建筑用铝合金模板型材模具设计难点剖析

1. 绿色建筑铝合金模板型材模具特点与手艺 难度阐发

1.1 概述

铝合金建筑模板型材品种多达几十种，并且 规款式 限 广，有的型材是多块外形 各别 的中小型材组拼成的一个年夜 型整体材，外接圆直径年夜 于?600mm。有空心型材、实心型材和半空心型材，成形难度年夜 ，尺寸和形位精度要求高，要求有高的力学机能 ，?b?330MPa），良好的可焊性、耐磨、耐蚀等综合机能 。并且 要求财产化批量生产。是以 ，要求分歧 情势 的特殊布局的模具，如特殊分流模、掩蔽 式型材模、特种宽展模等才能包管 分歧 型材的成形和尺寸精度，并且 要求高的利用 寿命（要求利用 寿命要求较原用的提高2-3倍），确保其批量生产。以下仅从几十种型材中拔取 两种典型的、难度较年夜 的型材模具为例来评论辩论 绿色建筑铝合金模板型材模具的设计与制造手艺 ，个中 一种为宽度达400mm，宽厚比年夜 于100的带筋壁板型材WYY1237(见图1)，另外一 种是舌比年夜 于5、尺寸和形位为超高级精度的半空心型材WYY1125（见图2）。

1.2 铝合金模板铝型材模具特点与手艺 难度阐发

（1）模板铝型材品种多、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，才能包管 成形和尺寸、形位精度，需要进行年夜 量的实验 工作。

（2）模板要求财产化年夜 批量生产，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 寿命在原有根本上提高2-3倍，难度是十分年夜 的。

（3）扁宽形模板型材的宽、厚比年夜 于100以上，宽而薄的壁板部位尺寸精度和平面间隙都很难包管 ，需要一种特殊布局的宽展、分流模具公道 地分派 金属流，才能包管 型材的成形和高精度尺寸要求，特殊是包管 超高精度的形位公役 ，手艺 难度更年夜 。

（4）模板铝型材中半空心型材占多数 ，其舌比年夜 于5，尺寸与形位要求精度为超高精度，需要一种特殊布局的模具才能包管 其型材成形，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，包管 高的利用 寿命，难度是异常 年夜 的。

（5）模板铝型材要求轮廓光洁、尺寸和形位精度高，是以 需要采取 高质量的模具钢及严厉 的模具热处置工艺、机加工悉数 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.WYY1237和WYY1125模板铝型材模具的设计根据 与手艺 要求

2.1 WYY1237模板铝型材模具的设计根据 及手艺 要点

（1）WYY1237铝型材的合金状况 为6061ET6，挤压材经紧密水雾、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 ，并具有杰出的力学机能 、耐磨、耐蚀、可焊等综合机能 的公道 匹配。

（2）WYY1237铝型材属于扁宽薄壁型材（见图1），其特点是轻易 产生 严重的壁厚差和平面间隙，型材两头 面因充料不足而壁厚尺寸不敷 ，WYY1237型材的宽、厚比值高达 ，用通俗 平面模是达不到挤压型材手艺 要求的，必需 设计一种特殊的组合模才能包管 成形和到达 精度要求。

（3）WYY1237铝型材外廓尺寸年夜 ，必需 在7000吨以上的年夜 挤压机生产，挤压筒直径为?418mm，型材宽度几近 与挤压筒直径相当，这就需要设计建造 一种特殊的多级宽展挤压模，才能包管 型材成形及宽度精度与平面间隙。

（4）WYY1237型材的两个支承腿与壁板角度为 ，形位公役 值已高于GB5237高精级划定 ，需要频频 较量争论 与平衡金属流量的分派 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模板顺遂 装卸和整体的平直度，模具的设计制造有极年夜 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。

图1 建筑铝合金模板型材—WYY1237产物 图

2.2 WYY1125模板铝型材模具的设计根据 与手艺 要求

（1）WYY1125模板型材的合金状况 为6061ET6，挤压材经紧密水、雾、气淬火+人工时效后交货，要求型材尺寸与形位精度到达 超高级程度 ，并具有杰出的力学机能 、耐磨、耐蚀、可焊等综合机能 的公道 匹配。

