大型鋁合金型材的擠壓模具設(shè)計(jì)、制作及試模與修理

1、年中國(guó)鋁型材擠壓模具開發(fā)與應(yīng)用研討會(huì)論文集大型鋁合金型材的擠壓模具設(shè)計(jì)、制作及試模與修理譚熾東（一興順精密模具有限公司曾杰邵蓮芬清遠(yuǎn)）佛山一廣東豪美鋁業(yè)有限公司內(nèi)容摘要：本文在介紹了大型鋁合金型材的特點(diǎn)之后，著重討論各種大型材的模具結(jié)構(gòu)、尺寸設(shè)計(jì)以及模具制造與試模修理等方面的關(guān)鍵問題。根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐并結(jié)合作者本人長(zhǎng)期生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)與研究成果，分析了幾種典型復(fù)雜鋁合金型材模具的設(shè)計(jì)和試生產(chǎn)情況，有較好的實(shí)用價(jià)值。關(guān)鍵詞：大型鋁合金型材、模具設(shè)計(jì)、制造與修理、分流孔、導(dǎo)流槽、阻流塊隨著現(xiàn)代化經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，鋁合金型材正向著大型化、薄壁扁寬化、尺寸高精度化、形狀復(fù)雜化的方向發(fā)展。由于鋁型材本身具備諸多優(yōu)點(diǎn)，

2、它的應(yīng)用范圍已拓展到航空航天、交通運(yùn)輸、機(jī)械制造和電子電力等各個(gè)部門。也由于大型型材可帶來巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，各大鋁業(yè)公司都爭(zhēng)先恐后地購進(jìn)大型擠壓機(jī)和加大資金投入生產(chǎn)大型鋁合金型材。大型鋁合金擠壓型材的特點(diǎn)界定大型型材一般是根據(jù)它的外形尺寸或斷面積大?。海ǎ┬筒牡膶挾然蛲饨訄A直徑大于；（）型材的斷面積大于；（）型材交貨長(zhǎng)度大于。諸如薄壁扁寬且寬厚比的型材，見圖一；多孔中空復(fù)雜斷面型材，見圖一；加強(qiáng)筋高度的中空型材，見圖一；壁厚差較大、中空帶實(shí)心的大斷面型材，見圖一；空心部分位于型材邊緣的型材，見圖一等。類似這些典型型材的模具模腔形狀和相關(guān)尺寸都相當(dāng)繁雜，擠壓時(shí)的溫度場(chǎng)、速度場(chǎng)和應(yīng)力應(yīng)變場(chǎng)難于

3、控制，所以模具的設(shè)計(jì)、制作和維修都具有一定的難度。大型鋁合金型材的擠壓模具設(shè)計(jì)、制作及試模與修理圖圖卜圖典型的大型型材斷面圖一寬厚比大的薄壁型材；一多孔異形中空型材；多孔高筋空心型材；一壁厚差大的空心型材；一空心部分偏移在邊緣的型材典型大型材的模具設(shè)計(jì)及舉例薄壁扁寬型材（圖一）的模具設(shè)計(jì)圖一型材的工藝特點(diǎn)該型材寬厚比較大：；薄壁常規(guī)條件下的薄壁扁寬型材，當(dāng)寬度為時(shí)，壁厚一般不小于。該型材材料為合金，選用擠壓機(jī)，在擠壓筒上生產(chǎn)，其擠壓比入。圖一型材的模具設(shè)計(jì)方案，見圖。肚疆原忒；稻，求：勖。、輦必旦一切殤飛尸叫乇了一一一一圖薄壁扁寬型材模具設(shè)計(jì)簡(jiǎn)圖年中國(guó)鋁型材擠壓模具開發(fā)與應(yīng)用研討會(huì)論文集本例模

4、子設(shè)計(jì)方案的特點(diǎn)本例型材采用分流焊合擠壓法生產(chǎn)。在型材模子的前面加一個(gè)分流寬展模（孔兩橋），將金屬分成股金屬流，然后在分流寬展模的橋下與型材模前面的導(dǎo)流槽組成的上下焊合室內(nèi)重新焊合。特點(diǎn)是金屬得到合理分配、可均衡金屬流動(dòng)的不均勻性，由于兩個(gè)橋的存在，模子強(qiáng)度較好、同時(shí)也達(dá)到寬展的目的。采用分流焊合擠壓法生產(chǎn)扁寬型材，?？滋幗饘倭鲃?dòng)的均勻性比導(dǎo)流板平模擠壓法為好。分流寬展模的各要素設(shè)計(jì)。為改善金屬焊合質(zhì)量，分流孔的大小及分布、分流比分的取值、焊合室的深度焊、寬展角，都應(yīng)與一般分流模的設(shè)計(jì)相同。不同之處是分流橋設(shè)計(jì)窄而短（寬，高），這可大大降低擠壓力。?？妆诤癯叽纾疵x尺寸上偏差），?？字谱骶?/p>

