典型高難度鋁型材模具設(shè)計(jì)優(yōu)化方案分享

跟著 我國(guó)年夜 范圍 的基建投資和工業(yè)化的高速成長(zhǎng) ，鋁型材作為建筑范疇 和工業(yè)范疇 里主要 的運(yùn)用 材料，全行業(yè)的產(chǎn)量及消費(fèi)量也迅猛增加，使我國(guó)一躍成為世界最年夜 的鋁型材出產(chǎn)基地和消費(fèi)市場(chǎng)。而產(chǎn)物 在市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)則異常劇烈 ，利潤(rùn)特別 是建筑型材利潤(rùn)絡(luò)續(xù)下滑。迫使鋁型材企業(yè)在擴(kuò)大 傳統(tǒng)的建筑鋁型材市場(chǎng)的同時(shí)，向運(yùn)用 更廣、附加值更高的工業(yè)用鋁型材市場(chǎng)進(jìn)軍，以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)物 結(jié)構(gòu)和手藝 含量的進(jìn)級(jí) .只有敏捷 晉升本身 綜合實(shí)力，企業(yè)才能躋身同業(yè) 業(yè)前列。

鋁型材擠壓出產(chǎn)進(jìn)程 中，模具是包管 產(chǎn)物 成形，具有準(zhǔn)確 外形 、尺寸和精度的根基 東西。公道 的模具結(jié)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)擠壓工藝進(jìn)程 的根蒂根基 ，獲得所需外形 、尺寸精度、機(jī)能 、及產(chǎn)物 概況質(zhì)量及格 的主要 包管 。因?yàn)?模具緣由 致使 個(gè)體 產(chǎn)物 不克不及 按時(shí)交貨是恒久困擾鋁型材出產(chǎn)企業(yè)的難題之一，特殊是對(duì) 一些擠壓難度年夜 的型材，模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的公道 與不然 成了可否 順?biāo)?擠出及格 產(chǎn)物 的要害 。在出產(chǎn)實(shí)踐中，我們經(jīng)由過(guò)程 絡(luò)續(xù)的更新模具設(shè)計(jì)理念，采取 國(guó)表里 進(jìn)步前輩的制模裝備 和加工手藝 ，優(yōu)化模具結(jié)構(gòu)，下降 擠壓力，使產(chǎn)物 的交貨期顯著 縮短，擠壓速度和型材的概況質(zhì)量也獲得 了顯著提高。下面經(jīng)由過(guò)程 幾個(gè)具體出產(chǎn)實(shí)例，來(lái)談?wù)勎覀兊囊稽c(diǎn)淺見(jiàn)。

1. 工業(yè)用換熱器鋁材（如圖一所示）

根基 參數(shù)：鋁材擠壓機(jī)噸位1650t，擠壓筒直徑?185mm，擠壓系數(shù)19

圖為：工業(yè)用換熱器鋁材截面圖

難點(diǎn)闡發(fā)：因?yàn)?型材模芯被腔筋朋分 成七個(gè)小模芯，并且 腔筋的長(zhǎng)度達(dá)90毫米，壁厚也較薄，是以 模具中央 的腔筋供料極為 難題 ，同時(shí)，因?yàn)?七個(gè)小模芯的寬度較小，模芯的強(qiáng)度年夜 年夜 下降 ，模芯輕易 發(fā)生嚴(yán)重的偏移，乃至 斷裂報(bào)廢。

這類(lèi)換熱器型材，一向 是很難擠壓的產(chǎn)物 ，傳統(tǒng)的模具設(shè)計(jì)方案通常為 采取 上中下三個(gè)分流孔供料，如圖二所示，或 采取 圖三的分流孔結(jié)構(gòu) 方案?？墒?，這兩種方案都存在難以戰(zhàn)勝 的缺點(diǎn) ，圖二的方案固然 包管 了各條腔筋的供料，可是因?yàn)?模橋的跨度較年夜 ，中央 的分流孔直沖模芯的面積也較年夜 ，從而致使 模具的整體剛度較差，在擠壓進(jìn)程 中，模芯會(huì)發(fā)生嚴(yán)重變形，偏壁嚴(yán)重，起海浪 ，成型差，整體的模具壽命極低。