（2）WYY1125模板型材属典型的高舌比半空心型材（见图2）。该型材从外形 来看是从三个半方面笼罩，一方面有一部门启齿 ，被笼罩部门为空间面积，这个面积从模子方面看是个悬臂梁，这个悬臂梁细而深，悬臂梁极易下塌，模子也很轻易 破坏 ，是很难挤压出及格 型材的，也难以包管 型材尺寸精度和形位精度。

（3）该型材有三个90?转角，个中 两个角为 ，一个角为 ，这三个角度的公役 值都已超越 《国标》的任何品级 划定 。用户要求包管 该型材三个角度精度是为了确保模板装配整体的平直度，这给模具的设计制造带来极年夜 难度。

（4）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。

图2 建筑铝合金模板铝型材—WYY125产物 图

3.模板型材模具的设计制造手艺 方案与提高利用 寿命的办法 与立异 点阐发

3.1 WYY1237铝型材模具

（1）WYY1237铝型材模具设计根据 与设计方案参数见表1和表2。

表1 WY1237铝型材的模具设计参数表

表2 模子设计方案参数表

（2） WYY1237模的设计方案示意图，见图3。

图3 建筑铝合金模板型材WYY1237特种宽展分流组合模示意图

（3）WYY1237型材模子设计方案要点及立异 点阐发

按照该扁宽薄壁铝型材的宽厚比值高达 ，属于高难度挤压型材，对其模具设计方案需要经由 频频 较量争论 和比较 阐发，才能肯定 最好 方案。终究 选择分流宽展模与型材模相组合的特殊模具布局。

WYY1237-1# 模在初始并未设置吊桥，但该模经上机试挤压时，发现模枪弹 性变形较年夜 ，挤压材尺寸不敷 不变，有的尺寸超下误差 ，平面间隙也超差，由此，在维修-1#模时在宽展模子 孔内安装上了两个吊桥，使其宽展模酿成 了分流宽展模，维点窜 良后的模具经上机试挤压，取实验 检测成果，挤压材的尺寸精度和形位精度完全知足 WYY1237型材的手艺 要求，尝试证实 点窜 后的方案是公道 的。

在设计、制造-2#模、3#模、4#模时均采取 宽展分流模的设计方案，其设计特点与立异 点是：

直接在宽展模孔内设计两个吊桥，构成 三个分流孔，分流比K分=13，焊合腔深度40mm，焊合室采取 特殊外形 并设有4个桥墩以平衡金属流量和提高模具的整体强度，从而使活动 金属在焊合室内具有足够高的静水压力。

在模孔前面设有金属导流导槽，按型材外形 进行第一次金属分派 ，提高型材的成形结果 ；

宽展分流模的金属进口 处下沉20mm，可平衡 金属活动 并下降 挤压力；

宽展分流模的分流孔安插与型材外形 类似 ，金属流经宽展分流孔的进程 中逐步 由圆形铸锭酿成 与型材外形 类似 的金属流，公道 节制 了金属分派 与调理 了金属流速。；

两侧的分流孔向外成两级宽展角，宽展角划分为25?、5?，以增年夜 两头 模孔处的金属流量和压力，便于填充。

模子设计尺寸及手艺 要求，见表3。

表3 WYY1237—1#模设计尺寸及手艺 要求表

（4）模子建造 要点

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。

WYY1237型材模选用国内名牌厂家生产的4Cr5MoSiV1热作模具钢，电渣重熔钢坯经再铸造 、退火后利用 ，模子热处置经1035?C高温淬火+2次充实回火，模体硬度值在48-49HRC，模具轮廓强化处置采取 二阶段氮化工艺，确保模子轮廓硬度值在HV950-1150，氮化层厚度100-160?m，从而提高模具利用 寿命。

