年夜 型復(fù)雜截面鋁型材模具寬展布局優(yōu)化設(shè)計(jì)

1、媒介

今朝 ，國(guó)內(nèi)鋁擠壓行業(yè)成長(zhǎng) 迅猛，市場(chǎng)對(duì)年夜 尺寸截面鋁型材的需求量正逐年上升，然則 ，因?yàn)?5000噸以上的年夜 型擠壓機(jī)的裝備 投資較年夜 ，而且 ，年夜 型擠壓機(jī)的擠壓臨盆 本錢 較高，是以 ，國(guó)內(nèi)今朝 只有少數(shù)年夜 企業(yè)才裝備有5000噸以上的年夜 型擠壓機(jī)。而絕年夜 大都鋁型材臨盆 企業(yè)所裝備的擠壓機(jī)都是以4000噸以下的中小型擠壓機(jī)為主。用中小型擠壓機(jī)臨盆 幾何尺寸較年夜 的鋁型材時(shí)，因?yàn)?遭到 擠壓筒直徑的限制，這類鋁型材的擠壓臨盆 難度異常 年夜 ，小機(jī)出年夜 料問題一向 是困擾鋁擠壓模具行業(yè)的手藝 困難 。本文經(jīng)由過程 幾個(gè)具體的模具設(shè)計(jì)實(shí)例，談?wù)剰?fù)雜鋁型材寬展模具的設(shè)計(jì)體味 。

2、寬展設(shè)計(jì)道理

寬展模具就是在模具前端設(shè)置一個(gè)具有寬展功能的導(dǎo)流板，擠壓時(shí)使圓鑄錠發(fā)生 一次預(yù)變形，變形后的鑄錠截面年夜 致接近于寬厚比年夜 的鋁型材截面尺寸，使導(dǎo)流板的導(dǎo)流孔的寬度逐步 增年夜 到接近或年夜 于圓擠壓筒的內(nèi)徑，金屬再顛末二次變形流出模孔，以臨盆 出外接圓尺寸跨越 圓擠壓筒直徑的年夜 尺寸鋁型材。在進(jìn)行寬展模的設(shè)計(jì)進(jìn)程 中，要用到寬展率δB和寬展角β。

導(dǎo)流板的寬展率δB：

×100%,δB。

導(dǎo)流板的寬展角β為：

式中：δ----導(dǎo)流板的寬展率（每每在15%～35%局限 較適合 ）；

β----導(dǎo)流板的寬展角（一般β角小于30°）；

B2----為寬展直徑；

B1----為進(jìn)料直徑；

HB----為導(dǎo)流板的厚度。

寬展角在一般環(huán)境下都選擇在30度之內(nèi)，若是寬展角過年夜 ，金屬將呈現(xiàn)填充不良現(xiàn)象，然則 ，在特別的環(huán)境下，采取 特別的模具布局，可以沖破 常規(guī)極限，使寬展角設(shè)計(jì)的更年夜 。

3、寬展模設(shè)計(jì)實(shí)例

設(shè)計(jì)實(shí)例一：工程料年夜 裝潢 板（如圖1）

模具設(shè)計(jì)根基 參數(shù)：擠壓機(jī)噸位2500T，擠壓筒直徑φ236mm，擠壓系數(shù)18，模具直徑：φ460mm，合金商標(biāo) 6063，擠壓筒溫度400～430℃，鑄錠溫度,480～510℃，模具溫度460-480℃，擠壓速度8～15m/min。

難點(diǎn)闡發(fā)：該鋁型材幾何尺寸較年夜 ，壁厚較薄，客戶對(duì)幾何尺寸公役 和壁厚公役 要求嚴(yán)厲 ，鋁型材外接圓超越 了2500噸擠壓機(jī)模具進(jìn)料孔極限，而且，該鋁型材有兩個(gè)小模芯，因?yàn)?遭到 分流孔進(jìn)料直徑的限制，兩個(gè)小模芯的供料很難均衡 ，致使 小模芯在上下標(biāo)的目的上受力不均，小模芯輕易 發(fā)生嚴(yán)重偏移，從而影響出料成型，另外 ，因?yàn)?鋁型材中央 的空腔較年夜 ，模具的擠壓死區(qū)面積過年夜 ，造成擠壓力年夜 幅升高，是以 ，該鋁型材在臨盆 進(jìn)程 中極易呈現(xiàn)斜角，海浪 等缺點(diǎn) ，乃至 會(huì)發(fā)生模具裂橋報(bào)廢。為了有用 避免上述問題的發(fā)生 ，必需 從改良 模具的布局入手，使模具各部份 的供料平均 ，模芯受力均衡 。為了到達(dá) 杰出的出料結(jié)果 ，我們?cè)谠O(shè)計(jì)模具時(shí)采納導(dǎo)流板兩次分流的布局情勢(shì) ，導(dǎo)流板采納三孔沉橋的設(shè)計(jì)方案，如圖2所示，上模分流孔如圖3所示，模具布局如圖4所示。

