1前言
近年來，隨著我國大規(guī)模的基建投資和工業(yè)化進(jìn)程的快速推進(jìn)，鋁型材全行業(yè)的產(chǎn)量和消費(fèi)量迅猛增長，而我國也一躍成為世界上最大的鋁型材生產(chǎn)基地和消費(fèi)市場。經(jīng)過長達(dá)近10年的高速增長，我國鋁型材行業(yè)步入了新的發(fā)展階段，并展現(xiàn)出了諸多新的發(fā)展趨勢。而且隨著建筑，交通、工業(yè)、汽車以及太陽能和LED等產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，對鋁合金擠壓產(chǎn)品的高精度、高性能要求與日俱增，型材斷面形狀隨之復(fù)雜化、多樣化，按常規(guī)常見形式設(shè)計(jì)，存在許多不足，所以要得到優(yōu)質(zhì)型材，就得在生產(chǎn)、生活中不斷地學(xué)習(xí)、積累、不斷地改造和創(chuàng)新，模具設(shè)計(jì)是重要環(huán)節(jié)，因此須對擠壓型材模具設(shè)計(jì)的進(jìn)行系統(tǒng)分析，并通過生產(chǎn)實(shí)踐逐步解決問題。
2 模具設(shè)計(jì)的六大要點(diǎn)
2.1 鋁擠壓件的尺寸分析
擠壓件的尺寸及偏差是由模具、擠壓設(shè)備和其他有關(guān)工藝因素決定的。其中受模具尺寸變化的影響很大，而影響模具尺寸變化的原因有模具的彈性變形、模具的升溫、模具的材料及模具的制造精度和模具磨損等。
2.1.1鋁型材擠壓機(jī)噸位的選擇
擠壓比是以數(shù)值表示模具實(shí)現(xiàn)擠壓的難易，一般來說擠壓比在10～150之間是可適用的。擠壓比低于10，產(chǎn)品機(jī)械性能低；反之?dāng)D壓比過高，產(chǎn)品容易出現(xiàn)表面粗糙或角度偏差等缺陷。實(shí)心型材常推薦擠壓比在30左右，中空型材在45左右。
2.1.2外形尺寸的確定
擠壓模具的外形尺寸是指模具的外圓直徑和厚度。模具的外形尺寸由型材截面的大小、重量和強(qiáng)度來確定。
2.2 擠壓模具尺寸的合理計(jì)算
計(jì)算?？壮叽鐣r，主要考慮被擠壓鋁合金的化學(xué)成分、產(chǎn)品的形狀、公稱尺寸及其允許公差、擠壓溫度以及在此溫度下模具材料與被擠壓合金的線膨脹系數(shù)，產(chǎn)品斷面上的幾何形狀的特點(diǎn)及其在拉伸矯直時的變化，擠壓力的大小及模具的彈性變形等因素。
對于壁厚差很大的型材，其難于成形的薄壁部分及邊緣尖角區(qū)應(yīng)適當(dāng)加大尺寸。對于寬厚比大的扁寬薄壁型材及壁板型材的?？?，桁條部分的尺寸可按一般型材設(shè)計(jì)，而腹板厚度的尺寸，除考慮公式所列的因素外，尚需考慮模具的彈性變形與塑性變形及整體彎曲，距離擠壓筒中心遠(yuǎn)近等因素。此外，擠壓速度，有無牽引裝置等對?？壮叽缫灿幸欢ǖ挠绊?。
2.3 合理調(diào)整金屬的流動速度
所謂合理調(diào)整就是在理想狀態(tài)下，保證制品斷面上每一個質(zhì)點(diǎn)應(yīng)以相同的速度流出?？?。盡量采用多孔對稱排列，根據(jù)型材的形狀，各部分壁厚的差異和比周長的不同及距離擠壓筒中心的遠(yuǎn)近，設(shè)計(jì)不等長的定徑帶。一般來說，型材某處的壁厚越薄，比周長越大，形狀越復(fù)雜，離擠壓筒中心越遠(yuǎn)，則此處的定徑帶應(yīng)越短。當(dāng)用定徑帶仍難于控制流速時，對于形狀特別復(fù)雜，壁厚很薄，離中心很遠(yuǎn)的部分可采用促流角或?qū)Я襄F來加速金屬流動。相反，對于那些壁厚大得多的部分或離擠壓筒中心很近的地方，就應(yīng)采用阻礙角進(jìn)行補(bǔ)充阻礙，以減緩此處的流速。此外，還可以采用工藝平衡孔，工藝余量或者采用前室模、導(dǎo)流模、改變分流孔的數(shù)目、大小、形狀和位置來調(diào)節(jié)金屬的流速。
2.4 保證足夠的模具強(qiáng)度
由于擠壓時模具的工作條件十分惡劣，所以模具強(qiáng)度是模具設(shè)計(jì)中的一個非常重要的問題。除了合理布置?？椎奈恢?，選擇合適的模具材料，設(shè)計(jì)合理的模具結(jié)構(gòu)和外形之外，精確地計(jì)算擠壓力和校核各危險(xiǎn)斷面的許用強(qiáng)度也是十分重要的。目前計(jì)算擠壓力的公式很多，但經(jīng)過修正的別爾林公式仍有工程價(jià)值。擠壓力的上限解法，也有較好的適用價(jià)值，用經(jīng)驗(yàn)系數(shù)法計(jì)算擠壓力比較簡便。至于模具強(qiáng)度的校核，應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品的類型、模具結(jié)構(gòu)等分別進(jìn)行。一般平面模具只需要校核剪切強(qiáng)度和抗彎強(qiáng)度。舌型模和平面分流模則需要校核抗剪、抗彎和抗壓強(qiáng)度，舌頭和針尖部分還需要考慮抗拉強(qiáng)度等。強(qiáng)度校核時的一個重要的基礎(chǔ)問題是選擇合適的強(qiáng)度理論公式和比較精確的許用應(yīng)力。近年來，對于特別復(fù)雜的模具可用有限元法來分析其受力情況與校核強(qiáng)度。
