綠色建筑鋁合金構(gòu)造 擠壓型材模具設(shè)計與制造研究

1. 綠色建筑鋁合金布局?jǐn)D壓型材模具特點與手藝 難度剖析

1.1 概述

綠色建筑鋁合金布局?jǐn)D壓材品種多達百余種，并且 規(guī)格規(guī)模廣，現(xiàn)代綠色建筑用鋁合金擠壓材年夜 多是不需要機械加工，而直接作為零部件來與相干 件共同利用 的，所以尺寸精度和形位精度要求都很高。布局材包羅管材（包羅圓管材、方管材和異形管材，且都是厚壁管；各類 異形型材（包羅空心型材、實心型材和半空心型材，且壁厚差年夜 ），成形難度年夜 ；和 各類 非凡 棒材。布局材的合金商標(biāo) 年夜 多是6061、6005A、6082等中強度鋁合金，還有2xxx、5xxx和7xxx等高強度高韌性鋁合金。鋁合金建筑布局?jǐn)D壓材要求有高的力學(xué)機能 ，sb?300MPa，良好的可焊性、耐磨耐蝕性和可冷彎成形性等綜合機能 。并且 要求工業(yè)化批量臨盆 。是以 ，要求分歧 情勢 的非凡 布局的模具，如非凡 導(dǎo)流模、特種寬展分流模才能確保分歧 產(chǎn)物 的成形和尺寸精度，并且 要求高的利用 壽命（要求利用 壽命提高2-3倍），確保其批量臨盆 。以下僅從百余種擠壓材中拔取 一種外接圓尺寸年夜 、有橫向增強 筋、成形難度較年夜 的雙孔厚壁管材WYY0770模具為例，來接洽鋁合金建筑布局?jǐn)D壓材模具的設(shè)計與制造手藝 特點， WYY0770雙孔管材斷面見圖1。

圖1 綠色建筑布局?jǐn)D壓材—WYY0770產(chǎn)物 圖

1.2 鋁合金布局?jǐn)D壓材模具特點與手藝 難度剖析

（1）綠色建筑布局鋁合金擠壓材品種多、外形 復(fù)雜、尺寸轉(zhuǎn)變 年夜 ，是以 要求設(shè)計制造分歧 規(guī)格、分歧 布局、分歧 情勢 的優(yōu)良 模具，才能實現(xiàn)鋁合金布局?jǐn)D壓材工業(yè)化年夜 批量臨盆 ，是以 需要進行年夜 量的實驗 開辟 工作。

（2）綠色建筑鋁合金布局?jǐn)D壓材要求工業(yè)化年夜 批量臨盆 ，重要 環(huán)節(jié)就是提高模具利用 壽命，本研制課題要求擠壓模具的利用 壽命要求在原有根本上提高2-3倍，難度是十分年夜 的。

（3）帶有橫向增強 筋的雙孔厚壁管的橫向增強 筋很難充料，需要一種非凡 布局的寬展導(dǎo)流模與分流模經(jīng)兩段擴大 加年夜 金屬流籠蓋 ?？缀凸?的分派 金屬流量，和 優(yōu)化擠壓工藝才能包管 雙管厚壁管的成形，手藝 難度很年夜 ，迥殊是年夜 型的厚壁雙孔管的成形和同時要求包管 焊合質(zhì)量則更難。

（4）綠色建筑布局鋁合金擠壓材的尺寸與形位精度都要求到達 高精級或超高精級程度 ，需要一種非凡 布局的模具才能包管 型材成形，并到達 高精度，并且 要包管 模具有足夠的強度，不變形、不開裂、不壓塌，有足夠利用 壽命，難度是很是年夜 的。

（5）綠色建筑布局鋁合金擠壓材要求輪廓光潔、尺寸和形位精度高，并且 利用 壽命長，是以 需要采取 高質(zhì)量的模具鋼及嚴(yán)酷的模具熱處置工藝和輪廓處置工藝，機加工所有實行 CNC工藝規(guī)程，才能取得 具有高強度、高韌性、高精度、低的輪廓粗拙 度的優(yōu)良 模具。

2.WYY0770年夜 型雙孔厚壁管材模具的設(shè)計根據(jù) 與手藝 要求

（1）WYY0770年夜 型雙孔厚壁管材的合金狀況 為6005FT6，擠壓材經(jīng)細密水、霧、氣淬火+人工時效后交貨，要求型材的尺寸與形位精度到達 超高精級程度 ，sb?300MPa，并具有精良的力學(xué)機能 、耐磨、耐蝕、可焊、可冷彎成形性等綜合機能 。

