鋁合金擠壓工模具技術的發展概況與趨勢

楊啟龍

青海國鑫鋁業股份有限公司，青海西寧 810000

工業革命帶來了技術的大變革。工具和模具的擠壓技術，能夠保證低耗、優質，延長模具的使用壽命，并從輔助措施上對擠壓工藝進行可行性較高的工藝，進行生產的關鍵技術的改進。

1 鋁擠壓工藝技術的發展對工模具的要求

鋁擠壓工藝的發展是伴隨著科技進步和國民經濟的發展，在鋁加工材料產量上，我國已經超過了世界任何一個國家，當前鋁合金擠壓材料的產量達到了上千萬噸，耗材達到了100多萬套。在精細化、復雜化、規格化等方面，獲得了巨大的發展空間，而鋁擠壓工藝技術的進步，采用的寬展模、保護膜以及變斷面型材模等，將材墨的多孔、多腔不斷地進行拓展，成功研制出了多種新型的結構，例如高級耐熱高強度工模具材料。這些工具有先進性和可靠性，但是結構上十分復雜，尺寸的規格較大，在設計制造中難度增加，設計周期長和投入資本大，因此需要采用結構新穎、裝卸方便的鋁擠壓的技術。

2 鋁合金擠壓工模具設計和制造創新

采用擠壓技術的創新方式，提高工模具的壽命，從工模具的設計到制造和維修，都取得了很大的進展。根據模擬和虛擬的擠壓設計，對于各種實用軟件進行分析，看到了關于國內外鋁擠壓工模具設計的差距。目前國內的水平，多在新理論、新方法的基礎上，結合傳統方法的優勢，重視新結構模具研發和軟件開發；采用模具結構的有限元優化的方法，建立數據庫和專家庫，進行虛擬設計軟件的開發和應用；采用CAD和CAM的系統，開發出了簡單形狀的平面墨和平民分流組合模；研發除了成功扁擠壓工具和固定擠壓墊等，反相擠壓并且改進了冶金的材料等；開發新的模具材料，擁有了復雜精密模具的制造能力。反向擠壓工模具也得以改進，采用冶金質量提升的方法，開發出新型的模具材料，推行機電和熱綜合加工方法，采用多孔的空心模、復雜多腔技術，推廣了有效的表面處理技術，保護了氣氛熱處理工藝[1]。

3 模具材質和熱處理技術

為了延長模具的使用壽命，對于鋁合金的擠壓模技術的研究取得國際上很大進展，對于熱加工模具鋼進行性能的研究，主要是為了將奧氏體合金鋼等進行相應的技術改進，改變傳統的材料疲勞強度低、塑性韌性差的問題，將材料加以二次重融合電渣熔煉。采用綜合性能較好的鋼種，改善鋼材的冶煉和鍛造的方法，運用熱處理工藝，進行等溫鍛造，采用真空熱處理的方法，大大改善了模具的質量，提升了原材料的質量，提高了模具的使用壽命[2]。

制模技術包括機械加工和電火花線切割聯合加工的方法。當前世界先進的模具設備中的CNC水平提高，逐步研制出了高效和精密的制墨設備。采用激光切割、打孔、高速磨床等方法，將精密線進行切割，運用小型精密的電解磨削的方式，進行三坐標測量機的數控銑床和加工中心自動生產線的復合加工。運用輔助工程和電子計算機設計結合的方法，提高了制模的水平，提高了生產效率和使用壽命，降低了能耗和制造成本。

進行磨具的表面處理技術的開發和應用，將表面處理的技術作為模具使用壽命的關鍵技術。根據模具材料的使用的種類和表面處理的新方法，進行相關的薄壁型的模子的復合處理，運用氣體軟氮化處理工藝；提高模子的抗咬合性、抗磨損性；運用氣體氮化處理公藝，處理1mm壁厚以上的模具，提高模子的耐磨性和表面材料的質量；運用PVD-TIN涂層工藝，使得表面的硬度提高3倍。經過涂層工藝實施之后，基底材料的力學性能得到了大幅度的提升，氮化處理的額強度提高20%，塑性提高80%，涂層均勻，可靠性增強，涂層表面無公害，且耐磨性提高。

4 鋁擠壓工模具技術現代發展趨勢

新產品的應用，促使各類模具的產生，促進鋁擠壓工模具的制造技術不斷完善。

未來模具的需求量將持續增長，從電子電器、日用五金和民用建筑、交通運輸等多方面，增加鋁合金擠壓的模具量勢在必行。電子計算機技術和通信網絡技術結合起來，帶來了更多高精尖模具的誕生。隨著產品逐漸進入大眾領域，大型和復雜的工藝設計成為了熱門。

