隨著我國(guó)大規(guī)模的基建投資和工業(yè)化的高速發(fā)展，鋁型材作為建筑領(lǐng)域和工業(yè)領(lǐng)域里重要的應(yīng)用材料，全行業(yè)的產(chǎn)量及消費(fèi)量也迅猛增長(zhǎng)，使我國(guó)一躍成為世界最大的鋁型材生產(chǎn)基地和消費(fèi)市場(chǎng)。而產(chǎn)品在市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)則異常激烈，利潤(rùn)尤其是建筑型材利潤(rùn)不斷下滑。迫使鋁型材企業(yè)在擴(kuò)展傳統(tǒng)的建筑鋁型材市場(chǎng)的同時(shí)，向應(yīng)用更廣、附加值更高的工業(yè)用鋁型材市場(chǎng)進(jìn)軍，以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和技術(shù)含量的升級(jí).只有迅速提升自身綜合實(shí)力，企業(yè)才能躋身同行業(yè)前列。

    鋁型材擠壓生產(chǎn)過(guò)程中，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。合理的模具結(jié)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)擠壓工藝過(guò)程的基礎(chǔ)，獲得所需形狀、尺寸精度、性能、及產(chǎn)品表面質(zhì)量合格的重要保證。由于模具原因?qū)е聜€(gè)別產(chǎn)品不能按時(shí)交貨是長(zhǎng)期困擾鋁型材生產(chǎn)企業(yè)的難題之一，特別是對(duì)于一些擠壓難度大的型材，模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理與否則成了能否順利擠出合格產(chǎn)品的關(guān)鍵。在生產(chǎn)實(shí)踐中，我們通過(guò)不斷的更新模具設(shè)計(jì)理念，采用國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的制模設(shè)備和加工技術(shù)，優(yōu)化模具結(jié)構(gòu)，降低擠壓力，使產(chǎn)品的交貨期明顯縮短，擠壓速度和型材的表面質(zhì)量也得到了顯著提高。下面通過(guò)幾個(gè)具體生產(chǎn)實(shí)例，來(lái)談?wù)勎覀兊囊稽c(diǎn)淺見。

1.  工業(yè)用換熱器（如圖一所示）

     基本參數(shù)：擠壓機(jī)噸位1650T，擠壓筒直徑?185mm，擠壓系數(shù)19

    難點(diǎn)分析：由于型材模芯被腔筋分割成七個(gè)小模芯，而且腔筋的長(zhǎng)度達(dá)90毫米，壁厚也較薄，因此模具中間的腔筋供料極其困難，同時(shí)，由于七個(gè)小模芯的寬度較小，模芯的強(qiáng)度大大降低，模芯容易發(fā)生嚴(yán)重的偏移，甚至斷裂報(bào)廢。

    這類換熱器型材，一直是很難擠壓的產(chǎn)品，傳統(tǒng)的模具設(shè)計(jì)方案一般是采用上中下三個(gè)分流孔供料，如圖二所示，或者采用圖三的分流孔布局方案。但是，這兩種方案都存在難以克服的缺陷，圖二的方案雖然保證了各條腔筋的供料，但是由于模橋的跨度較大，中間的分流孔直沖模芯的面積也較大，從而導(dǎo)致模具的整體剛度較差，在擠壓過(guò)程中，模芯會(huì)發(fā)生嚴(yán)重變形，偏壁嚴(yán)重，起波浪，成型差，整體的模具壽命極低。

    圖三所示的設(shè)計(jì)方案，雖然模具的整體剛性得到一定程度的提高，但是供料不均勻，兩側(cè)最邊緣的腔筋難以供料，只能通過(guò)打通兩側(cè)的模芯來(lái)實(shí)現(xiàn)供料（如圖四A處所示），因此，這種方案同樣會(huì)大大降低模芯的強(qiáng)度，成型很差，模具的壽命也很低，無(wú)法滿足生產(chǎn)要求。