（2）WYY0770擠壓材為年夜 型雙孔厚壁管（見圖1），雙孔厚壁管的特點是輕易 產(chǎn)生 嚴(yán)重的壁厚差和平面間隙，雙孔管因充料不足而壁厚尺寸不敷 ，WYY0700雙孔管為寬450mm，高200mm的方管內(nèi)有一條橫向增強 筋。使單孔方管釀成 雙孔管，其難度就在于這條橫向增強 筋的充料不足，并且 要求有高的焊合質(zhì)量，用通俗 的分流模是達不到擠壓雙孔管手藝 要求的，必需 設(shè)計一種非凡 的組合模才能包管 成形和到達 精度要求。

（3）WYY0770年夜 型雙孔管材在7000噸擠壓機臨盆 ，擠壓筒直徑為f418mm，型材的外接圓（f498mm）年夜 于擠壓筒直徑(f418mm)，這就需要設(shè)計建造 一種非凡 的多級擴大 擠壓模，擴年夜 分流模焊合室的外接圓，才能包管 型材成型及尺寸精度與平面間隙尺寸要求。若是選用f460mm擠壓筒臨盆 ，金屬活動 與均衡 會有所改良 。

（4）WYY0770雙孔管的4個外角為90+/-30，8個內(nèi)角一樣 要求為90+/-30，形位公役 值已高于GB5237高精級劃定 ，需要頻頻 計較與均衡 金屬流量的分派 才能包管 角度精度。用戶要求包管 該型材兩個角度精度是為了確保型材順?biāo)?裝卸和整體的平直度，模具的設(shè)計制造簡直有極年夜 難度。

（5）要求選擇良好的模具材料，進步前輩的熱處置和輪廓處置工藝，確保模具的利用 壽命提高2-3倍。

3. 綠色建筑鋁合金布局型材WYY0770模具的設(shè)計制造手藝 方案與提高利用 壽命的辦法 與立異 點剖析

WYY0770型材在7000t擠壓機上采取 f418mm（方案Ⅰ）擠壓筒和f460mm擠壓筒（方案Ⅱ）進行擠壓臨盆 ，其模具設(shè)計、建造 手藝 剖析 以下 。

3.1 WYY0770年夜 型雙孔管模具設(shè)計根據(jù) 與設(shè)計方案參數(shù)見表1和表2

表1 WY0700年夜 型雙孔管的模具設(shè)計根據(jù) 參數(shù)表

表2 WY0700年夜 型雙孔管模型 設(shè)計方案參數(shù)表

3.2 WYY0770模的設(shè)計方案（Ⅰ）示意圖，見圖2，方案（Ⅱ）示意圖，見圖3。

圖2 綠色建筑年夜 型鋁合金布局?jǐn)D壓材WYY0700特種擴大 分流組合模示意圖（方案Ⅰ）

圖3 綠色建筑鋁合金年夜 型雙孔管材WYY0770的平面分流組合模設(shè)計示意圖（方案Ⅱ）

模具規(guī)格f800500mm：

上模厚度：260mm，上模金屬進口 部位車深20mm；下模厚度：240mm;

X(縱向)擴大 量180mm，擴大 角23度；Y橫向)擴大 量100mm，擴大 角12度.

3.3 WYY0770年夜 型雙孔管材模型 設(shè)計方案要點及立異 點剖析

憑據(jù) WYY0770年夜 型雙孔厚壁管材的特點，模具設(shè)計了兩個方案：方案Ⅰ和方案Ⅱ。其特點與立異 點剖析 以下 .

（1）方案Ⅰ。1#模是憑據(jù) f418mm擠壓筒設(shè)計制造的（見圖2）。因受擠壓筒直徑的限制，選擇導(dǎo)流模與分流模相連系 的模具布局（三件套）。這類 布局的模具金屬流需要進行兩級分流、寬展，導(dǎo)流模的分流孔對金屬進行第一階段分流、擴大 ，使圓錠逐步 變寬、變??；分流模上模的分流孔對來自導(dǎo)流模的變形金屬進行第二階段分流、寬展，使金屬逐步 變得更寬、更薄，與雙孔管材成類似 外形 ，并且 焊合室外接圓直徑到達 ?618mm，如許 可供給模孔邊部足夠多金屬流量。

該模具方案工作道理 ：是用較小的擠壓筒（f418mm）擠壓外接圓較年夜 的（f498mm）雙孔管材，它行使 兩階段分流、寬展增年夜 金屬流量和焊合室面積，使雙孔管材取得 擠壓成形，到達 尺寸精度要乞降 形位精度要求。

