建筑鋁合金結(jié)構(gòu)擠壓材模具的設(shè)計(jì)與制造

呂其曄

（龍口市叢林鋁材有限公司，山東 煙臺(tái) 265705）

綠色建筑鋁合金結(jié)構(gòu)擠壓型材種類(lèi)多樣，具有超過(guò)100多個(gè)品種，而且規(guī)格范圍也比較廣泛。在實(shí)際應(yīng)用中，這類(lèi)鋁合金擠壓型材通常是直接作為零件使用，并不需要進(jìn)行機(jī)械加工，因此對(duì)其的精度有著比較高的要求。當(dāng)前，結(jié)構(gòu)材主要包括以下幾類(lèi)：厚壁管的管材、各種異形型材和特殊棒材等，鋁合金結(jié)構(gòu)材主要是中強(qiáng)度鋁合金以及高強(qiáng)度高韌性鋁合金。建筑鋁合金結(jié)構(gòu)擠壓材對(duì)于性能有著比較高的要求，首先其需要具備較高的力學(xué)性能，同時(shí)在耐磨性、耐腐蝕性、可焊性以及冷彎成形性方面都要有比較高的要求，而且其還必須滿(mǎn)足能夠進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化批量生產(chǎn)這一條件。

為了制造出滿(mǎn)足使用要求的各類(lèi)鋁合金結(jié)構(gòu)擠壓型材，需要應(yīng)用到多種形式的特殊結(jié)構(gòu)模具，舉例來(lái)說(shuō)，包括特殊導(dǎo)流模、特種寬展分流模等，通過(guò)應(yīng)用這些特殊結(jié)構(gòu)的模具才能夠保證產(chǎn)品的成形以及尺寸精度，并且達(dá)到要求的使用壽命，并且實(shí)現(xiàn)批量化的生產(chǎn)。從上述分析中可以看出，為了生產(chǎn)出滿(mǎn)足于使用需求的建筑鋁合金結(jié)構(gòu)擠壓型材，對(duì)其模具有著比較高的要求，本文以WYY0770（雙孔厚壁管材）的模具為例，對(duì)鋁合金建筑結(jié)構(gòu)擠壓型材模具的設(shè)計(jì)與制造進(jìn)行了探討。

1 鋁合金結(jié)構(gòu)擠壓材的模具特點(diǎn)和技術(shù)難度分析

（1）建筑結(jié)構(gòu)鋁合金擠壓材具有品種多、形狀復(fù)雜等多方面的特點(diǎn)，為了實(shí)現(xiàn)這種材料的批量化生產(chǎn)，對(duì)模具有比較高要求，需要設(shè)計(jì)制造多樣化的優(yōu)質(zhì)模具，通過(guò)不同規(guī)格、結(jié)構(gòu)和形式的模具來(lái)實(shí)現(xiàn)其大批量生產(chǎn)，這就要求通過(guò)大量的研究工作來(lái)進(jìn)行模具的開(kāi)發(fā)。

（2）在實(shí)現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)鋁合金擠壓型材的大批量生產(chǎn)，需要應(yīng)用到各類(lèi)模具，而為了對(duì)生產(chǎn)成本進(jìn)行有效的控制，必須要保證模具有較高的使用壽命，而提高模具使用壽命具有比較大的難度。

（3）本文選擇的WYY0770擠壓材，是一種有橫向加強(qiáng)筋的雙孔厚壁管材，在這種管材的生產(chǎn)中，其橫向加強(qiáng)筋在擠壓時(shí)存在一個(gè)問(wèn)題，就是很難進(jìn)行充料，而為了解決這一問(wèn)題就需要應(yīng)用到特殊結(jié)構(gòu)的特殊結(jié)構(gòu)的寬展導(dǎo)流模與分流模，經(jīng)兩段擴(kuò)展加大金屬流覆蓋模孔和合理的分配金屬流量，同時(shí)還需要對(duì)擠壓工藝進(jìn)行優(yōu)化，只有這樣才能夠?qū)㈦p管厚壁管加工成形，如果是大型的厚壁雙孔管成形則面臨更大的難度，需要確保具有較高的焊接質(zhì)量材可以實(shí)現(xiàn)。

