结构设计师对于铝的认识二

结构设计师对于铝的认识二（型材类）

2016-12-04一木友人

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经过上篇《结构设计师对于铝的认识》分享，大概了解了铝的各种牌号以及成型的各种类型，那么接下来单独对型材类（主要分析铝型材）进行深挖。

好了，不废话了，直接上正文：

铝型材

铝型材，是由挤压成型为各式各样的中空管材，家里铝合金窗户是最有代表性的，由于结构强度好，表面处理美观，常常也用在电子产品领域。

那么铝型材成品是如何成型加工出来的？

铝型材是铝棒通过热熔、挤压、从而得到不同截面形状的铝管材料。成型过程主要包括熔铸，挤压，切割，CNC洗切，表面预处理，上色，5个过程

以下是铝型材成品生产流程

【一】熔铸

熔铸是铝材生产的首道工序

主要过程为：

∙ 配料：根据需要生产的具体合金牌号，计算出各种合金成分的添加量，合理搭配各种原材料。

∙

熔炼：将配好的原材料按工艺要求加入熔炼炉内熔化，并通过除气、除渣精炼手段将熔体内的杂渣、气体有效除去。

铸造：熔炼好的铝液在一定的铸造工艺条件下，通过深井铸造系统，冷却铸造成各种规格的圆铸棒。

注解：此流程主要是铸造出圆铸棒，有了圆铸棒才能做挤压工序，并不是用金属液体直接挤压出铝型材

【二】挤压成型

挤压成型是对放在模具型腔（或者挤压筒）内经过高温的金属胚料施加强大的压力，迫使金属胚料产生向塑性变形，从挤压模的模孔中挤出，从而获得所需断面形状，尺寸并具有一定力学性能的零件或半成品的塑性加工方法。

挤压是型材成形的手段。先根据型材产品断面设计（拉伸型材的横切面）、再制造出挤压模具，利用挤压机将加热好的圆铸棒（或者卷料圆铸棒）从模具中挤出成形。在挤压时还用一个风冷淬火过程及其后的人工时效过程，以完成热铝型材的热处理强化。

以下为挤压模具生产示意图

以下为挤压模具图

以下为产品成型横切面

产品结构设计横切面2D平面图

注解：此流程主要挤压出中空铝管材，切割后总长6M左右，得到管材后，会根据你的产品尺寸长度再进行切割，此处需要注意结构设计时管材的壁厚，如果产品是回字形(上图A尺寸)最薄壁厚不能低于0.8mm，如果是ㄇ字形体或者开口形体，(上图B尺寸)最薄壁厚不能低于1.0mm，而上图B尺寸位置的T型处的壁厚最薄可以做到0.6mm，否则产品挤压成型后变形。常规安全设计壁厚在1.2mm以上。

【三】切割

将挤压好的铝型材中空管材，进行切割。切割完成后得到产品外形形态，最后会根据结构设计局部特殊要求进行CNC洗切，获得最终产品结构设计全部形态。

切割方式有以下几种

1，手动切割机

手动切割机机头可左右转向，可以切割45度角，切割精度较差，适合铝门窗行业及精度要求不高的铝材切割工作。

2，半自动切割机

A,半自动气油转换高速铝材切割机,采用镶钨钢圆锯片切割,主轴转速3200转/分,采用气油转换作为机器进刀压料动力,隐藏式锯片，锯片由下住上切割,自动压料与切割,机器自动喷油雾润滑,切割材料断面光洁无毛刺,精度高,可单支与多支切割,操作简单安全。

B,半自动油压型铝材切割机，机器构造粗糙，机器采用油压做为进刀动力，锯片做平行进刀动作，切割材料断面精度差，切割材料尺寸大，适合铝材粗加工切割下料。

3，全自动铝材切割机

适合小件铝材,切割量大,精度有要求的切割工作，小件铝材可成束切割,一次可切断多支,效率极高,机器具有送料、夹钳、定位等功能，由PLC控制实现自动化切割工作，采用钨钢圆锯片切割，锯片转速每分钟3200转，切割材料断面光洁无毛刺。适合各类铝产品制造切割精度要求.如散热片铝材,U盘MP3铝件外壳,铝管,铝棒,铝合金类材料切割锯料