該鋁型材的擺布部份 過失稱，右半部份 因?yàn)?兩個(gè)小公頭的存在，比左半部份 難出料，是以 ，在設(shè)計(jì)導(dǎo)流板時(shí)，應(yīng)充實(shí)斟酌 擺布兩部份 的供料比例。基于上述闡發(fā)，我們將該模具導(dǎo)流板設(shè)計(jì)成三孔布局，右半部份 由一個(gè)年夜 分流孔供料，并將導(dǎo)流板設(shè)計(jì)成“半月形”如圖2，這類 布局能有用 增年夜 模具外側(cè)邊沿 的供料，同時(shí)削減 中央 直沖部份 的供料，憑據(jù) 經(jīng)驗(yàn)公式較量爭(zhēng)論 ，導(dǎo)流板右側(cè) 的分流孔進(jìn)料面積與上下分流孔的進(jìn)料面積比例，設(shè)計(jì)為1:1.3。為使闊別 擠壓中間 的邊沿 部份 的鋁型材供料充實(shí)，導(dǎo)流板的分流橋采取 斜面向外過渡，以減小邊沿 部份 的金屬活動(dòng) 阻力。

經(jīng)上機(jī)試模證實(shí) ，這類 布局能有用 均衡 兩個(gè)小模芯的受力，鋁型材遍地 的金屬流量分派 較為公道 ，模具上機(jī)出料安穩(wěn) ，料頭整潔 ，遍地 壁厚較為平均 ，僅小公頭端面處出料略慢，兩個(gè)小模芯位置輕細(xì)收口，經(jīng)一次修模調(diào)劑 后，臨盆 的鋁型材成型抱負(fù)，完全知足 客戶要求。

設(shè)計(jì)實(shí)例二：工業(yè)鋁型材風(fēng)車中空機(jī)翼（如圖5）

模具設(shè)計(jì)根基 參數(shù)：擠壓機(jī)噸位2500T，擠壓筒直徑φ236mm，擠壓系數(shù)23，模具直徑：φ460mm，合金商標(biāo) 6063，擠壓筒溫度400～430℃，鑄錠溫度,480～510℃，模具溫度460-480℃，擠壓速度8～15m/min。

難點(diǎn)闡發(fā)：該鋁型材幾何尺寸較年夜 ，客戶對(duì)圓弧部份 精度要求較高。該鋁型材若是在3600噸擠壓機(jī)（擠壓筒直徑300mm—320mm）上臨盆 的話，較為輕易 ，然則 因?yàn)?遭到 裝備 前提 的限制，2500噸擠壓機(jī)的擠壓筒直徑偏?。?phi;236mm），給臨盆 造成了較年夜 的難度，該鋁型材雙方 闊別 擠壓中間 的位置供料較為堅(jiān)苦，出料今后 因?yàn)?流速不均，輕易 造成圓弧部份 變形，難以知足 客戶對(duì)圓弧部位尺寸精度的要求。同時(shí)，因?yàn)?模具的橫向橋位跨渡過 年夜 ，模芯處的擠壓死區(qū)面積也較年夜 ，使模具橋位的抗彎強(qiáng)度年夜 年夜 下降，在擠壓臨盆 進(jìn)程 中，當(dāng)模具承受較年夜 壓力載荷時(shí)，橋位的變形撓度增年夜 ，在橋位水滴處構(gòu)成 較年夜 的拉應(yīng)力，從而造成裂橋報(bào)廢。

針對(duì)上述問題，我們經(jīng)由過程 采取 導(dǎo)流板寬展布局，使鋁型材邊沿 部份 的供料充沛，同時(shí)，在導(dǎo)流板與上模之間預(yù)留變形間隙，對(duì)上模起到珍愛 感化 ，這類 布局能有用 提高模具橋位的抗彎強(qiáng)度。

