建筑用鋁合金模板型材模具設(shè)計(jì)難點(diǎn)剖析

1. 綠色建筑鋁合金模板型材模具特點(diǎn)與手藝 難度闡發(fā)

1.1 概述

鋁合金建筑模板型材品種多達(dá)幾十種，并且 規(guī)款式 限 廣，有的型材是多塊外形 各別 的中小型材組拼成的一個(gè)年夜 型整體材，外接圓直徑年夜 于?600mm。有空心型材、實(shí)心型材和半空心型材，成形難度年夜 ，尺寸和形位精度要求高，要求有高的力學(xué)機(jī)能 ，?b?330MPa），良好的可焊性、耐磨、耐蝕等綜合機(jī)能 。并且 要求財(cái)產(chǎn)化批量生產(chǎn)。是以 ，要求分歧 情勢 的特殊布局的模具，如特殊分流模、掩蔽 式型材模、特種寬展模等才能包管 分歧 型材的成形和尺寸精度，并且 要求高的利用 壽命（要求利用 壽命要求較原用的提高2-3倍），確保其批量生產(chǎn)。以下僅從幾十種型材中拔取 兩種典型的、難度較年夜 的型材模具為例來評(píng)論辯論 綠色建筑鋁合金模板型材模具的設(shè)計(jì)與制造手藝 ，個(gè)中 一種為寬度達(dá)400mm，寬厚比年夜 于100的帶筋壁板型材WYY1237(見圖1)，另外一 種是舌比年夜 于5、尺寸和形位為超高級(jí)精度的半空心型材WYY1125（見圖2）。

1.2 鋁合金模板鋁型材模具特點(diǎn)與手藝 難度闡發(fā)

（1）模板鋁型材品種多、外形 復(fù)雜、尺寸轉(zhuǎn)變 年夜 ，是以 要求設(shè)計(jì)制造分歧 規(guī)格、分歧 布局、分歧 情勢 的優(yōu)良 模具，才能包管 成形和尺寸、形位精度，需要進(jìn)行年夜 量的實(shí)驗(yàn) 工作。

（2）模板要求財(cái)產(chǎn)化年夜 批量生產(chǎn)，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 壽命在原有根本上提高2-3倍，難度是十分年夜 的。

（3）扁寬形模板型材的寬、厚比年夜 于100以上，寬而薄的壁板部位尺寸精度和平面間隙都很難包管 ，需要一種特殊布局的寬展、分流模具公道 地分派 金屬流，才能包管 型材的成形和高精度尺寸要求，特殊是包管 超高精度的形位公役 ，手藝 難度更年夜 。

（4）模板鋁型材中半空心型材占多數(shù) ，其舌比年夜 于5，尺寸與形位要求精度為超高精度，需要一種特殊布局的模具才能包管 其型材成形，并到達(dá) 高精度，并且 要包管 模具有足夠的強(qiáng)度，不變形、不開裂、不壓塌，包管 高的利用 壽命，難度是異常 年夜 的。

（5）模板鋁型材要求輪廓光潔、尺寸和形位精度高，是以 需要采取 高質(zhì)量的模具鋼及嚴(yán)厲 的模具熱處置工藝、機(jī)加工悉數(shù) 實(shí)行 CNC工藝規(guī)程，才能取得 具有高強(qiáng)度、高韌性、高精度、低的輪廓粗拙 度的優(yōu)良 模具。

2.WYY1237和WYY1125模板鋁型材模具的設(shè)計(jì)根據(jù) 與手藝 要求

2.1 WYY1237模板鋁型材模具的設(shè)計(jì)根據(jù) 及手藝 要點(diǎn)

（1）WYY1237鋁型材的合金狀況 為6061ET6，擠壓材經(jīng)緊密水霧、氣淬火+人工時(shí)效后交貨，要求型材的尺寸與形位精度到達(dá) 超高精級(jí)程度 ，并具有杰出的力學(xué)機(jī)能 、耐磨、耐蝕、可焊等綜合機(jī)能 的公道 匹配。

