1.引言

擠壓模具是保證產(chǎn)品成形、具有正確形狀、尺寸和精度的基本工具；是保證產(chǎn)品內(nèi)外表面質(zhì)量最重要的因素。模具的設(shè)計(jì)與制造在鋁型材擠壓工業(yè)中占有極其重要的地位，對(duì)鋁型材產(chǎn)品的產(chǎn)量、質(zhì)量、生產(chǎn)效率及企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益等方面都有著重要的作用。

我公司經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的努力以及與國(guó)內(nèi)外同行的合作交流，總結(jié)出了一些模具設(shè)計(jì)的新技術(shù)和新理念。

2.一模多孔技術(shù)

在我國(guó)鋁合金型材擠壓行業(yè)中，各個(gè)企業(yè)根據(jù)自有的設(shè)備和生產(chǎn)條件，在設(shè)計(jì)制造擠壓模具時(shí)都制定了企業(yè)自用的工藝標(biāo)準(zhǔn)。而各個(gè)企業(yè)由于技術(shù)能力和側(cè)重因素的不同，制定的模具標(biāo)準(zhǔn)往往差異很大。例如一些規(guī)模較小設(shè)備條件有限的企業(yè)，為了獲得更大的利潤(rùn)，在制定模具尺寸及工藝的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，盡可能的擴(kuò)大擠壓設(shè)備的生產(chǎn)能力，用較小的設(shè)備生產(chǎn)截面較大的型材產(chǎn)品。而一些實(shí)力較強(qiáng)規(guī)模較大的企業(yè)，則側(cè)重于如何發(fā)揮設(shè)備最好的工作力能，提高生產(chǎn)效率。

開(kāi)發(fā)一模多孔模具技術(shù)，可以一次擠壓出多根型材產(chǎn)品，提高擠壓生產(chǎn)的效率，降低擠壓過(guò)程的擠壓力，同時(shí)可以更充分的利用擠壓設(shè)備的擠壓能力，減少單位產(chǎn)品的能耗。鋁型材一模多孔模具的應(yīng)用，是降低單位產(chǎn)品能耗，提高生產(chǎn)效率；促進(jìn)企業(yè)技術(shù)和設(shè)備的升級(jí)，提高產(chǎn)品的技術(shù)附加值的有效途徑。圖1是我公司生產(chǎn)的幾款一模多孔模具的圖片。

圖1 一模多孔模具

在國(guó)外無(wú)論是先進(jìn)發(fā)達(dá)國(guó)家，如澳大利亞、荷蘭、德國(guó)、新西蘭等；或者發(fā)展中國(guó)家，如印度尼西亞，越南，尼日利亞等，都廣泛采用一模多孔的擠壓方法和技術(shù)，而這一方面，在國(guó)內(nèi)仍不普遍，具有廣闊的發(fā)展空間。

3.零工作帶法

提高擠壓速度是鋁擠壓企業(yè)普遍追求的目標(biāo)，是降低成本、提高效率、節(jié)約能源的重要技術(shù)手段，特別是對(duì)于擠壓性能差、難度大的工業(yè)鋁型材。

在進(jìn)行模具設(shè)計(jì)時(shí)，相比常規(guī)的設(shè)計(jì)方法，整體降低模具工作帶的高度，甚至采用“零工作帶”的設(shè)計(jì)方法。“零工作帶”的設(shè)計(jì)采用多級(jí)導(dǎo)流腔對(duì)金屬的流動(dòng)進(jìn)行控制，而型材各個(gè)位置工作帶高度相等，同時(shí)采用2°的外錐角，使工作帶對(duì)變形金屬的阻礙作用達(dá)到最小，減少摩擦，從而能夠大大的提高擠壓速度。圖2是“零工作帶”的模具圖片。

圖2 “零工作帶”模具

4. 球形卸壓法

大型空心截面型材是大型鋁合金型材的其中一大類。對(duì)于大型模芯結(jié)構(gòu)的型材擠壓模具的設(shè)計(jì)制造，從擠壓死區(qū)問(wèn)題的分析和研究中可以得到良好的啟發(fā)[1]。

根據(jù)擠壓的基本理論，考慮簡(jiǎn)單直角平模正擠壓的情況，如圖3所示，在擠壓成形時(shí)，難以避免的在直角轉(zhuǎn)角位置形成死區(qū)。在死區(qū)內(nèi)，金屬被認(rèn)為是靜止的。在與死區(qū)的交界面上，將出現(xiàn)劇烈的剪切變形[2]。死區(qū)的形成是由于橫向的模具與縱向的擠壓筒交界處的金屬受到模面和筒壁上的外摩擦作用，使得金屬沿接觸表面流動(dòng)需要較大的外力。而根據(jù)最小阻力定律，金屬將選擇一條較容易流動(dòng)的路徑流動(dòng)，從而形成了死區(qū)[3]。

圖3 擠壓死區(qū)原理

死區(qū)的存在將大大的增加金屬流動(dòng)的不均勻性，在死區(qū)的邊界產(chǎn)生劇烈的剪切變形，增加擠壓的變形抗力。因此，對(duì)于擠壓過(guò)程中死區(qū)的形成及其影響因素、減輕和避免方法等方面許多學(xué)者都作過(guò)詳細(xì)的研究。如將90°的平模擠壓結(jié)構(gòu)改成錐角擠壓結(jié)構(gòu)、圓弧線或者流線結(jié)構(gòu)，降低擠壓力[4]。

在設(shè)計(jì)大型模芯結(jié)構(gòu)的型材擠壓模具時(shí)，參考上面擠壓基本理論減少直角模正擠壓死區(qū)面積的方法，可以減少大型模型結(jié)構(gòu)型材擠壓模具橋位置的面積，從而改進(jìn)模具的結(jié)構(gòu)，提高模具的壽命，如圖4所示。

圖4 球形卸壓模具

5.小結(jié)

擠壓模具是保證產(chǎn)品成形、具有正確形狀、尺寸和精度的基本工具；是保證產(chǎn)品內(nèi)外表面質(zhì)量最重要的因素。一模多孔、零工作帶以及球形卸壓法等，是我公司近年來(lái)不斷努力和創(chuàng)新，總結(jié)出來(lái)的幾點(diǎn)模具設(shè)計(jì)的新技術(shù)和設(shè)計(jì)理念。

我公司經(jīng)過(guò)和國(guó)際上包括德國(guó)、意大利、日本、澳大利亞、荷蘭、新西蘭等多個(gè)先進(jìn)國(guó)家和企業(yè)的長(zhǎng)期的合作和交流，總結(jié)出了以下幾點(diǎn)設(shè)計(jì)理念：

1）廣泛采用一模多孔的模具設(shè)計(jì)方法，提高擠壓的生產(chǎn)效率。

2）使用高性能的模具鋼材料，鋼材性能的提高可以使模具較小的厚度即能滿足強(qiáng)度要求，從而減少了單位模具鋼材的使用量，同時(shí)也降低了擠壓的變形阻力，大大提高了模具的壽命，降低了單位產(chǎn)品的模具成本。

3）通過(guò)降低擠壓力、減輕模具負(fù)載的思路進(jìn)行模具的設(shè)計(jì)。

4）采用快速擠壓的生產(chǎn)手段。