鋁合金燈座芯棒溫?cái)D成形工藝及模具設(shè)計(jì)

錢(qián)進(jìn)浩，劉 春，張 露

（1.蘇州銀濤精密鍛造有限公司，江蘇 蘇州 215132；2.重慶理工大學(xué)，重慶 400050）

1 引言

LED 燈具有壽命長(zhǎng)、節(jié)能、環(huán)保、反應(yīng)速度快、易于配光調(diào)光調(diào)色等優(yōu)點(diǎn)，正逐步取代傳統(tǒng)燈具。圖1 所示為我公司開(kāi)發(fā)的一款出口歐美國(guó)家的LED燈具散熱底座。此產(chǎn)品屬于高端民用產(chǎn)品，市場(chǎng)需求大。采用常規(guī)加工方法生產(chǎn)，材料利用率低，加工時(shí)間長(zhǎng)，成本高，很難適應(yīng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)需要。其芯棒如圖2 所示，為杯桿復(fù)合擠壓件。其材料Al6061，熱處理狀態(tài)為T(mén)6。Al6061 材料屬于鍛鋁，塑性好，適于溫?cái)D壓成形。

2 工藝分析

LED 燈具散熱底座由芯棒和外面的鋁合金型材兩部分緊配合組成，其關(guān)鍵部分為芯棒。芯棒的工藝選擇決定了產(chǎn)品成本。直接采用圓棒加工，需要坯料尺寸為?60mm×112mm，材料重0.864kg，數(shù)控車(chē)床加工時(shí)間需要13min 左右。成本高，很難進(jìn)入國(guó)際市場(chǎng)。因此，解決芯棒的成本問(wèn)題成為此產(chǎn)品能否開(kāi)發(fā)成功的關(guān)鍵。此芯棒材料為Al6061 鍛造鋁合金，塑性較好，適于壓力加工成形，因此考慮采用擠壓的方法成形坯料，再機(jī)械加工。溫?cái)D壓件設(shè)計(jì)如圖3 所示的杯-桿件。此件可采用?28mm 的圓棒直接鐓粗后再反擠壓成形，也可采用?58mm 的圓棒正擠壓后再反擠壓成形。如此則均需要2 道工序，每增加一道工序都會(huì)增加很多成本。考慮到材料本身塑性好，決定采用復(fù)合擠壓工藝來(lái)試驗(yàn)溫?cái)D壓成形此產(chǎn)品。但采用多大直徑的棒料作為坯料還需要實(shí)驗(yàn)得出。坯料直徑過(guò)大則不利于桿部成形，坯料尺寸過(guò)小又不利于杯部成形。

3 復(fù)合擠壓模具設(shè)計(jì)

影響復(fù)合擠壓產(chǎn)品質(zhì)量的因素很多，主要包括金屬的變形抗力、摩擦、潤(rùn)滑、毛坯高徑比和模具結(jié)構(gòu)等。采用公司現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)模架，其復(fù)合擠壓凹凸模選用Cr12MoV 制造，熱處理后硬度58～62HRC[1]。應(yīng)力圈采用45#鋼制造，熱處理硬度38～42HRC。圖4為凸凹模的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)圖。模具的凸凹模表面全部拋光。預(yù)應(yīng)力配合角度為0.5°，必須保證配合面積達(dá)到80%以上[2]。

4 工藝試驗(yàn)

4.1 擠壓坯料的制備

坯料采用市場(chǎng)上能夠買(mǎi)到的鋁棒?50mm、?56mm、?58mm 共 3 種，用 GB4028A 型帶鋸切斷，去除毛刺。下料尺寸為 ?50mm×54mm、?56mm×43mm、?58mm×40mm，材料重量為 0.288kg。

4.2 坯料的加熱

坯料加熱采用箱式電阻爐。其加熱溫度為450℃±10℃。保溫 30±5min，采用 XCT101 型數(shù)字溫度控制儀控制。

4.3 工藝試驗(yàn)

先預(yù)熱模具。試驗(yàn)過(guò)程中采用動(dòng)物油潤(rùn)滑模具。坯料加熱溫度為440±10°C，保溫時(shí)間約30min。保溫時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng)或者過(guò)短，盡量控制在30±5min。因?yàn)楸貢r(shí)間太短則坯料預(yù)熱表面溫度已經(jīng)達(dá)到，但坯料芯部溫度還沒(méi)有達(dá)到，造成變形抗力大，成形困難，不能得到合格的擠壓件；保溫時(shí)間過(guò)長(zhǎng)則坯料過(guò)軟，擠壓過(guò)程中容易粘模，造成擠壓件拉傷，從而產(chǎn)生廢次品。首先試驗(yàn) ?50mm×54mm 和 ?58mm×40mm 兩種坯料 。?50mm×54mm 能夠成形，但是杯型部分不夠飽滿。?58mm×40mm 的坯料擠壓出的桿部長(zhǎng)度不夠。最終確定坯料尺寸為 ?56mm×43mm，擠壓成形出的擠壓件如圖5 所示，完全滿足加工需求。試驗(yàn)結(jié)論：采用?56mm×43mm 坯料能夠成功擠壓出合格的芯棒毛坯，產(chǎn)品合格率98%以上。復(fù)合擠壓成形工藝設(shè)計(jì)合理，正確可行，擠壓件尺寸穩(wěn)定，所有尺寸均達(dá)到了圖紙?jiān)O(shè)計(jì)要求。

5 結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)，最終此產(chǎn)品大批量生產(chǎn)，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。機(jī)械加工時(shí)間明顯縮短，材料消耗減少64%。機(jī)械加工費(fèi)用降低了70%。綜合成本降低60%左右。目前此產(chǎn)品已批量生產(chǎn)10 多萬(wàn)件，保證了LED 燈具散熱底座出口歐美市場(chǎng)。

（感謝重慶市鍛造行業(yè)協(xié)會(huì)高級(jí)顧問(wèn)胡亞民教授對(duì)此產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的指導(dǎo)）

[1]錢(qián)進(jìn)浩.70 型汽車(chē)空調(diào)Al6061 鋁合金高壓氣缸溫?cái)D壓成形工藝.精密成形工程，2012，（4）.

[2]錢(qián)進(jìn)浩，胡亞民.汽車(chē)轉(zhuǎn)向螺桿的精密成形工藝.第3 屆全國(guó)精密鍛造學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集，2008-12.

[3]李長(zhǎng)勝，劉 鵬，武良臣.鋁合金球底筒形件擠壓成形力學(xué)分析.鍛壓裝備與制造技術(shù)，2004，39（1）.

[4]李?yuàn)^強(qiáng)，劉全坤，張金寶.鋁合金淺筒形件沖擠復(fù)合成形模擬與優(yōu)化.2009，44（3）.