（2）WYY1237鋁型材屬于扁寬薄壁型材（見圖1），其特點(diǎn)是輕易 產(chǎn)生 嚴(yán)重的壁厚差和平面間隙，型材兩頭 面因充料不足而壁厚尺寸不敷 ，WYY1237型材的寬、厚比值高達(dá) ，用通俗 平面模是達(dá)不到擠壓型材手藝 要求的，必需 設(shè)計(jì)一種特殊的組合模才能包管 成形和到達(dá) 精度要求。

（3）WYY1237鋁型材外廓尺寸年夜 ，必需 在7000噸以上的年夜 擠壓機(jī)生產(chǎn)，擠壓筒直徑為?418mm，型材寬度幾近 與擠壓筒直徑相當(dāng)，這就需要設(shè)計(jì)建造 一種特殊的多級(jí)寬展擠壓模，才能包管 型材成形及寬度精度與平面間隙。

（4）WYY1237型材的兩個(gè)支承腿與壁板角度為 ，形位公役 值已高于GB5237高精級(jí)劃定 ，需要頻頻 較量爭論 與平衡金屬流量的分派 才能包管 角度精度。用戶要求包管 該型材兩個(gè)角度精度是為了確保模板順?biāo)?裝卸和整體的平直度，模具的設(shè)計(jì)制造有極年夜 難度。

（5）要求選擇良好的模具材料，進(jìn)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。

圖1 建筑鋁合金模板型材—WYY1237產(chǎn)物 圖

2.2 WYY1125模板鋁型材模具的設(shè)計(jì)根據(jù) 與手藝 要求

（1）WYY1125模板型材的合金狀況 為6061ET6，擠壓材經(jīng)緊密水、霧、氣淬火+人工時(shí)效后交貨，要求型材尺寸與形位精度到達(dá) 超高級(jí)程度 ，并具有杰出的力學(xué)機(jī)能 、耐磨、耐蝕、可焊等綜合機(jī)能 的公道 匹配。

（2）WYY1125模板型材屬典型的高舌比半空心型材（見圖2）。該型材從外形 來看是從三個(gè)半方面籠罩，一方面有一部門啟齒 ，被籠罩部門為空間面積，這個(gè)面積從模子方面看是個(gè)懸臂梁，這個(gè)懸臂梁細(xì)而深，懸臂梁極易下塌，模子也很輕易 破壞 ，是很難擠壓出及格 型材的，也難以包管 型材尺寸精度和形位精度。

（3）該型材有三個(gè)90?轉(zhuǎn)角，個(gè)中 兩個(gè)角為 ，一個(gè)角為 ，這三個(gè)角度的公役 值都已超越 《國標(biāo)》的任何品級(jí) 劃定 。用戶要求包管 該型材三個(gè)角度精度是為了確保模板裝配整體的平直度，這給模具的設(shè)計(jì)制造帶來極年夜 難度。

（4）要求選擇良好的模具材料，進(jìn)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。

圖2 建筑鋁合金模板鋁型材—WYY125產(chǎn)物 圖

3.模板型材模具的設(shè)計(jì)制造手藝 方案與提高利用 壽命的辦法 與立異 點(diǎn)闡發(fā)

3.1 WYY1237鋁型材模具

（1）WYY1237鋁型材模具設(shè)計(jì)根據(jù) 與設(shè)計(jì)方案參數(shù)見表1和表2。

表1 WY1237鋁型材的模具設(shè)計(jì)參數(shù)表

表2 模子設(shè)計(jì)方案參數(shù)表

（2） WYY1237模的設(shè)計(jì)方案示意圖，見圖3。

圖3 建筑鋁合金模板型材WYY1237特種寬展分流組合模示意圖

（3）WYY1237型材模子設(shè)計(jì)方案要點(diǎn)及立異 點(diǎn)闡發(fā)

