建筑鋁型材擠壓模具設計難點闡發(fā)

1、 平易近 用建筑鋁型材的特點

經濟的成長 和人平易近 糊口程度 的提高，促使平易近 用建筑鋁合金鋁型材的品種和數(shù)目 敏捷 增進 。今朝 ，世界列國 建成了上千條平易近 用建筑鋁型材臨盆 線，其工藝設備 、臨盆 工藝和模具的設計與制造均已根基 定型，具有尺度 化、系列化的特點。

(1)平易近 用建筑鋁型材絕年夜 大都采取 6063－T5/T6鋁合金臨盆 ，這是由于 6063鋁合金質輕，有杰出的塑性，工藝成形性能好，概況處置性能優(yōu)秀 ?？梢杂盟R盆 出輕盈、美不雅 、耐用的優(yōu)良 鋁型材。

(2)世界上已研制出上萬種建筑鋁型材。其橫截面積規(guī)模為0.1～100cm2，外接圓直徑規(guī)模為φ8～350mm，腹板厚度規(guī)模為0.6～15mm。

(3)鋁型材壁薄，絕年夜 大都鋁型材的壁厚度為0.6～2mm，外形 十分復雜，且斷面轉變 猛烈 ，相干 尺寸精度要求高，手藝 難度年夜 ，年夜 大都為超高精度薄壁鋁型材。

(4)建筑鋁型材中的空心制品比例很年夜 ，空心鋁型材與實心鋁型材的比例年夜 約為1:1，并且 內腔多為異型孔，有的經常 為多孔異形薄壁空心制品。

(5)一組建筑鋁型材需要組裝成份 歧 的門窗系列或其他的建筑布局，是以 共同面多，裝配尺寸多，裝潢 面多。為了削減 鋁型材品種，要求鋁型材具有通用性和交換 性，這就提高了鋁型材的精度要乞降 概況品質要求。

由于平易近 用建筑鋁型材具有上述特點，加年夜 了模具設計與制造的難度。

2、 平易近 用建筑鋁型材模具設計難點

平易近 用建筑鋁型材模具的設計除 遵守 通俗 模具的設計原則之外 ，還有以下 特點：

(1)擠壓機(擠壓筒)的最好 比壓規(guī)模為350～700Mpa；

(2)擠壓系數(shù)的最好 規(guī)模為30～80；

(3)最好 比壓和擠壓系數(shù)可經由過程 擠壓機、擠壓筒、擠壓工藝參數(shù)、鑄錠長度和 模孔孔數(shù)來進行調理 。

2．1模具種類及其布局特征

擠壓平易近 用建筑鋁型材的模具可分為平面模和空心模兩年夜 類?？招哪Ｓ挚煞譃槠矫娣至鹘M合模、星形組合模、舌型模，個中 平面分流組合模最為經常使用 ，占95%以上。

平面模用于擠壓實心鋁型材，模型 可以做得很薄，在14.7MN以下的中小型擠壓機上使用的模型 可以薄到20～25mm，15.7～34.3MN擠壓機用的模型 可以取30mm閣下 厚。薄模易加工制造，便于修模和拋光工作帶概況。為了包管 模型 強度和產物 尺寸不亂 性，要增添 模墊的厚度或數(shù)目。

平面分流組合模用于擠壓空心鋁型材，因需經二次變形，故所需擠壓力較年夜 ，易造成悶車。用這類 模具擠壓空心鋁型材，制品 率較高，模具易加工制造，臨盆 操作簡捷，能臨盆 各類 高精度、高光潔概況的、外形 復雜的薄壁空心鋁型材和多孔空心鋁型材，但在擠壓中或擠壓終了 時修模和清算 殘料較艱巨。

星形組合模合用 于外形尺寸較年夜 的空心鋁型材，擠壓力較分流模的小，鋁型材制品 率較高，殘料清算 也較輕易 ，但模型 加工較艱巨。

舌型模殘料較長，鋁型材制品 率低，模具加工難度介于二者 之間，但擠壓阻力較小，且在擠壓中或擠壓竣事 時殘料輕易 清算 清潔 ，修模便利，故多用于需要較高擠壓力的品質要求較高的薄壁空心鋁型材或硬合金兵工 鋁材，表4—3—5列出了3種空心鋁型材模的優(yōu)瑕玷 。

