薄壁鋁型材擠壓模具設(shè)計(jì)和維護(hù)

韓倫

摘 要：擠壓模具的設(shè)計(jì)和養(yǎng)護(hù)對(duì)于鋁型材生產(chǎn)至關(guān)重要，本文就薄壁鋁型材擠壓模具的設(shè)計(jì)做了系統(tǒng)的闡述，對(duì)分流組合模的設(shè)計(jì)做了具體分析，文章末尾對(duì)擠壓模具的維護(hù)給出了一些具體的建議和措施。

關(guān)鍵詞：鋁型材；擠壓模具；設(shè)計(jì)

1 擠壓模具介紹

擠壓模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造環(huán)節(jié)較多，包括選材、設(shè)計(jì)、制造、修模等環(huán)節(jié)，其成本占到型材擠壓生產(chǎn)成本的35%左右。在型材加工生產(chǎn)中，一般有兩種主要擠壓方法：分流組合模擠壓法和穿孔針擠壓法。前者加工起來簡單且成本較低，后者成本高且應(yīng)用范圍較小，在實(shí)際型材加工生產(chǎn)中，分流組合模應(yīng)用更為廣泛。

1.1 擠壓模具的工作條件。對(duì)于大截面復(fù)雜型材的擠壓成形，擠壓難度比較大，對(duì)擠壓模具的結(jié)構(gòu)與形狀要求也很高，特別是對(duì)于這種斷面形狀較復(fù)雜，壁厚相差懸殊，斷面面積及外接圓大，多腔空心等型材，擠壓模具的工作條件變得更加惡劣。因此，對(duì)擠壓模具要求較高，主要有如下幾個(gè)方面：一是高溫高壓條件下工作；二是要具有較好的抗磨損能力；三是具有很高的強(qiáng)度和韌性，避免在工作中出現(xiàn)應(yīng)力集中而使模具破壞。

1.2 擠壓模具的分類。擠壓模具種類很多，根據(jù)不同的分類條件可以進(jìn)行歸類。分類的主要依據(jù)有模具結(jié)構(gòu)和模孔壓縮區(qū)斷面外形。分流組合模在目前是應(yīng)用最為廣泛的一種模具形式，平面分流組合模的組成結(jié)構(gòu)主要包括上模、下模、定位銷和聯(lián)結(jié)螺釘四個(gè)部分，其工作原理是在一定的擠壓力作用下，鍋淀通過分流孔被分流成金屬流，流經(jīng)焊合室進(jìn)行匯集和傅合，最終由模芯和模孔流出，形成具有所要求幾何形狀的型材產(chǎn)品。

1.3 模具的設(shè)計(jì)步驟。實(shí)際生產(chǎn)中，產(chǎn)品類型、工藝方法、設(shè)備和模具結(jié)構(gòu)都是影響模具設(shè)計(jì)過程的重要因素。但是在設(shè)計(jì)過程中，擠壓模具模腔的設(shè)計(jì)一般按照以下步驟進(jìn)行：

1.3.1 模腔參數(shù)確定和模孔布置。模腔參數(shù)的確定主要根據(jù)擠壓機(jī)、工藝規(guī)程和現(xiàn)場工具設(shè)備來確定。模孔布置合理與否直接影響著模具強(qiáng)度，同時(shí)影響金屬流動(dòng)的均勻性。一般在設(shè)計(jì)過程中，即使非對(duì)稱的型材也要盡量保證模孔的對(duì)稱性，同時(shí)使其盡量接近中心緊湊一些。通常情況下，模孔多設(shè)置在同心圓上（模孔之間的間距大于30-50mm，模孔距離模具邊緣大于25-50mm，模孔與擠壓筒邊緣的距離大于20-40mm）。

1.3.2 設(shè)計(jì)模孔尺寸。在計(jì)算模孔尺寸時(shí)，應(yīng)該考慮各種因素。一般采用下列公式來計(jì)算模孔尺寸：A=A0+M+（KY+KP+KT）A0

其中A0、M、KY、KP、KT分別表示型材的工程尺寸、允許偏差、拉力作用而使型材部分尺寸減少的系數(shù)、拉伸矯直時(shí)尺寸縮減系數(shù)和管材的熱收縮量。在設(shè)計(jì)過程中公式只是一個(gè)參考，還需要綜合考慮模具彈塑性變形、彎曲變形等因素。

