年夜 型復雜截面鋁型材模具寬展布局優(yōu)化設計

1、媒介

今朝 ，國內(nèi)鋁擠壓行業(yè)成長 迅猛，市場對年夜 尺寸截面鋁型材的需求量正逐年上升，然則 ，因為 5000噸以上的年夜 型擠壓機的裝備 投資較年夜 ，而且 ，年夜 型擠壓機的擠壓臨盆 本錢 較高，是以 ，國內(nèi)今朝 只有少數(shù)年夜 企業(yè)才裝備有5000噸以上的年夜 型擠壓機。而絕年夜 大都鋁型材臨盆 企業(yè)所裝備的擠壓機都是以4000噸以下的中小型擠壓機為主。用中小型擠壓機臨盆 幾何尺寸較年夜 的鋁型材時，因為 遭到 擠壓筒直徑的限制，這類鋁型材的擠壓臨盆 難度異常 年夜 ，小機出年夜 料問題一向 是困擾鋁擠壓模具行業(yè)的手藝 困難 。本文經(jīng)由過程 幾個具體的模具設計實例，談談復雜鋁型材寬展模具的設計體味 。

2、寬展設計道理

寬展模具就是在模具前端設置一個具有寬展功能的導流板，擠壓時使圓鑄錠發(fā)生 一次預變形，變形后的鑄錠截面年夜 致接近于寬厚比年夜 的鋁型材截面尺寸，使導流板的導流孔的寬度逐步 增年夜 到接近或年夜 于圓擠壓筒的內(nèi)徑，金屬再顛末二次變形流出模孔，以臨盆 出外接圓尺寸跨越 圓擠壓筒直徑的年夜 尺寸鋁型材。在進行寬展模的設計進程 中，要用到寬展率δB和寬展角β。

導流板的寬展率δB：

×100%,δB。

導流板的寬展角β為：

式中：δ----導流板的寬展率（每每在15%～35%局限 較適合 ）；

β----導流板的寬展角（一般β角小于30°）；

B2----為寬展直徑；

B1----為進料直徑；

HB----為導流板的厚度。

寬展角在一般環(huán)境下都選擇在30度之內(nèi)，若是寬展角過年夜 ，金屬將呈現(xiàn)填充不良現(xiàn)象，然則 ，在特別的環(huán)境下，采取 特別的模具布局，可以沖破 常規(guī)極限，使寬展角設計的更年夜 。

3、寬展模設計實例

設計實例一：工程料年夜 裝潢 板（如圖1）

模具設計根基 參數(shù)：擠壓機噸位2500T，擠壓筒直徑φ236mm，擠壓系數(shù)18，模具直徑：φ460mm，合金商標 6063，擠壓筒溫度400～430℃，鑄錠溫度,480～510℃，模具溫度460-480℃，擠壓速度8～15m/min。

難點闡發(fā)：該鋁型材幾何尺寸較年夜 ，壁厚較薄，客戶對幾何尺寸公役 和壁厚公役 要求嚴厲 ，鋁型材外接圓超越 了2500噸擠壓機模具進料孔極限，而且，該鋁型材有兩個小模芯，因為 遭到 分流孔進料直徑的限制，兩個小模芯的供料很難均衡 ，致使 小模芯在上下標的目的上受力不均，小模芯輕易 發(fā)生嚴重偏移，從而影響出料成型，另外 ，因為 鋁型材中央 的空腔較年夜 ，模具的擠壓死區(qū)面積過年夜 ，造成擠壓力年夜 幅升高，是以 ，該鋁型材在臨盆 進程 中極易呈現(xiàn)斜角，海浪 等缺點 ，乃至 會發(fā)生模具裂橋報廢。為了有用 避免上述問題的發(fā)生 ，必需 從改良 模具的布局入手，使模具各部份 的供料平均 ，模芯受力均衡 。為了到達 杰出的出料結果 ，我們在設計模具時采納導流板兩次分流的布局情勢 ，導流板采納三孔沉橋的設計方案，如圖2所示，上模分流孔如圖3所示，模具布局如圖4所示。

該鋁型材的擺布部份 過失稱，右半部份 因為 兩個小公頭的存在，比左半部份 難出料，是以 ，在設計導流板時，應充實斟酌 擺布兩部份 的供料比例。基于上述闡發(fā)，我們將該模具導流板設計成三孔布局，右半部份 由一個年夜 分流孔供料，并將導流板設計成“半月形”如圖2，這類 布局能有用 增年夜 模具外側(cè)邊沿 的供料，同時削減 中央 直沖部份 的供料，憑據(jù) 經(jīng)驗公式較量爭論 ，導流板右側(cè) 的分流孔進料面積與上下分流孔的進料面積比例，設計為1:1.3。為使闊別 擠壓中間 的邊沿 部份 的鋁型材供料充實，導流板的分流橋采取 斜面向外過渡，以減小邊沿 部份 的金屬活動 阻力。

