導(dǎo)讀：

1)為什么我要去研究鋁擠壓？對(duì)于大多數(shù)工程師來說包括我自己，最熟悉注塑和沖壓，而對(duì)鋁或者鋁擠壓就知之甚少。但我們看到的一個(gè)趨勢(shì)是，鋁或者鋁擠壓在各行各業(yè)的應(yīng)用越來越多，使用鋁擠壓可以起到一個(gè)意想不到的降本以及減重等作用。

2) 只有充分了解了鋁擠壓成型的工藝、模具、特點(diǎn)和應(yīng)用等相關(guān)知識(shí)，我們才有能力去設(shè)計(jì)鋁擠壓件，才能確保鋁擠壓件的質(zhì)量高、成本低，這是做好DFM最關(guān)鍵一點(diǎn)。

01

鋁擠壓工藝的定義

鋁擠壓成型（或鋁擠出成型）是對(duì)放在模具型腔（或擠壓筒）內(nèi)的鋁坯料施加強(qiáng)大的壓力，迫使鋁坯料產(chǎn)生定向塑性變形，從擠壓模具的模孔中擠出，從而獲得所需斷面形狀、尺寸并具有一定力學(xué)性能的零件或半成品的塑性加工方法。

鋁擠壓的原理類似于擠牙膏。

如圖所示為鋁合金汽車防撞梁及其擠壓模具。鋁錠在壓力作用下，被分成幾股金屬流，經(jīng)過分流孔進(jìn)入焊合室，在焊合室匯集，在高溫、高壓、高真空的環(huán)境下又重新被焊合，最后通過模芯和?？字g的間隙流出，從而形成符合尺寸及性能要求的管材或空心型材，如果需要彎曲就在后部設(shè)備增加彎曲工具。

鋁擠壓模具

對(duì)于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工程師來說，盡管我們并不會(huì)去設(shè)計(jì)鋁擠壓模具，但是了解最基本的擠壓模具結(jié)構(gòu)、及其如何成型不同的擠壓件輪廓形狀的機(jī)理，這有助于在擠壓件設(shè)計(jì)時(shí)通過優(yōu)化的設(shè)計(jì)以降低模具成本和提高擠壓件生產(chǎn)效率。

2.1 什么是擠壓模？

擠壓模具基本上是厚的圓形鋼盤，包含一個(gè)或多個(gè)開口以形成所需的輪廓。它們通常由H-13模具鋼制成，并經(jīng)過熱處理，以承受熱鋁通過模具時(shí)的壓力和熱量。

2.1 擠壓模的分類

根據(jù)鋁擠壓件的截面形狀，其對(duì)應(yīng)的模具分為三類：實(shí)心模具、半空心模具和空心模具。其中，空心模具的結(jié)構(gòu)最為復(fù)雜，易磨損斷裂，成本也最高。

2.3 擠壓模的壽命

鋁擠壓件設(shè)計(jì)時(shí)導(dǎo)致的熱量積聚和壓力不均勻（例如薄壁、不均勻壁厚和突出的特征）是擠壓模具壽命的最大殺手。

有經(jīng)驗(yàn)的擠出模具工程師可以設(shè)計(jì)模具來控制熱量和不均勻的壓力，并降低擠出速度以延長(zhǎng)模具的壽命，但最終模具必須更換。

在設(shè)計(jì)鋁擠壓件之前，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工程師應(yīng)該了解哪些設(shè)計(jì)特征會(huì)最顯地影響模具加工成本。在可能的情況下，改變鋁擠壓件斷面的設(shè)計(jì)、設(shè)定恰當(dāng)?shù)墓钜约斑x擇合適的鋁合金材料可以節(jié)省鋁擠壓模具的加工成本。

03

鋁擠壓工藝的優(yōu)點(diǎn)

1）持久耐用

鋁的抗腐性、耐腐蝕性和耐候性是其最顯著的優(yōu)點(diǎn)之一。鋁不需要額外處理就能自然生銹和耐腐蝕。這是由于在其表面存在一層薄的、自然形成的氧化鋁保護(hù)膜。通過陽極氧化，其抗腐蝕變得更強(qiáng)。

例如，在室外環(huán)境中，可以進(jìn)行25微米的陽極氧化，既增強(qiáng)了耐腐蝕性、有提高了表面光潔度。另外，鋁不需要維護(hù)，在大多數(shù)情況下可以不用擔(dān)心會(huì)腐蝕。

2）輕便結(jié)實(shí)

鋁的重量比鋼輕33%以上，同時(shí)保留了大部分強(qiáng)度。大多數(shù)鋁合金的抗拉強(qiáng)度范圍約為70-700兆帕，而密度比鋼小三分之二。

產(chǎn)品設(shè)計(jì)工程師不用擔(dān)心鋁擠壓零件的強(qiáng)度，在建筑行業(yè)和汽車行業(yè)一樣等均可以作為結(jié)構(gòu)件使用，是其他金屬材料的最佳替代品。為了輕量化和減少能耗，汽車行業(yè)正在大幅使用鋁合金。

3）導(dǎo)熱性能好

鋁的導(dǎo)熱性能與銅極為相似，但重量卻要輕得多。

鋁是一種極好的導(dǎo)熱體，鋁擠壓的輪廓設(shè)計(jì)可以最大化導(dǎo)熱表面積和形成熱通道。典型例子是電腦CPU散熱器，鋁用來CPU中帶走熱量。

4）外觀時(shí)髦

擠壓鋁可以噴漆、電鍍、拋光、以及陽極氧化，這給工程師提供了比其他材料更廣泛的外觀選擇。

5）應(yīng)用范圍廣

基本上任何斷面形狀均可以通過鋁擠壓成型，因此鋁擠壓的應(yīng)用范圍非常廣，工程師可以設(shè)計(jì)不同的斷面，以滿足不同應(yīng)用環(huán)境的要求。

6）容易二次加工

鋁擠壓件可以很容易地成型、切割、鉆孔、加工、沖壓、彎曲和焊接，以適應(yīng)特定的目的。

7）模具加工周期短、費(fèi)用低

鋁擠壓的模具簡(jiǎn)單，加工周期短、費(fèi)用低。這是AEC關(guān)于鋁擠壓和其他工藝的對(duì)比，僅供參考。

8）吸收沖擊和變形

在建筑中，鋁擠壓件可以抵抗天氣和建筑運(yùn)動(dòng)造成的變形。在交通運(yùn)輸工具中，可以吸收沖擊能量。鋁擠壓件在負(fù)載下保持強(qiáng)度和靈活性，并從沖擊中回彈。

9）環(huán)保

鋁是一種環(huán)保的材料、易于回收。

04

鋁擠壓工藝的應(yīng)用

鋁是未來的金屬，它不僅環(huán)保、重量輕、自然耐腐蝕、強(qiáng)度高，同時(shí)導(dǎo)熱導(dǎo)電性能好。

鋁協(xié)會(huì)AA和鋁擠壓機(jī)理會(huì)AEC報(bào)告稱，鋁擠壓件在美國(guó)的使用已經(jīng)連續(xù)第六年增長(zhǎng)，現(xiàn)在占北美鋁市場(chǎng)總量的近四分之一(22%)。

雖然建筑行業(yè)繼續(xù)主導(dǎo)鋁擠壓的使用，但隨著越來越多的工程師和設(shè)計(jì)師在使用鋁擠壓時(shí)了解到幾乎無限的設(shè)計(jì)可能性，行業(yè)使用已經(jīng)擴(kuò)大。