（5）制品 模检考试 收记实见表4。

表4 WYY1237—1# 制品 模检测记实表

（6）试模记实见表5，模子经2-3次维修与改良，1#模试模后已完全到达 手艺 要求，生产出及格 型材。2#模，3#模，4#模也已试模及格 。

表5 WYY1237 铝型材模（第1、2次）试模的型材尺寸检测记实

3.2 WY1125模板铝型材的模具

（1）模具设计根据 与设计参数，见表6和表7。

表6 WYY1125铝型材的模具设计根据 表

表7 WYY1125—2# 模设计参数表

(2) 掩蔽 式模子设计布局示意图，见图4。

图4 建筑铝合金模板铝型材—WYY1125特殊半空心型材（掩蔽 式）挤压模（2#模）示意图

(3) 模子设计方案要点及立异 点阐发

按照WYY1125模板铝型材的年夜 舌比特点，对这类 挤压难度较年夜 的半空心铝型材，对3个模具设计方案进行阐发比较 ：

第一方案是常规的平面模，这类 模具易于建造 ，但因为 模子的悬臂部位直接承受变形金属的感化 力而使悬臂下弯，不克不及 包管 挤压材尺寸精度和形位公役 值，同时模具利用 寿命很短。

第二方案是在铝型材的启齿 处加一毗连条，使半空心铝型材酿成 关闭 的空心铝型材（见图5），如许 便可 以按通俗 分流模设计建造 ，这类 布局的模具固然 可以或许 包管 产物 尺寸精度和形位公役 值，可是挤压型材的毗连条需要在经淬火、时效后撕失落 ，当撕失落 毗连条后型材的毗连处粗拙 度很高，需要人工长时候 打磨，挤压材制品 率很低并且 本钱 高。

图5 WYY1125铝型材的启齿 处添加毗连条，使其变成 空心型材

第三方案是掩蔽 式模具布局，掩蔽 式模具设计道理 是用相当于分流模的模芯部门掩蔽 下模模孔的悬臂部位，从而，模具的悬臂部位不直接承受变形金属的感化 力（见图6）。悬臂部位的顶部与上模模芯顶部留有间隙”d”（0.8-1.0mm），用来消弭 因中间 弹性曲折 变形或压塌后对悬臂的压力（见图6）。这类 模子可有用 改良 由悬臂顶端部位模孔挤出型材的壁厚误差 ，较好地包管 型材质量。固然 模具建造 精度要求高，但模具制造厂具有 足够的加工能力。

本公司起首 实行 第二方案，设计制造了WYY1125-1#（平面分流组合模）模。这套模具经试模及格 后的挤压材尺寸精度和形位精度都及格 ，可是给生产增加 了不小的工作量，生产效力 低，制品 率也下降 ，不合适 年夜 批量生产。最后，经由 研究决议采取 第三方案—掩蔽 式布局的模具（WYY1125—2#模见图4），模子尺寸设计及手艺 要求，见表8。

表8 WYY1125—2#模尺寸设计及手艺 要求

(4) 模子建造 要点

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、加工中间 、数控电火花机床、数控雕铣机、慢走丝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。

WYY1125型材模选用国内名牌厂家生产的4Cr5MoSiV1优良 热作模具钢，电渣重熔钢坯经再铸造 、退火后利用 ，模子经1035?C高温淬火+2次充实回火热处置，模体硬度值确保48-49HRC。轮廓强化处置采取 二阶段气体氮化工艺，确保模子轮廓硬度值在HV950-1150，氮化层厚度100-160?m，以提高模具利用 寿命。

(5) 制品 模检考试 收记实见表9。

表9 WYY1125-2#模检测记实表

（6）试模记实见表10。经二次修模与改良，2#模完全到达 手艺 要求，生产出及格 型材。

表10 WYY1125-2#模 两次（第一次，第二次）试模的挤压材检测记实

4.模板铝型材模具批量挤压生产结果 阐发

4.1 WYY1237型材一共投做4套模，有3套模投入生产，有一套在待生产。现已 交生产 物 800多吨。个中 ，WYY1237-1#模因最初未设置吊桥，在挤压进程 中，模具弹性变形较年夜 ，型材的壁板中间 部位尺寸偏小，且平面间隙超差。经研究决议在宽展模的孔腔内安装上了两个吊桥，如许 既提高了模具的抗弯强度，也平衡 了金属的活动 。经点窜 、维修后的WYY1237-1#模上机挤压出的型材尺寸及格 。这套模在挤压出200多吨型材后因呈现委靡裂纹报废。模具利用 寿命较本来 25吨/每模提高了4倍以上。

