引言
专业设计原则与优化技巧，帮助工程师设计易于制造、经济高效且性能可靠的铝挤压型材。
铝挤压工艺概述
铝挤压是一种用途广泛的制造工艺，它将加热的铝坯料通过成型模具，生产出具有恒定截面的长型材。挤压出的铝型材可进行切割、机加工、阳极氧化、涂层或组装成最终产品。
铝型材优势
铝的最大优势在于它能够生产出高精度的复杂形状，同时保持优异的机械性能。铝的高强度重量比、耐腐蚀性和可回收性使其成为运输、建筑、电子和消费品等行业的首选。
设计挑战
要获得功能性强、成本效益高且可制造的型材，需要的不仅仅是创造性的设计。形状规划不当会导致金属流动不均匀、模具过度磨损、翘曲或生产过程中的高废品率。
指南目标
本指南侧重于铝挤压型材的设计指南--提供实用的、以技术为基础的建议，帮助工程师设计出易于制造、经济高效、性能可靠的型材。它还整合了铝型材设计技巧，解决了挤压型材的可制造性问题，并解释了壁厚和对称性在质量控制中的作用。
基本设计原则
保持对称
挤压型材的对称性非常有利于金属在模具中的均衡流动。当型材的形状沿一个或多个轴对称时：
熔融铝均匀流动，减少了内应力
挤压过程中模具受到的扭力较小，从而最大限度地减少了扭曲和变形
冷却和凝固更加均匀，提高了尺寸稳定性
实例说明
对称的空心方形管比底厚壁薄的不对称通道挤出更稳定。
重要提示
当因功能要求而无法实现对称时，工程师应考虑 流量平衡功能 在设计中，例如增加肋条或加厚较薄的壁，以匹配流动阻力。
保持壁厚均匀
最关键的设计技巧之一是 壁厚一致。变化会导致冷却速度不均匀：
加厚部分 热量保留时间更长，冷却时收缩更大，导致翘曲
较薄的部分 冷却速度更快，可能导致内应力
设计建议
不同厚度之间要逐渐过渡，避免厚薄部分交接处的突然变化或尖锐边缘。
行业经验
Bonnell Aluminum 和 AEC 都强调，壁厚控制不佳是造成挤压后变形的主要原因。
平滑过渡和大半径
尖锐的内角会在挤压过程中集中应力，导致模具磨损和型材开裂。平滑的过渡可改善这一问题：
物料流在拐角处更顺畅
结构强度提高，减少应力集中点
模具寿命延长，降低局部压力
实例说明
内角为圆角的槽钢比内角为 90° 的槽钢在模具中的使用寿命更长，表面缺陷也更少。
提高挤压效率的设计技巧
降低横截面复杂性
具有多腔、深凹槽或不规则几何形状的复杂型材需要更复杂的模具、更高的挤出压力和更慢的生产速度。
最佳做法
将设计简化为基本功能特征，只有在能显著降低装配成本的情况下，才将部件合并到一个挤压件中。
设计示例
与其设计一个带有多个薄隔板的空心挤压件，不如考虑是否可以用两个更简单的挤压件机械连接，从而以更低的成本实现同样的效果。
用肋条和腹板最大限度地提高结构强度
添加 内肋 或 外部法兰 可以在不明显增加重量的情况下显著提高硬度。
薄肋可分散荷载，防止墙体变形
网状结构将各部分连接起来，提高了整体刚度
设计提示
肋骨厚度保持在壁厚的 50-70% 以避免金属流动问题。
整合功能特性
挤压铝型材可以直接在横截面上加入功能元素：
T型槽
用于模块化装配系统
沟槽
以便插入面板
索引标志
用于对齐
纹理表面
为了美观或握持感
成本效益
在挤压过程中集成这些功能可避免二次加工，从而降低总制造成本。
先进的尺寸和制造效率优化技术
控制圆周直径 (CCD)
CCD 是包围型材横截面的最小圆。它决定了所需挤压机的尺寸。
更小的CCD
较小的印刷机 → 较低的生产成本
更大的CCD
更大的型材需要更大吨位的压力机，从而增加了模具和运行成本
经验法则
在功能要求允许的情况下，尽量缩小 CCD。
优化每英尺重量
材料用量直接影响成本。
过度设计的轮廓
增加重量和浪费
设计不足的轮廓
在负载情况下可能会出现故障
设计平衡
平衡强度和重量需要精确的 有限元分析 设计期间。
偏爱实用尺寸
标准工具和处理设备通常在某些尺寸范围内效果更好：
除非必要，否则避免使用超薄壁（<1 毫米），因为它们很难挤出无缺陷的产品
保持足够大的内部空隙，以便进行适当的模具加工和清洗
标准、公差和热处理
共同标准
设计应符合公认的尺寸公差和机械性能标准：
ASTM B221
铝和铝合金挤压棒材、杆材、线材、型材
EN 755
欧洲挤压型材标准
GB/T 5237
中国建筑铝型材标准
热处理状态
挤压材料的机械性能在很大程度上取决于其回火：
T5 状态
挤压成型后经空气冷却，人工老化 - 在强度和可加工性之间取得良好平衡
T6 状态
固溶热处理和老化 - 使某些合金达到最高强度
重要提示
热处理会影响尺寸稳定性；设计时应考虑到处理后的收缩。
公差
设计时必须确定关键尺寸：
长度公差用于切块
角度公差以保证转角精度
平面度和扭转公差用于长剖面
快速设计清单
在最终确定个人资料之前，请进行核实：
设计验证清单
结论
挤压铝型材的设计同样涉及以下方面 工艺性 因为它关系到绩效。遵循这些准则可确保：
降低模具和生产成本
提高质量和尺寸精度
延长刀具寿命，降低废品率
通过在设计阶段早期与挤压制造商合作，工程师可以获得有关流动平衡、模具可行性和节约成本机会的宝贵反馈。这种合作方式不仅能确保最终型材结构合理，还能优化高效的可重复生产。
