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1、铝挤成型工艺介绍,1.铝及合金材料介绍2.铝挤成型工艺介绍3.散热片加工流程4.铝挤型材设计及模具知识了解,一.铝挤型原材介绍,1.铝锭,金属元素-铝 铝是地球上含量极丰富的金属元素，其蕴藏量在金属中居第2位。至19世纪末，铝才崭露头角，成为在工程应用中具有竞争力的金属，且风行一时。航空、建筑、汽车三大重要工业的发展，要求材料特性具有铝及其合金的独特性质，这就大大有利于这种新金属铝的生产和应用。当1886年Charles Hall在美国俄亥俄州和Paul Heroupt在法国各自独立地将溶解在熔融冰晶石中的氧化铝(Al2O3)的电解还原技开发成功之时，世界上首批以内燃机为动力设备的车辆问世，随
2、之而来的便是作为汽车业需用的、具有越来越大的工程价值的材料铝及其合金对汽车工业的发展开始起重要的作用。电气化也要求将大量质轻的导电金属铝用于长距离输送电，用于建造支撑架空电缆纲络所需要的塔架，以便以发电厂传输电能。铝工业的发展还不只限于上述内容。铝在商业上应用于诸如镜框、门牌和餐用托盘之类的新颖物品。铝制的炊事用具也成为市场上的一类商品。现在，铝已发展成具有各种各样用途的材料，其范围之广足以使现代生活的各个侧面直接地受到铝的应用的影响。,铝的生产 所有铝的生产均基于熔盐电解法(Hall-Heroult法)。将从铝土矿制得的氧化铝溶于冰晶石电解液，其中加有几种氟化物的盐类以控制电解液的温度、密度
3、、电阻率以及铝的溶解度。然后，通入电流电解已熔的氧化铝。这样，氧在碳阳极上生成并与后者起反应，而铝则在阴极上作为金属液层而聚集。已分离出的金属可以定时用虹吸法或真空法移出度坩埚中，然后将铝液转移到铸造设备中浇铸成铝锭(aluminum ingot)。,铝锭熔铸,熔铸时主要加上硅.镁及晶厘细化剂。炉温720-730度。,冶炼出来的铝含有的主要杂质是铁与硅，锌、镓、钛、钒也通常作为微量杂质存在。国际上铝的最低纯度是以确定的成分及其数值作为基本标准。在美国，以形成常规做法是将铁与銈的相对浓度作为更重要的标准来考虑。未合金化的金属级别，可由其纯度来决定，如含铝量为99.70%的铝，或者由美国铝协会制订
4、的方法来决定，该法规定以Pxxx级别为标准。在后一种情况下，字母P后的数字表明硅与铁各自的最大的百份之零点几数值。,铝的主要特性:铝及其合金的优良特点是其外观好、质轻，可机加工性、物理和力学性能好，以及抗腐蚀性好，从而使铝及铝合金在很多应用领域中被认为最为经济实用。铝的密度只有2.7g/cm3，约为钢、铜或黄铜的密度(分别为7.83g/cm3，8.93g/cm3)的1/3。在大多数环境条件下，包括在空气、水(或盐水)、石油化学和很多化学体系中，铝能显示优良的抗腐蚀性。铝的表面具有高度的反射性。辐射能、可见光、辐射热和电波都能有效地被铝反射，而阳极氧化和深色阳极氧化的表面可以是反射性的，也可以是
5、吸收性的，抛光后的铝在很宽波长范围内具有优良的反射性，因而具有各种装饰用途及具有反射功能性的用途。,铝通常显示出优良的电导率和热导率，具有高电阻率的一些特定铝合金也已经研制成功，这些合金可用于如高转矩的电动机中。铝由于它的优良电导率而常被选用。在重量相等的基础上，铝的电导率近于铜的两倍。铝合金的热导量率大约是铜的50-60%，这对制造热交换器、蒸发器、加热电器、炊事用具，以及汽车的缸盖与散热器皆为有利。铝是非铁磁性的，这对电气工业和电子工业而言是一重要特性。铝是不能自燃的，这对涉及装卸或接触易燃易爆材料的应用来说是重要的。铝无毒性，通常用于制造盛食品和饮料的容器。它的自然表面状态具有宜人的外观
