典型高難度鋁型材模具設(shè)計優(yōu)化方案分享

跟著 我國年夜 范圍 的基建投資和工業(yè)化的高速成長 ，鋁型材作為建筑范疇 和工業(yè)范疇 里主要 的運用 材料，全行業(yè)的產(chǎn)量及消費量也迅猛增加，使我國一躍成為世界最年夜 的鋁型材出產(chǎn)基地和消費市場。而產(chǎn)物 在市場上的競爭則異常劇烈 ，利潤特別 是建筑型材利潤絡(luò)續(xù)下滑。迫使鋁型材企業(yè)在擴大 傳統(tǒng)的建筑鋁型材市場的同時，向運用 更廣、附加值更高的工業(yè)用鋁型材市場進軍，以實現(xiàn)產(chǎn)物 結(jié)構(gòu)和手藝 含量的進級 .只有敏捷 晉升本身 綜合實力，企業(yè)才能躋身同業(yè) 業(yè)前列。

鋁型材擠壓出產(chǎn)進程 中，模具是包管 產(chǎn)物 成形，具有準確 外形 、尺寸和精度的根基 東西。公道 的模具結(jié)構(gòu)是實現(xiàn)擠壓工藝進程 的根蒂根基 ，獲得所需外形 、尺寸精度、機能 、及產(chǎn)物 概況質(zhì)量及格 的主要 包管 。因為 模具緣由 致使 個體 產(chǎn)物 不克不及 按時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 一些擠壓難度年夜 的型材，模具結(jié)構(gòu)設(shè)計的公道 與不然 成了可否 順遂 擠出及格 產(chǎn)物 的要害 。在出產(chǎn)實踐中，我們經(jīng)由過程 絡(luò)續(xù)的更新模具設(shè)計理念，采取 國表里 進步前輩的制模裝備 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)由過程 幾個具體出產(chǎn)實例，來談?wù)勎覀兊囊稽c淺見。

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

難點闡發(fā)：因為 型材模芯被腔筋朋分 成七個小模芯，并且 腔筋的長度達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，因為 七個小模芯的寬度較小，模芯的強度年夜 年夜 下降 ，模芯輕易 發(fā)生嚴重的偏移，乃至 斷裂報廢。

這類換熱器型材，一向 是很難擠壓的產(chǎn)物 ，傳統(tǒng)的模具設(shè)計方案通常為 采取 上中下三個分流孔供料，如圖二所示，或 采取 圖三的分流孔結(jié)構(gòu) 方案。可是，這兩種方案都存在難以戰(zhàn)勝 的缺點 ，圖二的方案固然 包管 了各條腔筋的供料，可是因為 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，在擠壓進程 中，模芯會發(fā)生嚴重變形，偏壁嚴重，起海浪 ，成型差，整體的模具壽命極低。

圖三所示的設(shè)計方案，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)由過程 買通 兩側(cè)的模芯來實現(xiàn)供料（如圖四a地方 示），是以 ，這類 方案一樣 會年夜 年夜 下降 模芯的強度，成型很差，模具的壽命也很低，沒法 知足 出產(chǎn)要求。

圖為：工業(yè)用換熱器鋁材模具設(shè)計方案圖

在進行模具設(shè)計的進程 中，我們提出了新的模具設(shè)計方案，如圖四所示，新方案模具采取 十二個分流孔供料，增添 了分流橋的數(shù)目 ，年夜 年夜 減小了單個模橋的跨度，減小了單個分流孔的進料面積和單個分流橋的寬度，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 近似于“蜂巢”的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)年夜 年夜 加強 了模具的整體剛度。減小了模具的彈性變形，同時也使型材的各個部位的供料更趨平均 公道 ，分流孔供料時的金屬流對模芯發(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，為了有用 減小擠壓力，在設(shè)計時減薄了上模的厚度并設(shè)計了減壓角。實踐證實 ：采取 此方案制成的模具上機后的出料結(jié)果 異常 幻想 ，知足 了客戶對尺寸精度的要求，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)計優(yōu)化案例（如圖五所示）

根基 擠壓參數(shù)：擠壓機噸位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)計優(yōu)化案例

模具設(shè)計難點闡發(fā)：該型材的幾何尺寸較年夜 ，壁厚較薄，因為 遭到 擠壓筒直徑的限制，分流孔在設(shè)計時需要年夜 角度寬展擴孔，同時，因為 遭到 分流孔進料直徑的限制，兩個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。

因為 型材的形位公役 要求嚴厲 ，是以 ，在模具設(shè)計時假如 采取 通俗 的六孔或八孔的方案的話，模具在擠壓進程 中很輕易 發(fā)生偏壁，扭擰，斜角等問題，且很難進行修模改正 。為了有用 避免上述缺點 的發(fā)生 ，我們在設(shè)計模具時采納導流板兩次分流的模具結(jié)構(gòu)，組裝圖如圖六所示，導流板如圖七所示，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 模具型腔的各個部位的供料平均 充實，同時還要使兩個小模芯在擺布偏向 上的受力獲得 有用 均衡 ，避免模芯變形而釀成的 偏壁，是以 在進行模具設(shè)計時，我們始終以"均衡 "作為設(shè)計的主旨 ，包孕 供料均衡 ，流速均衡 和受力均衡 。