圖三所示的設(shè)計(jì)方案，固然 模具的整體剛性獲得 必然 水平 的提高，可是供料不平均 ，兩側(cè)最邊沿 的腔筋難以供料，只能經(jīng)由過(guò)程 買(mǎi)通 兩側(cè)的模芯來(lái)實(shí)現(xiàn)供料（如圖四a地方 示），是以 ，這類(lèi) 方案一樣 會(huì)年夜 年夜 下降 模芯的強(qiáng)度，成型很差，模具的壽命也很低，沒(méi)法 知足 出產(chǎn)要求。

圖為：工業(yè)用換熱器鋁材模具設(shè)計(jì)方案圖

在進(jìn)行模具設(shè)計(jì)的進(jìn)程 中，我們提出了新的模具設(shè)計(jì)方案，如圖四所示，新方案模具采取 十二個(gè)分流孔供料，增添 了分流橋的數(shù)目 ，年夜 年夜 減小了單個(gè)模橋的跨度，減小了單個(gè)分流孔的進(jìn)料面積和單個(gè)分流橋的寬度，使分流橋在整體模具供料結(jié)構(gòu) 中呈網(wǎng)格狀散布 ，這類(lèi) 近似于“蜂巢”的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)年夜 年夜 加強(qiáng) 了模具的整體剛度。減小了模具的彈性變形，同時(shí)也使型材的各個(gè)部位的供料更趨平均 公道 ，分流孔供料時(shí)的金屬流對(duì)模芯發(fā)生 的感化 力互相 獲得 有用 均衡 ，模芯的彈性變形現(xiàn)象獲得 了極年夜 的改善。同時(shí)，為了有用 減小擠壓力，在設(shè)計(jì)時(shí)減薄了上模的厚度并設(shè)計(jì)了減壓角。實(shí)踐證實(shí) ：采取 此方案制成的模具上機(jī)后的出料結(jié)果 異常 幻想 ，知足 了客戶對(duì)尺寸精度的要求，模具壽命也年夜 年夜 提高。

2. 工程料年夜 蓋板鋁材模具設(shè)計(jì)優(yōu)化案例（如圖五所示）

根基 擠壓參數(shù)：擠壓機(jī)噸位2500t，擠壓筒直徑￠236mm,擠壓系數(shù)27。

圖為：工程料年夜 蓋板鋁材模具設(shè)計(jì)優(yōu)化案例

模具設(shè)計(jì)難點(diǎn)闡發(fā)：該型材的幾何尺寸較年夜 ，壁厚較薄，因?yàn)?遭到 擠壓筒直徑的限制，分流孔在設(shè)計(jì)時(shí)需要年夜 角度寬展擴(kuò)孔，同時(shí)，因?yàn)?遭到 分流孔進(jìn)料直徑的限制，兩個(gè)小模芯的供料較難均衡 ，致使小模芯擺布受力不服衡，在受力不均的情形 下，輕易 發(fā)生偏壁。

因?yàn)?型材的形位公役 要求嚴(yán)厲 ，是以 ，在模具設(shè)計(jì)時(shí)假如 采取 通俗 的六孔或八孔的方案的話，模具在擠壓進(jìn)程 中很輕易 發(fā)生偏壁，扭擰，斜角等問(wèn)題，且很難進(jìn)行修模改正 。為了有用 避免上述缺點(diǎn) 的發(fā)生 ，我們?cè)谠O(shè)計(jì)模具時(shí)采納導(dǎo)流板兩次分流的模具結(jié)構(gòu)，組裝圖如圖六所示，導(dǎo)流板如圖七所示，上模分流孔如圖八所示。

