1)为什么我要去研究铝挤压？对付大多数工程师来说包括我自己，最熟习注塑和冲压，而对铝或者铝挤压就知之甚少。但我们看到的一个趋势是，铝或者铝挤压在各行各业的运用越来越多，利用铝挤压可以起到一个意想不到的降本以及减重等浸染。
2) 只有充分理解了铝挤压成型的工艺、模具、特点和运用等干系知识，我们才有能力去设计铝挤压件，才能确保铝挤压件的质量高、本钱低，这是做好DFM最关键一点。
01铝挤压工艺的定义
铝挤压成型（或铝挤出成型）是对放在模具型腔（或挤压筒）内的铝坯料施加强大的压力，迫使铝坯料产生定向塑性变形，从挤压模具的模孔中挤出，从而得到所需断面形状、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。
铝挤压的事理类似于挤牙膏。
如图所示为铝合金汽车防撞梁及其挤压模具。铝锭在压力浸染下，被分成几股金属流，经由分流孔进入焊合室，在焊合室搜集，在高温、高压、高真空的环境下又重新被焊合，末了通过模芯和模孔之间的间隙流出，从而形成符合尺寸及性能哀求的管材或空心型材，如果须要波折就在后部设备增加波折工具。
▲铝合金汽车防撞梁及挤压模具
铝挤压成型的视频
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02铝挤压模具
对付产品构造设计工程师来说，只管我们并不会去设计铝挤压模具，但是理解最基本的挤压模具构造、及其如何成型不同的挤压件轮廓形状的机理，这有助于在挤压件设计时通过优化的设计以降落模具本钱和提高挤压件生产效率。
2.1 什么是挤压模？
挤压模具基本上是厚的圆形钢盘，包含一个或多个开口以形成所需的轮廓。它们常日由H-13模具钢制成，并经由热处理，以承受热铝通过模具时的压力和热量。
虽然铝看起来是一种非常软的金属，但要将实心铝锭(坯料)推过一个薄的多孔铝挤压模具以形成所需的形状，须要很大的压力。
2.1 挤压模的分类
根据铝挤压件的截面形状，其对应的模具分为三类：实心模具、半空心模具和空心模具。个中，空心模具的构造最为繁芜，易磨损断裂，本钱也最高。
▲实心铝挤压模具
▲空心铝挤压模具
▲半空心铝挤压模具
2.3 挤压模的寿命
铝挤压件设计时导致的热量积聚和压力不屈均（例如薄壁、不屈均壁厚和突出的特色）是挤压模具寿命的最大杀手。
有履历的挤出模具工程师可以设计模具来掌握热量和不屈均的压力，并降落挤出速率以延长模具的寿命，但终极模具必须改换。
在设计铝挤压件之前，产品构造设计工程师该当理解哪些设计特色会最显地影响模具加工本钱。在可能的情形下，改变铝挤压件断面的设计、设定恰当的公差以及选择得当的铝合金材料可以节省铝挤压模具的加工本钱。
03铝挤压工艺的优点
1）持久耐用
铝的抗腐性、耐堕落性和耐候性是其最显著的优点之一。铝不须要额外处理就能自然生锈和耐堕落。这是由于在其表面存在一层薄的、自然形成的氧化铝保护膜。通过阳极氧化，其抗堕落变得更强。
例如，在室外环境中，可以进行25微米的阳极氧化，既增强了耐堕落性、有提高了表面光洁度。其余，铝不须要掩护，在大多数情形下可以不用担心会堕落。
2）轻便结实
铝的重量比钢轻33%以上，同时保留了大部分强度。大多数铝合金的抗拉强度范围约为70-700兆帕，而密度比钢小三分之二。
产品设计工程师不用担心铝挤压零件的强度，在建筑行业和汽车行业一样等均可以作为构造件利用，是其他金属材料的最佳替代品。为了轻量化和减少能耗，汽车行业正在大幅利用铝合金。
▲铝挤出在奥迪A8车身中的运用（蓝色为铝挤出件）
3）导热性能好
铝的导热性能与铜极为相似，但重量却要轻得多。
铝是一种极好的导热体，铝挤压的轮廓设计可以最大化导热表面积和形成热通道。范例例子是电脑CPU散热器，铝用来CPU中带走热量。
4）外不雅观时髦