我們將導(dǎo)流板（如圖6所示）設(shè)計(jì)成四孔布局，導(dǎo)流板的中央 架橋，分流橋采取 斜面向外過渡，目的是為了減小分流孔邊沿 部份 的金屬活動(dòng) 阻力。上模分流孔設(shè)計(jì)成八孔布局（如圖7所示），每一個(gè)導(dǎo)流板的進(jìn)料孔離別 為上模的兩個(gè)分流孔供料，模具布局如圖8所示

金屬經(jīng)由過程 導(dǎo)流板后，進(jìn)行了第一次預(yù)變形，經(jīng)由過程 調(diào)劑 導(dǎo)流板的進(jìn)料布局，可以使 模具各部份 的流速加倍 平均 ，另外，在導(dǎo)流板與上模之間留出必然 的預(yù)變形間隙，當(dāng)模具遭到 壓力感化 時(shí)，導(dǎo)流板可承受年夜 部份 變形載荷，從而削減 了上模的變形量，極年夜 地改良 了上模模橋的應(yīng)力散布 狀態(tài)，上模在擠壓進(jìn)程 中所發(fā)生 的變形撓度年夜 為減小，使模具橋位的抗彎強(qiáng)度年夜 年夜 增添 ，顯著提高了模具的利用 壽命。

在現(xiàn)實(shí) 臨盆 進(jìn)程 中，該模具出料安穩(wěn) ，料頭整潔 ，鋁型材遍地 壁厚平均 ，各個(gè)圓弧位的尺寸精度較高，臨盆 出的鋁型材成型狀態(tài) 異常 抱負(fù)，模具上機(jī)一次及格 ，年夜 年夜 縮短了交貨周期。

設(shè)計(jì)實(shí)例三:工業(yè)鋁型材布局立柱（如圖9）

模具設(shè)計(jì)根基 參數(shù)：擠壓機(jī)噸位2500T，擠壓筒直徑φ236mm，擠壓系數(shù)12，模具直徑：φ460mm，合金商標(biāo) 6063，擠壓筒溫度400～430℃，鑄錠溫度,480～510℃，模具溫度460-480℃，擠壓速度8～15m/min。

難點(diǎn)闡發(fā)：該鋁型材幾何尺寸較年夜 ，外形 復(fù)雜，鋁型材雙方 的兩個(gè)小公頭已 超越 了2500噸擠壓機(jī)的擠壓筒直徑（如圖9），是以 ，在2500噸擠壓機(jī)上臨盆 的難度很年夜 ，為了充實(shí)行 展 2500噸擠壓機(jī)的工作潛能，我們顛末具體 的強(qiáng)度校核較量爭(zhēng)論 ，設(shè)計(jì)了新布局的導(dǎo)流板，經(jīng)由過程 采取 寬展導(dǎo)流模的布局，用2500噸擠壓機(jī)成功臨盆 出了知足 客戶需求的及格 產(chǎn)物 ，年夜 年夜 下降 了臨盆 本錢 。

該鋁型材固然 在布局上擺布對(duì)稱，但外形 較為復(fù)雜，特別 在內(nèi)側(cè)有7個(gè)裝配凹槽，這些凹槽處供料較為堅(jiān)苦，在擠壓進(jìn)程 中輕易 造成收口變形等成型缺點(diǎn) ，同時(shí)，因?yàn)?擺布兩個(gè)小公頭已 超越 了擠壓筒直徑，輕易 發(fā)生嚴(yán)重偏壁，乃至 致使 模芯斷裂報(bào)廢，是以 ，在設(shè)計(jì)模具時(shí)，必需 包管 模具各部位供料均衡 和 模芯的受力均衡 。為了使模芯在擺布標(biāo)的目的上的受力到達(dá) 均衡 ，我們?cè)O(shè)計(jì)了年夜 寬展率的導(dǎo)流板，經(jīng)由過程 沉橋削減 了邊沿 阻力，使導(dǎo)流板寬展角最年夜 到達(dá) 38°（如圖10所示）。模具的上模分流孔采取 扇面狀平均 散布 （如圖11所示）。模具布局如圖12所示。

在設(shè)計(jì)進(jìn)程 中經(jīng)由過程 經(jīng)驗(yàn)公式較量爭(zhēng)論 ，調(diào)劑 各分流孔的供料面積，使鋁型材各個(gè)部位的流速加倍 平均 ，模芯的受力環(huán)境獲得 極年夜 改良 ，避免了偏壁現(xiàn)象。

該模具上機(jī)后，整體 出料環(huán)境較為抱負(fù)，料頭整潔 ，壁厚較為平均 ，但中橫處偏快，擺布凹槽偏慢，造成必然 水平 的收口變形，顛末修模調(diào)劑 后，該模具成功臨盆 出了及格 產(chǎn)物 。

