鋁合金擠型原理與應用-高端一點的說法是進入航太業的第一步

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擠型產品在生活周遭的應用非常多,小到名片盒、水管,大到飛彈與飛機桁架,都可以看見其實用性,在『正常』的擠型製程(Extrusion Process)中,大都是透過將擠錠放在模具或腔體內,由外部施加壓力在擠錠上透過成形模的模孔壓出『等截面』的條狀物,當然也有一些『特殊』的擠型製程可以透過機構設計擠壓出不等截面的外形,但畢竟是少數。
擠型是一種型態,不見得在我們常見的擠壓機上生產才叫擠型,在垂直式的機械鍛機、油壓鍛機或伺服壓床上透過壓力將放在模腔內的前向擠壓、後向擠壓、複合擠壓都是擠型的一種,只是受限機台結構無法擠出太長的產品(一般擠型件大都在15~30米),考量生產效率下才衍生了臥式擠壓機,但還是有某些強國為了大負荷的成形(超大徑厚無縫鋼管),將擠壓機設計為立式,需要超高的地上高度與地下深度來擺置生產設備。
一般而言,擠壓產線有分為鉛、鎂、鋅、鋁的低溫擠壓(<550℃),銅與銅合金的中溫擠壓(<900℃),碳鋼、合金鋼、不銹鋼、鈦合金高溫擠壓(900~1250℃),而在台灣大部分擠型業大部分為鋁與銅擠型,鎂合金擠型10幾年前風行過一陣子,但隨著需求降低與良率不佳的狀況下(對於成形溫度非常敏感),差不多快消失了,僅剩幾家鋁擠型業者兼著少量生產,高溫的鋼或鈦合金擠型受限設備與技術,台灣並沒有業者從事該產業生產,真的要算的話筆者這幾年到是有自主小批量開發線性滑軌用SCM420H內凹滑塊素材擠型的經驗(有機會以後再談)。
臥式擠型機依作動型式有分直接擠型、間接擠型與複動擠型(兩組動力源作動),直接與間接擠型的差異在於擠型模具是否與盛錠筒(放擠錠的那個空間)產生相對移動,台灣大部分和下圖看到的一樣都是直接擠型,生產類別主要分為實心或有空心特徵的產品,實心的較為單純和圖示一樣將擠錠壓出有特徵的模具產生一致截面的擠型材,有中空特徵的就比較複雜,是利用公母模組合,先將擠錠透過分流孔分為數條擠壓流,再於母的腔室內匯合,而在母模內有公模的模芯,因此匯流後會產生公模模芯的中空特徵。
而分流在合流後成為一個外觀看起來一體的擠型材,在我以前看起來是一件很神奇的事情,研究了一下是因為材料分流後在腔室內形成一高溫、高壓、類真空的條件,使得材料在匯流後產品了焊合作用而黏結在一起(大部分以鋁、鎂、鉛、鋅較具焊合性),通常是看不出結合線,但如果是擠壓溫度過高可能就會有黑黑一條,或是材料填料不足欠料也會有淺淺的凹槽線。
心得心得
鋁合金擠型技術與模具結構
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鑒於多數產品開發屬於連續製程,常需串連各類成形工法達成客戶要求,當前成形技術研究大都著重單點項目,以鍛造、沖壓、加工為主;因此將整合各項固態金屬成形技術與資源(涵蓋鍛造、擠型、軋延、抽製、旋壓/鍛、沖壓、液壓鼓脹、CAE),協助在職者或有興趣的朋友一同深入討論。
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