铝型材挤压表面擦伤缺陷的原因分析及应对办法

冯振国

[摘 要]总结了铝合金挤压型材常见的缺陷形式并分析了缺陷产生的原因，提出了一种先进的铝合金型材挤压过程的在线检测方法，该方法融合了计算机技术、红外线检测技术和图形分析技术，可实现铝合金型材挤压过程中对型材表面轮廓的在线检测。当挤压型材脱离模具时，通过多通道成形设备捕捉型材表明轮廓的热成像图，然后通过对热成像图进行二值化处理和图像分析，可获得挤压型材表明的几何尺寸、误差分布等信息。该检验系统可应用于铝型材挤压过程的在线监测和挤压型材的缺陷检测。

中图分类号：F426.31 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）17-0249-01

1. 引言

铝合金型材热挤压工艺是将加热的铝锭放在一个预热的容器中，通过冲头挤压铝锭，强迫其通过成形模具，以获得所需形状的塑性变形过程。铝合金型材热挤压的温度一般介于450℃～600℃，成形速度一般介于5m/min～100m/min。挤压工艺参数取决于型材的轮廓形状、大小和合金[1-2]。铝型材脱模后，可通过空冷或水淬冷却。平均冷却速率取决于出口速度、淬火温度和型材的形状，一般情况下低于20℃/s。铝合金型材挤压的一个重要问题是如何实现挤压过程参数的持续监测和型材脱模时产品质量的在线检测。铝合金型材作为建筑用材需要较高的表面质量，因此控制表面状态是十分必要的，型材表面质量取决众多参数，如挤压速度、挤压温度、材料类型、坯料大小、轮廓形状、模具磨损和润滑条件等。随着计算机技术发展和红外线检测技术的发展，使得高温状态下非接触在线检测成为一种可能。本文提出了一种先进的铝合金型材挤压过程的在线检测方法，当挤压型材脱离模具时，通过通道成形设备捕捉型材表明轮廓的热成像图，然后通过对热成像图的图形分析，可实现铝合金型材挤压过程的在线监测和挤压型材的缺陷检测。

2. 铝合金型材缺陷分析

铝合金型材是工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料，在航空、航天、汽车、机械制造、船舶，建筑，装修及化学工业中已大量应用，图1所示为不同截面形状的铝合金型材。

铝合金型材挤压成形过程中会出现多种形式的缺陷，但是目前对于各种缺陷形式没有统一的命名和规定。因此，本文首先对铝合金挤压型材的缺陷类型进行总结，并对各总形式的缺陷产生原因进行分析。常见的铝合金挤压型材缺陷包括[3-7]：

（1）条纹缺陷（如图2所示），表现为细长条纹形状，与周围表面的亮度和颜色不同，其产生的主要原因是模具和材料的表面之间摩擦的增加。（2）模具划痕缺陷（如图3所示），是模具表面粗糙引起的型材表面的纵向凹痕或表面凸起。（3）焊接缺陷（如图4所示），由两个连续的挤出型材表面焊合造成造成的缺陷。（4）横向线缺陷（如图5所示），型材表面形成了不同颜色与微观结构的横向线，该缺陷是由铝合金材料通过模具时发生暂时性停止引起的。（5）划痕缺陷（如图6所示），是模具工作表面的杂质造成的型材表面划伤形式的缺陷，该缺陷会导致型材表层损伤和局部硬度降低。（6）凸泡缺陷（如图7所示），是一种气泡形式的表面缺陷，通常认为该缺陷是由少量的空气或润滑剂蒸汽侵入坯料表面而形成的，但是该缺陷的产生机理尚未完全探明。（7）夹杂缺陷（如图8所示），是由坯料中的夹杂物形成的纵向间歇性的的表面缺陷。（8）开裂缺陷（如图9所示），由于挤压速度过快或挤压温度过高引起的一系列垂直于挤压方向的表面裂缝。

3. 型材挤压过程在线检测

目前，对于铝合金挤压型材缺陷的检测主要是通过人工目测，存在工作强度大，效率低，且易发生漏检、误判等问题。本文提出了一种铝合金型材挤压过程的在线检测方法。该方法的流程如图10所示。检测过程为，铝合金型材挤出模具时，首先使用多通道成像（由红外线成像设备和可见光成形设备构成）捕捉铝合金型材图像，由于此时挤压型材仍处于高温状态，因此捕捉的图形为热成像图。然后对捕捉的热成像图进行二值化处理，经处理后的图像可达到检测系统识别和分析的要求。图像处理分析模块包含截面轮廓数据库和缺陷类型数据库，将二值化处理后的图像与数据库进行比对，最终通过判断模块判断挤压型材是否存在缺陷，并判断缺陷的类型。

4. 结论

（1）总结了铝合金挤压型材存在的主要缺陷形式，包括条纹缺陷、模具划痕缺陷、焊接缺陷、横向线缺陷、划痕缺陷、凸泡缺陷、夹杂缺陷和开裂缺陷，并分析了各类型缺陷产生的原因，对铝合金型材挤压工艺具有积极的指导意义。

（2）提出了一种铝合金挤压型材缺陷的在线检测方法，检测过程包括图像捕捉，图像二值化处理，图像分析和缺陷类型判定。该在线检测技术可及时反馈产品的生产状态，有效提高铝合金挤压型材缺陷的检测精度和效率。

参考文献

[1] 李延军，李鹏伟， 孙巍等. 7020铝合金挤压型材生产工艺研究[J]. 轻合金加工技术， 012.40（10）： 50-52.

[2] 刘科研.5456铝合金挤压型材生产工艺研究[J]. 轻合金加工技术， 2011.39（9）： 49-52.

[3] 刘静安，张学惠等. 铝合金挤压型材表面缺陷分析[J]. 铝加工， 1996.19（4）： 14-17.