绿色建筑铝合金构造 挤压型材模具设计与制造研究

1. 绿色建筑铝合金布局挤压型材模具特点与手艺 难度剖析

1.1 概述

绿色建筑铝合金布局挤压材品种多达百余种，并且 规格规模广，现代绿色建筑用铝合金挤压材年夜 多是不需要机械加工，而直接作为零部件来与相干 件共同利用 的，所以尺寸精度和形位精度要求都很高。布局材包罗管材（包罗圆管材、方管材和异形管材，且都是厚壁管；各类 异形型材（包罗空心型材、实心型材和半空心型材，且壁厚差年夜 ），成形难度年夜 ；和 各类 非凡 棒材。布局材的合金商标 年夜 多是6061、6005A、6082等中强度铝合金，还有2xxx、5xxx和7xxx等高强度高韧性铝合金。铝合金建筑布局挤压材要求有高的力学机能 ，sb?300MPa，良好的可焊性、耐磨耐蚀性和可冷弯成形性等综合机能 。并且 要求工业化批量临盆 。是以 ，要求分歧 情势 的非凡 布局的模具，如非凡 导流模、特种宽展分流模才能确保分歧 产物 的成形和尺寸精度，并且 要求高的利用 寿命（要求利用 寿命提高2-3倍），确保其批量临盆 。以下仅从百余种挤压材中拔取 一种外接圆尺寸年夜 、有横向增强 筋、成形难度较年夜 的双孔厚壁管材WYY0770模具为例，来接洽铝合金建筑布局挤压材模具的设计与制造手艺 特点， WYY0770双孔管材断面见图1。

图1 绿色建筑布局挤压材—WYY0770产物 图

1.2 铝合金布局挤压材模具特点与手艺 难度剖析

（1）绿色建筑布局铝合金挤压材品种多、外形 复杂、尺寸转变 年夜 ，是以 要求设计制造分歧 规格、分歧 布局、分歧 情势 的优良 模具，才能实现铝合金布局挤压材工业化年夜 批量临盆 ，是以 需要进行年夜 量的实验 开辟 工作。

（2）绿色建筑铝合金布局挤压材要求工业化年夜 批量临盆 ，重要 环节就是提高模具利用 寿命，本研制课题要求挤压模具的利用 寿命要求在原有根本上提高2-3倍，难度是十分年夜 的。

（3）带有横向增强 筋的双孔厚壁管的横向增强 筋很难充料，需要一种非凡 布局的宽展导流模与分流模经两段扩大 加年夜 金属流笼盖 模孔和公道 的分派 金属流量，和 优化挤压工艺才能包管 双管厚壁管的成形，手艺 难度很年夜 ，迥殊是年夜 型的厚壁双孔管的成形和同时要求包管 焊合质量则更难。

（4）绿色建筑布局铝合金挤压材的尺寸与形位精度都要求到达 高精级或超高精级程度 ，需要一种非凡 布局的模具才能包管 型材成形，并到达 高精度，并且 要包管 模具有足够的强度，不变形、不开裂、不压塌，有足够利用 寿命，难度是很是年夜 的。

（5）绿色建筑布局铝合金挤压材要求轮廓光洁、尺寸和形位精度高，并且 利用 寿命长，是以 需要采取 高质量的模具钢及严酷的模具热处置工艺和轮廓处置工艺，机加工所有实行 CNC工艺规程，才能取得 具有高强度、高韧性、高精度、低的轮廓粗拙 度的优良 模具。

2.WYY0770年夜 型双孔厚壁管材模具的设计根据 与手艺 要求

（1）WYY0770年夜 型双孔厚壁管材的合金状况 为6005FT6，挤压材经细密水、雾、气淬火+人工时效后交货，要求型材的尺寸与形位精度到达 超高精级程度 ，sb?300MPa，并具有精良的力学机能 、耐磨、耐蚀、可焊、可冷弯成形性等综合机能 。

