铝合金型材设计深化工艺总结

铝型材端面设计的注意事项

生产铝型材的方法有挤压、轧制和铸造等，其中挤压加工法是铝型材生产厂家采用最多的一种方法，它具有节能、简单、灵活等多方面的特点，在现代工业生产中占据很重要的地位。由于铝型材的断面形状多种多样，特别是需要开模的异型材，对型材进行挤压时，要根据型材的断面大小来进行断面设计，在设计时需要充分考虑几个方面的要素。

断面大小：

铝型材的断面大小主要用外接圆来衡量，通常来说，外接圆越大，所需要的挤压力就越大，断面大小与挤压筒的直径有关，挤压筒的直径通常要比外接圆大25-50mm，打个比方，一个直径为200mm的挤压筒，最大外接圆直径为150mm，所以铝型材的断面大小以外接圆的大小来决定。

断面形状：

除了铝型材断面的大小尺寸在不断变化，断面形状也日渐复杂化，根据型材的断面形状来划分，可以分为三大类：实心型材、空心型材和半空心型材：

实心型材：指一般的L形/U形型材；

空心型材：可分为以下三种类型：

①空心部分是圆形的，直径或内径较小，外径可以对称也可以不对称； ②外接圆直径在130mm以下，中心有一个非圆形（梯形或椭圆形）的空心部分，；

③型材的壁厚均匀，中心部分是空心的，中心断面形状可以是长方形、正方形、椭圆形等多种孔型；

半空心型材：也可以分为以下三种类型：

①实心部分包着空心部分，包裹部分为型材的壁厚尺寸，四周并未完全连接成整体，从中心线的开口处来看，型材的二边是对称的；

②外实心，内空心，型材的壁厚一致，从中心开口处看二边是不对称的形状；

③外实心，内空心，型材的壁厚不均匀，从中心开口处看二边可对称也可不对称。

在铝型材断面设计时，除了考虑复杂的断面形状以外，还要考虑到型材的断面周长与断面面积的比例，这个比值表示铝型材挤压的难易程度，周长与面积的比值越大，说明该型材的挤压难度越大，在设计时要考虑周全。

铝型材挤压系数：

为了提高挤压质量，要求铝型材具有一定的变形量，又易于挤压，所以要选择一个合理的挤压系数，不同的铝合金型材挤压系数是不同的，6063铝型材的挤压系数为200，纯铝的挤压系数更高，挤压系数也可以用变形率来表示，变形率达95%以上才是合理的，用下列式子表示：

其中，ε表示变形率；

A?表示铸锭断面面积（挤压筒断面面积）；

A?表示型材的断面面积。 铝型材壁厚：

铝型材的挤压难度与型材的壁厚有直接的关系，与外接圆直径和断面形状也有关系，一般情况下，外接圆尺寸越大，型材的壁厚就要设计得越大，越难以挤压的型材，宽厚比和挤压系数就要求越小，否则就会影响挤压质量。

型材的宽厚比值小于30时比较容易挤压，当宽厚比大于50时，挤压系数相对较难，而当宽厚比大于100时，就属于特别难以挤压的型材了，要采用高难度的特殊挤压方法和设备，才能达到挤压效果。

总之，铝型材在断面设计时要考虑到断面大小、形状、挤压系数和型材的壁厚大小，这些因素直接关系到挤压时的难易程度，断面形状尺寸越大、壁厚越大的型材，挤压的难度越高，标准的型材比宽厚比大和多孔的型材更容易挤压。

铝型材挤压模具设计时应遵循哪些原则？

随着社会工业化进程的推进，铝型材产品的应用日益广泛，挤压模具的类型也是多种多样，在设计模具产品时要从诸多方面来考虑，如挤压模具的材料、挤压机的吨位大小、型材尺寸、挤压方式与挤压速度等等，从多个角度来综合设计，可保证铝型材产品的质量与挤压机的使用寿命。