雙孔管材的增強 筋金屬的供給是采取 在導(dǎo)流模、分流模上模的中間 部位開一亞鈴式的階梯形分流孔直接供流，確保增強 筋部位模孔公道 的金屬供流。

用導(dǎo)流模與分流模組合的WYY0700雙孔管材1#模已臨盆 出及格 擠壓材，并已交付用戶利用 。

1#模固然 臨盆 出及格 擠壓材，可是，該布局模具存在一些具體問題：

模具設(shè)計根據(jù) 擠壓筒直徑（f418mm）偏小，擠壓筒截面積也較小，為提高金屬變形率，提高雙孔管材的力學(xué)機能 ，在不得已的情形 下采取 三件套（導(dǎo)流模+分流模）模具布局；

在擠壓進程 中，金屬流經(jīng)線路 較長，磨擦 力過年夜 ，損耗過量 擠壓力，產(chǎn)物 尺寸不敷 不變，同時，因為 擠壓筒直徑小，分流比也較小，會影響厚壁管的焊合質(zhì)量。

在擠壓進程 中導(dǎo)流模與分流模的分流孔中裝滿金屬，在繼續(xù)擠壓下一個鑄棒時，因為 分流孔中過量 的殘留金屬一方面下降 產(chǎn)物 制品 率，另外一 方面增添 了擠壓材的縮尾（或縮頭）缺點 料的長度，進一步下降 了產(chǎn)物 制品 率，臨盆 效力 也低，本錢 提高。

針對該布局模具存在上述問題，所以設(shè)計了方案Ⅱ，方案Ⅱ采取 年夜 直徑的擠壓筒（f460mm），加年夜 產(chǎn)物 的擠壓比和擠壓材變形率，改良 了產(chǎn)物 的組織和力學(xué)機能 ，同時提高產(chǎn)物 制品 率。分流比也增年夜 ，如許 可提高管材的力學(xué)機能 與焊合質(zhì)量，同時也可提高臨盆 率，下降 臨盆 本錢 。

（2）方案Ⅱ。2#模是憑據(jù) f460mm擠壓筒設(shè)計制造的（見圖3）。這套模具的布局是非凡 寬展分流模（兩件套）。

這類 方案的工作道理 是在擠壓力的感化 下，圓鑄錠經(jīng)由過程 上模的分流孔的分流、寬展，逐步 釀成 與雙孔管材的外形 類似 ，焊合室的外接圓直徑到達 f600mm,焊合室深度取40mm，足以使活動 金屬在焊合室構(gòu)成 高的靜水壓力，包管 管材的焊合質(zhì)量。

雙孔管材的增強 筋部份 供流是在分流模上模的中間 部位開兩個小型的階梯形分流孔直接供流，確保增強 筋部位?？坠?的金屬供流，能包管 橫筋布滿 ，尺寸和形位到達 高精級的要求。

方案Ⅱ?qū)φ?方案Ⅰ具有以下 長處 ：

從模具強度來講 ，模具的分流部份 減薄，金屬流經(jīng)線路 減短，下降 擠壓力，提高模具的整體強度；

從模具設(shè)計、制造難度來講 ，可年夜 年夜 下降 模具制造本錢 ；

利用 年夜 的擠壓筒，l和K都增年夜 ，既包管 了力學(xué)機能 又能提高焊合質(zhì)量。并且 能提高臨盆 效力 和產(chǎn)物 制品 率，下降 臨盆 本錢 。

實踐證實 ，在利用 f460mm的擠壓筒后，按第Ⅱ方案模具制造廠設(shè)計制造了一套2#模（見圖3）用于臨盆 WYY0770雙孔管材，新模具經(jīng)2次試模及維修就擠壓出及格 的雙孔管材，產(chǎn)物 尺寸很不變，組織、力學(xué)機能 和尺寸與形位精度都到達 手藝 前提 要求，并且 模具利用 壽命年夜 年夜 提高。

（3）模型 設(shè)計尺寸及手藝 要求，見表3。

表3 WYY0770年夜 型雙孔管模型 尺寸設(shè)計及手藝 要求表

3.4 模型 建造 手藝

模具制造廠具有 國表里 最進步前輩的模具加工裝備 ，數(shù)控車床、數(shù)控銑床、CNC加工中間 、數(shù)控電火花機床、數(shù)控雕銑機、低速線切割機等現(xiàn)代化機床，在模具建造 的全進程 中已實現(xiàn)CAD/CAM/CAE全主動 加工,可確保模具加工質(zhì)量。

WYY0700型材模選用國內(nèi)名牌廠家臨盆 的4Cr5MoSiV1熱作模具鋼，經(jīng)在鑄造 、退火后利用 ，模型 熱處置經(jīng)1035攝氏度高溫淬火+2次充裕 回火，模體硬度值在48-49HRC，輪廓處置采取 二階段氣體氮化工藝，確保模型 輪廓硬度值在HV1000-1250，氮化層厚度100-160μｍ，以提高模具利用 壽命。