表4—3—53種空心鋁型材模具的比力表

模型 種類

擠壓工藝性

產物 品質

(制品 率)

模型 加

工難度

清算 金屬和修模

合用 規(guī)模

平面分流組合模

星形組合模

舌型模

一般

中等

杰出

杰出

杰出

欠好

易

難

中等

難

中等

易

所有空心制品

外形尺寸年夜 的空心鋁型材

硬合金高質薄壁空心鋁型材

2)?？自谀Ｐ?平面上的安置 原則

(1)應斟酌 鋁型材擠出?？讜r在出料臺上的不亂 性，以防扭彎鋁型材。

(2)裝潢 面不要與出料臺直接接觸，以防劃傷概況。

(3)應斟酌 到接近 擠壓筒中間 的金屬比接近 邊沿 的金屬活動 較快，所以鋁型材的薄壁部門應盡量 接近 擠壓筒中間 。

(4)對 槽形鋁型材，其?？装仓?時應避免金屬活動 快慢不均而釀成的 舌頭偏斜，引發(fā) 鋁型材壁厚不均。

(5)模孔最年夜 外接圓與模型 外徑間的關系，見表4—3—6和表4—3—7。

3)分流孔的外形 及其在模型 平面上的安置

模型 入料腔的數(shù)目、外形 、年夜 小及其在模型 平面上的布列，對金屬活動 影響極年夜 ，應憑據(jù) 擠壓筒的年夜 小、產物 外形 、擠壓產物 的根數(shù)及其排各位 置來肯定 人料腔的外形 和數(shù)目。模腔的設計應包管 ?？捉饘倩顒?的平均 性，在包管 模型 強度的前提 下，應盡量設計得年夜 一些。分流孔的設計與安置 見第3．5．3節(jié)。

4)?？准庸こ叽绾喼倍?p/>

?？淄庑纬叽?A0+A0(1.01%～l.02%)

式中 A0——鋁型材外形的名義尺寸。

模孔壁厚尺寸=S0+S0(1.01%～l.02%)+C

式中 S0——鋁型材壁厚名義尺寸；

C——經驗批改 值。

5)?？坠ぷ鲙Ш喼倍ㄔ瓌t和方式

工作帶厚薄是調劑 金屬活動 速度的樞紐身分 ，工作帶設計不妥，鋁型材各部門流出?？椎乃俣染筒黄骄?，擠壓出的制品就會發(fā)生 扭擰、曲折 、平面間隙年夜 等缺點 。為了公道 給定工作帶，應斟酌 影響工作帶長度的兩個首要 身分 。

第一，?？着鸥魑?置對金屬活動 的影響，擠壓時金屬的活動 特征 是接近 擠壓筒中間 部位的金屬活動 快，闊別 中間 的逐步 減慢。為此，如要使金屬活動 平均 ，必需 把中間 部位的模孔工作帶做得厚一些，闊別 中間 處逐步 減薄。?？坠ぷ鲙мD變 數(shù)值與擠壓筒直徑有關。

第二，鋁型材壁厚對金屬流速的影響。鋁型材壁厚越年夜 即模孔尺寸越年夜 ，則金屬活動 就越快，是以 ，為了調劑 流速，此處的工作帶就應做得厚一些。

憑據(jù) 上述兩個身分 ，模孔工作帶可按以下 公式計較：

L=t·Kl·K2(4－3－15)

式中L——工作帶長度/mm；

t——鋁型材厚度名義尺寸/mm；

Kl——模型 材質強度系數(shù)(≈1．5～2．0)；

K2——?？孜恢昧魉俨钪取?

