鋁型材截面設(shè)計技巧解決擠壓生產(chǎn)難題

2024-02-28 2419

1：前言

鋁合金型材之所以在生活及生產(chǎn)中被廣泛應(yīng)用，是由于大家對其低密度、抗腐蝕性、優(yōu)導(dǎo)電率、非鐵磁性、可成形、可回收等優(yōu)點的充分認(rèn)可。我國鋁型材工業(yè)從無到有，從小到大，直至發(fā)展成為鋁型材生產(chǎn)大國，產(chǎn)量雄踞世界。但隨著市場對鋁型材產(chǎn)品的要求不斷提高，使鋁型材生產(chǎn)向復(fù)雜化、高精化、大型化等方向發(fā)展，隨之帶來的一系列生產(chǎn)難題。

鋁型材的生產(chǎn)大都采用擠壓方式，在生產(chǎn)時除了要考慮擠壓機(jī)的性能、模具的設(shè)計、鋁棒的成分、熱處理等工藝方面因素外，還要考慮型材的截面設(shè)計。更佳的型材截面設(shè)計不僅可以從源頭上降低工藝難度，還能提高產(chǎn)品的質(zhì)量、使用效果，并降低成本，縮短交貨期。論文通過生產(chǎn)中的實際案例，總結(jié)鋁型材截面設(shè)計常用的幾點技巧。

2：鋁型材截面設(shè)計原則

鋁型材擠壓是將加熱鋁棒裝入擠壓筒中，通過擠壓機(jī)施加壓力，使其從給定形狀和尺寸的模孔中擠出，產(chǎn)生塑性變形而獲得所要求的產(chǎn)品的加工方法。由于金屬在變形過程中受鋁棒溫度、擠壓速度、變形量、模具等種種因素的影響，金屬流出的均勻性較難控制，給模具設(shè)計帶來了一定的難度。為了保證模具的強(qiáng)度，避免出現(xiàn)裂紋、塌陷、崩角等情況，在型材截面設(shè)計中應(yīng)盡量避免出現(xiàn)：大懸臂、小開口、小孔、多孔、不對稱、薄壁、壁厚不均勻等截面形狀。在設(shè)計時，首先要滿足其使用、裝飾等性能，由此設(shè)計得到的截面可用，但非更佳方案。因為當(dāng)設(shè)計人員缺乏擠壓工藝知識、不了解相關(guān)的工藝設(shè)備時，就會出現(xiàn)生產(chǎn)工藝要求過高、過嚴(yán)，造成合格率降低、成本升高，甚至連現(xiàn)有工藝也生產(chǎn)不出來。因此，鋁型材斷面設(shè)計的原則是：在滿足其功能設(shè)計的前提下盡可能用最簡單的工藝完成。

3：鋁型材界面設(shè)計的幾點技巧

2.1 誤差補(bǔ)償

收口是型材生產(chǎn)常見的缺陷之一，產(chǎn)生原因主要有以下三點：

（1）型材截面開口較深的型材，在擠壓出來時往往會出現(xiàn)收口。

（2）型材的拉伸校直會使收口加劇。

（3）某些結(jié)構(gòu)的注膠型材，在注完膠以后由于膠體的收縮也會產(chǎn)生收口。

如果上述收口不嚴(yán)重，可以通過模具設(shè)計控制流速來避免收口；但如果幾種因素疊加，模具設(shè)計及相關(guān)工藝無法解決收口時，可以在截面設(shè)計時給予預(yù)先補(bǔ)償，即預(yù)開口。欲開口補(bǔ)償量的多少要根據(jù)其具體結(jié)構(gòu)及以往收口的經(jīng)驗進(jìn)行選擇，而此時的開模圖（預(yù)開口）與成品圖的設(shè)計是不同的。

2.2 拆大變小

隨著鋁型材大型化的發(fā)展，很多型材的截面設(shè)計越來越大，這意味著需要大擠壓機(jī)、大模具、大鋁棒等等一系列的設(shè)備與之配套，生產(chǎn)成本急劇上升。對于一些可以通過拼接來達(dá)到的大尺寸截面，設(shè)計時應(yīng)將其拆分為若干小型材，不僅可以降低成本，其平面度、彎曲度、精度更易保證（圖 2）。

2.3 保平加筋

型材截面在設(shè)計時常常會遇到對平面度的要求，小跨度的型材由于其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度好易于保證平面度。大跨度的型材由于剛擠完后，型材會因自身重力作用下垂，中間彎曲應(yīng)力更大下凹最嚴(yán)重，還會因壁板部分長極易產(chǎn)生波浪使平面間歇惡化。因此在截面設(shè)計時應(yīng)避免大尺寸平板結(jié)構(gòu)，必要時可在中間部位設(shè)置加強(qiáng)筋以改善其平面度。（圖3）

