大型型材铝合金模具的设计制作和维修.doc

大型铝合金型材的模具设计制作与维修 邵莲芬 (西南铝业集团有限公司) 摘要：介绍了大型铝合金型材的特点，着重讨论各种大型材的模具结构、尺寸设计以及模具制造与修理等方面的关键问题，根据生产实践经验，例举了几种典型复杂模具的设计和试生产情况，有较好的实用价值。 关键词：大型铝合金型材；模具设计；制造；修理；分流孔；阻流 随着现代化经济的高速发展，铝合金型材正向着大型化、薄壁扁宽化、尺寸高精度化、形状复杂化的方向发展。由于铝型材本身具备诸多优点，它的应用范围已拓展到航空航天、交通运输、机械制造和电子电力等各个领域。也由于大型型材可带来巨大的经济和社会效益，各大铝业公司都先后购进大型挤压机，加大资金投入生产大型铝合金型材。 1 大型铝合金挤压型材的特点 界定大型型材一般是根据它的外形尺寸或断面积大小： (1)型材的宽度或外接圆直径大于250 mm；(2)型材的断面积大于2 000 mm2； (3)型材交货长度大于10 m。诸如薄壁扁宽且宽厚比大于130的型材，见图1a；多孔中空复杂断面型材，见图1b；加强筋高度H＞80 mm的中空型材，见图1c；壁厚差较大、中空带实心的大断面型材，见图1d；空心部分位于型材边缘的型材，见图1e等。类似这些典型型材的模具模腔形状和相关尺寸都相当繁杂、挤压时的温度场、速度场和应力应变场难于控制，所以模具的设计、制作和维修都具有一定的难度。 2 典型大型材的模具设计 2.1 薄壁扁宽型材(图1a)的模具设计 2.1.1 薄壁扁宽型材的特点 (1)该型材宽厚比W较大：W＝360/2.4＝160； (2)壁薄(壁厚t0＝2.4 mm，按正常规定薄壁扁宽型材，当宽度为360 mm时，t0一般不小于2.8 mm)； (3)型材材料为6063合金，选用36 MN挤压机，直径为330 mm挤压筒生产，其挤压比λ＝83。 薄壁扁宽型材的模具设计简图见图2。 2.1.2 本例模子设计方案的特点 (1)本例型材采用分流焊合挤压法生产。在型材模子的前面加一个分流宽展模(三孔两桥)，将金属分成3股金属流，然后在分流宽展模的桥下与型材模前面的导流槽组成的上下焊合室内重新焊合。特点是金属得到合理分配、均衡金属流动的不均匀性，由于两个桥的存在，模子强度较好，同时也达到宽展的目的。采用分流焊合挤压法生产扁宽型材，模孔处金属流动的均匀性比导流板平模挤压法的好。 (2)分流宽展模的各要素设计。为加强金属焊合质量，分流孔的大小及分布、分流比K分的取值、焊合室的深度h焊、宽展角β，都与一般分流模的设计相同。但分流桥设计窄而短(宽23 mm，高50 mm)，可大大降低挤压力。 (3)模孔壁厚t=2.4+0.2＝2.6 mm(即名义尺寸+上偏差)，模孔制作精度为0 mm～-0.05 mm。 2.1.3 模子使用效果 模子上机试生产，型材成型较好，由于两个桥的作用，模孔未出现大的弹性变形量，挤压出的制品也无大的波浪、弯曲、扭拧等缺陷，只有轻微的平面间隙。经辊压矫形后平面间隙符合技术标准要求。 2.2 多孔复杂断面空心型材的模子设计 2．2．1 多孔复杂断面空心型材的特点 (1)本例型材有大小不等、形状各异的9个孔(图1b)； (2)型材有9条斜形加强筋，筋条的壁厚(2.4 mm)小于周边壁厚(2.7 mm)，斜筋处的模孔金属流动阻力较大、难以填充均匀； (3)型材的外接圆较大(Φ436 mm)，且整体断面较复杂。 多孔复杂断面空心型材模子设计简图见图3。 2.2.2 复杂断面空心型材的模子设计特点 (1)分流孔布置及大小的确定 ①根据型材外形特征，10个分流孔与型材成几何相似性布置； ②分流孔的大小根据两个原则确定：一是金属填充对应模孔所需金属量的多少，但尽量保证各部分的分流比K分值基本相等(或者型材断面积稍大部分的K分值略低于其它部分的 K分值)，以使金属均衡流动；二是金属进入各个分流孔的阻力不宜相差太大，即各个分流孔 面积之间不能相差太大。 (2)焊合室深度h焊选择的主要原则 主要原则有两条：一是要保证焊缝质量及模孔斜筋厚度的均匀填充；二是要保证芯头的强度和稳定性，焊合室深度要选择合适。因为本例型材外接圆较大(Φ436 mm)，需在80 MN挤压机、采用Φ500 mm挤压筒、Φ900 mm的模子生产，所以选择焊合室深度h焊＝40 mm。 (3)焊合室的断面形状 下模焊合室内沿各桥墩划线加工成梯形，形成二级焊合室，以增加金属的焊合强度。 2.2.3 模子使用效果 本型材模具是从国外购进，由于模具的材料选择及设计、制作都很到位，所以模子上机挤压出的制品合格率很高。 挤压技术是一项集体作业，特别是对一个外形形状较复杂的中空型材的生产，单凭好的模子还不够，还特别需要合理的挤压工艺和有经验的操作技工配合，本例型材的合金状态为600