3.5 制品 模檢考試 收記實見表4

表4 WYY0700年夜 型雙孔管材制品 模檢測記實表

3.6 擠壓試模記實見表5

表5 WYY0700 年夜 型雙孔管材模（第1、2、3次）試模的產(chǎn)物 尺寸檢測記實

4.年夜 型雙孔管材模具批量擠壓臨盆 結(jié)果 剖析

4.1 WYY0770年夜 型雙孔厚壁管材共投做2套模，方案Ⅰ1#模，方案Ⅱ2#模各一套

1#模是在利用 ?418mm擠壓筒的根本上設(shè)計制造的，已擠壓出及格 擠壓材，交付用戶利用 ，到今朝 已交付 500噸。2#模是在利用 ?460mm擠壓筒的根本上設(shè)計制造的，已臨盆 及格 的雙孔管材 600多噸。兩套模具臨盆 的雙孔管材的尺寸精度、形位精度都合乎GB5237高精級尺度 。單模利用 壽命都跨越 100噸，2#模壽命高于1#模，1#模和2#模的利用 壽命都跨越 原有模具壽命的3倍以上。

因為 WYY0770雙孔管材模選用了優(yōu)良 模具鋼，并實行 了進步前輩的熱處置軌制 ，全進程 都采取 CAD/CAM/CAE全主動 臨盆 ，每套模具都具有很高的制造質(zhì)量，型材擠壓廠嚴(yán)酷遵守 模型 利用 軌制 ，是以 ，1#模試模3次，2#模試模2次就及格 ，修模量對照 小，利用 壽命對照 高，到達 了項目提高2-3倍的目的 。

4.2 擠壓臨盆 證實 ，利用 ?418mm擠壓筒設(shè)計制造1#模的方案Ⅰ是可以臨盆 出及格 擠壓材的，但相對對照 利用 ?460mm擠壓筒設(shè)計制造2#模的方案Ⅱ更公道 些，產(chǎn)物 尺寸精度和形位精度更不變，產(chǎn)物 的組織和機能 更好，模具的利用 壽命也更高。能知足 綠色建筑布局材的工業(yè)化、年夜 批量臨盆 的要求。

5.小結(jié)

綠色建筑鋁合金布局型材的品種多，規(guī)格規(guī)模廣，外形 復(fù)雜，模具設(shè)計制造手藝 含量高，臨盆 手藝 難度年夜 。本文僅選一種典型的難度較年夜 的型材為例，對其模具的設(shè)計方案、制造工藝和立異 點進行剖析 接洽，對模具的擠壓結(jié)果 與利用 壽命進行比較 ?？梢妰?yōu)良 模具在鋁合金布局?jǐn)D壓型材工業(yè)化批量臨盆 中起側(cè)重 年夜 的感化 。

（1）綠色建筑鋁合金布局?jǐn)D壓材品種多，外形 復(fù)雜，手藝 要求高，根基 上不經(jīng)機械加工，但有時要冷彎成形后利用 ，臨盆 手藝 難度年夜 ，需要設(shè)計與制造多種非凡 布局模具才能包管 擠壓材成形和各類 手藝 指標(biāo)，年夜 型的擠壓材需要年夜 型擠壓機上用年夜 直徑擠壓筒臨盆 ，對工模具要求是很高的。

（2）布局用鋁合金擠壓材年夜 都采取 6061T6、6082T6、6005AT6、7003、7005等中硬鋁合金臨盆 ，有時還用2xxx合金、5xxx合金、7xxx等高強、高韌鋁合金臨盆 ，合金元素含量都對照 高，可擠壓性都較6063合金小很多 ，擠壓阻力年夜 ，成形很堅苦，所以在設(shè)計制造擠壓模時，必然 要嚴(yán)酷遵守 鋁合金擠壓時金屬活動 紀(jì)律 ，設(shè)計特種布局模具公道 分派 金屬量和節(jié)制 流速，盡可能 削減 擠壓阻力和均衡 流速。研究和臨盆 實踐證實 ，在f460mm擠壓筒上采取 2#模擠壓年夜 型雙孔厚壁管材才結(jié)果 比在?418mm擠壓筒上采取 1#模好很多 。

（3）擠壓模具是一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程，要求從模具材料、模具設(shè)計與制造、模具熱處置和輪廓處置、模具利用 與保護 等各個環(huán)節(jié)慎密 連系 才能制造出優(yōu)良 模具。

（4）因為 選用了優(yōu)良 模具材料，設(shè)計非凡 布局的模具、制造工藝公道 、熱處置和輪廓處置進步前輩，不但 包管 了產(chǎn)物 的成形和尺寸、形位精度與輪廓質(zhì)量及焊合質(zhì)量，并且 使模具利用 壽命提高了3倍以上，到達 了項目的要求。