（4）由于建筑結(jié)構(gòu)鋁合金擠壓型材對(duì)于尺寸和形位的要求都比較高，需要達(dá)到高精級(jí)以上的水平，因此對(duì)于模具有足夠高的要求，要確保模的強(qiáng)度可以滿(mǎn)足要求，而且不會(huì)出現(xiàn)變形、開(kāi)裂和坍塌等問(wèn)題，同時(shí)還要求模具有較長(zhǎng)的使用壽命，這些都比較難以實(shí)現(xiàn)。

（5）在實(shí)際的應(yīng)用中，對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)鋁合金擠壓材的要求是比較高的，因此對(duì)于模具的要求也非常高，需要使用高質(zhì)量的模具鋼，并且采用良好的熱處理以及表面工藝，并且使用CNC工藝規(guī)程來(lái)進(jìn)行機(jī)加工工作，通過(guò)這樣的方式才能夠保證模具的性能，包括高強(qiáng)度、高韌性以及高精度等。

2 WYY0770雙孔管材的模具設(shè)計(jì)、制造方案

2.1 模具設(shè)計(jì)依據(jù)與設(shè)計(jì)方案

在70MN擠壓機(jī)上采用Φ460mm擠壓筒，其模具設(shè)計(jì)依據(jù)和設(shè)計(jì)方案如表1和表2中所示。

表1 WYY0770雙孔管材的模具設(shè)計(jì)依據(jù)

表2 WYY0770雙孔管材的模具設(shè)計(jì)方案參數(shù)

2.2 模具設(shè)計(jì)方案要點(diǎn)和和創(chuàng)新點(diǎn)分析

本方案是根據(jù)φ460mm擠壓筒來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)制造的，其設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)為特殊寬展分流模。在這個(gè)方案中，模具的工作原理如下：圓鑄錠在擠壓力的作用下，通過(guò)上模的分流孔的分流、寬展，在經(jīng)過(guò)上述步驟之后，圓鑄錠逐步被加工成類(lèi)似于雙孔管的形狀；在焊合室的參數(shù)方面，其外接圓直徑為φ600mm、深度40mm，在這一參數(shù)下，能夠使流動(dòng)的金屬在其內(nèi)部形成比較高的靜水壓力，從而確保管材能夠有比較高的焊接質(zhì)量。

雙孔管材的加強(qiáng)筋部位對(duì)質(zhì)量有較高的要求，需要保證加強(qiáng)筋部分的模孔合理的金屬供流，從而使橫筋能夠處于充滿(mǎn)狀態(tài)，進(jìn)而保證其尺寸和形位等都可以滿(mǎn)足高精級(jí)的要求。在本方案中，采用了雙孔管材的加強(qiáng)筋部分供流是在分流模上模的中心部位開(kāi)兩個(gè)小型的階梯形分流孔直接供流的方式，很好的滿(mǎn)足了上述要求。

通過(guò)這一方案加工的雙孔管材具有以下幾方面優(yōu)點(diǎn)：首先，該模具具有較高的整體強(qiáng)度，這主要是由于該模具采取了將分流部分減薄的策略，從而有效的縮短了金屬流經(jīng)線(xiàn)路，進(jìn)而使及壓力被有效的降低了，增加了模具的強(qiáng)度。其次，在根據(jù)該方案進(jìn)行模具的設(shè)計(jì)，能夠降低模具的設(shè)計(jì)和制造難度，從而使模具的制造成本得到了明顯的降低。最后，在該方案中應(yīng)用了比較大的擠壓筒，從而使擠壓比和分流比都被增大了，在這樣的技術(shù)條件下產(chǎn)品的力學(xué)性能得到了保證，同時(shí)還可以有效的提高焊接質(zhì)量、生產(chǎn)效率以及成品率，進(jìn)而降低了生產(chǎn)的成本。實(shí)踐結(jié)果表明，根據(jù)該方案制造的新模，只經(jīng)過(guò)2次試模和維修就擠壓出了合格的產(chǎn)品，而且產(chǎn)品具有穩(wěn)定的尺寸，在組織、力學(xué)性能以及尺寸和形位精度等方面都取得了比較好的效果，能夠滿(mǎn)足技術(shù)條件要求，同時(shí)有效的提高了模具的使用壽命。