2.4 二次加工

在型材生產(chǎn)過程中，有的截面很難通過擠壓加工完成，即使可以加工生產(chǎn)成本也會過高，此時可以考慮另外的加工方法。

案例一：型材截面上直徑小于 4mm孔，會使模具強(qiáng)度不足，容易損壞，并且加工困難，建議去掉小孔，改用鉆孔的方案。

案例二：普通 U 型槽的生產(chǎn)難度不大，但是如果槽深和槽寬超過了 100mm，或槽寬與槽深比不合理，生產(chǎn)時同樣會遇到模具強(qiáng)度不足，開口不易保證等問題。在型材截面設(shè)計時可考慮將開口封閉，使原來強(qiáng)度不足的實心模變成穩(wěn)固的分流模，且擠壓時也不存在開口變形的問題，形狀更易保證。另外，設(shè)計時可在開口兩端的連接處做一些細(xì)節(jié)處理，

如：設(shè)置 V 形標(biāo)記、小凹槽等，方便最后機(jī)加工時容易去除掉（圖 4）。

2.5 外繁內(nèi)簡

鋁型材擠壓模具根據(jù)截面是否帶有腔體，可分為實心模和分流模，實心模的加工相對簡單，分流模因涉及到型腔、芯頭等加工相對復(fù)雜，因此在型材截面設(shè)計時也要充分給予考慮，即截面的外輪廓可以設(shè)計得復(fù)雜一些，盡量將溝槽、螺孔等放在外圍，而內(nèi)部盡量簡單，精度要求也不能過高。這樣不管是模具加工，還是維修都會簡單很多，成品率也會提高。

2.6 預(yù)留余量

鋁型材在擠壓完成后根據(jù)客戶的需求有不同的表面處理方法，其中陽極氧化、電泳方法由于膜層薄，對尺寸影響不大。若采用粉末噴涂的表面處理方法，在拐角和溝槽中容易積粉，其單層厚度可達(dá)到 100滋m，如果該處為裝配位置，例如滑條，那么將意味著有 4 層噴涂層，厚度達(dá) 400滋m，將導(dǎo)致無法裝配，影響使用。

另外，隨著擠壓次數(shù)增加，模具磨損，型材槽孔尺寸將會越來越小，而滑條尺寸越擠越大，更給裝配帶來困難。基于以上原因，設(shè)計時需根據(jù)具體情況預(yù)留的適當(dāng)余量，保證裝配。

2.7 公差標(biāo)注

截面設(shè)計先出裝配圖再出型材產(chǎn)品圖，裝配圖的正確并不意味型材產(chǎn)品圖完美，有的設(shè)計者忽略了尺寸及公差標(biāo)注的重要性。尺寸標(biāo)注的位置一般為需要保證的尺寸，如：裝配位置、開口、槽深、槽寬等，并且容易測量檢驗。一般尺寸公差可根據(jù)國標(biāo)選擇相應(yīng)的精度等級，而一些重要裝配尺寸則需要在圖中標(biāo)明具體公差數(shù)值，公差標(biāo)注過大會使裝配難.

2.8 細(xì)節(jié)調(diào)整

細(xì)節(jié)決定成敗，對于型材截面設(shè)計也是如此，小小的改變不僅可以保護(hù)模具、控制流速、還能改善表面質(zhì)量、提高成品率。常用的技巧之一倒圓角，擠壓型材做不到的尖角，因為線切割的細(xì)銅絲也是有直徑的，但是拐角處流速慢、摩擦大、應(yīng)力集中，常會出現(xiàn)擠壓痕明顯、尺寸不易控制、模具易崩角等情況。因此，在不影響其使用的前提下要盡可能加大倒圓半徑。

即便小擠壓機(jī)生產(chǎn)，型材壁厚也更好不低于 0.8mm，截面各部分壁厚也不能相差太大，差別不大于 4 倍。設(shè)計時可在壁厚突變處用斜線或圓弧過渡，以保證出料形狀規(guī)整及修模方便。另外，薄壁型材的彈性較好，對于一些扣板、壓條等可取 1mm 左右壁厚。設(shè)計中細(xì)節(jié)的調(diào)整還有很多應(yīng)用，例如：調(diào)整角度、改變方向、縮短懸臂、增加間隙、對稱性好、調(diào)整公差等，具體的方法就不一一列舉。總之，型材截面設(shè)計需要不斷的總結(jié)創(chuàng)新，充分考慮與模具設(shè)計制造、生產(chǎn)工藝之間的關(guān)系。

3：結(jié)束語

作為一名設(shè)計人員，為使型材生產(chǎn)獲得更佳的經(jīng)濟(jì)效益，在設(shè)計時就要考慮產(chǎn)品整個生命周期的所有因素，包括用戶需求、設(shè)計、生產(chǎn)制造、質(zhì)量、成本等，力爭產(chǎn)品開發(fā)能夠一次獲得成功。而這些需要平時跟蹤產(chǎn)品生產(chǎn)，整理積累手的資料，才能對設(shè)計的結(jié)果產(chǎn)生預(yù)判，提前糾正。（來源：全球鋁合作伙伴）

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