按照該扁寬薄壁鋁型材的寬厚比值高達(dá) ，屬于高難度擠壓型材，對(duì)其模具設(shè)計(jì)方案需要經(jīng)由 頻頻 較量爭論 和比較 闡發(fā)，才能肯定 最好 方案。終究 選擇分流寬展模與型材模相組合的特殊模具布局。

WYY1237-1# 模在初始并未設(shè)置吊橋，但該模經(jīng)上機(jī)試擠壓時(shí)，發(fā)現(xiàn)模槍彈 性變形較年夜 ，擠壓材尺寸不敷 不變，有的尺寸超下誤差 ，平面間隙也超差，由此，在維修-1#模時(shí)在寬展模子 孔內(nèi)安裝上了兩個(gè)吊橋，使其寬展模釀成 了分流寬展模，維點(diǎn)竄 良后的模具經(jīng)上機(jī)試擠壓，取實(shí)驗(yàn) 檢測成果，擠壓材的尺寸精度和形位精度完全知足 WYY1237型材的手藝 要求，嘗試證實(shí) 點(diǎn)竄 后的方案是公道 的。

在設(shè)計(jì)、制造-2#模、3#模、4#模時(shí)均采取 寬展分流模的設(shè)計(jì)方案，其設(shè)計(jì)特點(diǎn)與立異 點(diǎn)是：

直接在寬展?？變?nèi)設(shè)計(jì)兩個(gè)吊橋，構(gòu)成 三個(gè)分流孔，分流比K分=13，焊合腔深度40mm，焊合室采取 特殊外形 并設(shè)有4個(gè)橋墩以平衡金屬流量和提高模具的整體強(qiáng)度，從而使活動(dòng) 金屬在焊合室內(nèi)具有足夠高的靜水壓力。

在?？浊懊嬖O(shè)有金屬導(dǎo)流導(dǎo)槽，按型材外形 進(jìn)行第一次金屬分派 ，提高型材的成形結(jié)果 ；

寬展分流模的金屬進(jìn)口 處下沉20mm，可平衡 金屬活動(dòng) 并下降 擠壓力；

寬展分流模的分流孔安插與型材外形 類似 ，金屬流經(jīng)寬展分流孔的進(jìn)程 中逐步 由圓形鑄錠釀成 與型材外形 類似 的金屬流，公道 節(jié)制 了金屬分派 與調(diào)理 了金屬流速。；

兩側(cè)的分流孔向外成兩級(jí)寬展角，寬展角劃分為25?、5?，以增年夜 兩頭 ?？滋幍慕饘倭髁亢蛪毫?，便于填充。

模子設(shè)計(jì)尺寸及手藝 要求，見表3。

表3 WYY1237—1#模設(shè)計(jì)尺寸及手藝 要求表

（4）模子建造 要點(diǎn)

模具制造廠具有 國表里 最進(jìn)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(jī)床、數(shù)控雕銑機(jī)、低速線切割機(jī)等現(xiàn)代化機(jī)床，在模具建造 的全進(jìn)程 中已實(shí)現(xiàn)CAD/CAM/CAE全主動(dòng) 加工,可確保模具加工質(zhì)量。

WYY1237型材模選用國內(nèi)名牌廠家生產(chǎn)的4Cr5MoSiV1熱作模具鋼，電渣重熔鋼坯經(jīng)再鑄造 、退火后利用 ，模子熱處置經(jīng)1035?C高溫淬火+2次充實(shí)回火，模體硬度值在48-49HRC，模具輪廓強(qiáng)化處置采取 二階段氮化工藝，確保模子輪廓硬度值在HV950-1150，氮化層厚度100-160?m，從而提高模具利用 壽命。

（5）制品 模檢考試 收記實(shí)見表4。

表4 WYY1237—1# 制品 模檢測記實(shí)表

（6）試模記實(shí)見表5，模子經(jīng)2-3次維修與改良，1#模試模后已完全到達(dá) 手藝 要求，生產(chǎn)出及格 型材。2#模，3#模，4#模也已試模及格 。

