零工作帶法
提高鋁型材擠壓速度是鋁型材擠壓企業(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)行擠壓模具設(shè)計(jì)時(shí)，相比常規(guī)的設(shè)計(jì)方法，整體降低擠壓模具工作帶的高度，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。
一種零工作帶模具，包括模套，在模套中設(shè)置模面和模墊，模面的出料端與模墊的進(jìn)料端貼合，模墊的出料端設(shè)置第一支撐墊和第二支撐墊，在模墊上設(shè)置模墊出料孔；在所述模面上設(shè)有導(dǎo)流坑、工作帶和模面出料空刀，導(dǎo)流坑位于模面的進(jìn)料端，橫面出料空刀位于模面的出料端，工作帶位于導(dǎo)流坑和模面出料空刀之間；其特征是：所述工作帶傾斜設(shè)置于導(dǎo)流坑的出料端面。本發(fā)明能夠保證在擠壓過(guò)程中產(chǎn)品尺寸的穩(wěn)定性和產(chǎn)品的擠壓速度，相應(yīng)地提高生產(chǎn)效率和模具的壽命。
圖2 “零工作帶”模具
“零工作帶”工模具設(shè)計(jì)概念：
首先我們要了解工模具設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)名稱，它通常包括分流孔、橋位、橋墩、倒橋、空刀、模角、工作帶（定徑帶）、焊合室、模芯等等名稱。工作帶是工模具設(shè)計(jì)中一個(gè)最重要的基本參數(shù)之一，工作帶是工模具中垂直工作端面并用以保證壓制品的形狀、尺寸和表面質(zhì)量。
“零工作帶” 顧名思議就是工作帶的長(zhǎng)度為“零”，為減少與金屬的摩擦阻力，降低擠壓力防止黏結(jié)金屬，提高擠壓速度有很好的效果。
“零工作帶”工模具的應(yīng)用前必須制定嚴(yán)格的生產(chǎn)加工工藝和使用要求，才能發(fā)揮它達(dá)到快速擠壓、提高模具壽命的優(yōu)點(diǎn)。
“零工作帶”工模具設(shè)計(jì)要求：
“零工作帶”工模具設(shè)計(jì)必須建立在流量、流速均勻的情況下，不然需通過(guò)改變分流孔大小、增加多級(jí)焊合臺(tái)階等來(lái)進(jìn)行調(diào)整，下面我們以一款實(shí)際運(yùn)用的設(shè)計(jì)案例進(jìn)行剖析：
設(shè)計(jì)參數(shù)：
擠壓機(jī)噸位：2000T， 鋁棒直徑：￠203 合金狀態(tài)：6063-T5 擠壓比：72模具規(guī)格：￠300*135 壁厚: 0.6MM 斷面外接圓: ￠42 孔數(shù): 六孔
設(shè)計(jì)特點(diǎn):
1、由于壁厚薄擠壓比大采用一出六多孔設(shè)計(jì)方案；
2、為提高擠壓速度采用上下模“零工作帶”設(shè)計(jì)理念；
3、為保證型材尺寸精度、表面質(zhì)量、流速均勻采用多級(jí)焊合和增加二級(jí)下空刀；
4、“零工作帶”理論上工作帶為零，但由于設(shè)備、加工等因素實(shí)際上工作帶設(shè)計(jì)可以定為0～0.5MM左右；
5、為防止工作帶黏結(jié)金屬、保證工作區(qū)域強(qiáng)度，將出料空刀加工成5°促流角；
6、為減短金屬與孔壁的摩擦阻力，模具規(guī)格做成三合一組合，上模厚度在保證強(qiáng)度的情況下減薄至極限，橋位寬度盡量偏薄；
“零工作帶”工模具材料要求：
眾所周知鋁型材工模具在使用過(guò)程中需要承受十分惡劣的工作條件與環(huán)境，因此對(duì)工模具鋼材的組織與性能提出了十分高的要求，組織方面要求基體組織的化學(xué)成分及分布、晶粒大小等都需符合國(guó)標(biāo)GB/T 1299-2000標(biāo)準(zhǔn)，性能方面要具有高的強(qiáng)度和硬度、高的沖擊與斷裂韌性、高的耐熱性與回火性、高的耐磨性及高的加工性能等等；
“零工作帶”工模具由于特殊的工作帶結(jié)構(gòu)，需要優(yōu)質(zhì)的組織與性能，特別是高的耐磨性能。材料為4Cr5MoSiV1（H13），一般的鍛造圓鋼已不能滿足“零工作帶”工模具材料要求，為提高模具使用壽命要求使用鍛造電渣重熔鋼（二次煉鋼過(guò)程）或引進(jìn)國(guó)外的優(yōu)質(zhì)鋼材如日本SKD62、瑞典的8407等，好的材料組織與性能是確保“零工作帶”工模具開發(fā)成功的基石。
“零工作帶”工模具熱處理要求：
“零工作帶”工模具比普通工模具對(duì)熱處理的要求更高，特別是在熱處理后組織性能更高，硬度要求更加均勻，“零工作帶”工模具的使用壽命很大程度上取決熱處理質(zhì)量，為此“零工作帶”工模具必須采用先進(jìn)的熱處理方法與工藝，火前預(yù)熱、多次回火工藝等方法都能很好的提高材料熱處理后的性能要求，降低熱應(yīng)力存在的風(fēng)險(xiǎn)，熱處理后硬度控制在HRC48～51，為減少工模具因熱處理后外形尺寸的變形、減少氧化脫碳、燒損等缺陷，最好的方式是采用先進(jìn)的真空熱處理爐設(shè)備，同時(shí)完成淬火與回火工作，既保證了表面光潔度又能保證組織性能。
