鋁型材模具設(shè)計(jì)與制造

鋁型材模具設(shè)計(jì)與制造在鋁型材生產(chǎn)企業(yè)中，模具成本在型材擠壓生產(chǎn)成本中占到20%-40%。模具的好壞以及模具是否能夠合理使用和維護(hù)，直接決定了企業(yè)是否能夠正常、合格的生產(chǎn)出型材來。擠壓模具在型材擠壓生產(chǎn)中的工作條件是十分惡劣的，既需要在高溫、高壓下承受劇烈的摩擦、磨損作用，并且還需要承受周期性載荷作用。這都需要模具具有較高的熱穩(wěn)定性、熱疲勞性、熱耐磨性和足夠的韌性。為滿足以上幾項(xiàng)要求，目前在國(guó)內(nèi)普遍采用優(yōu)質(zhì)H13合金鋼，并采用真空熱處理淬火等方式來制作模具，以滿足鋁型材生產(chǎn)中的各項(xiàng)要求。由于型材產(chǎn)品結(jié)構(gòu)各種各樣，在實(shí)際生產(chǎn)中，模具的使用壽命差異也較大，有的無法使用達(dá)到預(yù)定產(chǎn)量，嚴(yán)重的甚至擠壓不到20條棒或上機(jī)不到2次就提前報(bào)廢，致使采用昂貴的模具鋼制作的模具遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能實(shí)現(xiàn)其應(yīng)有的效益。所以針對(duì)不同型材產(chǎn)品，結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，模具的設(shè)計(jì)至關(guān)重要。1.鋁型材模具設(shè)計(jì)與制造過程：（1）鋁型材結(jié)構(gòu)的評(píng)審優(yōu)化，盡量確保截面壁厚均勻，如果是多腔結(jié)構(gòu)，腔體尺寸盡量至少3mm以上。鋁型材斷面的設(shè)計(jì)原則：第一，端面大小的選擇。型材斷面大小用外形來衡量，外接圓越大，所需的擠壓壓力就越大。一般來說，每臺(tái)擠壓機(jī)上能擠壓的最大外接圓型材不是固定不變的，與擠壓筒直徑是有一定關(guān)系的，擠壓型材的最大外接圓一般比擠壓筒直徑小25~50mm，擠壓空心型材時(shí)則應(yīng)更小一些。第二，斷面形狀的復(fù)雜性。根據(jù)型材形狀主要分成三大類，即實(shí)心型材、半空心型材及空心型材。形狀不同，對(duì)模具以及工藝都有比較大的影響，。一般可以通過形狀因素指數(shù)來初步判斷型材擠壓的難度，指數(shù)F二型材外接圓直徑C*型材斷面周長(zhǎng)/型材斷面面積，指數(shù)值F越大，則型材就越難擠壓。第三，擠壓系數(shù)。合理的擠壓系數(shù)對(duì)于型材能否正常加壓是很重要的一個(gè)參數(shù)。一般來說，純鋁的擠壓系數(shù)可達(dá)300,6063合金可達(dá)200，硬鋁可選為20?60。第四，型材壁厚。某一特定型材壁厚最小值取決于型材的外接圓直徑的大小、合金成分和形狀因素等。一般6063合金壁厚取1mm時(shí)，6061合金就取為1.5mm左右，而7075合金則應(yīng)取為2.0?2.5mm。壁厚選擇除與材料有關(guān)外，還與外接圓直徑、斷面形狀等有關(guān)。型材外接圓尺寸或?qū)挾瘸叽缭酱?，設(shè)計(jì)的壁厚也應(yīng)越大。一般情況下，型材的寬厚比以小于30為宜；當(dāng)寬厚比大于50時(shí)，就比較難擠壓，當(dāng)寬厚比大于100時(shí)，屬特別難以擠壓成形的型材，需要輔助一些特殊技術(shù)措施，才能保證擠壓過程順利進(jìn)行。越難擠壓的斷面，要求有較大的壁厚，較小的寬厚比和較小擠壓系數(shù)。常見一些型材擠壓難易程度如下圖所示：型材類型壅軾希狀塑型示例 目箏新五樓材■?2行節(jié)斷創(chuàng)棒特3掀椎型材LljIJ-"L45半空心型材n<3M6薦壁3!材7對(duì)比大的型枳「卜]J=-TL-rLTUS□□a0勺簡(jiǎn)單空心型輔n-rnno口10苗孔空心以材郁目印一位。]112內(nèi)雄片室心型樹OQ?O13七盹空心甲村第五，包圍空間面積的設(shè)計(jì)。在型材的斷面形狀方面，凡有三面被包圍，一面開口的部分，稱之為空間面積。這個(gè)空間從模子方面來看是懸臂梁。當(dāng)懸臂梁細(xì)而深時(shí)，模子破損率就大，甚至很難擠壓出來，即使能擠壓出來，也是難擠壓出合格型材。第六，直角間的圓角半徑。凸出的直角上的過渡半徑是很重要的，過小模子上會(huì)發(fā)生應(yīng)力集中，而凹形的直角則在模孔入口處易于磨損，因此，應(yīng)盡量避免尖角。一般6063合金擠壓的型材，其最小圓角半徑可取R=0.4mm，其他合金應(yīng)取0.6mm以上。第七，型材的斷面尺寸公差。斷面尺寸公差應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品的加工余量、使用條件、型材擠壓的難易程度、合金牌號(hào)和形狀的部位來確定。