表5 WYY1237 鋁型材模（第1、2次）試模的型材尺寸檢測記實(shí)

3.2 WY1125模板鋁型材的模具

（1）模具設(shè)計(jì)根據(jù) 與設(shè)計(jì)參數(shù)，見表6和表7。

表6 WYY1125鋁型材的模具設(shè)計(jì)根據(jù) 表

表7 WYY1125—2# 模設(shè)計(jì)參數(shù)表

(2) 掩蔽 式模子設(shè)計(jì)布局示意圖，見圖4。

圖4 建筑鋁合金模板鋁型材—WYY1125特殊半空心型材（掩蔽 式）擠壓模（2#模）示意圖

(3) 模子設(shè)計(jì)方案要點(diǎn)及立異 點(diǎn)闡發(fā)

按照WYY1125模板鋁型材的年夜 舌比特點(diǎn)，對(duì)這類 擠壓難度較年夜 的半空心鋁型材，對(duì)3個(gè)模具設(shè)計(jì)方案進(jìn)行闡發(fā)比較 ：

第一方案是常規(guī)的平面模，這類 模具易于建造 ，但因?yàn)?模子的懸臂部位直接承受變形金屬的感化 力而使懸臂下彎，不克不及 包管 擠壓材尺寸精度和形位公役 值，同時(shí)模具利用 壽命很短。

第二方案是在鋁型材的啟齒 處加一毗連條，使半空心鋁型材釀成 關(guān)閉 的空心鋁型材（見圖5），如許 便可 以按通俗 分流模設(shè)計(jì)建造 ，這類 布局的模具固然 可以或許 包管 產(chǎn)物 尺寸精度和形位公役 值，可是擠壓型材的毗連條需要在經(jīng)淬火、時(shí)效后撕失落 ，當(dāng)撕失落 毗連條后型材的毗連處粗拙 度很高，需要人工長時(shí)候 打磨，擠壓材制品 率很低并且 本錢 高。

圖5 WYY1125鋁型材的啟齒 處添加毗連條，使其變成 空心型材

第三方案是掩蔽 式模具布局，掩蔽 式模具設(shè)計(jì)道理 是用相當(dāng)于分流模的模芯部門掩蔽 下模模孔的懸臂部位，從而，模具的懸臂部位不直接承受變形金屬的感化 力（見圖6）。懸臂部位的頂部與上模模芯頂部留有間隙”d”（0.8-1.0mm），用來消弭 因中間 彈性曲折 變形或壓塌后對(duì)懸臂的壓力（見圖6）。這類 模子可有用 改良 由懸臂頂端部位?？讛D出型材的壁厚誤差 ，較好地包管 型材質(zhì)量。固然 模具建造 精度要求高，但模具制造廠具有 足夠的加工能力。

本公司起首 實(shí)行 第二方案，設(shè)計(jì)制造了WYY1125-1#（平面分流組合模）模。這套模具經(jīng)試模及格 后的擠壓材尺寸精度和形位精度都及格 ，可是給生產(chǎn)增加 了不小的工作量，生產(chǎn)效力 低，制品 率也下降 ，不合適 年夜 批量生產(chǎn)。最后，經(jīng)由 研究決議采取 第三方案—掩蔽 式布局的模具（WYY1125—2#模見圖4），模子尺寸設(shè)計(jì)及手藝 要求，見表8。

表8 WYY1125—2#模尺寸設(shè)計(jì)及手藝 要求

(4) 模子建造 要點(diǎn)

模具制造廠具有 國表里 最進(jìn)步前輩的模具加工裝備 ，數(shù)控車床、數(shù)控銑床、加工中間 、數(shù)控電火花機(jī)床、數(shù)控雕銑機(jī)、慢走絲線切割機(jī)等現(xiàn)代化機(jī)床，在模具建造 的全進(jìn)程 中已實(shí)現(xiàn)CAD/CAM/CAE全主動(dòng) 加工,可確保模具加工質(zhì)量。