圖為：工程料年夜 蓋板鋁材模具設(shè)計(jì)方案圖

為了使型材成型精良，起首 必需 要包管 模具型腔的各個(gè)部位的供料平均 充實(shí)，同時(shí)還要使兩個(gè)小模芯在擺布偏向 上的受力獲得 有用 均衡 ，避免模芯變形而釀成的 偏壁，是以 在進(jìn)行模具設(shè)計(jì)時(shí)，我們始終以"均衡 "作為設(shè)計(jì)的主旨 ，包孕 供料均衡 ，流速均衡 和受力均衡 。

因?yàn)?型材上下部門(mén)舛訛稱(chēng)，在設(shè)計(jì)導(dǎo)流板的進(jìn)料孔時(shí)，必需 充實(shí)斟酌 上下部門(mén)的分料比例，按照經(jīng)驗(yàn)公式較量爭(zhēng)論 ，導(dǎo)流板上下分流孔的進(jìn)料面積比設(shè)計(jì)為1:1.18。為了使型材闊別 擠壓中間 的邊沿 部門(mén)供料充實(shí)，導(dǎo)流板的分流橋采取 斜面向外過(guò)渡，減小邊沿 部門(mén)的金屬活動(dòng) 阻力。按此方案制成的模具上機(jī)后出料安穩(wěn) ，料頭整潔 ，遍地 壁厚平均 ，僅下部中央 的中橫處出料略快，兩個(gè)小模芯位置呈現(xiàn)稍微 收口，在經(jīng)由 修模調(diào)劑 后，出產(chǎn)出的型材成型狀態(tài) 異常 幻想 ，完全知足 客戶要求。

3. 工業(yè)流水線鋁型材結(jié)構(gòu)件（如圖九所示）

該型材用1650噸擠壓機(jī)擠壓，擠壓筒直徑為185mm, 擠壓系數(shù)為17。

圖為：工業(yè)流水線鋁型材結(jié)構(gòu)件截面圖及模具設(shè)計(jì)方案

設(shè)計(jì)難點(diǎn)闡發(fā)：該型材的外接圓尺寸較小，只有8080mm，從里向外有"三層"空腔，共九個(gè)模芯，如許 的模芯結(jié)構(gòu)極易造成中央 供料難題 ，因?yàn)?單個(gè)模芯的尺寸較小，剛度較差，輕易 發(fā)生嚴(yán)重偏壁，乃至 造成模芯斷裂報(bào)廢。針對(duì)上述難點(diǎn)，在進(jìn)行模具設(shè)計(jì)時(shí)，重點(diǎn)斟酌 各個(gè)中央 模芯的供料及受力均衡 問(wèn)題。

此類(lèi)型材傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方案通常是 外面開(kāi)四個(gè)分流孔，中央 開(kāi)四個(gè)小分流孔供料，如圖十所示。這類(lèi) 方案的長(zhǎng)處 是模具結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，利于加工，可是也存在一些缺點(diǎn) ，因?yàn)?該方案外圍的四個(gè)分流孔的進(jìn)料面積過(guò)年夜 ，而中央 四個(gè)小進(jìn)料孔因?yàn)?遭到 模芯尺寸的限制，難以再擴(kuò)年夜 ，是以 ，中央 與外圍分流孔的進(jìn)料面積比例差距過(guò)年夜 ，造成中央 模芯的供料嚴(yán)重不足，假如 中央 進(jìn)料孔沉橋深渡過(guò) 年夜 的話，將使模具的強(qiáng)度遭到 嚴(yán)重影響。同時(shí)，因?yàn)?表里 模芯的受力得不到有用 均衡 ，將致使 型材發(fā)生 嚴(yán)重的偏壁現(xiàn)象。

