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    鋁型材截面設計技巧解決擠壓生產難題

    2024-02-28 210
    1: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 。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。更佳 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。



    2:鋁型材截面設計原則


    鋁型材擠壓是將加熱鋁棒裝入擠壓筒中,通過擠壓機施加壓力,使其從給定形狀和尺寸的??字袛D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,但非更佳 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。


    3:鋁型材界面設計的幾點技巧


    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。

    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,中間彎曲應力更大 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 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 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 100滋m,如果該處為裝配位置,例如滑條,那么將意味著有 層噴涂層,厚度達 400滋m,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?;谝陨显?,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.

    2.8 細節調整


    細節決定成敗,對于型材截面設計也是如此,小小的改變不僅可以保護模具、控制流速、還能改善表面質量、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,因為線切割的細銅絲也是有直徑的,但是拐角處流速慢、摩擦大、應力集中,常會出現擠壓痕明顯、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。
    即便小擠壓機生產,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 倍。設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。設計中細節的調整還有很多應用,例如:調整角度、改變方向、縮短懸臂、增加間隙、對稱性好、調整公差等,具體的方法就不一一列舉??傊?,型材截面設計需要不斷的總結創新,充分考慮與模具設計制造、生產工藝之間的關系。



    3:結束語


    作為一名設計人員,為使型材生產獲得更佳 的經濟效益,在設計時就要考慮產品整個生命周期的所有因素,包括用戶需求、設計、生產制造、質量、成本等,力爭產品開發能夠一次獲得成功。而這些需要平時跟蹤產品生產,整理積累 手的資料,才能對設計的結果產生預判,提前糾正。(來源:全球鋁合作伙伴)


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