（2）WYY0770挤压材为年夜 型双孔厚壁管（见图1），双孔厚壁管的特点是轻易 产生 严重的壁厚差和平面间隙，双孔管因充料不足而壁厚尺寸不敷 ，WYY0700双孔管为宽450mm，高200mm的方管内有一条横向增强 筋。使单孔方管酿成 双孔管，其难度就在于这条横向增强 筋的充料不足，并且 要求有高的焊合质量，用通俗 的分流模是达不到挤压双孔管手艺 要求的，必需 设计一种非凡 的组合模才能包管 成形和到达 精度要求。

（3）WYY0770年夜 型双孔管材在7000吨挤压机临盆 ，挤压筒直径为f418mm，型材的外接圆（f498mm）年夜 于挤压筒直径(f418mm)，这就需要设计建造 一种非凡 的多级扩大 挤压模，扩年夜 分流模焊合室的外接圆，才能包管 型材成型及尺寸精度与平面间隙尺寸要求。若是选用f460mm挤压筒临盆 ，金属活动 与均衡 会有所改良 。

（4）WYY0770双孔管的4个外角为90+/-30，8个内角一样 要求为90+/-30，形位公役 值已高于GB5237高精级划定 ，需要频频 计较与均衡 金属流量的分派 才能包管 角度精度。用户要求包管 该型材两个角度精度是为了确保型材顺遂 装卸和整体的平直度，模具的设计制造简直有极年夜 难度。

（5）要求选择良好的模具材料，进步前辈的热处置和轮廓处置工艺，确保模具的利用 寿命提高2-3倍。

3. 绿色建筑铝合金布局型材WYY0770模具的设计制造手艺 方案与提高利用 寿命的办法 与立异 点剖析

WYY0770型材在7000t挤压机上采取 f418mm（方案Ⅰ）挤压筒和f460mm挤压筒（方案Ⅱ）进行挤压临盆 ，其模具设计、建造 手艺 剖析 以下 。

3.1 WYY0770年夜 型双孔管模具设计根据 与设计方案参数见表1和表2

表1 WY0700年夜 型双孔管的模具设计根据 参数表

表2 WY0700年夜 型双孔管模型 设计方案参数表

3.2 WYY0770模的设计方案（Ⅰ）示意图，见图2，方案（Ⅱ）示意图，见图3。

图2 绿色建筑年夜 型铝合金布局挤压材WYY0700特种扩大 分流组合模示意图（方案Ⅰ）

图3 绿色建筑铝合金年夜 型双孔管材WYY0770的平面分流组合模设计示意图（方案Ⅱ）

模具规格f800500mm：

上模厚度：260mm，上模金属进口 部位车深20mm；下模厚度：240mm;

X(纵向)扩大 量180mm，扩大 角23度；Y横向)扩大 量100mm，扩大 角12度.

3.3 WYY0770年夜 型双孔管材模型 设计方案要点及立异 点剖析

凭据 WYY0770年夜 型双孔厚壁管材的特点，模具设计了两个方案：方案Ⅰ和方案Ⅱ。其特点与立异 点剖析 以下 .

（1）方案Ⅰ。1#模是凭据 f418mm挤压筒设计制造的（见图2）。因受挤压筒直径的限制，选择导流模与分流模相连系 的模具布局（三件套）。这类 布局的模具金属流需要进行两级分流、宽展，导流模的分流孔对金属进行第一阶段分流、扩大 ，使圆锭逐步 变宽、变薄；分流模上模的分流孔对来自导流模的变形金属进行第二阶段分流、宽展，使金属逐步 变得更宽、更薄，与双孔管材成类似 外形 ，并且 焊合室外接圆直径到达 ?618mm，如许 可供给模孔边部足够多金属流量。

该模具方案工作道理 ：是用较小的挤压筒（f418mm）挤压外接圆较年夜 的（f498mm）双孔管材，它行使 两阶段分流、宽展增年夜 金属流量和焊合室面积，使双孔管材取得 挤压成形，到达 尺寸精度要乞降 形位精度要求。