2.3 模子制作技術(shù)

在進(jìn)行模具的制造時(shí)，采用先進(jìn)的模具加工設(shè)備，包括數(shù)控機(jī)床、CNC加工中心、數(shù)控銑床、低速線(xiàn)切割機(jī)等現(xiàn)代化機(jī)床，并且通過(guò)CAD/CAM/CAE實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)加工，通過(guò)先進(jìn)的加工設(shè)備和加工技術(shù)，保證了模具的加工質(zhì)量。在材料的選擇方面，選用4Cr5MoSiV1熱作模具鋼，這一鋼材具有優(yōu)良的質(zhì)量，在進(jìn)行鍛造和退火后使用。對(duì)模具進(jìn)行熱處理，1035℃高溫淬火+2次充分回火，這樣可以有效的提升模體硬度值，使其達(dá)到HRC48~49。在模具表面處理方面，采用二階段氣體氮化工藝，從而使其具有較高的表面硬度值，使其達(dá)到HV1000~1250，氮化層厚度需要達(dá)到100μm~160μm，通過(guò)這樣的處理，可以有效的提升模具的使用壽命。

3 雙孔管材模具批量擠壓生產(chǎn)的效果

通過(guò)將上文中制作模具應(yīng)用到批量擠壓生產(chǎn)之中，測(cè)試其在批量擠壓生產(chǎn)中的效果。本模具是使用φ460mm擠壓筒的基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計(jì)和制造的，在該模具制作完成投入生產(chǎn)，生產(chǎn)了超過(guò)500t的合格雙孔管材，由該模具生產(chǎn)出的雙孔管材，在尺寸精度以及形位尺寸方面都有較高的質(zhì)量，能夠滿(mǎn)足GB5237的高精級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，而且模具的使用壽命得到了極大的提升，能夠達(dá)到原有模具的三倍以上。

4 結(jié)論

綠色建筑鋁合金擠壓材的種類(lèi)多樣，具有復(fù)雜的形狀，技術(shù)方面的要求也比較高，由于通常不僅經(jīng)過(guò)任何機(jī)械加工就直接應(yīng)用，因此對(duì)精度的要求比較高，這些特點(diǎn)導(dǎo)致其生產(chǎn)的技術(shù)難度比較大。在實(shí)際生產(chǎn)中，需要設(shè)計(jì)和制造多種特殊結(jié)構(gòu)的模具，應(yīng)用優(yōu)質(zhì)的模具才能夠確保擠壓材成形以多種技術(shù)指標(biāo)，因此其生產(chǎn)對(duì)于模具的要求比較高，需要設(shè)計(jì)和制造高質(zhì)量的模具才能夠滿(mǎn)足需求。

在制作擠壓模具時(shí)，為了確保擠壓模具的質(zhì)量，不僅要做好模具的設(shè)計(jì)與加工工作，而且還需要做好材料的選擇、模具熱處理、模具表面處理以及模具的使用和維護(hù)方面等方面的控制，使各個(gè)環(huán)節(jié)緊密結(jié)合，這樣才能夠確保制造出優(yōu)質(zhì)的模具。根據(jù)本文提出的設(shè)計(jì)方案，并選擇優(yōu)質(zhì)的模具材料，加之先進(jìn)的加工和處理工藝，制作出的模型具有較高的質(zhì)量，不在擠壓產(chǎn)品成形和尺寸、行位精度、表面質(zhì)量以及焊接質(zhì)量等方面都有較高的質(zhì)量，而且模具的使用壽命也得到了顯著的提升。