經(jīng)上機試模證實 ，這類 布局能有用 均衡 兩個小模芯的受力，鋁型材遍地 的金屬流量分派 較為公道 ，模具上機出料安穩(wěn) ，料頭整潔 ，遍地 壁厚較為平均 ，僅小公頭端面處出料略慢，兩個小模芯位置輕細收口，經(jīng)一次修模調(diào)劑 后，臨盆 的鋁型材成型抱負，完全知足 客戶要求。

設計實例二：工業(yè)鋁型材風車中空機翼（如圖5）

模具設計根基 參數(shù)：擠壓機噸位2500T，擠壓筒直徑φ236mm，擠壓系數(shù)23，模具直徑：φ460mm，合金商標 6063，擠壓筒溫度400～430℃，鑄錠溫度,480～510℃，模具溫度460-480℃，擠壓速度8～15m/min。

難點闡發(fā)：該鋁型材幾何尺寸較年夜 ，客戶對圓弧部份 精度要求較高。該鋁型材若是在3600噸擠壓機（擠壓筒直徑300mm—320mm）上臨盆 的話，較為輕易 ，然則 因為 遭到 裝備 前提 的限制，2500噸擠壓機的擠壓筒直徑偏?。?phi;236mm），給臨盆 造成了較年夜 的難度，該鋁型材雙方 闊別 擠壓中間 的位置供料較為堅苦，出料今后 因為 流速不均，輕易 造成圓弧部份 變形，難以知足 客戶對圓弧部位尺寸精度的要求。同時，因為 模具的橫向橋位跨渡過 年夜 ，模芯處的擠壓死區(qū)面積也較年夜 ，使模具橋位的抗彎強度年夜 年夜 下降，在擠壓臨盆 進程 中，當模具承受較年夜 壓力載荷時，橋位的變形撓度增年夜 ，在橋位水滴處構成 較年夜 的拉應力，從而造成裂橋報廢。

針對上述問題，我們經(jīng)由過程 采取 導流板寬展布局，使鋁型材邊沿 部份 的供料充沛，同時，在導流板與上模之間預留變形間隙，對上模起到珍愛 感化 ，這類 布局能有用 提高模具橋位的抗彎強度。

我們將導流板（如圖6所示）設計成四孔布局，導流板的中央 架橋，分流橋采取 斜面向外過渡，目的是為了減小分流孔邊沿 部份 的金屬活動 阻力。上模分流孔設計成八孔布局（如圖7所示），每一個導流板的進料孔離別 為上模的兩個分流孔供料，模具布局如圖8所示

金屬經(jīng)由過程 導流板后，進行了第一次預變形，經(jīng)由過程 調(diào)劑 導流板的進料布局，可以使 模具各部份 的流速加倍 平均 ，另外，在導流板與上模之間留出必然 的預變形間隙，當模具遭到 壓力感化 時，導流板可承受年夜 部份 變形載荷，從而削減 了上模的變形量，極年夜 地改良 了上模模橋的應力散布 狀態(tài)，上模在擠壓進程 中所發(fā)生 的變形撓度年夜 為減小，使模具橋位的抗彎強度年夜 年夜 增添 ，顯著提高了模具的利用 壽命。

在現(xiàn)實 臨盆 進程 中，該模具出料安穩(wěn) ，料頭整潔 ，鋁型材遍地 壁厚平均 ，各個圓弧位的尺寸精度較高，臨盆 出的鋁型材成型狀態(tài) 異常 抱負，模具上機一次及格 ，年夜 年夜 縮短了交貨周期。

設計實例三:工業(yè)鋁型材布局立柱（如圖9）

模具設計根基 參數(shù)：擠壓機噸位2500T，擠壓筒直徑φ236mm，擠壓系數(shù)12，模具直徑：φ460mm，合金商標 6063，擠壓筒溫度400～430℃，鑄錠溫度,480～510℃，模具溫度460-480℃，擠壓速度8～15m/min。

難點闡發(fā)：該鋁型材幾何尺寸較年夜 ，外形 復雜，鋁型材雙方 的兩個小公頭已 超越 了2500噸擠壓機的擠壓筒直徑（如圖9），是以 ，在2500噸擠壓機上臨盆 的難度很年夜 ，為了充實行 展 2500噸擠壓機的工作潛能，我們顛末具體 的強度校核較量爭論 ，設計了新布局的導流板，經(jīng)由過程 采取 寬展導流模的布局，用2500噸擠壓機成功臨盆 出了知足 客戶需求的及格 產(chǎn)物 ，年夜 年夜 下降 了臨盆 本錢 。