6、。它柔软、有光泽，而且为了美观，还可着色或染上纹理图案。一些铝合金在强度上超过结构钢材，但是纯铝及某些铝合金的强度和硬度极低。在现代生活中，铝已经广泛地应用在建筑行业中。,机加工性:铝的可机加工性是优良的。在各种变形铝合金和铸造铝合金中，以及在这些合金产出后具有的各种状态中，可机加工特性的变化相当大，这就需要特殊的机床或技术。可成形性:这是铝及许多铝合金较重要的特性之一。特定的拉伸强度、屈服强度、可延展性和相应的加工硬化率支配着允许变形量的变化。商业上可提供的铝合金在不同形态下成形性的额定值取决于成形的工艺方法。这些额定值在作金属加工特性的定性对照中仅能起大致的指导作用，即不能定量地作为成形性
7、的极值。锻性:铝合金可以锻造成形状与品种繁多的锻件，它们的最终部件锻造设计标准的选择范围(基于预定的用途)是很宽的。连接铝可用各式各样的方法连接，包括熔焊、电阻焊、硬焊、软焊、粘结以及诸如铆接和栓接之类的机械方法。可回收性:铝具有极高的回收性,再生铝的特性与原生铝几乎没有分别。这点使铝成为环保人士的宠儿。,(a)按合金元素分类 1表纯度99.0%以上之纯铝系 铝件、面板85/KG 2表铝铜合金 3表铝锰合金 4表铝硅合金 5表铝镁合金(瑞士进口)6表铝镁硅合金 T5 6063 6061 7表铝锌镁合金 8表上记以外之其他系统的合金 9表备用之分类号(b)按强化机构分类（或依热处理形态）1.应变
8、硬化铝合金（非热处理形态）:1，3，4，5 2.可热处理强化铝合金:2，6，7,铝合金的分类,铝材分类,依加工型态:锻造用及铸造用铝合金锻造用铝合金:依成份1xxx:Al2xxx:Al-Cu3xxx:Al-Mn4xxx:Al-Si5xxx:Al-Mg6xxx:Al-Mg-Si7xxx:Al-Zn-Mg8xxx:others,锻造用铝合金依热处理型态分类:非热处理型态1xxx:Al3xxx:Al-Mn4xxx:Al-Si5xxx:Al-Mg热处理型态2xxx:Al-Cu6xxx:Al-Mg-Si7xxx:Al-Zn-Mg,铝合金的可挤压性及力学性能比对表,6XXX Alloy Series6合金
9、系列,挤制用铝合金用途,2XXX系列合金：螺丝制造、航空机体、卡车骨架、塑料铸模及锻造缸头6XXX系列合金：门窗、家具、建筑装饰用棒及线、机械零件、道路车辆、切削加工材6061 Fe含量较高,所以硬度较大.适合于做工业形材.6463 Mg含量较高,所以美观光泽度高.6063 Cu含量较高,所以传导性较高.含铜量的大小将直接影响到导电率的好坏和散热片的散热效果7XXX系列合金：高强度熔接构造物、卡车车体、铁路车辆、冷冻设备、航空器构造体、国防用零件其他(1XXX、3XXX、4XXX、5XXX、8XXX)：电线板金制品及食品设备之板材等五金及电工器材,铝合金质别符号,基本质别符号,HXn调质分类调
10、质分类,TX调质分类调质分类(一),制造条件与质别符号热处理型,制造条件与质别符号非热处理型,铝挤型常用材质：一般适用制作挤型材料有6061、6063、7005,电子业界所选用散热片之材料为6063牌号6063铝挤型:(系属AL-Mg-Si锻炼用合金之其中一种材质)6063化学成份(%)T5热处理:指挤型料由高温挤制过程后冷却，经冷作加工而经人工时效硬化处理者。溶体化处理 520C 时效 205C约2小时 6063-T5挤型机械性质:以上标准系依据中国国家标准CN82068及2257,什么是铝挤型材？,二、铝挤成型工艺介绍,铝挤成型原理&用途,A。加工原理：高温软化的铝锭在铝挤压机的强力挤压下
11、流过铝挤型模具，成形成符合要求形状的铝型材产品。B。铝挤型用途及实例：建材、航天工业、民生工业、精密电子、光学零件、汽车、资讯工业等。实例:铝门窗、帷幕墙建材铁塔、铁构上之防止坠落装置电子部品之散热片及外观件铝梯公园、庭院座椅及栏杆广告招牌、广告牌,成型原理,如同挤牙膏般 不同开口决定不同挤出外型,挤型机原理示意图,Extrusion,Container,Dummy Block,Die,Aluminum Association,Ram,HeatedAluminiumBillet,Container,成型原理,由以下三种功能结构：衬套(Liner)模罩(Plate)2)模具(Die)3)模垫(B