挤压铝可以喷漆、电镀、抛光、以及阳极氧化，这给工程师供应了比其他材料更广泛的外不雅观选择。
5）运用范围广
基本上任何断面形状均可以通过铝挤压成型，因此铝挤压的运用范围非常广，工程师可以设计不同的断面，以知足不同运用环境的哀求。
6）随意马虎二次加工
铝挤压件可以很随意马虎地成型、切割、钻孔、加工、冲压、波折和焊接，以适应特定的目的。
7）模具加工周期短、用度低
铝挤压的模具大略，加工周期短、用度低。这是AEC关于铝挤压和其他工艺的比拟，仅供参考。
▲资料来源：AEC
8）接管冲击和变形
在建筑中，铝挤压件可以抵抗景象和建筑运动造成的变形。在交通运输工具中，可以接管冲击能量。铝挤压件在负载下保持强度和灵巧性，并从冲击中回弹。
▲铝挤出用于汽车中，可以接管冲击能量
9）环保
铝是一种环保的材料、易于回收。
04铝挤压工艺的运用
铝是未来的金属，它不仅环保、重量轻、自然耐堕落、强度高，同时导热导电性能好。
铝协会AA和铝挤压机理会AEC报告称，铝挤压件在美国的利用已经连续第六年增长，现在占北美铝市场总量的近四分之一(22%)。
虽然建筑行业连续主导铝挤压的利用，但随着越来越多的工程师和设计师在利用铝挤压时理解到险些无限的设计可能性，行业利用已经扩大。
以下是铝霸占中央位置的七个行业:
1）航空和航天工业
铝从一开始便是航空航天市场的主要组成部分——莱特兄弟最初的型号在发动机中利用铝零件来减轻重量。本日，铝占当代飞机的75-80%，由于其重量轻但耐用的特点，常常当选择用于构造和发动机。铝也是许多航天器的紧张部件之一。
2）运输行业
在比强度至关主要的运输行业，铝挤压件是汽车、轮船、卡车、铁路和地铁车辆的发动机缸体、变速器壳体、面板、车顶纵梁和底盘以及车辆车身和零部件的空想选择。
运输业是铝挤压件的第二大用户，并且在不断增长。从福特到奥迪再到梅赛德斯-奔驰，汽车工程师和设计师们一贯在探求用铝替代钢部件的方法，以提高燃油效率和性能。电动汽车也在广泛利用铝。
3）建筑产品行业
与钢不同，铝可以被挤压成繁芜的设计，并被制造成符合严格的建筑产品规格，这有助于推动其在许多住宅和商业建筑产品中的运用。从窗户、门、中庭和天窗，到坡道、阳台和各种屋顶设计，建筑师们正在转向铝来建造绿色、可持续的建筑，这些建筑将经得起韶光的磨练。
4）消费品行业
自从铝挤压件首次被引入洗衣机和烘干机，它已经彻底改变了家用电器市场，使空调系统和冰箱比以往任何时候都更节能。如今，我们的许多日常用品，包括健身和运动器材以及家具，都采取了铝挤压件。
5）电子工业
本日，铝挤压件被用于许多电器和电子设备。鉴于其独特的导电性和导热性，定制铝型材常日用于电机外壳、高散热散热器和内部框架。在某些情形下，完全的产品外壳是用铝设计的，这可以在许多条记本电脑、苹果iPhone和iPad以及高清电视上找到。
6）照明行业
由于铝的导热性，工程师能够设计出完全的挤压式发光二极管灯具，这些灯具可以通报和散热，从而实现最佳的热效率。此外，挤压模具相对便宜，铝挤压件易于切割、成型、波折、加工和阳极氧化或喷漆，因此非常适宜高效照明。根据铝挤压机理会AEC剖析，“铝挤压件在所有市场领域用于发光二极管灯具/外壳的增长潜力险些是无限的……”
7）太阳能行业
谈到太阳能，精确安装和安装太阳能板对质量和性能至关主要。作为钢的一种经济有效的替代品，铝挤压件供应了抵抗自然成分(如雪和风)所需的强度，而不会增加重量，使其成为屋顶安装面板和建筑集成光伏(BIPV)系统的空想选择。
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作者简介：钟元，著有书本《面向本钱的产品设计：降本设计之道》和《面向制造和装置的产品设计指南》
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