5、為上機(jī)試模使用效果模子上機(jī)試生產(chǎn)，型材成形較好，由于兩個(gè)橋的作用，?？孜闯霈F(xiàn)大的彈性變形量，擠壓出的制品也無大的波浪、彎曲、扭擰等缺陷，只有輕微的平面間隙。經(jīng)輥壓矯形后平面間隙即合乎技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)多孔復(fù)雜斷面空心型材的模子設(shè)計(jì)（見圖一）圖一型材的特點(diǎn)本例型材有大小不等、形狀各異的個(gè)孔；型材有條斜形加強(qiáng)筋，筋條的壁厚（）小于周邊壁厚（），斜筋處的模孔金屬流動(dòng)阻力較大、難以填充均勻；（型材的外接圓較大（），且整體斷面較復(fù)雜。圖一型材模子設(shè)計(jì)方案，見圖圖多孔異形中空型材模設(shè)計(jì)簡(jiǎn)圖本例型材的模子設(shè)計(jì)特點(diǎn)分流孔布置及大小的確定大型鋁合金型材的擠壓模具設(shè)計(jì)、制作及試模與修理。根據(jù)型材外形特征，個(gè)分流孔與型材成幾

6、何相似性布置；分流孔的大小根據(jù)兩個(gè)原則確定：一是金屬填充對(duì)應(yīng)?？姿杞饘倭康亩嗌?，但盡量保證各部分的分流比分值基本相等（或者型材斷面積稍大部分的分值略低于其它部分的分值），以便于金屬均衡流動(dòng)；二是金屬進(jìn)入各個(gè)分流孔的阻力不宜相差太大，即各個(gè)分流孔面積之間不能相差太大。焊合室深度焊選擇的主要原則：一是要保證焊縫質(zhì)量及?？仔苯詈穸鹊木鶆蛱畛?；二是要保證芯頭的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，所以，焊合室深度要選擇合適。因?yàn)楸纠筒耐饨訄A較大（珥），需在擠壓機(jī)上采用西擠壓筒、卿的模子生產(chǎn)，所以焊合室深度選擇崦。焊合室的斷面形狀：下模焊合室內(nèi)沿各橋墩劃線加工成梯形，形成二級(jí)焊合室，以增加金屬的焊合強(qiáng)度。上機(jī)試模使用效果本

7、型材模具是從國(guó)外購進(jìn)，由于模具的材料選擇及設(shè)計(jì)、制作都很到位，所以模子上機(jī)擠壓出的制品合格率很高。眾所周知，任何一個(gè)好的作品都是由各個(gè)環(huán)節(jié)努力合作的產(chǎn)物。擠壓技術(shù)本是一項(xiàng)集體作業(yè)，特別是對(duì)一個(gè)外形形狀較復(fù)雜的中空型材的生產(chǎn)，單憑好的模子還不夠，還特別需要合理的擠壓工藝和有經(jīng)驗(yàn)的操作技工配合，本例型材的合金狀態(tài)為，制品流出?？缀笮杞?jīng)噴水霧冷卻固溶，由于型材多孔且壁厚不等，冷卻速度出現(xiàn)不同步，容易出現(xiàn)變形。由于擠壓技工根據(jù)制品的出料情況及時(shí)調(diào)節(jié)水閥和風(fēng)閥的壓力，使制品冷卻速度均衡，減小制品各部位的冷卻速度差，避免了制品彎曲、波浪等缺陷的產(chǎn)生。多孔、高加強(qiáng)筋型材的模子設(shè)計(jì)（圖一）圖一型材的特點(diǎn)斜淞秒