12、acker),2.铝挤的工序及生产准备,实心模,铝挤模具,模具的分类:按照常规分为：实心模（平模），空心模（分流模）.,实心模由以下三种功能结构：模罩(Plate)承接挤锭 配合料型作流量控制。2)模面(Die)由模具(培林)控制 实际成型所在。3)垫模(Backer)节省Die 钢料用量及加强模面的 支撑强度。,出料,培林,逃孔,实心模图示-有模套,与模套固定Pin,定位销,PL,BA,Die,模罩控制进料流量第一关，模罩设计的优劣，决定能否顺利挤出的先决条件，影响度30%,模罩,控制进料流量的模罩,模罩的设计首重流量分配,培林,培林取段设计控制铝料能均匀平稳地挤出，也是模具设计的主要关键，
13、影响度40%,取段用碳极,控制出料快慢的培林,模头,空心模,实心铝合金挤锭,将挤锭分流,铝料重新融合,挤出成型,模具塑型,由以下图示说明实心圆挤锭如何变成空心圆管,空心模的成型原理,1.公模各部功能解说：,空心模的构造,流料孔将挤锭分流作流量分配,分流桥 破坏铝锭中心的高压、支撑公模头的强度，避免受压塌陷。,颈部 改变流向、调整流速、支撑公模的培林面。,公模头 形成空心的主因、公模培林所在,2.母模各部功能解说：,存料室 重新溶合先前被分割的铝流，作更加符合料型的流量分配,桥墩 增强分流桥肋的支撑强度、改善铝流经分流后再溶合的死角,逃孔 支撑母模培林强度,培林 将铝流重新塑型并控制出料快慢,空
14、心模的构造,挤型过程的热能产生,40%of heat goes into the dummy block,container and die40热能移转到压饼、料筒及模具60%of the generated heat goes out with the section as atemperature increase60热能移转到挤型材 因此型材温度会高于挤锭温度,TP 550C,铝挤型材制造流程,铝棒加温1.把加工好的铝棒放入炉中加温至460-540度。,原材料（铝锭）及铝锭加温（材料温度480+/-20度）,挤型模具及模具加温（模具温度470+/-10度，保温2-4小时）,挤压铝材成型,
15、1.打开所有的马达.2.检查模座进出是否正常.3.起掉模垫,放到模座内.4.安装模具,轻按“模座入”按钮5.轻按“盛锭合”按钮.6.打开铝棒加温炉,取出加温OK的铝棒.,送料,挤压（机器须先升温380+/-10度）,下图（左）挤压开始时第一根型材刚刚被挤出一段，（右）为铝型材生产过程中。,拉直作业 对所挤压的材料作一个效直的过程.,风淬（温度控制在300度以下）,切断,切断后,冷却(或时效)对挤型做硬度处理时效的温度控制在175-215度之间，时间4小时。,时效处理作用:可以加强铝料的强度并消除应力.处理完后经过冷却,包装.铝挤加工完成.,材料因数工作温度 1 6000系铝合金的熔点为660
16、C左右，而在560 C以上,便会开始出现液化现象。2 模具温度：420 C 500C 3 挤锭温度：450 C 510C 4 盛锭筒温度：350 C 400C 5 空心模 实心模的温度，控制会分别偏 上 下限值。2)挤压速度 1 追求高效率前,要先了解模具所能承受的最大强度。2 一般挤压料：15 25 M/min 3 高密集型叶片：1 3 M/min,原材料(铝锭）,经铝锭炉加热（450-500度）,加热后自动送至成型,自动送至成型,自动送至挤压成型,三、铝挤型散热片制作流程,挤压后产品为长条型,切成散热片图面尺寸,自动进刀送料,CNC加工,热处理加工（时效炉）,散热片整平,染色（镀色）,切槽
17、加工,抛光打磨,钻孔,攻牙,铆PIN成成品,工艺图,铝挤型设计注意事项：公差制定要充分考虑厂商制作能力，因铝挤型是在热压状况下成型出模的，产品的公差相对胶件，五金件要大。材料厚度最不宜太薄原则上以0.8mm以上变形量较少，挤型状况较佳，有量产性。空心管料厚差别不能太大，一般不大于4倍，否则模具较难修整及挤压。正式开模前，须提供详尽的表面工艺效果，因表面处理工艺影响前期挤型模合模线的确定，影响挤型模，五金冲模模具尺寸的取值（喷油会使产品孔径变小，外形变大，内腔变窄，而氧化则相反；喷砂则可造成产品孔径变大，本体薄，或者导致产品变形；拉丝工艺则要考虑材料留出余量）挤型材料做不到绝对的尖角，设计上的尖