(1)平面模?？坠ぷ鲙чL度簡直定方式

①設計工作帶長度時，以全部 鋁型材最難擠出(成形)部門為基準點，取該處工作帶長度為制品 厚度的l.5～2倍。以圖4—3—39中的鋁型材為例，該鋁型材的壁厚為t，由于其寬度較年夜 ，兩頭 部出料較難(見虛線部門)，故以此處作為設計工作帶的基準點，取L=(1.5～2)t。

圖4—3—39實心鋁型材工作帶基準拔取 示意圖

②與基準點相鄰部位的工作帶長度比基準點工作帶長1mm，見圖4—3—39。

③鋁型材厚度不異部位，如其距離擠壓筒中間 的距離相等，工作帶的長度應相等。

④由模型 中默算 起，每闊別 中間 10mm則其工作帶應響應 削減 ，參看圖4—3—40及表4—3—8示出的數(shù)值。

圖4—3—40工作帶長度與距中間 的關系示意圖

(a)——金屬流速圖；(b)——工作帶長度的轉變

表4—3—8鋁型材厚度及離中間 距離與工作帶長度對應關系

鋁型材厚度/mm

離中間 每相距l(xiāng)0mm工作帶增減數(shù)值/mm

1.2

1.5

2.0

2.5

3.0

0.2

0.23

0.30

0.35

0.40

⑤其他情形 不異時，工作帶的長度與該處的厚度成正比。例如：t1=1mm處工作帶長L1，=2mm，t2=1.5mm處的工作帶長度L2為3mm。

⑥鋁型材螺孔處，工作帶應增添 1mm，(圖4—3—41(a))，鋁型材雙方 交代 處有圓弧R的處所 ，工作帶應增年夜 1mm(圖4—3—41(b))。

⑦鋁型材模孔的端部，因三面受阻，金屬流速較慢，故此處的工作帶應削減 lmm，見圖4—3—42的圓圈處。

圖4—3—41工作帶長度增添 示意圖

(a)——螺絲孔處增添 lmm；

(b)——圓弧處增添 1mm

(2)分流組合模?？坠ぷ鲙чL度簡直定方式 ①橋底人料艱巨處工作帶長度為鋁型材厚度之兩倍，即L=2t。接近 入料口處的模孔，因金屬活動 較好，工作帶應為2t+1mm。

②鋁型材空心部門工作帶長度與通位長度L有關，見圖4—3—43。

當L=15～20mm時，工作帶長度為2t+1+0.5mm；

L=21～30mm時，工作帶長度為2t+1+1mm；

L=30mm以上時，按上述比例增添 。

圖4—3—42模孔端部工作帶長度轉變 示意圖

(虛線圓圈處工作帶長度應削減 )

圖4—3—43分流組合?？招牟课坏墓ぷ鲙疽鈭D

1——入料孔；2——工作帶長等于2t；

3——工作帶長等于2t+1

③與空心部門(通心部門)相接的實心?？撞块T的工作帶，與分流孔的年夜 小、外形 和散布 有關，橋底及入料不直接流人的模孔工作帶取3倍厚度加lmm，即L=3t+1mm，入料直接流人的?？坠ぷ鲙『穸鹊?～5倍，即L=(4～5)t。

6)調劑 金屬流速的非凡 方式

(1)導流法。在模型 工作端面上做一個深度15～20mm的凹兜，將金屬導入?？撞⒂霉?設計導流孔的年夜 小和外形 來調理 金屬的流速。如對 槽形鋁型材，常見的兩種缺點 便可 用導流法來解決，如圖4—3—44所示。

(2)促流法。在模型 工作端面做成各類 分歧 的促流角，來調劑 金屬的流速，如壁厚轉變 的楔形鋁型材，在窄孔處促流角做得年夜 一些，在寬孔處促流角做得小一些，但最年夜 促流角不得年夜 于45°，如圖4—3—45所示。

(3)阻礙法。在模型 工作帶端面憑據(jù) 鋁型材壁厚設計成份 歧 的阻礙角，來調理 金屬流速。在擠壓空心鋁型材時輕易 泛起 突出 和凹下缺點 ，可用如圖4—3—46所示方式 來批改 。突出 缺點 削去A處，凹下缺點 削去B處。調理 方式 是消弭 陽模障礙。

