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        鋁型材截面設(shè)計(jì)技巧解決擠壓生產(chǎn)難題

        2024-02-28 643
        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(diǎn)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(jì)、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(jì)。更佳 的型材截面設(shè)計(jì)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(shí)際案例,總結(jié)鋁型材截面設(shè)計(jì)常用的幾點(diǎn)技巧。



        2:鋁型材截面設(shè)計(jì)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??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(jì)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(jì)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(jì)時,首先要滿足其使用、裝飾等性能,由此設(shè)計(jì)得到的截面可用,但非更佳 方案。因?yàn)楫?dāng)設(shè)計(jì)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(jì)的原則是:在滿足其功能設(shè)計(jì)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(jì)的幾點(diǎn)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(diǎn):

        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(jì)控制流速來避免收口;但如果幾種因素疊加,模具設(shè)計(jì)及相關(guān)工藝無法解決收口時,可以在截面設(shè)計(jì)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(yàn)進(jìn)行選擇,而此時的開模圖(預(yù)開口)與成品圖的設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)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(jì)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(jì)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 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(jì)時可考慮將開口封閉,使原來強(qiáng)度不足的實(shí)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(jì)時可在開口兩端的連接處做一些細(xì)節(jié)處理,

        如:設(shè)置 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(shí)心模和分流模,實(shí)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(jì)時也要充分給予考慮,即截面的外輪廓可以設(shè)計(jì)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 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(jì)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(jì)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(jì)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(yàn)。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(jì)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?yàn)榫€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 倍。設(shè)計(jì)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(jì)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??傊筒慕孛嬖O(shè)計(jì)需要不斷的總結(jié)創(chuàng)新,充分考慮與模具設(shè)計(jì)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(jì)人員,為使型材生產(chǎn)獲得更佳 的經(jīng)濟(jì)效益,在設(shè)計(jì)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(jì)、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(jì)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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