鋁型材截面設計技巧解決擠壓生產難題

趙琳 劉高鵬

摘? 要：在鋁材擠壓生產中常出現成型困難、成品率低、成本升高等問題，常用的解決辦法是改進工藝及相關裝備。文章提出在設計階段通過改善鋁材截面設計解決某些生產難題，并降低模具設計及制造難度。文章對鋁型材截面設計進行了分析，在滿足功能性的前提下，介紹了截面設計常用的幾點技巧，使鋁材生產工藝難度降低，節約生產成本。

關鍵詞：鋁型材;截面設計;工藝難度

中圖分類號：TG372? ? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2019）25-0120-03

Abstract： There are many problems in aluminum extrusion production， such as difficult forming， low yield， high cost and so on. The common solution is to improve the process and related equipment. In this paper， it is proposed that some production problems can be solved by improving the cross-section design of aluminum material in the design stage， and the difficulty of die design and manufacture can be reduced. In this paper， the section design of aluminum profile is analyzed， and on the premise of meeting the function， several techniques commonly used in section design are introduced， which reduces the difficulty of aluminum production process and saves the production cost.

Keywords： aluminum profile; section design; process difficulty

前言

鋁合金型材之所以在生活及生產中被廣泛應用，是由于大家對其低密度、抗腐蝕性、優導電率、非鐵磁性、可成形、可回收等優點的充分認可。我國鋁型材工業從無到有，從小到大，直至發展成為鋁型材生產大國，產量雄踞世界第一。但隨著市場對鋁型材產品的要求不斷提高，使鋁型材生產向復雜化、高精化、大型化等方向發展，隨之帶來的一系列生產難題。

鋁型材的生產大都采用擠壓方式，在生產時除了要考慮擠壓機的性能、模具的設計、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計。最佳的型材截面設計不僅可以從源頭上降低工藝難度，還能提高產品的質量、使用效果，并降低成本，縮短交貨期。論文通過生產中的實際案例，總結鋁型材截面設計常用的幾點技巧。

1 鋁型材截面設計的原則

鋁型材擠壓是將加熱鋁棒裝入擠壓筒中，通過擠壓機施加壓力，使其從給定形狀和尺寸的模孔中擠出，產生塑性變形而獲得所要求的產品的加工方法。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，給模具設計帶來了一定的難度。為了保證模具的強度，避免出現裂紋、塌陷、崩角等情況，在型材截面設計中應盡量避免出現：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。

在設計時，首先要滿足其使用、裝飾等性能，由此設計得到的截面可用，但非最佳方案。因為當設計人員缺乏擠壓工藝知識、不了解相關的工藝設備時，就會出現生產工藝要求過高、過嚴，造成合格率降低、成本升高，甚至連現有工藝也生產不出來。

因此，鋁型材斷面設計的原則是：在滿足其功能設計的前提下盡可能用最簡單的工藝完成。

2 鋁型材截面設計的幾點技巧

2.1 誤差補償

收口是型材生產常見的缺陷之一，產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收口。

（2）型材的拉伸校直會使收口加劇。

（3）某些結構的注膠型材，在注完膠以后由于膠體的收縮也會產生收口。

如果上述收口不嚴重，可以通過模具設計控制流速來避免收口;但如果幾種因素疊加，模具設計及相關工藝無法解決收口時，可以在截面設計時給予預先補償，即預開口。欲開口補償量的多少要根據其具體結構及以往收口的經驗進行選擇，而此時的開模圖（預開口）與成品圖的設計是不同的（圖1）。

2.2 拆大變小

隨著鋁型材大型化的發展，很多型材的截面設計越來越大，這意味著需要大擠壓機、大模具、大鋁棒等等一系列的設備與之配套，生產成本急劇上升。對于一些可以通過拼接來達到的大尺寸截面，設計時應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

型材截面在設計時常常會遇到對平面度的要求，小跨度的型材由于其結構強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，中間彎曲應力最大下凹最嚴重，還會因壁板部分長極易產生波浪使平面間歇惡化。因此在截面設計時應避免大尺寸平板結構，必要時可在中間部位設置加強筋以改善其平面度。（圖3）

2.4 二次加工

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

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，生產時同樣會遇到模具強度不足，開口不易保證等問題。在型材截面設計時可考慮將開口封閉，使原來強度不足的實心模變成穩固的分流模，且擠壓時也不存在開口變形的問題，形狀更易保證。另外，設計時可在開口兩端的連接處做一些細節處理，如：設置V形標記、小凹槽等，方便最后機加工時容易去除掉（圖4）。

2.5 外繁內簡

鋁型材擠壓模具根據截面是否帶有腔體，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、芯頭等加工相對復雜，因此在型材截面設計時也要充分給予考慮，即截面的外輪廓可以設計得復雜一些，盡量將溝槽、螺孔等放在外圍，而內部盡量簡單，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 預留余量

鋁型材在擠壓完成后根據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，其單層厚度可達到100μm，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400μm，將導致無法裝配，影響使用。另外，隨著擠壓次數增加，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，設計時需根據具體情況預留的適當余量，保證裝配。

2.7 公差標注

截面設計先出裝配圖再出型材產品圖，裝配圖的正確并不意味型材產品圖完美，有的設計者忽略了尺寸及公差標注的重要性。

尺寸標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國標選擇相應的精度等級，而一些重要裝配尺寸則需要在圖中標明具體公差數值，公差標注過大會使裝配難