注解：在切割外形形态的时候，需要注意自己是需要高精度的，还是底精度的，如果要求高，则用高精度切割机床或CNC全自动切割机，否则产品切割面会很粗糙，且有铝屑。

【四】CNC洗切

有特殊结构部位，则需要CNC(数控机床）单独进去洗切，比如外观面钻孔，或者外观面有沉台，特殊部位需要高精度配合等。

为什么要选择用CNC来做高精度洗切？

CNC数控机床与普通机床相比有如下特点：

加工精度高，具有稳定的加工质量；

可进行多坐标的联动，能加工形状复杂的零件；

加工零件改变时，一般只需要更改数控程序，可节省生产准备时间；

机床本身的精度高、刚性大，可选择有利的加工用量，生产率高（一般为普通机床的3~5倍）； 机床自动化程度高，可以减轻劳动强度； 批量化生产，产品质量容易控制；

∙ ∙ ∙ ∙ ∙ ∙

【五】表面预处理

用化学或物理的方法对型材表面进行清洗，裸露出纯净的基体，以利于获得完整、致密的人工氧化膜。还可以通过机械手段抛光镜面或喷砂或拉丝成亚面效果

以下为抛光机抛光亮面效果

以下为人工喷砂操作图

注解：喷砂面铝型材它的表面如锦缎一样细腻柔和，很受市场的青睐，但必须克服表面砂粒不均匀，并能看到模纹的不足，砂号越密，则挤压成型要求越高。

【六】上色

多色调表面处理铝型材：有银白色，茶色,不锈钢色、香槟色、金黄色、钛金色、红色系列（酒红色、枣红色、黑色、紫色）等。这些型材都必须经化学或机械抛光之后再氧化，效果才佳。

---《01.阳极氧化》---

挤压好的铝合金型材，其表面耐蚀性不强，须通过阳极氧化进行表面处理以增加铝材的抗蚀性、耐磨性及外表的美观度。。(所以别再问，能不能不氧化直接做外观件)

产品完整过程为：

基材→装挂→脱脂→碱蚀→中和→阳极氧化→电解着色→封孔→烘干→卸料包装→入库

单色、渐变色：

抛光/喷砂/拉丝→除油→阳极氧化→中和→染色→封孔→烘干 双色：

∙ ①抛光/喷砂/拉丝→除油→遮蔽→阳极氧化1→阳极氧化2→封孔→烘干 ∙ ②抛光/喷砂/拉丝→除油→阳极氧化1 →镭雕→阳极氧化2 →封孔→烘干

下面为阳极氧化过程：

阳极氧化经表面预处理的型材，在一定的工艺条件下，基体表面发生阳极氧化，生成一层致密、多孔、强吸附力的AL203膜层。

氧化膜生成图如下

染色前处理图如下

染色原理图如下

封孔：将阳极氧化后生成的多孔氧化膜的膜孔孔隙封闭，使氧化膜防污染、抗蚀和耐磨性能增强。氧化膜是无色透明的，在膜孔内吸附沉积一些金属盐，可使型材外表显现本色（银白色）以外的许多颜色，如：黑色、古铜色、金黄色及不锈钢色等。

封孔原理图如下

---《02.电泳涂漆》---

电泳涂漆型材表面光泽柔和，能抵抗水泥、砂浆酸雨的侵蚀

下图为电泳流程图

铝型材电泳涂装法的优点

1.易实现自动化生产。由于铝型材的电泳涂装在水性电泳槽中进行，与阳极氧化、电解着色工艺类似，处理时间短，容易实现整个工艺的流水线作业。

2.涂膜均匀致密。由于铝型材的电泳涂料的高泳透力，可使复杂形状的型材亦获得均匀的涂膜，同时通过调整电量可控制膜厚。

3.涂料的利用率高。由于粘度低，工件带出较少，而且电泳工件可用水洗，回收装置的利用使电泳涂装的涂料利用率高达95%以上。

4.安全性和环保性。由于电泳涂料的水稀释，固体份低，溶剂含量少是环保型涂料，且免除了火灾的危险，工人健康也有保障。

5.涂膜质量好。丙烯酸树脂用氨基树脂固化，保证了涂膜的高装饰及高耐腐蚀性，同时由于树脂高度透明，有效地突出了铝型材的金属质感，根据需要还可得到亚光、沙面、珠光等装饰效果。

6.和通常的电解着色封孔工艺相比，具有省时，节省人力的特点，电泳涂膜无需封孔，避免了由于封孔不好带来的裂纹等毛病。

7.可自由控制涂膜的厚度，国内外通常控制7μm和12μm两档。

8.由于电泳层透明光亮，因此要求铝铸锭质量高，挤压材表面平滑，机械缺陷少，对氧化着色工艺要求管理严格，因为任何微小的缺陷和沾污都会在透明漆下暴露无遗。

9.对电泳工艺管理要求高，以提高铝型材的成品率。

---《03.粉末静电喷涂》---

粉末静电喷涂型材的特点是抗腐蚀性能优良，耐酸碱盐雾大大优于氧化着色型材。

等离子体增强电化学表面陶瓷化铝型材：该类型材是当今世界最先进的处理技术技术。此型材产品质量优良，但成本较高。它具有20多种色调，其最大特点是可根据需要象印花布一样套色，型材表面色彩缤纷，装饰效果极佳