双孔管材的增强 筋金属的供给是采取 在导流模、分流模上模的中间 部位开一亚铃式的阶梯形分流孔直接供流，确保增强 筋部位模孔公道 的金属供流。

用导流模与分流模组合的WYY0700双孔管材1#模已临盆 出及格 挤压材，并已交付用户利用 。

1#模固然 临盆 出及格 挤压材，可是，该布局模具存在一些具体问题：

模具设计根据 挤压筒直径（f418mm）偏小，挤压筒截面积也较小，为提高金属变形率，提高双孔管材的力学机能 ，在不得已的情形 下采取 三件套（导流模+分流模）模具布局；

在挤压进程 中，金属流经线路 较长，磨擦 力过年夜 ，损耗过量 挤压力，产物 尺寸不敷 不变，同时，因为 挤压筒直径小，分流比也较小，会影响厚壁管的焊合质量。

在挤压进程 中导流模与分流模的分流孔中装满金属，在继续挤压下一个铸棒时，因为 分流孔中过量 的残留金属一方面下降 产物 制品 率，另外一 方面增添 了挤压材的缩尾（或缩头）缺点 料的长度，进一步下降 了产物 制品 率，临盆 效力 也低，本钱 提高。

针对该布局模具存在上述问题，所以设计了方案Ⅱ，方案Ⅱ采取 年夜 直径的挤压筒（f460mm），加年夜 产物 的挤压比和挤压材变形率，改良 了产物 的组织和力学机能 ，同时提高产物 制品 率。分流比也增年夜 ，如许 可提高管材的力学机能 与焊合质量，同时也可提高临盆 率，下降 临盆 本钱 。

（2）方案Ⅱ。2#模是凭据 f460mm挤压筒设计制造的（见图3）。这套模具的布局是非凡 宽展分流模（两件套）。

这类 方案的工作道理 是在挤压力的感化 下，圆铸锭经由过程 上模的分流孔的分流、宽展，逐步 酿成 与双孔管材的外形 类似 ，焊合室的外接圆直径到达 f600mm,焊合室深度取40mm，足以使活动 金属在焊合室构成 高的静水压力，包管 管材的焊合质量。

双孔管材的增强 筋部份 供流是在分流模上模的中间 部位开两个小型的阶梯形分流孔直接供流，确保增强 筋部位模孔公道 的金属供流，能包管 横筋布满 ，尺寸和形位到达 高精级的要求。

方案Ⅱ对照 方案Ⅰ具有以下 长处 ：

从模具强度来讲 ，模具的分流部份 减薄，金属流经线路 减短，下降 挤压力，提高模具的整体强度；

从模具设计、制造难度来讲 ，可年夜 年夜 下降 模具制造本钱 ；

利用 年夜 的挤压筒，l和K都增年夜 ，既包管 了力学机能 又能提高焊合质量。并且 能提高临盆 效力 和产物 制品 率，下降 临盆 本钱 。

实践证实 ，在利用 f460mm的挤压筒后，按第Ⅱ方案模具制造厂设计制造了一套2#模（见图3）用于临盆 WYY0770双孔管材，新模具经2次试模及维修就挤压出及格 的双孔管材，产物 尺寸很不变，组织、力学机能 和尺寸与形位精度都到达 手艺 前提 要求，并且 模具利用 寿命年夜 年夜 提高。

（3）模型 设计尺寸及手艺 要求，见表3。

表3 WYY0770年夜 型双孔管模型 尺寸设计及手艺 要求表

3.4 模型 建造 手艺

模具制造厂具有 国表里 最进步前辈的模具加工装备 ，数控车床、数控铣床、CNC加工中间 、数控电火花机床、数控雕铣机、低速线切割机等现代化机床，在模具建造 的全进程 中已实现CAD/CAM/CAE全主动 加工,可确保模具加工质量。

WYY0700型材模选用国内名牌厂家临盆 的4Cr5MoSiV1热作模具钢，经在铸造 、退火后利用 ，模型 热处置经1035摄氏度高温淬火+2次充裕 回火，模体硬度值在48-49HRC，轮廓处置采取 二阶段气体氮化工艺，确保模型 轮廓硬度值在HV1000-1250，氮化层厚度100-160μｍ，以提高模具利用 寿命。