WYY1125型材模選用國內(nèi)名牌廠家生產(chǎn)的4Cr5MoSiV1優(yōu)良 熱作模具鋼，電渣重熔鋼坯經(jīng)再鑄造 、退火后利用 ，模子經(jīng)1035?C高溫淬火+2次充實(shí)回火熱處置，模體硬度值確保48-49HRC。輪廓強(qiáng)化處置采取 二階段氣體氮化工藝，確保模子輪廓硬度值在HV950-1150，氮化層厚度100-160?m，以提高模具利用 壽命。

(5) 制品 模檢考試 收記實(shí)見表9。

表9 WYY1125-2#模檢測記實(shí)表

（6）試模記實(shí)見表10。經(jīng)二次修模與改良，2#模完全到達(dá) 手藝 要求，生產(chǎn)出及格 型材。

表10 WYY1125-2#模 兩次（第一次，第二次）試模的擠壓材檢測記實(shí)

4.模板鋁型材模具批量擠壓生產(chǎn)結(jié)果 闡發(fā)

4.1 WYY1237型材一共投做4套模，有3套模投入生產(chǎn)，有一套在待生產(chǎn)。現(xiàn)已 交生產(chǎn) 物 800多噸。個(gè)中 ，WYY1237-1#模因最初未設(shè)置吊橋，在擠壓進(jìn)程 中，模具彈性變形較年夜 ，型材的壁板中間 部位尺寸偏小，且平面間隙超差。經(jīng)研究決議在寬展模的孔腔內(nèi)安裝上了兩個(gè)吊橋，如許 既提高了模具的抗彎強(qiáng)度，也平衡 了金屬的活動(dòng) 。經(jīng)點(diǎn)竄 、維修后的WYY1237-1#模上機(jī)擠壓出的型材尺寸及格 。這套模在擠壓出200多噸型材后因呈現(xiàn)委靡裂紋報(bào)廢。模具利用 壽命較本來 25噸/每模提高了4倍以上。

在生產(chǎn)線上的-2#模、-3#模、-4#模都按-1# 點(diǎn)竄 模的布局設(shè)計(jì)制造的。此刻-2#模、-3#模正在生產(chǎn)線服役， 試模及格 的-4#模在生產(chǎn)線待用。

因?yàn)?模板型材模選用了優(yōu)良 模具鋼，并實(shí)行 了公道 的熱處置軌制 ，模具設(shè)計(jì)制造的全進(jìn)程 都采取 CAD/CAM/CAE全主動(dòng) 生產(chǎn)，每套模具都具有很高的制造質(zhì)量；擠壓廠同時(shí)嚴(yán)厲 模子利用 軌制 ，是以 ，每套模僅試模1-2次擠壓材就及格 ，修模量也比力小，利用 壽命也比力高，到達(dá) 了項(xiàng)目提高2-3倍的目的 。