（2）結(jié)構(gòu)評(píng)審?fù)瓿珊螅M(jìn)行模具設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)模具時(shí)，需用優(yōu)質(zhì)的模具鋼材，確保模具使用壽命。模具設(shè)計(jì)中重點(diǎn)要關(guān)注流量的控制，流道設(shè)計(jì)必須順暢，由大到小注意壓力釋放。流道設(shè)計(jì)時(shí)，要選擇合理的模孔數(shù)量及形狀，常用的擠壓比是20-60。還需要注意結(jié)合機(jī)臺(tái)選用，匹配合適的噸位機(jī)臺(tái)進(jìn)行擠出生產(chǎn)。在擠壓鋁合金制品時(shí)，模具要承受長(zhǎng)時(shí)間的高溫高壓、急冷急熱、反復(fù)循環(huán)應(yīng)力的作用，承受偏心載荷和沖擊載荷作用，承受高溫高壓下的摩擦作用等惡劣工作條件，對(duì)擠壓工模模具材料必須滿足一些基本條件：第一，高的強(qiáng)度和硬度值，模具材料在常溫狀態(tài)下抗拉強(qiáng)度要大于1500MPa;；第二，高的耐熱性。在高溫500°C條件下，有抵抗機(jī)械負(fù)荷的能力，而不過早地產(chǎn)生退火和回火現(xiàn)象。在工作溫度下，擠壓工具材料的抗拉強(qiáng)度不應(yīng)低于850MPa；模具材料的抗拉強(qiáng)度不應(yīng)低于1200MPa。第三，在常溫和高溫下具有高的沖擊韌性和斷裂韌性值，以防止模具在應(yīng)力條件下或在沖擊載荷作用下產(chǎn)生脆斷。第三，高的穩(wěn)定性。即在高溫下有高抗氧化穩(wěn)定性，不易產(chǎn)生氧化皮。第四，高的耐磨性。即在長(zhǎng)時(shí)間的高溫高壓和潤(rùn)滑不良的情況下，表面有抵抗磨損的能力，特別是在擠壓鋁合金時(shí)，有抵抗金屬的“粘結(jié)”和磨損模具表面的能力。第五，具有良好的淬透性。以確保工具的整個(gè)斷面有高的均勻的力學(xué)性能。第六，具有急冷急熱的適應(yīng)能力?？垢邿釕?yīng)力和防止工具在連續(xù)、反復(fù)、長(zhǎng)時(shí)間使用中產(chǎn)生熱疲勞裂紋。第七，高導(dǎo)熱性。能迅速地從工具工作表面散發(fā)熱量，防止被擠壓工件和工模本身產(chǎn)生局部過燒或過多地?fù)p失其力學(xué)強(qiáng)度。第八，具有一定的抗腐蝕性和良好的可氮化特性。第九，具有小的膨脹系數(shù)和良好的抗蠕變性能。第十，具有良好的加工性能，如易鍛造、機(jī)加工、熱處理等。中國(guó)常用的擠壓工模具材料有3Cr2W8V、5CrNiMo、4Cr5MoSi1、4Cr5MoSiV等。（3）經(jīng)過模具評(píng)審后，安排模具各部件進(jìn)行出圖，并按照?qǐng)D紙進(jìn)行模具加工及處理。模具整體的加工過程及流程如下圖所示：wwti司山一氮彳:SJ?社、吭亡項(xiàng)一I絹司程序和加—程序校苣wwti司山一氮彳:SJ?社、吭亡項(xiàng)一I絹司程序和加—程序校苣翔磨平宜圣膽程辱字號(hào)電叱.此加：對(duì)于新模具需要注意如下事項(xiàng)：1）模具氮化前需對(duì)工作帶進(jìn)行拋光至粗糙度Ra為0.4-08um°2）模子氮化前要求清洗干凈，不允許有油污裝入爐內(nèi)。3）氮化工藝要合理（以設(shè)備特性與模具材料而定），氮化后表面硬度為HV900-1200,氮化層厚度為0.18-0.2mm；應(yīng)防氮化層過厚、過硬，引起氮化層剝落，每套模子一般氮化3-5次。4）新模試模合格后，最多擠壓10個(gè)鑄錠就應(yīng)卸機(jī)進(jìn)行氮化，避免將工作帶拉出溝槽;兩次氮化之間不可過量生產(chǎn)，一般以60-100塊錠為宜，過多會(huì)將氮化層拉穿。由于氮化層組織尚不穩(wěn)定，應(yīng)該在擠壓5-10條棒后再次氮化。第二次氮化后，可擠壓40-80條棒。第三次氮化后以不超過100-120條棒為宜。氮化前工作帶一定要拋光，模具腔內(nèi)要清理干凈，不可殘留堿渣或異物顆粒。對(duì)于結(jié)構(gòu)復(fù)雜型材，模具每次一定要注意每次生產(chǎn)量，及時(shí)進(jìn)行氮化處理。4）使用后的模子拋光后應(yīng)涂油進(jìn)倉。2.鋁型材生產(chǎn)流程：

準(zhǔn)備模具，并進(jìn)行加熱。平模450-470°C；分流模460-480°C。保溫時(shí)間按模具厚度計(jì)算，按每1.5-2min/mm計(jì)算。一般越熱3?4h。將已裁切好需求長(zhǎng)度的鋁棒，傳送進(jìn)入預(yù)熱鋁棒的烤箱，在傳送進(jìn)入擠壓機(jī)，擠出型材。