1.3.3 調(diào)整金屬流動(dòng)速度。合理的金屬材料流動(dòng)速度是指同一截面上的材料質(zhì)點(diǎn)流出模孔的速度一致。為了達(dá)到金屬流動(dòng)速度合理調(diào)整的目標(biāo)，不僅要增加分流孔數(shù)目，盡量對(duì)稱排列，而且在確定工作帶長度時(shí)，還要綜合考慮壁厚差異及其與擠壓筒中心的距離。在生產(chǎn)過程中，還可以通過調(diào)整阻流塊、促流角或者分流孔的外形和數(shù)目來達(dá)到調(diào)控型材擠出斷面上速度均勻性的目的。

2 分流組合模的設(shè)計(jì)

分流組合模由上、下模組合而成。其中，上模有分流孔、分流橋及模芯，下模有焊合室和型孔，在模芯與型孔上均設(shè)有工作帶。對(duì)于分流組合模，制品的焊縫數(shù)與金屬流的股數(shù)相同。所以分流模只適應(yīng)于如鉛、鎂、鋅及其合金等高溫焊合性能好的金屬，而不適合硬鋁等焊合性能不好的金屬。

2.1 分流比K的選擇。分流孔的面積與制品面積的比稱為分流比，用K表示。對(duì)于型材擠壓過程而言，K值越大越有利于金屬流動(dòng)和焊合及減小擠壓力，所以在模具強(qiáng)度允許的范圍內(nèi)，要盡量選取較大的尺值。對(duì)于空心型材，取k=10-30；而對(duì)于管材，取K=5-15。

2.2 分流孔的確定。需要確定的分流孔參數(shù)主要包括分流孔形狀、數(shù)目、截面尺寸及分布。形狀有圓形、腰子形和異形，對(duì)管材或簡單斷面型材一般取圓形，對(duì)復(fù)雜型材多采用異形。通常，可通過減少分流孔數(shù)目同時(shí)增大分流孔面積來減少焊合縫的數(shù)量和降低擠壓力。對(duì)于分流孔的數(shù)目，一般有二孔、三孔及四孔等偶數(shù)個(gè)模孔，分流孔形狀可以設(shè)計(jì)成斜孔，即入口小出口略大，同時(shí)也要根據(jù)型材的形狀而具體確定，最終以有利于金屬焊合為目的。

2.3 焊合室。增大焊合室高度有利于焊合區(qū)的焊合，但會(huì)使得模芯的穩(wěn)定性下降和制品壁厚不均；當(dāng)壓力增大和焊合室高度過小時(shí)，就會(huì)影響焊合區(qū)的焊合質(zhì)量。焊合室高度通常可根據(jù)擠壓筒的直徑而定（參考表1）。

表1 擠壓筒直徑與焊合室高度對(duì)照表

[筒徑＼&115-170＼&170-220＼&220-280＼&300以上＼&焊合室高度＼&10-20＼&20-30＼&30＼&40＼&]

2.4 分流橋的確定。分流橋可按照其結(jié)構(gòu)分為固定式分流橋和可拆式分流橋兩種。若分流橋?qū)捲O(shè)置較小，則可以加大分流比和降低擠壓力；若設(shè)置較大，則可以改善金屬流動(dòng)的均勻性。分流橋高度與模具強(qiáng)度及擠壓力有直接關(guān)系，在保證模具強(qiáng)度情況下，應(yīng)愈小愈好，若分流橋的高度過大，則壓力就會(huì)變大。所以分流橋的高度值必須要能保證模具的強(qiáng)度。

3 擠出模具的維護(hù)

對(duì)于模具的維護(hù)和保管是直觀的一個(gè)環(huán)節(jié)，從模具出廠以后就需要對(duì)模具建立檔案，詳細(xì)記載模具的相關(guān)情況，包括訂購驗(yàn)收情況、工藝參數(shù)和使用過程中的技術(shù)狀況、磨損和維修情況等。在平常使用過程中要根據(jù)使用強(qiáng)度對(duì)真空系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)等進(jìn)行必要的清理工作。使用過程中如果模具表面出現(xiàn)擦傷或輕微腐蝕現(xiàn)象，要及時(shí)用1000目以上的細(xì)砂紙打磨拋光，對(duì)嚴(yán)重的損傷要及時(shí)進(jìn)行修復(fù)處理。在模具閑置不用的情況下要放置在清潔、干燥且通風(fēng)的地方進(jìn)行保管，謹(jǐn)防受到腐蝕，對(duì)于長時(shí)間不用的模具要采取油封等其他的防止損傷的措施。另外，模具的維修和養(yǎng)護(hù)需要具有專業(yè)技能的工人承擔(dān)，切不可粗心大意。

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