18、角棱线铝型材会有0.3左右的R角，经后续的抛光，氧化，喷油等工艺，R角会达到0.4左右。铝挤型之空心与实心部位比例不得过于悬殊或偏移过大，具体依实际结构而定。散热片设计注意事项：设计时,FIN片的厚度应当首先考虑到,一般情况下Fin片的厚度小于0.5mm时,模具就较难制作,目前模具制造业界最薄可以做到0.4mm.因为模具在挤模之前必须经过抛光处理,将模具表面处理平整,太薄的Fin使得模具间隙很小,以至于无法对模具进行抛光处理。,四、铝挤型材设计及模具知识了解,实心模具相关知识,模具设计虽有各种组合变化，但交互运用的基本方法仍有共通性，以下作逐一介绍：模孔数目 1-1)挤压比=(理想值：2060
19、),盛锭筒截面积出料挤型截面积,1-2)挤型越小薄会造成挤压比越高，模具所承受的相对压力 也就越大，容易造成金属疲劳及挤速偏低情形。1-3)当挤压比90，可设计成多孔式出料来降低压力，并提高 倍数的产能。,2)进料孔形状 模罩控制进料的流量分配，因此形状的设计应配合料型作出 加大紧缩偏移等变化。,NG 容易造成流量集中到料厚的底部快速出料；细薄的叶片供料不足无法出料，最后因不能同时挤出而导致塞模。严重时钢料扭曲变形或断裂。,OK 底部及中间减少供料，两端加大供料空间，可以调整流量往两边分布，以取得整体均匀挤出的效果。,3)摆放位置 模具挤压的受力会由中心往外递减，因此设计一开始就要 考虑摆放位
20、置，使得供料流往细薄处，以取得均匀挤出。,100%,80%,60%,NG 料厚处太近中心造成立即挤出；料薄处供料不足易导致塞模。,OK 料薄处先受力供料，易取得与料厚处同时出料的均衡。,4)朝向方位 料型的朝向主要在考虑挤出成形后，是否会磨损客户需要的 重要面而作转向调整。,4-1)底平面通常是接触热源的 重要面，改为叶片朝下，可防止底面磨损碰伤。4-2)L型可顺转45，靠两支点 来避免平面磨损碰伤。,5)收缩裕度 尺寸精度需考虑型材热挤出到冷却后的缩水量，通常Al-6063 取1%为基本缩水量。6)培林长度 6-1)培林越长压力越大，挤出就越慢且铝料表面度越粗糙而 暗；优点是尺寸稳定度越佳，
21、且模具设计不良时，可以 经由修模来达到补正效果。6-2)培林越短压力越轻，挤出也越快且铝料表面度越细致而 有金属光泽；缺点是尺寸稳定度变差，易受挤压温度及 压力而改变，且模具设计不良时，无修正培林的裕度。7)钢种选用 挤型模的钢材要求高温强度、耐热疲劳、高轫性等特性。,空心模模具相关知识,流料孔的设计 配合料型，适孔适量 1-1)主要功能是将铝挤锭分流，并配合料型作初步流量分配 也可调整流速及改变流向。1-2)增多流料孔流量越稳定，但两料孔之间会形成合模线 也越多，压力会增大。1-3)减少流料孔稳定性越差，铝料重新溶合的合模线就少 压力也相对减轻。1-4)以下介绍几种常见的流料孔应用：,双孔入
22、料扁长料型适合上下 两孔，取其简易对称性。,b)三孔入料圆管料型适合三孔入料，以减少外观的合模线。,c)四孔入料方管料型 适合四孔入料，造成 合模线移往边角，使 四个平面更加美观。,d)五孔入料大/厚圆管料型 适合增为五孔入料，以增加铝流的 稳定性，因每一孔的影响度只有1/5。,e)六孔入料大/宽长管料型 适合增为六孔入料，要点是加大左右流料孔，促使铝料流往 两侧；若设计成四孔则上下两孔势必太大，加上直接贯料的 加成效果，易造成两侧无法跟上出料而塞模。,NG,OK,f)多孔规则及不规则入料 不管料型如何奇形怪状，总以其流量分配为首要思考方向；不规则的流料孔还是为了出料的整体协调性。万变不离其宗：配合料型，适孔适量,THANK YOU,