3.5 制品 模检考试 收记实见表4

表4 WYY0700年夜 型双孔管材制品 模检测记实表

3.6 挤压试模记实见表5

表5 WYY0700 年夜 型双孔管材模（第1、2、3次）试模的产物 尺寸检测记实

4.年夜 型双孔管材模具批量挤压临盆 结果 剖析

4.1 WYY0770年夜 型双孔厚壁管材共投做2套模，方案Ⅰ1#模，方案Ⅱ2#模各一套

1#模是在利用 ?418mm挤压筒的根本上设计制造的，已挤压出及格 挤压材，交付用户利用 ，到今朝 已交付 500吨。2#模是在利用 ?460mm挤压筒的根本上设计制造的，已临盆 及格 的双孔管材 600多吨。两套模具临盆 的双孔管材的尺寸精度、形位精度都合乎GB5237高精级尺度 。单模利用 寿命都跨越 100吨，2#模寿命高于1#模，1#模和2#模的利用 寿命都跨越 原有模具寿命的3倍以上。

因为 WYY0770双孔管材模选用了优良 模具钢，并实行 了进步前辈的热处置轨制 ，全进程 都采取 CAD/CAM/CAE全主动 临盆 ，每套模具都具有很高的制造质量，型材挤压厂严酷遵守 模型 利用 轨制 ，是以 ，1#模试模3次，2#模试模2次就及格 ，修模量对照 小，利用 寿命对照 高，到达 了项目提高2-3倍的目的 。

4.2 挤压临盆 证实 ，利用 ?418mm挤压筒设计制造1#模的方案Ⅰ是可以临盆 出及格 挤压材的，但相对对照 利用 ?460mm挤压筒设计制造2#模的方案Ⅱ更公道 些，产物 尺寸精度和形位精度更不变，产物 的组织和机能 更好，模具的利用 寿命也更高。能知足 绿色建筑布局材的工业化、年夜 批量临盆 的要求。

5.小结

绿色建筑铝合金布局型材的品种多，规格规模广，外形 复杂，模具设计制造手艺 含量高，临盆 手艺 难度年夜 。本文仅选一种典型的难度较年夜 的型材为例，对其模具的设计方案、制造工艺和立异 点进行剖析 接洽，对模具的挤压结果 与利用 寿命进行比较 。可见优良 模具在铝合金布局挤压型材工业化批量临盆 中起侧重 年夜 的感化 。

（1）绿色建筑铝合金布局挤压材品种多，外形 复杂，手艺 要求高，根基 上不经机械加工，但有时要冷弯成形后利用 ，临盆 手艺 难度年夜 ，需要设计与制造多种非凡 布局模具才能包管 挤压材成形和各类 手艺 指标，年夜 型的挤压材需要年夜 型挤压机上用年夜 直径挤压筒临盆 ，对工模具要求是很高的。

（2）布局用铝合金挤压材年夜 都采取 6061T6、6082T6、6005AT6、7003、7005等中硬铝合金临盆 ，有时还用2xxx合金、5xxx合金、7xxx等高强、高韧铝合金临盆 ，合金元素含量都对照 高，可挤压性都较6063合金小很多 ，挤压阻力年夜 ，成形很坚苦，所以在设计制造挤压模时，必然 要严酷遵守 铝合金挤压时金属活动 纪律 ，设计特种布局模具公道 分派 金属量和节制 流速，尽可能 削减 挤压阻力和均衡 流速。研究和临盆 实践证实 ，在f460mm挤压筒上采取 2#模挤压年夜 型双孔厚壁管材才结果 比在?418mm挤压筒上采取 1#模好很多 。

（3）挤压模具是一个复杂的系统工程，要求从模具材料、模具设计与制造、模具热处置和轮廓处置、模具利用 与保护 等各个环节慎密 连系 才能制造出优良 模具。

（4）因为 选用了优良 模具材料，设计非凡 布局的模具、制造工艺公道 、热处置和轮廓处置进步前辈，不但 包管 了产物 的成形和尺寸、形位精度与轮廓质量及焊合质量，并且 使模具利用 寿命提高了3倍以上，到达 了项目的要求。