静电喷涂工艺流程有哪些工序？

∙ ∙ ∙ ∙ ∙ ∙ ∙ ∙

（1）表面预处理，主要是铬化(铝材），潾化（铁材等)，喷砂等方法。

（2）保护（也称蔽覆），工件上若某些部位不要求有涂层，在预热前可采用保护胶等掩盖起来，以避免喷上涂料。

（3）预热，一般可不需预热。如果要求涂层较厚的（150-300膜厚的），可将工件预热至180～200℃，这样可以增加涂层厚度。

（4）喷涂，在高压静电场下，将喷粉枪接负极，工件接地（正极）构成回路，粉末借助压缩空气由喷枪喷出即带有负电荷，按异性相吸原理喷涂到工件上。

（5）固化，喷涂后的工件，送入180～200℃的烘房内加热，保留15-20分钟的恒温时间，以便使粉末完全固化。

（6）清理。涂层固化后，取下保护物，修平毛刺。

（7）检验。检查工件涂层，凡有漏喷、碰伤、针气泡等缺陷的，都应返工重喷

（8）缺陷处理。对被检出的有漏喷、针孔、碰伤、气泡等缺陷的工件，进行返修或重喷。

---《04.镀钛与镀钛金工艺》---

铝型材镀钛金工艺，属于镀膜技术，它是在常规镀钛工艺基础上增加预镀和电镀工艺步骤，预镀工艺是将活化后的镀件置于食盐和盐酸的水溶液中进行化学处理；

电镀工艺的镀液成分包括硫酸镍、氯化镍、硼酸、十二烷基硫酸钠、糖精、光亮剂，本工艺具有简单、实用、效果佳等优点，本工艺制得的钛金铝型材其膜层硬度HV≈1500、同等条件下比镀22K金耐磨150倍，可加工成各种形态的金色、彩色，黑色等光亮的多种系列铝型材产品

以下为镀钛工艺流程图

铝型材镀钛金工艺，包括选材、抛光、化学除油、清水冲洗、活化、真空镀钛工艺步骤，其特征在于它还包括：

∙ a、预镀工艺，该工艺是将活化后并经清水冲洗的钛金铝型材置于由食盐、盐酸和水组成的液体中

进行化学处理，处理温度为常温，处理时间至液体发生激烈化学反应为止；

∙

b、电镀工艺，该工艺中镀液成份包括硫酸镍、氯化镍、硼酸、十二烷基硫酸钠、糖精、光亮剂，工艺条件：电流3-4A/dm阴极移动、5-7A/dm空气搅拌，镀液温度50-60℃，PH值3．9-4．2，电镀时间15分钟。

---《05.木纹热转印》---

真空木纹覆膜技术，是在金属产品静电喷涂做好后，通过热转印的方法将木纹转印到工件表面。不易褪色，木纹逼真，提高产品挡次。

以下为生产工艺流程：

一、生产前的准备

生产前必须检查上道工序的料是否合格，当合格时就做好备料工作。

二、贴纸

1、按型材的长度多5cm，截面的周长多1～2cm，进行裁纸。 2、把纸贴在型材上，不能有皱纹，破裂等现象。

三、套胶袋

1、先把胶袋的长度按制品长度+1㎝剪断。

2、用胶袋套在贴好纸的型材上。 3、胶袋不能有穿孔，若有必须补好

四、上料

1、把胶袋两端套在真空的阀门上，找开阀门，缓慢抽真空； 2、把胶袋整理好，再把真空阀门全部打开。 3、开启炉门入料。

五、烘烤

1、温度：165℃～200℃，时间：8～16分钟（不含升时间）

2、在工件的烘烤过程中，注意观察温度的变化情况，使炉温保持稳定。

3、定期检测炉温，了解炉温的变化情况，以便设置最佳炉温，从而更好的进行工件烘烤处理。

六、拆胶袋

把烘烤后型材的上的胶袋抽脱，并整理好以备用。

七、拆纸

把烘烤后型材上的木纹纸拆掉。

八、质量检查

对拆纸完毕的工件表面质量、颜色、外观等进行检查，将存在有质量缺陷的工件挑出，放在待检区域内。

九、包装

经检验合格的制品按合同或计划进行包装，不得混色。

【铝型材的用途】

1.建筑铝型材（分为门窗和幕墙二种）

2.散热器铝型材。（高温散热电器，或高温电子元器件上用）

3.一般工业铝型材：主要用于工业生产制造用的，如自动化机械设备、封罩的骨架以及各公司根据自己的机械设备要求定制开模，比如流水线输送带、提升机、点胶机、检测设备、货架等等，电子机械行业和无尘室用得居多。

4、轨道车辆结构铝合金型材：主要用于轨道车辆车体制造。

5、装裱铝型材，制作成铝合金画框，装裱各种展览、装饰画。

6，外观铝型材，主要用家电或通讯行业，如移动硬盘，移动电源，电视机，显示器，等用做内部结构与外观装饰上，双向两用。

【结语】

1，用铝型材做产品外观以及内部结构，需要在结构设计出图的时候标注好注意点，方便厂商在加工的时候重点管控

2，以上几种上色方案，镀钛与电泳工艺最贵，其次是木纹热转印，阳极氧化，最后是喷涂。具体价格以厂商报价为准。

3， 铝型材做截面设计的时候需要注意壁厚，太薄强度差，太厚价格高

4，喷砂与拉丝的粗细砂号，可参考之前分享的不锈钢的认识里砂号一样。

5，铝型材还可以做折弯与无缝折弯，可用作外观装饰。比如用作电视机，显示器，书柜等装饰边框。

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十余年五金行业从业者

张起

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