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      鋁型材截面設計技巧解決擠壓生產(chǎn)難題

      2024-02-28 295
      1:前言



      鋁合金型材之所以在生活及生產(chǎn)中被廣泛應用,是由于大家對其低密度、抗腐蝕性、優(yōu)導電率、非鐵磁性、可成形、可回收等優(yōu)點(diǎn)的充分認可。我國鋁型材工業(yè)從無(wú)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(zhù)市場(chǎng)對鋁型材產(chǎn)品的要求不斷提高,使鋁型材生產(chǎn)向復雜化、高精化、大型化等方向發(fā)展,隨之帶來(lái)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(shí)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(chǎn)品的質(zhì)量、使用效果,并降低成本,縮短交貨期。論文通過(guò)生產(chǎn)中的實(shí)際案例,總結鋁型材截面設計常用的幾點(diǎn)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(guò)擠壓機施加壓力,使其從給定形狀和尺寸的??字袛D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(guò)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(lái)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(kāi)口、小孔、多孔、不對稱(chēng)、薄壁、壁厚不均勻等截面形狀。在設計時(shí),首先要滿(mǎn)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(guān)的工藝設備時(shí),就會(huì )出現生產(chǎn)工藝要求過(guò)高、過(guò)嚴,造成合格率降低、成本升高,甚至連現有工藝也生產(chǎn)不出來(lái)。因此,鋁型材斷面設計的原則是:在滿(mǎn)足其功能設計的前提下盡可能用最簡(jiǎn)單的工藝完成。


      3:鋁型材界面設計的幾點(diǎn)技巧


      2.1 誤差補償

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

      1)型材截面開(kāi)口較深的型材,在擠壓出來(lái)時(shí)往往會(huì )出現收口。

      2)型材的拉伸校直會(huì )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(huì )產(chǎn)生收口。

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

      2.2 拆大變小

      隨著(zhù)鋁型材大型化的發(fā)展,很多型材的截面設計越來(lái)越大,這意味著(zhù)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(chǎn)成本急劇上升。對于一些可以通過(guò)拼接來(lái)達到的大尺寸截面,設計時(shí)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(shí)常常會(huì )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(huì )因自身重力作用下垂,中間彎曲應力更大 下凹最嚴重,還會(huì )因壁板部分長(cháng)極易產(chǎn)生波浪使平面間歇惡化。因此在截面設計時(shí)應避免大尺寸平板結構,必要時(shí)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(chǎn)過(guò)程中,有的截面很難通過(guò)擠壓加工完成,即使可以加工生產(chǎn)成本也會(huì )過(guò)高,此時(shí)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(huì )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(chǎn)難度不大,但是如果槽深和槽寬超過(guò)了 100mm,或槽寬與槽深比不合理,生產(chǎn)時(shí)同樣會(huì )遇到模具強度不足,開(kāi)口不易保證等問(wèn)題。在型材截面設計時(shí)可考慮將開(kāi)口封閉,使原來(lái)強度不足的實(shí)心模變成穩固的分流模,且擠壓時(shí)也不存在開(kāi)口變形的問(wèn)題,形狀更易保證。另外,設計時(shí)可在開(kāi)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(shí)容易去除掉(圖 4)。

      2.5 外繁內簡(jiǎn)

      鋁型材擠壓模具根據截面是否帶有腔體,可分為實(shí)心模和分流模,實(shí)心模的加工相對簡(jiǎn)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(shí)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(jiǎn)單,精度要求也不能過(guò)高。這樣不管是模具加工,還是維修都會(huì )簡(jiǎn)單很多,成品率也會(huì )提高。

      2.6 預留余量

      鋁型材在擠壓完成后根據客戶(hù)的需求有不同的表面處理方法,其中陽(yáng)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(zhù)有 層噴涂層,厚度達 400滋m,將導致無(wú)法裝配,影響使用。

      另外,隨著(zhù)擠壓次數增加,模具磨損,型材槽孔尺寸將會(huì )越來(lái)越小,而滑條尺寸越擠越大,更給裝配帶來(lái)困難?;谝陨显?,設計時(shí)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(chǎn)品圖,裝配圖的正確并不意味型材產(chǎn)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(kāi)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(guò)大會(huì )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(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(xiàn)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(huì )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(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 倍。設計時(shí)可在壁厚突變處用斜線(xiàn)或圓弧過(guò)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(chēng)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(chuàng )新,充分考慮與模具設計制造、生產(chǎn)工藝之間的關(guān)系。



      3:結束語(yǔ)


      作為一名設計人員,為使型材生產(chǎn)獲得更佳 的經(jīng)濟效益,在設計時(shí)就要考慮產(chǎn)品整個(gè)生命周期的所有因素,包括用戶(hù)需求、設計、生產(chǎn)制造、質(zhì)量、成本等,力爭產(chǎn)品開(kāi)發(fā)能夠一次獲得成功。而這些需要平時(shí)跟蹤產(chǎn)品生產(chǎn),整理積累 手的資料,才能對設計的結果產(chǎn)生預判,提前糾正。(來(lái)源:全球鋁合作伙伴)


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