設(shè)計(jì)實(shí)例四：年夜 型工業(yè)用散熱器鋁型材（如圖13所示）

模具設(shè)計(jì)根基 參數(shù)：擠壓機(jī)噸位2500T，擠壓筒直徑?236mm，擠壓系數(shù)8，模具直徑：￠460mm;合金商標(biāo) 6063，擠壓筒溫度400～430℃，鑄錠溫度,490～520℃，模具溫度460-480℃，擠壓速度6～12m/min。

難點(diǎn)闡發(fā)：該散熱器鋁型材有多處裝配位，客戶為了削減 后續(xù)的機(jī)加工本錢 ，對(duì)鋁型材的尺寸精度和平面度要求很高，而且 ，該鋁型材幾何尺寸較年夜 ，年夜 年夜 超越 了2500噸擠壓機(jī)的擠壓筒直徑（如圖13所示），該散熱器齒位壁厚2.0mm，中橫處壁厚達(dá)13mm，因?yàn)?較難出料的齒位處于闊別 擠壓中間 的邊沿 位置，而處于擠壓中間 的中橫處的壁厚較厚，是以 ，該鋁型材的齒位供料將極其 堅(jiān)苦，如采取 通俗 模具設(shè)計(jì)方案，該鋁型材中橫部份 的流速會(huì)很快，將難以節(jié)制 ，而齒位極可能 因流速過慢而造成塞模，乃至 偏齒。為認(rèn)識(shí) 決流速節(jié)制 的困難 ，必需 設(shè)計(jì)超年夜 寬展角的導(dǎo)流板，我們?cè)?500噸擠壓機(jī)上采取 了新奇 的“兩級(jí)復(fù)合導(dǎo)流板”布局。

一級(jí)導(dǎo)流板如圖14所示，該導(dǎo)流板采取 中央 架橋的兩孔布局，并向兩側(cè)進(jìn)行年夜 角度寬展，寬展角達(dá)41.3°。二級(jí)導(dǎo)流板如圖15所示，該導(dǎo)流板采取 10孔布局，鋁型材流速過快的中橫處被橋位完全遮擋，同時(shí)加年夜 兩頭 齒位處罰 流孔的供料面積，經(jīng)由過程 經(jīng)驗(yàn)公式較量爭(zhēng)論 ，我們將齒位處罰 流孔與中橫處罰 流孔的面積比例設(shè)計(jì)為1.8：1。同時(shí)，齒位處罰 流孔采取 直沖供料和沉橋的布局，如圖15所示。模具布局如圖16所示。

該模具的兩級(jí)導(dǎo)流板布局，能最年夜 限度的公道 分派 金屬流量和流速，當(dāng)金屬進(jìn)入一級(jí)導(dǎo)流板后，碰到 二級(jí)導(dǎo)流板橋位的反對(duì) ，金屬將更多的向兩真?zhèn)€ 齒位處罰 流，從而實(shí)現(xiàn)模具的流速和流量節(jié)制 。

該模具加工完成后，上機(jī)一次及格 ，鋁型材成型異常 抱負(fù)，齒位供料充沛，中橫處的流速獲得 有用 節(jié)制 ，料頭整潔 ，尺寸精度和平面精度較高，完全知足 客戶的要求。

4、小結(jié)：

本文經(jīng)由過程 現(xiàn)實(shí) 例子說了然鋁合金鋁型材擠壓寬展模具設(shè)計(jì)道理 的利用，采取 寬展布局的模具可以使擠壓機(jī)的工作潛能施展 到最年夜 水平 ，較好的解決了“小機(jī)出年夜 料”的臨盆 困難 。對(duì) 寬厚對(duì)照 年夜 的扁寬鋁型材，模具采取 導(dǎo)流板寬展布局，能有用 擴(kuò)大 金屬在模具中的活動(dòng) 局限 ，金屬在顛末導(dǎo)流板進(jìn)行第一次寬展預(yù)變形后，再進(jìn)入上模分流孔進(jìn)行第二次分流，模具的供料布局更加 平均 公道 ，這類 布局能顯著改良 鋁型材出料的成型度，同時(shí)年夜 年夜 提高模具的強(qiáng)度和不變性，在現(xiàn)實(shí) 臨盆 進(jìn)程 中，寬展?？梢曰蛟S 使擠壓機(jī)的工作潛能施展 到最年夜 水平 ，使“小機(jī)出年夜 料”的臨盆 困難 在很年夜 水平 上獲得 有用 解決。