針對(duì)上述問(wèn)題，我們改善 設(shè)計(jì)，提出了新的模具結(jié)構(gòu)方案：新方案采取 導(dǎo)流板二次分流的結(jié)構(gòu)，如圖十一至十三所示，圖十一為導(dǎo)流板，圖十二為上模進(jìn)料孔。圖十三為模具的整體裝配圖，新方案將舊方案外圍的四個(gè)年夜 分流孔分化 成8個(gè)小分流孔，減小了外圍分流孔的進(jìn)料面積，如許 就使中央 進(jìn)料孔與外圍進(jìn)料孔的進(jìn)料面積比例趨于公道 。型材四個(gè)角部所對(duì)應(yīng)的四個(gè)外圍分流孔的進(jìn)料面積要小于其他四個(gè)分流孔的面積（如圖十二所示），在設(shè)計(jì)上，這是相當(dāng) 主要 的，不然 ，外圍的四個(gè)較年夜 的模芯的受力會(huì)不服衡，模芯將會(huì)發(fā)生偏移。

新方案充實(shí)斟酌 了模具型腔各個(gè)部位的分料比例，使供料更加 平均 公道 ，模具的整體強(qiáng)度獲得 顯著 提高，模芯的受力狀態(tài)均衡 較好，出料偏壁現(xiàn)象顯著 好轉(zhuǎn)，該模具第一次上機(jī)出料就較為幻想 ，除 幾處啟齒 位呈現(xiàn)稍微 "收口"外，型材壁厚根基 知足 公役 精度要求，料頭整潔 ，中央 型腔的供料情形 精良，經(jīng)由 修模調(diào)劑 流速后，模具擠出的型材知足 了客戶要求。

工業(yè)流水線鋁型材結(jié)構(gòu)件模具優(yōu)化后的設(shè)計(jì)方案

4. 薄壁年夜 鋁方管（如圖十四所示）

薄壁年夜 鋁方管截面圖

薄壁年夜 方管（注：年夜 圓管與其近似）一向 是包圍 鋁型材擠壓模具行業(yè)的難題，在出產(chǎn)實(shí)踐中，這類(lèi) 模具假如 采取 傳統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的話，很難出產(chǎn)出及格 產(chǎn)物 ，常常 模具一上機(jī)就會(huì)呈現(xiàn)裂橋，模具的報(bào)廢率極高，不但 年夜 年夜 增添 了出產(chǎn)本錢(qián) 并且 耽擱 交貨周期，年夜 方管與年夜 圓管特別 在“小機(jī)擠年夜 料”的情形 下，是極難堪 題 的。

難點(diǎn)闡發(fā)：固然 年夜 方管的外形 對(duì)稱(chēng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可是因?yàn)?130130mm 壁厚1.6mm的方管的模芯面積過(guò)年夜 ，壁厚過(guò)薄，模具中間 的擠壓死區(qū)所發(fā)生 的金屬變形抗力和金屬磨擦 力過(guò)年夜 ，模具在承受高溫、高壓、高磨擦 力的情形 下，會(huì)發(fā)生嚴(yán)重變形，致使 模具呈現(xiàn)"裂橋"。

如圖十五所示，模具工作時(shí)，因?yàn)?遭到 壓力而呈現(xiàn)彈性變形，模芯根部a處在彈性變形時(shí)遭到 拉應(yīng)力感化 ，因?yàn)?橋位焊合水滴的存在，造成a處應(yīng)力集中，a處成為危險(xiǎn)部位，在出產(chǎn)實(shí)踐進(jìn)程 中，裂橋現(xiàn)象均發(fā)生在此處。

圖為：薄壁年夜 鋁方管模具設(shè)計(jì)原方案

為領(lǐng)會(huì)決模具強(qiáng)度問(wèn)題，平日 可以采納導(dǎo)流板，上模，下模等三件結(jié)構(gòu)，在導(dǎo)流板與上模之間留有必然 的變形間隙，從而起到"護(hù)衛(wèi)"上模的感化 （如圖十六所示）。在現(xiàn)實(shí) 出產(chǎn)中，如許 的結(jié)構(gòu)可以年夜 年夜 改善模具的受力狀態(tài) ，提高模具利用 壽命，可是導(dǎo)流板三件結(jié)構(gòu)也存在必然 的缺點(diǎn) ，因?yàn)?增添 了導(dǎo)流板，使模具的厚度增添 （導(dǎo)流板與上模的厚度總和年夜 年夜 增添 ），金屬在模具中活動(dòng) 距離太長(zhǎng) ，如許 就會(huì)造成擠壓力年夜 幅上升，擠壓速度也顯著 下降 。

