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      鋁型材斷面設計原則
      內容來源:http://www.mexxan.com    作者:武將    發布日期:2019-09-05 08:37    閱讀次數:3557 次 點擊收藏

      用擠壓的方法生產鋁型材是一種節約金屬、生產效率較高的方法,但是,它受到許多因素的影響,在鋁型材斷面設計時要考慮到擠壓的可能性,下面討論一下型材斷面設計的幾個主要因素;


      (1)斷面大小

      型材斷面大小用外接圓來衡量,外接圓越大,所需要的擠壓力就越大;一般來說,每臺擠壓機上能擠出的最大外接圓的鋁型材不是固定不變的,它與擠壓筒直徑有關,如20MN擠壓機上的擠壓筒直徑一般為φ170~200mm,最大的可為φ220mm,擠壓鋁型材的最大外接圓一般比擠壓筒直徑小25~50mm,擠壓空心鋁型材時則應更小一些;但用寬展擠壓時,型材的最大外接圓可比擠壓筒大15%~36%;


      (2)斷面形狀的復雜性

      根據鋁型材的斷面形狀可分成三大類,即實心型材、半空心型材及空心型材,如下圖所示:


      鋁型材斷面分類圖

      ①:實心鋁型材,即一般的角形、槽形等型材;

      ②:半空心型材,根據斷面形狀又可分為三級;

      1)半空心型材Ⅰ級,空間部分和將空間部分圍起來的型材壁厚,從開口處中心線看是左右對稱的;

      2)半空心型材Ⅱ級,從開口部分中心線看左右是不對稱的;

      3)半空心型材Ⅲ級,從開口部分看是左右對稱的與不對稱的兩個半空心型材;

      ③:空心鋁型材根據斷面形狀也可分為三級;

      1)空心型材Ⅰ級,空心部分是圓的,直徑較小,斷面形狀是對稱的,或內徑較小,外形是不對稱的;

      2)空心型材Ⅱ級,除Ⅰ級以外的,外接圓不大于φ130mm,只有一個空心部分,而且空心部分是非圓形的;

      3)空心型材Ⅲ級,除Ⅰ、Ⅱ級以外所有的空心型材,壁厚是均勻的,其空心斷面是完整或多孔的,即圓形、正方形、長方形、六角形、橢圓形、梯形等;


      但上述三個級別沒有包括某些專門用途的空心鋁型材;

      除了斷面復雜性之外,還要考慮其形狀因素;形狀因素就是鋁型材斷面周長與單位質量之比(或周長與斷面面積之比),即:




      F0—形狀因素;

      S 型材斷面周長;

      W—型材的單位質量;

      A—型材斷面面積;


      綜合上述,如以C表示鋁型材外接圓直徑,那么SC/A就是一個反映擠壓難易程度的指數,指數值越大,則型材就越難以擠壓;


      (3)擠壓系數

      為使擠壓系數具有一定的變形量,同時又不至于難擠壓,合理的選擇擠壓系數是很重要的,一般來說,純鋁的擠壓系數可達300,3063鋁合金可達200,硬鋁可為20~60。有時可用變形率來表示;


      Ε—變形率;

      A1—鑄錠斷面面積(擠壓筒斷面面積);

      A2—擠壓鋁型材斷面面積;

      通常認為Ε在95%以上是經濟合理的;


      (4)鋁型材壁厚

      某一特定鋁型材壁厚最小值取決于型材的外接圓直徑的大小、合金成分和形狀因素等;壁厚與合金的擠壓難易程度有關;如6063鋁合金壁厚取為1mm時,則6061鋁合金就應取為1.5mm左右,而7075鋁合金則應取為2.0~2.5mm;


      壁厚選擇除與鋁合金有關外,還與外接圓直徑、斷面形狀等有關,鋁型材的外接圓尺寸或寬度尺寸越大,設計的厚度也應越大,一般情況下鋁型材的寬厚比(B/t)以小于30為宜;當B/t50時,就比較難以擠壓,當B/t100時,屬特別難以擠壓成形的型材,需要采取一些特殊的技術措施,才能保證鋁型材質量和使擠壓過程得以順利進行;斷面形狀對擠壓難易程度的影響見下圖:

      鋁型材擠壓難易程度排列表

      難以擠壓的斷面,要求有較大的的壁厚、較小的寬度比和較小的擠壓系數;


      (5)包圍空間面積的設計

      在鋁型材的斷面形狀方面,凡有三方被包圍,一面開口的部分,稱為空間面積,這個空間從模子方面來看是懸臂梁,當懸臂梁細而深時,模子破損率就越大,甚至很難擠壓出來,即使能擠壓出來,也很難擠壓出合格的鋁型材制品;如下表所示:


      美國鋁型材斷面形狀與擠壓難易程度的分級
      開口部分深度/mm
      1級
      2級
      3級
      合金A
      合金B
      合金A
      合金B
      合金A
      合金B
      0.76~1.27
      1
      1
      1
      0.75
      1
      0.5
      1.27~1.6
      2.0
      1.5
      1.5
      1.0
      1.125
      1.75
      1.6~3.18
      2.5
      2.0
      2.0
      1.5
      1.5
      1.125
      3.18~6.35
      3.0
      2.5
      2.5
      2.0
      1.875
      1.5
      12.7~25.4
      3.5
      2.75
      3.0
      2.5
      2.25
      1.875
      25.4~38.1
      4.0
      3.0
      3.5
      2.5
      3.0
      2.25
      38.1~63.3
      3.5
      2.75
      3.0
      2.0
      2.25
      1.5
      38.1~63.5
      3.0
      2.0
      2.0
      1.5
      1.5
      1.125
      63.5以上
      2.25
      2.0
      2.0
      1.5
      1.5
      1.125

      F/C2或E+F/C2公式計算,哪個數值大取哪個,然后與表中的數值對照,比表上數值大的定為半空心型材,小的則定為實心型材;


      (6)直角間的圓角半徑

      凸出的直角上的過度半徑是很重要的,半徑過小時,模子上會發生應力集中,而凹形的直角則在??兹肟谔幰子谀p,因此,應盡量避免尖角;像6063一類擠壓性能良好的合金,其最小圓角半徑可取R=0.4mm,其他合金應取0.6mm以上;


      7)鋁型材的斷面尺寸公差

      斷面尺寸公差應根據鋁型材的加工余量、使用條件、型材擠壓的難以程度、合金牌號和形狀的部位來確定,一般來說,在有關的技術標準中或在用戶提供的圖紙中規定;對某些擠壓難度大的鋁型材,可改變形狀,或增大工藝余量、尺寸公差,以減小擠壓的難度,擠壓出近似要求的鋁型材擠壓制品,然后整形或加工到使用形狀與尺寸;


      8)其他的設計要素

      鋁合金型材的種類很多,在設計時除了要考慮共同的設計要素外,還要考慮各自的特殊設計要素;例如:對長度有要求的鋁型材,必須考慮形位公差;階段變斷面型材要求大頭部分與型材部分的斷面比例控制在一定范圍內,目前這個比例已達到10左右,此比例越大,擠壓難度就越大;又如對整體帶筋壁板型材的寬厚比、立筋的對稱性及空心型材對合金成分的選擇等都有嚴格的要求,在設計型材時必須仔細計算和評估;

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