4.2 WYY1125模板鋁型材一共設(shè)計(jì)制造4套模，個(gè)中 —1#模是按全關(guān)閉 空心鋁型材設(shè)計(jì)制造的，因?yàn)?這類 布局的模具固然 可以或許 包管 產(chǎn)物 尺寸精度和形位公役 值，可是，擠壓型材的毗連條需要在經(jīng)淬火、時(shí)效后撕失落 ，在撕失落 毗連條后的毗連處粗拙 度很高，需要人工長時(shí)候 打磨，如許 以來，擠壓材制品 率很低，且費(fèi)時(shí)費(fèi)工，使產(chǎn)物 本錢 提高，不克不及 構(gòu)成 批量生產(chǎn)，所以經(jīng)研究后摒棄 1#模。-2#模選用掩蔽 式模具布局，掩蔽 式模具的特點(diǎn)是用相當(dāng)于分流模的模芯部位掩蔽 下模?？椎膽冶鄄课?，使模具的懸臂部門不直接承受變形金屬的感化 力。-2#模經(jīng)兩次試模后擠壓材尺寸精度及格 、形位精度也及格 ，在此根本上又設(shè)計(jì)制造了2套掩蔽 式模（-3#模 和-4#模），個(gè)中 -2#、-3#模投入生產(chǎn)，試模及格 的 —4#模在生產(chǎn)線待生產(chǎn)。現(xiàn)已 交生產(chǎn) 物 120噸，利用 壽命已跨越 原有模具的4倍以上。—2#模生產(chǎn)擠壓材30多噸仍在利用 中。而—3# 模也在擠壓生產(chǎn)線服役，還有試模及格 的—4# 模在擠壓生產(chǎn)線待用。

因?yàn)?模板型材模選用了優(yōu)良 模具鋼，并實(shí)行 了公道 的熱處置軌制 ，每套模具都具有很高的強(qiáng)度和韌性，模子尺寸建造 正確 ，擠壓生產(chǎn)廠嚴(yán)厲 遵照 模子利用 軌制 ，是以 ，每套模試模次數(shù)少，修模量小，利用 壽命也比力高。到達(dá) 或跨越 項(xiàng)目提高2倍的目的 。

4.3 擠壓出型材證實(shí) ，WYY1237鋁合金模板型材模、WYY1125鋁合金模板型材模的設(shè)計(jì)制造質(zhì)量是靠得住 的，擠壓出的型材完全知足 用戶對(duì)鋁合金模板型材的手藝 要求，模具利用 壽命高，年夜 年夜 跨越 原有模具利用 壽命的2-3倍以上，并能知足 鋁合金模板型材財(cái)產(chǎn)化批量生產(chǎn)的要求。

5.小結(jié)

綠色建筑鋁合金模板型材的品種多，規(guī)款式 限 廣，外形 復(fù)雜，模具設(shè)計(jì)制造手藝 含量高，生產(chǎn)手藝 難度年夜 。本文僅選兩種典型的難度較年夜 的型材為例，對(duì)其模具的設(shè)計(jì)方案、制造工藝和立異 點(diǎn)進(jìn)行闡發(fā)評(píng)論辯論 ，對(duì)模具的擠壓結(jié)果 與利用 壽命進(jìn)行比較 ，可見優(yōu)良 模具在綠色建筑鋁合金模板型材財(cái)產(chǎn)化批量生產(chǎn)中起側(cè)重 年夜 的感化 。

（1）綠色建筑鋁合金模板型材品種多，手藝 要求高，外形 復(fù)雜，生產(chǎn)手藝 難度年夜 ，需要設(shè)計(jì)與制造多種特殊布局模具才能包管 擠壓材成形和各類 手藝 指標(biāo)。

（2）擠壓模具是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，要求從模具材料、模具設(shè)計(jì)與制造、模具熱處置和輪廓處置、模具利用 與保護(hù) 等各個(gè)環(huán)節(jié)慎密 連系 ，環(huán)環(huán)相扣才能制造出優(yōu)良 模具。

（3）本項(xiàng)目設(shè)計(jì)與制造出了特殊的二階段寬展分流組合模，包管 了寬厚比年夜 于100的高難度型材的成型及超高精度要求。設(shè)計(jì)制造了特殊的舌比年夜 的半空心型材（掩蔽 式）模具，包管 了超高精度舌比年夜 于5的半空心型材的成型與超高精度，并且 利用 壽命年夜 幅度提高，并實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)，具有明明的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

（4）因?yàn)?選用了優(yōu)良 模具材料的設(shè)計(jì)、制造工藝公道 、熱處置和輪廓處置進(jìn)步前輩，使模具利用 壽命提高了2-3倍以上，到達(dá) 了項(xiàng)目的要求。