8、百二一：“色主一圖高加強(qiáng)筋中空型材模設(shè)計(jì)簡(jiǎn)圖本例型材屬扁形、中孔較大的空心型材，長(zhǎng)，高，內(nèi)有條高，厚的加強(qiáng)筋，制品筋條的中一、部位會(huì)產(chǎn)生尺寸偏小現(xiàn)象；年中國(guó)鋁型材擠壓模具開發(fā)與應(yīng)用研討會(huì)論文集型材為合金，該合金的可擠壓性是合金的左右，成形難度較大圖一型材模子設(shè)計(jì)方案，見圖。圖一模子設(shè)計(jì)特點(diǎn)分流孔的布置。由于本例型材基本以、軸成對(duì)稱形，所以分流孔的布置也以、軸為對(duì)稱形；由于該型材屬外形尺寸較大的扁寬形狀（寬、高），兩端頭的分流孔的寬展角，寬展率。為使條高×的加強(qiáng)筋的?？子凶銐虻慕饘偬畛洌瑥哪Ｗ拥闹行牟课婚_個(gè)階梯分流孔，金屬可直接進(jìn)入導(dǎo)流孔，引流孔尺寸的確定原則是：在保證模子芯頭強(qiáng)度及穩(wěn)

9、定性的前提下，導(dǎo)流孔的面積盡可能大一些；另外，導(dǎo)流槽的尺寸、角度要合適，過渡部位要圓滑。為使焊合室內(nèi)流動(dòng)金屬有足夠大的靜水壓力，焊合室的深度焊取，并加工成梯形，進(jìn)一步增強(qiáng)其焊合質(zhì)量。?？壮叽绲拇_定：由于該型材屬外形尺寸較大的扁寬形狀，寬向收縮較大，因此其寬向收縮系數(shù)取值要大于，高向收縮系數(shù)值取。上機(jī)試模使用效果第一次試模是使用合金擠壓，出料很好。第二次試模用合金發(fā)現(xiàn)中間條加強(qiáng)筋尺寸偏小，而且加強(qiáng)筋出現(xiàn)撕裂現(xiàn)象，分析原因后將中心部位分流孔的第二階層由原來的深改為深；模芯的導(dǎo)流孔由原來的高×改為×，使金屬填充充足；導(dǎo)流孔兩端頭的導(dǎo)流槽加寬、過度區(qū)打磨圓滑，使金屬很順利的流入導(dǎo)流

10、孔第三次上機(jī)試壓，發(fā)現(xiàn)制品尺寸仍偏小，于是再從設(shè)計(jì)圖紙上尋找原因。經(jīng)計(jì)算，發(fā)現(xiàn)分流比分，偏小。分流比過小會(huì)引起制品尺寸偏小，必須加大各個(gè)分流孔尺寸，使分流比（分）足夠大。然后再上機(jī)試模，制品尺寸精度合乎圖紙?jiān)O(shè)計(jì)要求。大型鋁合金擠壓模的加工制作就質(zhì)量而言，鋁型材擠壓模具需達(dá)到三高一低，即高的熱處理硬度值和高的表面硬度值、高的尺寸精度、高的強(qiáng)度和低的表面粗糙度。模具的制作主要由機(jī)械加工、電加工成型；經(jīng)熱處理提高模子整個(gè)基體的硬度；再經(jīng)過鉗工研磨、拋光后組裝完成。一套模具要經(jīng)過十幾道工序，多個(gè)優(yōu)秀技工的精雕細(xì)啄才能做成。以下，闡明一下模具加工的要點(diǎn)模具的熱處理工序好的模具鋼是決定模子使用壽命的主要因

11、素，而熱處理將是模具制作中的關(guān)鍵工序。鋁合金擠壓模多采用鋼，因?yàn)檫@種鋼材具有高的抗回火能力和高溫使用的大型鋁合金型材的擠壓模具設(shè)計(jì)、制作及試模與修理穩(wěn)定性。模具熱處理是高溫淬火“”多次回火的過程。大型材模子的熱處理硬度應(yīng)稍低于中、小型模子的硬度（的模子硬度達(dá)到璃即可），對(duì)大型材模具來說，淬火的高溫溫度保溫時(shí)間不可太長(zhǎng)（一般按一分計(jì)算），時(shí)間長(zhǎng)了容易產(chǎn)生過熱，晶粒粗大，降低模子強(qiáng)度?；鼗鸨貢r(shí)間需適當(dāng)加長(zhǎng)（一般按分，），可使組織充分穩(wěn)定并提高其韌性，成品模具應(yīng)增加一道去應(yīng)力回火工序，消除電加工、機(jī)加工產(chǎn)生的應(yīng)力。大型模具在熱處理前需經(jīng)手工打磨由機(jī)加工產(chǎn)生的棱角，使各過渡部位圓滑些，避免高溫淬火時(shí)

