方面加強了，更活潑了，尺寸變化也大！那麼其最終尺寸定形就存在不可控的負面因素。

2、高溫擠壓的型材更容易達到過燒缺陷溫度，型材性能管控餘量變小要求變高故存在風險。

3、高溫擠壓的型材出口時淬火完成前質地較軟，易變形下墜，粘性足摩擦（空刀，墊）易粘連卡死。

4、高溫擠壓的型材部分擠岀工作帶時流速差更大，一些原本存在的促流因素被激發，造成效應疊加即1+1＞2效應！

5、高溫擠壓的型材其筒模內鋁基紊流能力量更大，型材尾端縮尾缺陷更強烈，氣泡缺陷更加多從而流進工作帶的鋁基對外力震動更敏感。

A、足夠高的高溫擠壓

此種情況下存在：

1、易變形熱疊加後在生產過程中發生過燒

通常發生在擠壓時型材中尾部突然散裂，型材中尾端鋁基粉末化後無流動能力堵塞工作帶和空刀空間造成堵模鋁型材生產廠家。對於喜歡一個速度跑到底的擠壓機操作師傅如果擠壓時改變習慣從頭到尾逐步放慢擠壓速度一般不會發生。

如果按照正常溫度的兩頭慢中段快的擠壓方法發生的地方便通常規在近尾端。所以高溫棒擠壓有其特定的要求。

2、無牽引力牽引狀態下擠壓時的碰撞

通常發生在出料口到導引臺的過渡階段，此時型材料頭較軟，即使輕微擦碰也會卷頭停止了前進。

對於無牽引機牽引的機臺來說：生產薄壁寬體平模——比如φ184mm擠壓筒生產L：210mm*1.0mm擴展扁鋁，擠壓係數高達（πR /210=92*92*3.14/210=26577/210）=126.5，必須高溫生產，同時按排2人在中斷前後人工夾料牽引，否則型材無法自行順利流出塞住出料筒口。

3、型材形狀與模具的流速變化差異

對於一些形狀特別的模具來說，其有些部位的流速對溫度（速度）的變化較為敏感，可直接導致流量上發生可變逆差，使正常生產的連續性平衡遭到破壞而堵模。

比如：擴展模在正常擠壓溫度下能合格生產，而當擠壓溫度偏高時其中間徑向流動部分對應的出口阻力就降低了，更多的鋁沿擠壓徑向方向流出工作帶，這就大大減少了對擴展部分的鋁基供應，使擴展部分尺寸變薄並使外形尺寸向中間收縮，達到一定值會發生扭曲牽扯從而被卡死在工作帶後堵模。

還有些腔多的，截面積大的，外接圓大的，懸臂長的，平分合一的等型材模具，都會產生不同擠壓溫度條件下的尺寸變化，過了差值如果速度不控制都會因溫度數控制下流速變化引起尺寸變化的堵模行為！

4、型材發生強烈縮尾與模具的流速變化差異

對於多腔型材而言，高溫擠壓下外側腔收縮明顯，外形在擠壓終了時收縮量可超1cm。鋁型材生產廠家有時剛開始擠壓下一根棒時發現模具舌頭被壓了出來，模具報廢了，很多操作工，修模工並不明白緣由。

另外，瞬間的強烈縮尾會被突然發生的強烈震動（氣泡溢出，撞擊）觸發——業內叫由氣泡震動等原因引起的堵模。

實際上震動後工作帶上的粘鋁被震鬆脫落，脫落後的工作帶在瞬間對鋁基摩擦阻力消失，加快了該處工作帶流速，而易震動後脫落的往往是流速最流暢最快的部分，這就改變了其它工作帶瞬間的流速流量穩定。造成折皺後卡死堵模。

B、溫度處於過燒溫度值內或鋁棒已過燒

鋁棒過燒同生產時溫度多少沒有必然聯繫，1000度裡2分鐘鋁棒也不會過燒。鋁棒過燒指鋁棒曾經或正在在過燒溫度值內加熱時發生的（正在局部生成或已全部完成）脫溶現象。

故鋁棒過燒後即使冷卻到常溫它還是過燒狀態的鋁棒，除了回爐重鑄沒有別的辦法。過燒鋁棒呈粉末狀無流動性，堵模是百分百的。

C、軟合金過高溫度下的粘連能力

軟合金主要是粘連工作帶出口空刀，堵塞空刀空間後堵模。所以生產軟合金溫度掌握上要求甚高，空刀要經常塗油並保持光滑。

軟合金擠壓速度很快，一般牽引機牽引速度未必跟得上。軟合金型材出料要平，否則很容易起皺摺痕跡。

D、高溫棒上壓更容易堵模

概念：高溫擠壓和高溫棒是兩個完全不同的概念。高溫棒僅是高溫擠壓滿足條件之一！其它還有筒溫，模溫，墊套座的溫度等！

在正常生產條件下如果棒溫偏高模溫正常則堵模的概率也偏高。這是因為高溫鋁基流到金屬固體工作帶時的傳導降溫冷激局部淬火硬化行為，阻礙了鋁基流動性，而隨後而來的熱鋁流包裹住冷卻部分充滿工作帶，且這種反應並不同步或同值，所以容易堵模塞模。