在生产线上的-2#模、-3#模、-4#模都按-1# 点窜 模的布局设计制造的。此刻-2#模、-3#模正在生产线服役， 试模及格 的-4#模在生产线待用。

因为 模板型材模选用了优良 模具钢，并实行 了公道 的热处置轨制 ，模具设计制造的全进程 都采取 CAD/CAM/CAE全主动 生产，每套模具都具有很高的制造质量；挤压厂同时严厉 模子利用 轨制 ，是以 ，每套模仅试模1-2次挤压材就及格 ，修模量也比力小，利用 寿命也比力高，到达 了项目提高2-3倍的目的 。

4.2 WYY1125模板铝型材一共设计制造4套模，个中 —1#模是按全关闭 空心铝型材设计制造的，因为 这类 布局的模具固然 可以或许 包管 产物 尺寸精度和形位公役 值，可是，挤压型材的毗连条需要在经淬火、时效后撕失落 ，在撕失落 毗连条后的毗连处粗拙 度很高，需要人工长时候 打磨，如许 以来，挤压材制品 率很低，且费时费工，使产物 本钱 提高，不克不及 构成 批量生产，所以经研究后摒弃 1#模。-2#模选用掩蔽 式模具布局，掩蔽 式模具的特点是用相当于分流模的模芯部位掩蔽 下模模孔的悬臂部位，使模具的悬臂部门不直接承受变形金属的感化 力。-2#模经两次试模后挤压材尺寸精度及格 、形位精度也及格 ，在此根本上又设计制造了2套掩蔽 式模（-3#模 和-4#模），个中 -2#、-3#模投入生产，试模及格 的 —4#模在生产线待生产。现已 交生产 物 120吨，利用 寿命已跨越 原有模具的4倍以上。—2#模生产挤压材30多吨仍在利用 中。而—3# 模也在挤压生产线服役，还有试模及格 的—4# 模在挤压生产线待用。

因为 模板型材模选用了优良 模具钢，并实行 了公道 的热处置轨制 ，每套模具都具有很高的强度和韧性，模子尺寸建造 正确 ，挤压生产厂严厉 遵照 模子利用 轨制 ，是以 ，每套模试模次数少，修模量小，利用 寿命也比力高。到达 或跨越 项目提高2倍的目的 。

4.3 挤压出型材证实 ，WYY1237铝合金模板型材模、WYY1125铝合金模板型材模的设计制造质量是靠得住 的，挤压出的型材完全知足 用户对铝合金模板型材的手艺 要求，模具利用 寿命高，年夜 年夜 跨越 原有模具利用 寿命的2-3倍以上，并能知足 铝合金模板型材财产化批量生产的要求。

5.小结

绿色建筑铝合金模板型材的品种多，规款式 限 广，外形 复杂，模具设计制造手艺 含量高，生产手艺 难度年夜 。本文仅选两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 点进行阐发评论辩论 ，对模具的挤压结果 与利用 寿命进行比较 ，可见优良 模具在绿色建筑铝合金模板型材财产化批量生产中起侧重 年夜 的感化 。

（1）绿色建筑铝合金模板型材品种多，手艺 要求高，外形 复杂，生产手艺 难度年夜 ，需要设计与制造多种特殊布局模具才能包管 挤压材成形和各类 手艺 指标。

（2）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 ，环环相扣才能制造出优良 模具。

（3）本项目设计与制造出了特殊的二阶段宽展分流组合模，包管 了宽厚比年夜 于100的高难度型材的成型及超高精度要求。设计制造了特殊的舌比年夜 的半空心型材（掩蔽 式）模具，包管 了超高精度舌比年夜 于5的半空心型材的成型与超高精度，并且 利用 寿命年夜 幅度提高，并实现批量生产，具有明明的社会效益和经济效益。

（4）因为 选用了优良 模具材料的设计、制造工艺公道 、热处置和轮廓处置进步前辈，使模具利用 寿命提高了2-3倍以上，到达 了项目的要求。