    在進(jìn)行模具設(shè)計(jì)的過(guò)程中，我們提出了新的模具設(shè)計(jì)方案，如圖四所示，新方案模具采用十二個(gè)分流孔供料，增加了分流橋的數(shù)量，大大減小了單個(gè)模橋的跨度，減小了單個(gè)分流孔的進(jìn)料面積和單個(gè)分流橋的寬度，使分流橋在整體模具供料布局中呈網(wǎng)格狀分布，這種類似于“蜂巢”的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)大大增強(qiáng)了模具的整體剛度。減小了模具的彈性變形，同時(shí)也使型材的各個(gè)部位的供料更趨均勻合理，分流孔供料時(shí)的金屬流對(duì)模芯產(chǎn)生的作用力相互得到有效平衡，模芯的彈性變形現(xiàn)象得到了極大的改善。同時(shí)，為了有效減小擠壓力，在設(shè)計(jì)時(shí)減薄了上模的厚度并設(shè)計(jì)了減壓角。實(shí)踐證明：采用此方案制成的模具上機(jī)后的出料效果非常理想，滿足了客戶對(duì)尺寸精度的要求，模具壽命也大大提高。

2.  工程料大蓋板（如圖五所示）

    基本擠壓參數(shù)：擠壓機(jī)噸位2500T，擠壓筒直徑￠236mm,擠壓系數(shù)27。

    模具設(shè)計(jì)難點(diǎn)分析：該型材的幾何尺寸較大，壁厚較薄，由于受到擠壓筒直徑的限制，分流孔在設(shè)計(jì)時(shí)需要大角度寬展擴(kuò)孔，同時(shí)，由于受到分流孔進(jìn)料直徑的限制，兩個(gè)小模芯的供料較難平衡，致使小模芯左右受力不平衡，在受力不均的情況下，容易發(fā)生偏壁。

    由于型材的形位公差要求嚴(yán)格，因此，在模具設(shè)計(jì)時(shí)如果采用普通的六孔或八孔的方案的話，模具在擠壓過(guò)程中很容易發(fā)生偏壁，扭擰，斜角等問題，且很難進(jìn)行修模矯正。為了有效避免上述缺陷的產(chǎn)生，我們?cè)谠O(shè)計(jì)模具時(shí)采取導(dǎo)流板兩次分流的模具結(jié)構(gòu)，組裝圖如圖六所示，導(dǎo)流板如圖七所示，上模分流孔如圖八所示。

    為了使型材成型良好，首先必須要保證模具型腔的各個(gè)部位的供料均勻充分，同時(shí)還要使兩個(gè)小模芯在左右方向上的受力得到有效平衡，避免模芯變形而造成的偏壁，因此在進(jìn)行模具設(shè)計(jì)時(shí)，我們始終以"平衡"作為設(shè)計(jì)的宗旨，包括供料平衡，流速平衡和受力平衡。

    由于型材上下部分不對(duì)稱，在設(shè)計(jì)導(dǎo)流板的進(jìn)料孔時(shí)，必須充分考慮上下部分的分料比例，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算，導(dǎo)流板上下分流孔的進(jìn)料面積比設(shè)計(jì)為1:1.18。為了使型材遠(yuǎn)離擠壓中心的邊緣部分供料充分，導(dǎo)流板的分流橋采用斜面向外過(guò)渡，減小邊緣部分的金屬流動(dòng)阻力。按此方案制成的模具上機(jī)后出料平穩(wěn)，料頭整齊，各處壁厚均勻，僅下部中間的中橫處出料略快，兩個(gè)小模芯位置出現(xiàn)輕微收口，在經(jīng)過(guò)修模調(diào)整后，生產(chǎn)出的型材成型狀況非常理想，完全滿足客戶要求。

3.  工業(yè)鋁型材結(jié)構(gòu)件（如圖九所示）

    該型材用1650噸擠壓機(jī)擠壓，擠壓筒直徑為185mm, 擠壓系數(shù)為17。

    設(shè)計(jì)難點(diǎn)分析：該型材的外接圓尺寸較小，只有80x80mm，從里向外有"三層"空腔，共九個(gè)模芯，這樣的模芯結(jié)構(gòu)極易造成中間供料困難，由于單個(gè)模芯的尺寸較小，剛度較差，容易發(fā)生嚴(yán)重偏壁，甚至造成模芯斷裂報(bào)廢。針對(duì)上述難點(diǎn)，在進(jìn)行模具設(shè)計(jì)時(shí)，重點(diǎn)考慮各個(gè)中間模芯的供料及受力平衡問題。