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鋁型材速度原因引起的塞模

因擠壓速度過快而引起的堵模貫穿整個擠壓過程，即上壓——擠壓——收尾——終了各階段！有句話叫「欲速則不達」，根據現場生產條件和實際情況採取合理的擠壓速度才是王道。

產量高並不取決於擠壓能力，而是後道工序拉伸鋸切的能力高低！後面工序如果來不及了你前面不想慢也得慢下來。

在性能，尺寸，表面任意一個要求較高情況下快速擠壓方法就不可能執行，快速擠壓說白一點就是搶單位時間內的產量。

A、速度快對流速的影響

擠壓速度快型材模具流速同樣快，按照擠壓係數為50的比較好壓的型材而言，即擠壓出口流速是擠壓軸工進速度的50倍，擠壓係數越大速度比倍數越大，反過來講：擠壓軸工進速度可以越快，但型材出口速度根據型材的材質，壁厚，形狀，溫度等是有限值的。

流速快後筒模內剪切力增大，出現紊流，死區增大易產生縮尾後堵模，再快，直接分開撕裂後堵模。

B、速度快對溫度的影響

一定溫度在一定擠壓速度後堵模。反過來因速度因素引發的溫度原因的堵模條件就苛刻多了！很多時候溫度原因還沒被引發速度本身的原因已經造成堵模了！因為速度變很快是直線型，而溫度變化緩慢是爬坡型，變化量比不成比例。

C、鋁質連續性對擠壓速度的限制能力

因合金配比成份不同，工藝製造的不同，不同牌號的鋁合金在塑性上相差天地！7000系合金單位重量強度堪比不鏽鋼——相同重量的鋁和鋼體積比略超3：1倍（注意概念區分——是可上不封頂的強度而不是一定限值的硬度）。

生產硬合金不能「急」，慢慢來。硬合金生產焊合流動性差壓力高儘可能生產實心模，並注意交接夾心料缺陷，切除長度要實測，端面切光滑後可用鹼水洗蝕後辨別！

D、壁厚大小對速度的限制能力

壁厚薄的地方在擠壓工進速度下出口速度更容易接近或達到型材極限速度。其次，壁厚薄的地方出口壓力高而流動能力差。生產中往往在型材表面出現魚鱗形狀的拉扯痕跡，有時平面會因拉扯而凹凸不平，放慢擠壓速度後平面恢復正常。那如果加快呢？

而實際上，越是薄料越不能慢，必須快。這是因為一是慢了溫度要下降後壓不動，薄料因薄而出口快但軸工進速度並不會快多少，其所產生的變形熱未必抵得上散失的熱量。二是機臺噸位較大不符。

E、截面大小對速度的限制能力

截面不是指截面積，截面大並不代表截面積（米重）大。截面大的型材如果擠壓速度快，馬上會向中間收縮變形，被虹吸了！最近的距離是直線距離，模具也一樣，對於鋁流而言徑向出口距離最近，阻力也最小！而速度快後鋁液流動性更強，中間部分分到的更多。比如一道數學題：1和2相差1但是1加1和2加2就相差2了，儘管他們都增加了相同的倍數，但基數不一樣啊。鋁材加快了擠壓速度和這道理是一樣的。

F、截面積大小對速度的限制能力

注意誤區：截面積大小並不決定壁厚和截面大小！有聯繫但不是必然聯繫。如圓棒截面積大但是對截面而言卻很小，其厚度就是直徑。所以要分開來講。

取一個固定的截面積，如果它的壁厚薄或外形大則必須要放慢速度，壁薄則周徑長（不代表截面大如高倍散熱器周徑長而截面小），周徑長說明鋁流經過總的工作帶橫向長度會多，也就更容易因流速不均原因而堵模了！

而如果壁較厚或外形小，則說明相對好壓，可以擠快一點（高倍散熱器等例外）。厚實料要注意有小腳小齒小槽小邊等存在時就不能快了，一快就是掉！

G、型材形狀對速度的限制能力

型材形狀如果是對稱型的，則擠壓及維修難度相對好一點，對速度而言影響也小多了，這是因為在模具進料及流動方向上較均衡，設計上好處理。非對稱型的從模具設計到擠壓生產就要考慮流速和鋁基的走向了！而帶懸臂的腔多的就一定要控制速度了。

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一鋁型材與形狀有關的堵模

因鋁型材形狀複雜而經常發生堵模的事經常有，一些個別鋁型材模具，如果擠壓出來鋁型材是合格的，就是在出口階段出來料極其困難，經常因一部分出口流速（平面部分或壁薄部分）特快而堵模。

如果把出料修均勻，則擠壓型材就會出現一側波浪等快慢，型材不合格。可以採取以下辦法：

1、中間部位工作帶整體減短以降低阻力；

2、空刀及引流槽全部打光滑以減少粘連降低摩擦；

3、公頭柱臺降低以減少碰撞和搖擺；

4、高溫慢速上壓待鋁將出工作帶時卸模在中間部分模空刀內塗上石墨潤滑油後再慢速上壓；

5、擠出的型材墊好底板導引好直度，不晃動。用2套模把2噸多型材生產完，只是中間筋厚薄有點偏差，客戶接受，完成任務。

鋁型材形狀越複雜，表明生產難度越高，越要注意流速上的不均。此種模宜採用高溫慢速擠壓方法，以完成為最高原則，而不是搶速度搶產量。