12、產(chǎn)生應(yīng)力集中開裂為確保材料質(zhì)量和避免加工風(fēng)險(xiǎn)，模塊鋼在粗車兩平面后需經(jīng)超聲波探傷檢測(cè)，在未發(fā)現(xiàn)夾雜、裂紋、疏松、氣孑和偏析瘤等缺陷后再繼續(xù)加工。模子拋光、裝配是模子制作的收尾工序，尤為重要。它的工作包括：銼平、拋光?？坠ぷ鲙?；打磨、拋光分流孔、分流橋、焊合室、導(dǎo)流孔表面；配裝模子組件，保證?？壮叽缇?，并確保型材流出?？缀髸惩ㄐ﹪?guó)內(nèi)老企業(yè)和國(guó)外的模具制造業(yè)很注重這道工序，從事這項(xiàng)工作的工人技師大都有幾年的鉗工“功力”和一定程度的制模理論知識(shí)，他們每拿到一套模子后都當(dāng)作一件藝術(shù)品進(jìn)行雕琢，經(jīng)他們的手拋制出的模子工作帶平整、光潔、平行度和垂直度水平很高，看上去模子很完美，只要模子設(shè)計(jì)方案不錯(cuò)，一般

13、一次上機(jī)合格率都較高。相對(duì)于那些“多做快裝”的粗糙品來說，節(jié)約了大量的試模費(fèi)、修模費(fèi)和時(shí)間模子的修理與氮化對(duì)于較大型材的模子來講，影響制品成型的因素絕大部分是由金屬的供流情況決定的。修模技工一般從調(diào)節(jié)金屬的供流著手，如分流孔大小、焊合室的級(jí)數(shù)和焊合室的形狀。其修模手段是電火花機(jī)和銑床，然后輔以鉗工修整。加阻、減阻工作帶一般只對(duì)中、小型模子和型材局部的不成型起作用。修理大型材模子的順序：應(yīng)該先修平工作帶，在修平工作帶無效果的情況下再對(duì)分流孔加阻或減阻，盡量不要在焊合室內(nèi)燒焊，因?yàn)闊笗?huì)降低?？字車ぷ鲄^(qū)的硬度，且焊疤也會(huì)對(duì)流動(dòng)金屬造成應(yīng)力，制品表面產(chǎn)生變形條紋。試模合格后的模子要及時(shí)進(jìn)行表面強(qiáng)化

14、處理（氮化后的表面硬度達(dá)到之間），提高其表面的光潔度和抗磨能力。值得注意的是兩次氮化之間需定量生產(chǎn)，如出材過多，會(huì)把模子定徑帶的氮化層拉掉或拉成溝槽，影響制品表面質(zhì)量；如出材過少連續(xù)氮化，會(huì)產(chǎn)生過氮化（定徑帶產(chǎn)生脫皮），所以要求模子管理員要掌握模子的使用全過程和把握模子的氮化適度。年中國(guó)鋁型材擠壓模具開發(fā)與應(yīng)用研討會(huì)論文集小結(jié)（）對(duì)于、等合金型材的擠壓，因它們的可擠壓性較合金差些，它們的擠壓比（入）僅取合金的左右，因此?？坠ぷ鲙У拈L(zhǎng)度（帶）相對(duì)要取短些；分流模的分流比（分）相對(duì)要取大些；（）大型模子的制造成本較高，模塊鋼在粗車后需經(jīng)超聲波探傷檢測(cè)，只有未發(fā)現(xiàn)夾雜、裂紋、疏松、氣孔等缺陷后再繼續(xù)加工；（）為了降低擠壓力、擴(kuò)大分流比、提高焊合質(zhì)量，分流孔隨金屬流動(dòng)方向可做成內(nèi)斜，外錐度。一，這樣可降低擠壓力左右；（）設(shè)計(jì)分流模時(shí)，在保證金屬供流充足的情況下，盡量設(shè)計(jì)橋墩，來減短橋的跨度；在保證模子強(qiáng)度的條件下，盡量使模子減薄，降低擠壓力（）鋁型材擠壓模的設(shè)計(jì)、制作、使用、維修是一個(gè)集體作業(yè)過程，是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，需要各方面的人員很好地相互配合操作才能得到良好的效果。參考