2.5 工作帶寬度尺寸
確定分流組合模的工作帶要比確定半模工作帶復(fù)雜得多，不僅要考慮到型材壁厚差，距中心的遠(yuǎn)近，面且必須考慮到?？妆环至鳂蛘诒蔚那闆r。處于分流橋底下的?？?，由于金屬流進(jìn)困難，工作帶必須考慮減薄些。在確定工作帶時，首先要找出在分流橋下型材壁厚最薄處即金屬流動阻力最大的地方，此處的最小工作帶定為壁厚的兩倍，壁厚較厚或金屬容易達(dá)到的地方，工作帶要適當(dāng)考慮加厚，一般按一定的比例關(guān)系，再加上易流動的修正值。
2.6 ?？卓盏督Y(jié)構(gòu)
?？卓盏毒褪悄？坠ぷ鲙С隹诙藨冶壑С械慕Y(jié)構(gòu)。型材壁厚t≥2.0mm時，可采用加工容易的直空刀結(jié)構(gòu)；當(dāng)t<2mm時，或者帶有懸臂處可用斜空刀。
3 模具設(shè)計(jì)中常見問題及實(shí)例
3.1 二級焊合室的作用
擠壓模具在鋁型材擠壓生產(chǎn)中起到至關(guān)重要的作用，直接影響擠壓產(chǎn)品的質(zhì)量。然而在實(shí)際生產(chǎn)中，擠壓模具的設(shè)計(jì)更多依賴設(shè)計(jì)師的經(jīng)驗(yàn)，模具設(shè)計(jì)質(zhì)量難以保證,需要多次試模和修模。根據(jù)模具設(shè)計(jì)的不足，提出在下模開設(shè)二級焊合室優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，彌補(bǔ)模具加工中打供料不到位的缺陷，避免了供料不足引起的開口、收口及出材前后形狀不一等缺陷，并有效地解決了設(shè)計(jì)中速度分布不均的問題。從而在優(yōu)化方案中，型材截面上的溫度分布和應(yīng)力分布更加均勻，對出材有較大改善。模具設(shè)計(jì)如圖1所示：
圖 1：二級焊合室的設(shè)計(jì)圖
3.2 二級導(dǎo)流的作用
在擠壓模具設(shè)計(jì)中，對于壁厚差很大的實(shí)心型材，二級導(dǎo)流。例：初始模具設(shè)計(jì)由普通的模子和模墊組成，設(shè)計(jì)如圖2所示：第一次上機(jī)非常不理想，角度偏小、薄壁部分尺寸超薄、超小。模具返修即使加大薄壁部分、打低工作帶仍然不理想。針對初始模具設(shè)計(jì)的不足，第二次采用導(dǎo)流板設(shè)計(jì)，提出在模子開設(shè)二級導(dǎo)流優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，有效地解決了初始模具設(shè)計(jì)中速度分布不均的問題。具體通過對薄壁部導(dǎo)流直沖，厚壁部分在出料口寬展30度，并將厚壁部分?？壮叽缟晕⒓哟蟪叽?，另將?？壮叽?0度角預(yù)收口開為91度，定徑工作帶也適當(dāng)作了些修改。設(shè)計(jì)如圖3所示：2號模第一次上機(jī)基本合格。
4 小結(jié)
經(jīng)過不斷的學(xué)習(xí)、積累，不斷的查詢相關(guān)的模具設(shè)計(jì)資料，經(jīng)過改造、創(chuàng)新來優(yōu)化模具設(shè)計(jì)，并通過生產(chǎn)實(shí)踐來驗(yàn)證是否成功。
•1，擠壓模具工作帶作用是控制金屬流動，穩(wěn)定制品尺寸和表面質(zhì)量。
•2，確定原則
•A，最小長度，應(yīng)能保證穩(wěn)定擠壓鋁型材制品截面尺寸，并具有足夠的耐磨性。
•B，最大長度，應(yīng)根據(jù)擠壓時金屬與工作帶間最大有效接觸長度來確定。
•C，對于角形，丁字形，槽形，工字形，除在各端部受三面摩擦阻力減短工作帶外，如在同心圓上的?？?，工作帶可以相同。
•D，截面形狀復(fù)雜且壁厚不等的鋁型材，需根據(jù)壁厚設(shè)計(jì)不等長的工作帶，在變化懸殊處采取斜過渡，以免在制別上出棱。
本文通過對鋁型材擠壓模具設(shè)計(jì)的系統(tǒng)分析，找出鋁合金型材模具設(shè)計(jì)的規(guī)律，合理布置模孔，增加平衡模孔，并結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)，解決金屬流動不均勻性和模具強(qiáng)度兩大問題，擠壓出斷面幾何尺寸符合用戶要求的產(chǎn)品，實(shí)踐證明，設(shè)計(jì)的擠壓模具結(jié)構(gòu)合理才能獲得首檢合格、壽命長等，因?yàn)橹挥型ㄟ^對所設(shè)計(jì)的擠壓模具圖經(jīng)過系統(tǒng)分析，才能確定其性能是否滿足設(shè)計(jì)要求。另外根據(jù)在模具設(shè)計(jì)中經(jīng)常遇見的問題總結(jié)了二級焊合、二級導(dǎo)流的作用。