為領(lǐng)會(huì)決上述問(wèn)題，我們?cè)?650噸擠壓機(jī)上（擠壓筒直徑為185mm）提出了全新的模具設(shè)計(jì)方案（如圖十七和圖十八所示）。

圖為：薄壁年夜 鋁方管模具優(yōu)化后的新設(shè)計(jì)方案

新方案主要從下降 擠壓力，減小橋位危險(xiǎn)部位的應(yīng)力集中入手，和 從增年夜 模具強(qiáng)度和剛度的角度動(dòng)身 ，進(jìn)行了全新的改善 。鄙人 降 擠壓力方面，新方案在進(jìn)料偏向 上設(shè)計(jì)了減壓角，為了減小金屬變形抗力，增添 金屬活動(dòng) 性，新方案設(shè)計(jì)了全新的分流錐結(jié)構(gòu)，最年夜 限度的削減 金屬活動(dòng) 死區(qū)，將上模入料偏向 上設(shè)計(jì)成“碟型”入料結(jié)構(gòu)。在減小應(yīng)力集中方面，新方案年夜 年夜 加寬了橋位水滴，使危險(xiǎn)部位的應(yīng)力集中現(xiàn)象獲得 極年夜 改善。同時(shí)，將橋位設(shè)計(jì)玉成 新的"拱形"結(jié)構(gòu)，（注：拱形橋結(jié)構(gòu)在土木匠 程中早有普遍 運(yùn)用 ，例如，以有名 的趙州橋?yàn)榇淼?拱橋"，和 水庫(kù)的混凝土"拱壩"等）。這類(lèi) 拱形結(jié)構(gòu)使模具橋位的受力偏向 發(fā)生了轉(zhuǎn)變 ，模具橋位的受力被分化 為向橋墩的分力f1和向模具外圓的分力f2（如圖十九所示），在提高模具整體剛度方面，經(jīng)由過(guò)程 增年夜 模具外圓來(lái)實(shí)現(xiàn)，使模具橋位的受力狀態(tài)由"簡(jiǎn)支梁"變成 "固端梁"。

實(shí)踐證實(shí) ：這類(lèi) 全新的模具結(jié)構(gòu)顯著改善了模具橋位的受力狀態(tài)，年夜 年夜 提高了模具的利用 壽命。同時(shí)，拱形結(jié)構(gòu)也增添 了型材角部的焊合室深度，從而填補(bǔ) 了因水滴過(guò)寬而釀成的 角部供料不足和焊合質(zhì)量下降的缺點(diǎn) 。采取 新設(shè)計(jì)方案的模具上機(jī)后，型材成型精良，經(jīng)由 屢次 上機(jī)出產(chǎn)證實(shí) 模具機(jī)能 不變，模橋未呈現(xiàn)裂紋，單套模具的出材支數(shù)提高到了1500支以上。

綜上所述，公道 的模具結(jié)構(gòu)不只 能包管 產(chǎn)物 幾何外形 和尺寸精度，改善型材力學(xué)機(jī)能 ，并且 還可以最年夜 限度的下降 擠壓力，提高擠壓速度，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的目的 。出產(chǎn)實(shí)踐證實(shí) ，我們?cè)谀＞咴O(shè)計(jì)方面所進(jìn)行的年夜 膽立異 測(cè)驗(yàn)考試 獲得 了精良的結(jié)果 ，不但 使擠壓機(jī)的單機(jī)產(chǎn)量獲得 顯著提高，產(chǎn)物 質(zhì)量和檔次也上了一個(gè)新的臺(tái)階，給企業(yè)帶來(lái)了精良的經(jīng)濟(jì)效益。