    此類型材傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方案一般為外面開四個(gè)分流孔，中間開四個(gè)小分流孔供料，如圖十所示。這種方案的優(yōu)點(diǎn)是模具結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，利于加工，但是也存在一些缺陷，由于該方案外圍的四個(gè)分流孔的進(jìn)料面積過(guò)大，而中間四個(gè)小進(jìn)料孔由于受到模芯尺寸的限制，難以再擴(kuò)大，因此，中間與外圍分流孔的進(jìn)料面積比例差距過(guò)大，造成中間模芯的供料嚴(yán)重不足，如果中間進(jìn)料孔沉橋深度過(guò)大的話，將使模具的強(qiáng)度受到嚴(yán)重影響。同時(shí)，由于內(nèi)外模芯的受力得不到有效平衡，將導(dǎo)致型材產(chǎn)生嚴(yán)重的偏壁現(xiàn)象。

    針對(duì)上述問題，我們改進(jìn)設(shè)計(jì)，提出了新的模具結(jié)構(gòu)方案：新方案采用導(dǎo)流板二次分流的結(jié)構(gòu)，如圖十一至十三所示，圖十一為導(dǎo)流板，圖十二為上模進(jìn)料孔。圖十三為模具的整體裝配圖，新方案將舊方案外圍的四個(gè)大分流孔分解成8個(gè)小分流孔，減小了外圍分流孔的進(jìn)料面積，這樣就使中間進(jìn)料孔與外圍進(jìn)料孔的進(jìn)料面積比例趨于合理。型材四個(gè)角部所對(duì)應(yīng)的四個(gè)外圍分流孔的進(jìn)料面積要小于其他四個(gè)分流孔的面積（如圖十二所示），在設(shè)計(jì)上，這是至關(guān)重要的，否則，外圍的四個(gè)較大的模芯的受力會(huì)不平衡，模芯將會(huì)發(fā)生偏移。

    新方案充分考慮了模具型腔各個(gè)部位的分料比例，使供料更為均勻合理，模具的整體強(qiáng)度得到明顯提高，模芯的受力狀態(tài)平衡較好，出料偏壁現(xiàn)象明顯好轉(zhuǎn)，該模具第一次上機(jī)出料就較為理想，除了幾處開口位出現(xiàn)輕微"收口"外，型材壁厚基本滿足公差精度要求，料頭整齊，中間型腔的供料情況良好，經(jīng)過(guò)修模調(diào)整流速后，模具擠出的型材滿足了客戶要求。

4.  薄壁大鋁方管（如圖十四所示）

    薄壁大方管（注：大圓管與其類似）一直是困繞鋁型材擠壓模具行業(yè)的難題，在生產(chǎn)實(shí)踐中，這種模具如果采用傳統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的話，很難生產(chǎn)出合格產(chǎn)品，往往模具一上機(jī)就會(huì)出現(xiàn)裂橋，模具的報(bào)廢率極高，不僅大大增加了生產(chǎn)成本而且延誤交貨周期，大方管與大圓管尤其在“小機(jī)擠大料”的情況下，是極為困難的。

    難點(diǎn)分析：雖然大方管的形狀對(duì)稱，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但是由于130x130mm 壁厚1.6mm的方管的模芯面積過(guò)大，壁厚過(guò)薄，模具中心的擠壓死區(qū)所產(chǎn)生的金屬變形抗力和金屬摩擦力過(guò)大，模具在承受高溫、高壓、高摩擦力的情況下，會(huì)發(fā)生嚴(yán)重變形，導(dǎo)致模具出現(xiàn)"裂橋"。

    如圖十五所示，模具工作時(shí)，由于受到壓力而出現(xiàn)彈性變形，模芯根部A處在彈性變形時(shí)受到拉應(yīng)力作用，由于橋位焊合水滴的存在，造成A處應(yīng)力集中，A處成為危險(xiǎn)部位，在生產(chǎn)實(shí)踐過(guò)程中，裂橋現(xiàn)象均發(fā)生在此處。