一、材料的选择

铝型材挤压模具通常采用热作模具钢，以美国产的H13合金模具钢为主要代表钢型，在模具生产中应用广泛，它的淬火硬度达到55HRC，淬透性和抗热裂能力很强，韧性也高，综合力学能力超强，各元素的含量应按照GB/T1299-2000的执行标准，最能体现其硬度的是碳的含量，碳含量不能一味地增高，要通过适当的热处理工艺，在淬火后还要经过多次回火，在提高硬度的同时使模具的韧性保持在最佳范围之内。

除了一般采用H13模具钢材料，也有些采用的是钨钢材料，钨钢的硬度可达89-95HRC，耐磨性与韧性都很好，特别是耐高温性能，它的切削速度甚至是碳素钢的数百倍，不过脆性较高。

二、模具的结构尺寸

铝型材挤压模具由工作带、空刀、模芯、焊合室等部分组成，模具的结构尺寸主要指工作带尺寸、空刀的尺寸和模孔尺寸。

①工作带尺寸：工作带又称为定径带，它是与型材垂直的工作端面，用来稳定型材的形状尺寸的区段，工作带的长度是模具模孔设计中最重要的参数，它的长短尺寸直接影响铝型材的精度与质量，太长或太短都不可取，工作带的尺寸设计可参照以下公式：

其中，L表示工作带长度（mm）；

t表示型材壁厚名义尺寸（mm）；

K?表示模子材质强度系数（≈1.5-2.0）

K?表示模孔位置流速差之比

②空刀尺寸：工作带的出口端由模孔空刀来支撑，空刀的尺寸也会影响模具的结构尺寸，在铝型材挤压模具设计时，可参照以下标准：当铝型材壁厚超过2mm时，可采用直空刀结构，这种结构的空刀比较便于加工；当铝型材壁厚低于2mm时，可采用斜空刀，这种空刀可在悬臂支撑处加工。

③模孔尺寸：模孔是铝型材成型的主要通道，铝合金经过模孔，形成各种形状与尺寸的型材，模孔尺寸会直接影响铝型材的形状尺寸与外观质量。对于断面形状比较复杂的型材，其壁厚差相差较大，对壁薄的型材在边缘或凹角部分的模孔要加大设计尺寸，对于宽厚比较大的宽扁型薄壁型材，可按一般尺寸设计，还要考虑挤压速度与弹性变形等方面的因素对模孔尺寸的影响。

三、挤压机吨位大小

选择合适的挤压机的吨位大小，要根据挤压系数来决定，挤压系数是指镦粗后金属的截面积与产生塑性变形后型材的总截面之比，它是衡量铝合金变形量大小的参数，也称挤压比，其数学表达方式为：

λ =Fm/Fk

其中，λ表示挤压系数；

Fm表示金属变形前的横截面积；

Fk表示型材的总面积。

需要注意的是，对于多孔模的总面积，要用模孔数乘以单件型材的截面积。挤压比不可过高或过低，过高会使铝型材出现表面粗糙，过低会降低铝型材的机械性能，空心铝型材与空心铝型材的挤压比是有区别的， 实心铝型材为30，空心铝型材为45。

四、挤压工艺

在铝型材挤压模具设计时，挤压工艺是必须要考虑的因素，挤压工艺包括挤压速度、挤压强度等工艺。

①挤压速度是指挤压轴在挤压过程中的前进速度，它也表示铝型材的流出速度，挤压速度等于型材的流出速度除以挤压系数。由于铝锭的合金成分与加热温度不均匀，导致型材的流出速度不一致，所以挤压速度只能取平均值。

②挤压强度

五、挤压方式 正向挤压向向挤压热挤压冷挤压

铝型材常用表面处理方式有哪些？

挤压型材的表面氧化膜比较松软和单薄，一般只有0.3-4μm，经过适当的表面处理后可以使膜层达到60-2500μm，极大的提高了铝型材的力学性能和外观质量，从而延长产品的使用寿命，表面处理的方法有化学处理和机械处理，化学处理方法有阳极氧化、电泳涂装和静电粉末喷涂，机械处理的方法有喷砂氧化、打磨、抛光和拉丝等，如下表所示，今天着重要讲解一下铝型材表面处理之化学处理方法。

铝型材表面处理常用方法