圖4-3-44用導流法來調劑 金屬流速示意圖

(a)——尺度 槽鋁型材；(b)——突出 缺點 ；(c)——凹下缺點 ；(d)——導流模

圖4—3—45用促流法調劑 金屬流速示意圖

圖4—3—46用阻礙法調劑 金屬流速示意圖

7)空刀的設計

(1)對 一般鋁型材模來講 ，空刀部位尺寸比模孔尺寸年夜 3mm(單邊l.5mm)，對 小規(guī)格或薄壁鋁型材，為了調和 相干 位置或為了增年夜 模型 的強度，空刀尺寸可減小到單邊0.5～1mm。

(2)為了不 鋁型材與模壁相擦，空刀部門可采取 3°～5°的錐形出口。

(3)鋁型材的螺絲孔及毛條坑位后的空刀應恰當 減短。

(4)易堵模的鋁型材，空刀部門應做成錐形。

(5)為包管 鋁型材能順遂 經由過程 ?？?，模型 空刀部門、模墊、模支承墊的尺寸一般按以下 原則肯定 ：

模型 空刀尺寸=模孔尺寸+(1～3)mm；

模墊尺寸=?？壮叽?(6～12)mm；

模支承墊尺寸=?？壮叽?(10～20)mm。

8)模型 厚度的設計

對 平易近 用建筑鋁型材，平面模的厚度一般取25～30mm，分流組合模的厚度由強度校核肯定 ，一般而論取80～185mm，導流模的厚度一般取l5～25mm。

9)模型 強度的校核

由于平易近 用建筑鋁型材品種繁多，外形 復雜并且 多系薄壁鋁型材或空心鋁型材，這給模具的布局選擇和強度校核帶來了必然 的艱巨。為簡化起見，將平易近 用建筑鋁型材模歸納為平面模和分流組合模來進行強度校核。

(1)平面模進行強度校核的首要 有槽形模、雙孔帶板模和半空心鋁型材模。一般情形 下可用下述公式來計較：

（4－3－16）

式中 n——平安 系數(shù)；

P——擠壓機的最年夜 比壓；

B、B1——模型 和模墊危險斷面的寬度；

H、H1——模型 和模墊的厚度；

F——模型 受壓面積；

[σb]、[σb’]——模型 和模墊材料的許用強度。

以一個半空心鋁型材為例計較強度。擠壓機為17.6MN，擠壓筒的比壓P=760MPa，[σb]=[σb’]=1150MPa，H=38.1,H=38.1mm，Hl63.5mm，B=9mm，Bl12-(2×3.5)=5mm。

所以，根基 上是平安 的。

(2)分流組合模的強度校核一般按下面公式計較：

（4－3－17）

式中 b、h——離別 為分流組合模上模的橋寬和橋厚；

[σb]——模具材料的許用強度；

P——擠壓筒最年夜 比壓；

F——模型 受壓面積。

以一個平面分流模為例計較強度。擠壓性能 力為17.6MN，擠壓筒比壓P=760MPa，[σb]=1150MPa，b=30mm，h=40mm。

10)模具的裝配方式

日本宇部興產股份有限公司 設計制造的l6MN擠壓最經常使用 的模具裝配方式見圖4—3—47和圖4—3—48。

11)模具的材料及硬度

平易近 用建筑鋁型材模具經常使用 的材料及使用硬度以下 ：模型 ，材料3Cr2W8V，HRC為48～52；材料4CrMoSiVl，HRC為46～50。

模墊及其他模具組件，材料5CrNiM0、5CrNiW等，HRC=40～45。受力較年夜 的模墊，應采取 4Cr5MoSiVl鋼，熱處置后HRC為46～50。

圖4—3—47實心模具裝配圖

1——模型 ；2——模墊；3——模套；4——模座；5——模后座；6——定位銷

圖4—3-48分流組合模裝配圖

1——陽模；2——陰模；3——模套4——模座；5——模后座；6——定位銷