    為了解決模具強(qiáng)度問題，通?？梢圆扇?dǎo)流板，上模，下模等三件結(jié)構(gòu)，在導(dǎo)流板與上模之間留有一定的變形間隙，從而起到"保護(hù)"上模的作用（如圖十六所示）。在實(shí)際生產(chǎn)中，這樣的結(jié)構(gòu)可以大大改善模具的受力狀況，提高模具使用壽命，但是導(dǎo)流板三件結(jié)構(gòu)也存在一定的缺陷，由于增加了導(dǎo)流板，使模具的厚度增加（導(dǎo)流板與上模的厚度總和大大增加），金屬在模具中流動(dòng)距離過(guò)長(zhǎng)，這樣就會(huì)造成擠壓力大幅上升，擠壓速度也明顯降低。

    為了解決上述問題，我們?cè)?650噸擠壓機(jī)上（擠壓筒直徑為185mm）提出了全新的模具設(shè)計(jì)方案（如圖十七和圖十八所示）。

    新方案主要從降低擠壓力，減小橋位危險(xiǎn)部位的應(yīng)力集中入手，以及從增大模具強(qiáng)度和剛度的角度出發(fā)，進(jìn)行了全新的改進(jìn)。在降低擠壓力方面，新方案在進(jìn)料方向上設(shè)計(jì)了減壓角，為了減小金屬變形抗力，增加金屬流動(dòng)性，新方案設(shè)計(jì)了全新的分流錐結(jié)構(gòu)，最大限度的減少金屬流動(dòng)死區(qū)，將上模入料方向上設(shè)計(jì)成“碟型”入料結(jié)構(gòu)。在減小應(yīng)力集中方面，新方案大大加寬了橋位水滴，使危險(xiǎn)部位的應(yīng)力集中現(xiàn)象得到極大改善。同時(shí)，將橋位設(shè)計(jì)成全新的"拱形"結(jié)構(gòu)，（注：拱形橋結(jié)構(gòu)在土木工程中早有廣泛應(yīng)用，例如，以著名的趙州橋?yàn)榇淼?quot;拱橋"，以及水庫(kù)的混凝土"拱壩"等）。這種拱形結(jié)構(gòu)使模具橋位的受力方向發(fā)生了變化，模具橋位的受力被分解為向橋墩的分力F1和向模具外圓的分力F2（如圖十九所示），在提高模具整體剛度方面，通過(guò)增大模具外圓來(lái)實(shí)現(xiàn)，使模具橋位的受力狀態(tài)由"簡(jiǎn)支梁"變?yōu)?quot;固端梁"。

    實(shí)踐證明：這種全新的模具結(jié)構(gòu)顯著改善了模具橋位的受力狀態(tài)，大大提高了模具的使用壽命。同時(shí)，拱形結(jié)構(gòu)也增加了型材角部的焊合室深度，從而彌補(bǔ)了因水滴過(guò)寬而造成的角部供料不足和焊合質(zhì)量下降的缺陷。采用新設(shè)計(jì)方案的模具上機(jī)后，型材成型良好，經(jīng)過(guò)多次上機(jī)生產(chǎn)證明模具性能穩(wěn)定，模橋未出現(xiàn)裂紋，單套模具的出材支數(shù)提高到了1500支以上。

    綜上所述，合理的模具結(jié)構(gòu)不但能保證產(chǎn)品幾何形狀和尺寸精度，改善型材力學(xué)性能，而且還可以最大限度的降低擠壓力，提高擠壓速度，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的目標(biāo)。生產(chǎn)實(shí)踐證明，我們?cè)谀＞咴O(shè)計(jì)方面所進(jìn)行的大膽創(chuàng)新嘗試取得了良好的效果，不僅使擠壓機(jī)的單機(jī)產(chǎn)量得到顯著提高，產(chǎn)品質(zhì)量和檔次也上了一個(gè)新的臺(tái)階，給企業(yè)帶來(lái)了良好的經(jīng)濟(jì)效益。