“零工作帶”工模具加工要求：
加工水平與加工精度是決定“零工作帶”工模具成功開發(fā)的關(guān)鍵因素之一，為保證產(chǎn)品的表面質(zhì)量，要求?？住⒑负锨?、型腔的表面粗糙度Ra達(dá)到0.8～0.4μm，模具端面的粗糙度Ra達(dá)到1.6μm 以下,模具的型腔壁厚精度達(dá)到±0.01MM，如用傳統(tǒng)的加工工藝和設(shè)備是根本達(dá)不到這種精度要求，因此必須采用先進(jìn)的加工制造設(shè)備來(lái)保證，如數(shù)控車床、數(shù)控雕刻機(jī)、數(shù)控加工中心（CNC）、高精度慢走絲設(shè)備等，由于上模模芯工作帶采用特殊工藝加工（促流角），故數(shù)控加工中心（CNC）對(duì)刀具的要求特別高，為了保證加工精度，選用進(jìn)口耐磨的特質(zhì)帶有角度高強(qiáng)度鎢鋼刀，如：三特維特，三高維特等瑞士進(jìn)口刀具；同樣下模采用特殊工藝工作帶加工成一定角度的促流角，故對(duì)慢走絲的性能提出高要求，一般情況下選用夏米爾、三菱等進(jìn)口設(shè)備。
“零工作帶”工模具使用鑄棒要求：
目前“零工作帶”工模具只適合于擠壓軟合金材料，例如：Al-Mg-Si系可熱處理強(qiáng)化鋁合金，合金強(qiáng)化相為Mg2Si，有良好的擠壓性能和低的淬火敏感性，高溫塑性好，淬火溫度范圍寬，臨界淬火速度小。為不斷提高“零工作帶”工模具的使用壽命，對(duì)合金材料提出了較高的要求，通常要求鑄棒表面光潔、組織細(xì)化，成分分布均勻。合理的調(diào)整Si、Mg元素的質(zhì)量比例有助于提高材料的綜合性能，Si元素適當(dāng)過(guò)剩對(duì)晶粒細(xì)化，改善合金強(qiáng)度有益。為了減少和消除鑄錠的晶內(nèi)偏析，改善其化學(xué)成分和組織結(jié)構(gòu)的不均勻性，對(duì)鋁合金鑄棒進(jìn)行均勻化處理，有條件的使用長(zhǎng)棒加溫爐對(duì)鑄棒延長(zhǎng)加溫時(shí)間，也能起到一定程度上對(duì)鑄棒均質(zhì)的效果。
“零工作帶”工模具擠壓操作工藝要求：
“零工作帶”工模具對(duì)型材擠壓的工藝有嚴(yán)格的要求，例如：上述案例制定的工藝要求是：鑄棒加熱溫度：460℃；模具加熱溫度：470℃，模具加熱時(shí)間3h以上；擠壓筒加熱溫度400℃；擠壓速度：30m/min；出料口溫度525-540℃；冷卻方式為在線風(fēng)冷。（附生產(chǎn)效果圖）
操作工藝要求：
1、定期或不定期的對(duì)“三溫”進(jìn)行測(cè)量并作好運(yùn)行記錄；
2、為保證出料的穩(wěn)定與真實(shí)性，“零工作帶”工模具試模棒數(shù)不少于三棒；
3、多孔模具必須配備單牽引或雙牽引設(shè)備；
4、為防止模具彈變影響“零工作帶”的有效作用，必須配備專用模墊與仿形支承墊；
5、對(duì)于一模多孔模具在出料口配備專用石墨導(dǎo)流筒（附圖1）
6、為防止多支料出料互相纏繞，制做專用的分離架（附圖2）
7、任何一款模具上機(jī)前需認(rèn)真檢查和調(diào)正模架中心，確保工模具中心與擠壓筒、軸在同一軸心線上；
“零工作帶”工模具維護(hù)保養(yǎng)要求：
“零工作帶”工模具維護(hù)保養(yǎng)有別于常規(guī)工模具，因其型腔工作區(qū)域的不同，維護(hù)保養(yǎng)要求就顯得相當(dāng)重要。
首先探討修模方法與常規(guī)模具的不同之處，
流速問(wèn)題：工模具如存在流速不均導(dǎo)致出料不符合型材尺寸要求，需采用合金銑刀對(duì)型模多級(jí)焊合腔的高度或?qū)挾冗M(jìn)行調(diào)整，也可以對(duì)模芯下空刀寬度進(jìn)行調(diào)整，最終達(dá)到各節(jié)點(diǎn)流速均勻；
流量問(wèn)題：由于分流孔布置不合理 （各孔金屬流動(dòng)均勻性）導(dǎo)致型材出料快慢不一，甚至出現(xiàn)塞?，F(xiàn)象發(fā)生，修模方法方面在保證模具強(qiáng)度的情況下首先采取模具進(jìn)料面沉橋加快流量的辦法，下沉深度和橋位位置根據(jù)出料情況結(jié)合設(shè)計(jì)思路進(jìn)行計(jì)算確定；
為提高模具的使用壽命，表面處理相當(dāng)重要，“零工作帶”工模具上機(jī)調(diào)試前必須先進(jìn)行一次表面滲氮處理，表面滲氮處理能使模具在保持足夠韌性的前提下大大提高模具的表面硬度，以減少模具使用時(shí)產(chǎn)生熱磨損。氮化前工作帶區(qū)域、分流孔、焊合腔體等一定要進(jìn)行清理干凈，不可殘留堿渣或異物顆粒。有條件的企業(yè)可以引進(jìn)或采用目前較先進(jìn)的表面處理方式，例如低溫電滲硼化處理、PVD-TIN涂層處理等都能大大的提高表面硬度與強(qiáng)度，從而延長(zhǎng)模具使用壽命。