因為 型材上下部門舛訛稱，在設(shè)計導流板的進料孔時，必需 充實斟酌 上下部門的分料比例，按照經(jīng)驗公式較量爭論 ，導流板上下分流孔的進料面積比設(shè)計為1:1.18。為了使型材闊別 擠壓中間 的邊沿 部門供料充實，導流板的分流橋采取 斜面向外過渡，減小邊沿 部門的金屬活動 阻力。按此方案制成的模具上機后出料安穩(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)計方案

設(shè)計難點闡發(fā)：該型材的外接圓尺寸較小，只有8080mm，從里向外有"三層"空腔，共九個模芯，如許 的模芯結(jié)構(gòu)極易造成中央 供料難題 ，因為 單個模芯的尺寸較小，剛度較差，輕易 發(fā)生嚴重偏壁，乃至 造成模芯斷裂報廢。針對上述難點，在進行模具設(shè)計時，重點斟酌 各個中央 模芯的供料及受力均衡 問題。

此類型材傳統(tǒng)設(shè)計方案通常是 外面開四個分流孔，中央 開四個小分流孔供料，如圖十所示。這類 方案的長處 是模具結(jié)構(gòu)相對簡單，利于加工，可是也存在一些缺點 ，因為 該方案外圍的四個分流孔的進料面積過年夜 ，而中央 四個小進料孔因為 遭到 模芯尺寸的限制，難以再擴年夜 ，是以 ，中央 與外圍分流孔的進料面積比例差距過年夜 ，造成中央 模芯的供料嚴重不足，假如 中央 進料孔沉橋深渡過 年夜 的話，將使模具的強度遭到 嚴重影響。同時，因為 表里 模芯的受力得不到有用 均衡 ，將致使 型材發(fā)生 嚴重的偏壁現(xiàn)象。

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

新方案充實斟酌 了模具型腔各個部位的分料比例，使供料更加 平均 公道 ，模具的整體強度獲得 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)實踐中，這類 模具假如 采取 傳統(tǒng)設(shè)計結(jié)構(gòu)的話，很難出產(chǎn)出及格 產(chǎn)物 ，常常 模具一上機就會呈現(xiàn)裂橋，模具的報廢率極高，不但 年夜 年夜 增添 了出產(chǎn)本錢 并且 耽擱 交貨周期，年夜 方管與年夜 圓管特別 在“小機擠年夜 料”的情形 下，是極難堪 題 的。

難點闡發(fā)：固然 年夜 方管的外形 對稱，結(jié)構(gòu)簡單，可是因為 130130mm 壁厚1.6mm的方管的模芯面積過年夜 ，壁厚過薄，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 力過年夜 ，模具在承受高溫、高壓、高磨擦 力的情形 下，會發(fā)生嚴重變形，致使 模具呈現(xiàn)"裂橋"。

如圖十五所示，模具工作時，因為 遭到 壓力而呈現(xiàn)彈性變形，模芯根部a處在彈性變形時遭到 拉應(yīng)力感化 ，因為 橋位焊合水滴的存在，造成a處應(yīng)力集中，a處成為危險部位，在出產(chǎn)實踐進程 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)計原方案

為領(lǐng)會決模具強度問題，平日 可以采納導流板，上模，下模等三件結(jié)構(gòu)，在導流板與上模之間留有必然 的變形間隙，從而起到"護衛(wèi)"上模的感化 （如圖十六所示）。在現(xiàn)實 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，可是導流板三件結(jié)構(gòu)也存在必然 的缺點 ，因為 增添 了導流板，使模具的厚度增添 （導流板與上模的厚度總和年夜 年夜 增添 ），金屬在模具中活動 距離太長 ，如許 就會造成擠壓力年夜 幅上升，擠壓速度也顯著 下降 。

為領(lǐng)會決上述問題，我們在1650噸擠壓機上（擠壓筒直徑為185mm）提出了全新的模具設(shè)計方案（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)計方案

新方案主要從下降 擠壓力，減小橋位危險部位的應(yīng)力集中入手，和 從增年夜 模具強度和剛度的角度動身 ，進行了全新的改善 。鄙人 降 擠壓力方面，新方案在進料偏向 上設(shè)計了減壓角，為了減小金屬變形抗力，增添 金屬活動 性，新方案設(shè)計了全新的分流錐結(jié)構(gòu)，最年夜 限度的削減 金屬活動 死區(qū)，將上模入料偏向 上設(shè)計成“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，使危險部位的應(yīng)力集中現(xiàn)象獲得 極年夜 改善。同時，將橋位設(shè)計玉成 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 運用 ，例如，以有名 的趙州橋為代表的"拱橋"，和 水庫的混凝土"拱壩"等）。這類 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)由過程 增年夜 模具外圓來實現(xiàn)，使模具橋位的受力狀態(tài)由"簡支梁"變成 "固端梁"。

實踐證實 ：這類 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，拱形結(jié)構(gòu)也增添 了型材角部的焊合室深度，從而填補 了因水滴過寬而釀成的 角部供料不足和焊合質(zhì)量下降的缺點 。采取 新設(shè)計方案的模具上機后，型材成型精良，經(jīng)由 屢次 上機出產(chǎn)證實 模具機能 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，改善型材力學機能 ，并且 還可以最年夜 限度的下降 擠壓力，提高擠壓速度，實現(xiàn)節(jié)能降耗的目的 。出產(chǎn)實踐證實 ，我們在模具設(shè)計方面所進行的年夜 膽立異 測驗考試 獲得 了精良的結(jié)果 ，不但 使擠壓機的單機產(chǎn)量獲得 顯著提高，產(chǎn)物 質(zhì)量和檔次也上了一個新的臺階，給企業(yè)帶來了精良的經(jīng)濟效益。