該鋁型材固然 在布局上擺布對稱，但外形 較為復雜，特別 在內(nèi)側(cè)有7個裝配凹槽，這些凹槽處供料較為堅苦，在擠壓進程 中輕易 造成收口變形等成型缺點 ，同時，因為 擺布兩個小公頭已 超越 了擠壓筒直徑，輕易 發(fā)生嚴重偏壁，乃至 致使 模芯斷裂報廢，是以 ，在設計模具時，必需 包管 模具各部位供料均衡 和 模芯的受力均衡 。為了使模芯在擺布標的目的上的受力到達 均衡 ，我們設計了年夜 寬展率的導流板，經(jīng)由過程 沉橋削減 了邊沿 阻力，使導流板寬展角最年夜 到達 38°（如圖10所示）。模具的上模分流孔采取 扇面狀平均 散布 （如圖11所示）。模具布局如圖12所示。

在設計進程 中經(jīng)由過程 經(jīng)驗公式較量爭論 ，調(diào)劑 各分流孔的供料面積，使鋁型材各個部位的流速加倍 平均 ，模芯的受力環(huán)境獲得 極年夜 改良 ，避免了偏壁現(xiàn)象。

該模具上機后，整體 出料環(huán)境較為抱負，料頭整潔 ，壁厚較為平均 ，但中橫處偏快，擺布凹槽偏慢，造成必然 水平 的收口變形，顛末修模調(diào)劑 后，該模具成功臨盆 出了及格 產(chǎn)物 。

設計實例四：年夜 型工業(yè)用散熱器鋁型材（如圖13所示）

模具設計根基 參數(shù)：擠壓機噸位2500T，擠壓筒直徑?236mm，擠壓系數(shù)8，模具直徑：￠460mm;合金商標 6063，擠壓筒溫度400～430℃，鑄錠溫度,490～520℃，模具溫度460-480℃，擠壓速度6～12m/min。

難點闡發(fā)：該散熱器鋁型材有多處裝配位，客戶為了削減 后續(xù)的機加工本錢 ，對鋁型材的尺寸精度和平面度要求很高，而且 ，該鋁型材幾何尺寸較年夜 ，年夜 年夜 超越 了2500噸擠壓機的擠壓筒直徑（如圖13所示），該散熱器齒位壁厚2.0mm，中橫處壁厚達13mm，因為 較難出料的齒位處于闊別 擠壓中間 的邊沿 位置，而處于擠壓中間 的中橫處的壁厚較厚，是以 ，該鋁型材的齒位供料將極其 堅苦，如采取 通俗 模具設計方案，該鋁型材中橫部份 的流速會很快，將難以節(jié)制 ，而齒位極可能 因流速過慢而造成塞模，乃至 偏齒。為認識 決流速節(jié)制 的困難 ，必需 設計超年夜 寬展角的導流板，我們在2500噸擠壓機上采取 了新奇 的“兩級復合導流板”布局。

一級導流板如圖14所示，該導流板采取 中央 架橋的兩孔布局，并向兩側(cè)進行年夜 角度寬展，寬展角達41.3°。二級導流板如圖15所示，該導流板采取 10孔布局，鋁型材流速過快的中橫處被橋位完全遮擋，同時加年夜 兩頭 齒位處罰 流孔的供料面積，經(jīng)由過程 經(jīng)驗公式較量爭論 ，我們將齒位處罰 流孔與中橫處罰 流孔的面積比例設計為1.8：1。同時，齒位處罰 流孔采取 直沖供料和沉橋的布局，如圖15所示。模具布局如圖16所示。

該模具的兩級導流板布局，能最年夜 限度的公道 分派 金屬流量和流速，當金屬進入一級導流板后，碰到 二級導流板橋位的反對 ，金屬將更多的向兩真?zhèn)€ 齒位處罰 流，從而實現(xiàn)模具的流速和流量節(jié)制 。

該模具加工完成后，上機一次及格 ，鋁型材成型異常 抱負，齒位供料充沛，中橫處的流速獲得 有用 節(jié)制 ，料頭整潔 ，尺寸精度和平面精度較高，完全知足 客戶的要求。

4、小結：

本文經(jīng)由過程 現(xiàn)實 例子說了然鋁合金鋁型材擠壓寬展模具設計道理 的利用，采取 寬展布局的模具可以使擠壓機的工作潛能施展 到最年夜 水平 ，較好的解決了“小機出年夜 料”的臨盆 困難 。對 寬厚對照 年夜 的扁寬鋁型材，模具采取 導流板寬展布局，能有用 擴大 金屬在模具中的活動 局限 ，金屬在顛末導流板進行第一次寬展預變形后，再進入上模分流孔進行第二次分流，模具的供料布局更加 平均 公道 ，這類 布局能顯著改良 鋁型材出料的成型度，同時年夜 年夜 提高模具的強度和不變性，在現(xiàn)實 臨盆 進程 中，寬展模可以或許 使擠壓機的工作潛能施展 到最年夜 水平 ，使“小機出年夜 料”的臨盆 困難 在很年夜 水平 上獲得 有用 解決。