隨著產品的復雜化和大型化，眾多復雜模具的用量也將增多，新產品在宇航、通信等領域運用較為廣泛。新材料的開發和利用，例如合金分配技術下的開坯改鍛、熔煉鑄造、熱處理等，改變了以往的合金鋼的質量。采用粉末冶金工藝，制造出高速鋼的粉末和陶瓷的材料，解決了鋼種在熔煉過程中一次碳化物的材質影響的問題，韌性高且耐磨性強，尺寸穩定，制造出來的陶瓷模具和材料，耐熱性和耐磨性都是很好的。

通過先進的表面處理技術和熱處理技術，模具的質量不斷地提升。提高模具的材料質量，采用多級淬火和多級回火的方法，例如僅模具的熱處理方法，包含了強韌化處理和雙重熱處理工藝。對特種鹽進行處理，懸浮體淬火和優質的預處理的技術，包含了氣體的軟氮化、氣體的氮化和多元復合共滲處理等。經過表面沉積處理和表面化學處理，模具的使用壽命得到了增長。

新型的模具在尺寸和精度的上不斷改善，擁有了復雜的開發性狀，提高了模具的使用壽命。新結構下模具設計標新立異，鑲嵌模、復合模、預應力模等出現了突破。

計算機技術的應用，更是在維修、制造和管理等方面進行了大量的設計和制造，圖紙在CAD技術的支持下有了新的顯示方式。例如CAD系統的二維模具，能夠使用模具單元圖形和模具設計軟件，進行相應的圖形設計；三維模具的CAD系統，軟件設計的難度較大，不能滿足實際的設計技術要求，今后將主攻自動化技術，通過完善的編程系統進行模具的加工、CAM的編程制作工件模型，將自由曲面的模具系統加以利用，通過模擬擠壓和虛擬設計的方法，模擬擠壓過程中的應力應變場，例如溫度、金屬流的變化等，都能實現零試模。

通過模具復合加工技術，將電加工和機械加工以及超聲波技術融合在一起，形成一種復雜的兼容性技術。例如進行電加工之后，涂抹TIC和WC,強化模具的工作表面。進行超聲波的振動，提高工作效率。進行研磨拋光之后，消除硬化層。采用表面光潔度提高的方法，發展處復合加工技術。當前進行模具的自動加工系統的研發，運用自動加工系統的制造方法，在計算機設計上，采用真空熱處理和成型磨床的方法，進行了大的制造周期的改良。自動交工系統能夠自動通過計算機設計NC帶，進行加工中心的操作，包括真空熱處理、成型磨床以及電加工等，減少了制造誤差，提高了模具的質量，為模具的設計制造打造出全線的自動化的擠壓生產工藝，為多腔和多孔復雜型材提供了條件。

激光加工在模具制造中的應用，主要運用二維紙片，對樣板進行切割和打孔。采用激光熱處理的方法，強化了模具的表面，借助電子計算機的技術優勢，三維空間曲面的加工技術，提高了模具的表面硬度和耐磨性。

研磨拋光的技術也是當前的一種技術創新，將加工工藝進行了簡化，改變了手工拋光不能很好地處理復雜的空間曲面的弊端。采用自動拋光機或者電腦操控的數字控制研磨機，能夠將設備進行自動運行，能夠實現三維曲面模具表面的自動研磨拋光的磨損補償送進裝置，改善勞動條件，降低模具表面的粗糙度，改善表面狀態，消除研磨表面的磨痕，運用彈性模具和帶狀以及線裝的模具磨削曲面的方法，促進模具工具的發展。

5 結語

隨著智能化的成都逐步增加，隨著當前模具的加工方向、品種也在不斷地改善，已經進入自動化、數控化的發展領域，模具的設計和制造依靠人工技藝的比重逐步減少，鋁合金擠壓工模具的制造技術不斷地創新，當前的鋁合金擠壓工模具企業正在向著大型和專業的方向邁進。

[1] 董瑞峰，張琳.鋁合金擠壓工模具技術的發展概況與趨勢[J].建筑工程技術與設計，2017（24）：773.

[2] 武宇飛.鋁合金管棒型線材生產技術與裝備發展概況[J].建筑工程技術與設計，2017（30）：1570.