年夜 型复杂截面铝型材模具宽展布局优化设计

1、媒介

今朝 ，国内铝挤压行业成长 迅猛，市场对年夜 尺寸截面铝型材的需求量正逐年上升，然则 ，因为 5000吨以上的年夜 型挤压机的装备 投资较年夜 ，而且 ，年夜 型挤压机的挤压临盆 本钱 较高，是以 ，国内今朝 只有少数年夜 企业才装备有5000吨以上的年夜 型挤压机。而绝年夜 大都铝型材临盆 企业所装备的挤压机都是以4000吨以下的中小型挤压机为主。用中小型挤压机临盆 几何尺寸较年夜 的铝型材时，因为 遭到 挤压筒直径的限制，这类铝型材的挤压临盆 难度异常 年夜 ，小机出年夜 料问题一向 是困扰铝挤压模具行业的手艺 困难 。本文经由过程 几个具体的模具设计实例，谈谈复杂铝型材宽展模具的设计体味 。

2、宽展设计道理

宽展模具就是在模具前端设置一个具有宽展功能的导流板，挤压时使圆铸锭发生 一次预变形，变形后的铸锭截面年夜 致接近于宽厚比年夜 的铝型材截面尺寸，使导流板的导流孔的宽度逐步 增年夜 到接近或年夜 于圆挤压筒的内径，金属再颠末二次变形流出模孔，以临盆 出外接圆尺寸跨越 圆挤压筒直径的年夜 尺寸铝型材。在进行宽展模的设计进程 中，要用到宽展率δB和宽展角β。

导流板的宽展率δB：

×100%,δB。

导流板的宽展角β为：

式中：δ----导流板的宽展率（每每在15%～35%局限 较适合 ）；

β----导流板的宽展角（一般β角小于30°）；

B2----为宽展直径；

B1----为进料直径；

HB----为导流板的厚度。

宽展角在一般环境下都选择在30度之内，若是宽展角过年夜 ，金属将呈现填充不良现象，然则 ，在特别的环境下，采取 特别的模具布局，可以冲破 常规极限，使宽展角设计的更年夜 。

3、宽展模设计实例

设计实例一：工程料年夜 装潢 板（如图1）

模具设计根基 参数：挤压机吨位2500T，挤压筒直径φ236mm，挤压系数18，模具直径：φ460mm，合金商标 6063，挤压筒温度400～430℃，铸锭温度,480～510℃，模具温度460-480℃，挤压速度8～15m/min。

难点阐发：该铝型材几何尺寸较年夜 ，壁厚较薄，客户对几何尺寸公役 和壁厚公役 要求严厉 ，铝型材外接圆超越 了2500吨挤压机模具进料孔极限，而且，该铝型材有两个小模芯，因为 遭到 分流孔进料直径的限制，两个小模芯的供料很难均衡 ，致使 小模芯在上下标的目的上受力不均，小模芯轻易 发生严重偏移，从而影响出料成型，另外 ，因为 铝型材中央 的空腔较年夜 ，模具的挤压死区面积过年夜 ，造成挤压力年夜 幅升高，是以 ，该铝型材在临盆 进程 中极易呈现斜角，海浪 等缺点 ，乃至 会发生模具裂桥报废。为了有用 避免上述问题的发生 ，必需 从改良 模具的布局入手，使模具各部份 的供料平均 ，模芯受力均衡 。为了到达 杰出的出料结果 ，我们在设计模具时采纳导流板两次分流的布局情势 ，导流板采纳三孔沉桥的设计方案，如图2所示，上模分流孔如图3所示，模具布局如图4所示。

该铝型材的摆布部份 过失称，右半部份 因为 两个小公头的存在，比左半部份 难出料，是以 ，在设计导流板时，应充实斟酌 摆布两部份 的供料比例。基于上述阐发，我们将该模具导流板设计成三孔布局，右半部份 由一个年夜 分流孔供料，并将导流板设计成“半月形”如图2，这类 布局能有用 增年夜 模具外侧边沿 的供料，同时削减 中央 直冲部份 的供料，凭据 经验公式较量争论 ，导流板右侧 的分流孔进料面积与上下分流孔的进料面积比例，设计为1:1.3。为使阔别 挤压中间 的边沿 部份 的铝型材供料充实，导流板的分流桥采取 斜面向外过渡，以减小边沿 部份 的金属活动 阻力。

经上机试模证实 ，这类 布局能有用 均衡 两个小模芯的受力，铝型材遍地 的金属流量分派 较为公道 ，模具上机出料安稳 ，料头整洁 ，遍地 壁厚较为平均 ，仅小公头端面处出料略慢，两个小模芯位置轻细收口，经一次修模调剂 后，临盆 的铝型材成型抱负，完全知足 客户要求。

设计实例二：工业铝型材风车中空机翼（如图5）

模具设计根基 参数：挤压机吨位2500T，挤压筒直径φ236mm，挤压系数23，模具直径：φ460mm，合金商标 6063，挤压筒温度400～430℃，铸锭温度,480～510℃，模具温度460-480℃，挤压速度8～15m/min。

难点阐发：该铝型材几何尺寸较年夜 ，客户对圆弧部份 精度要求较高。该铝型材若是在3600吨挤压机（挤压筒直径300mm—320mm）上临盆 的话，较为轻易 ，然则 因为 遭到 装备 前提 的限制，2500吨挤压机的挤压筒直径偏小（φ236mm），给临盆 造成了较年夜 的难度，该铝型材双方 阔别 挤压中间 的位置供料较为坚苦，出料今后 因为 流速不均，轻易 造成圆弧部份 变形，难以知足 客户对圆弧部位尺寸精度的要求。同时，因为 模具的横向桥位跨渡过 年夜 ，模芯处的挤压死区面积也较年夜 ，使模具桥位的抗弯强度年夜 年夜 下降，在挤压临盆 进程 中，当模具承受较年夜 压力载荷时，桥位的变形挠度增年夜 ，在桥位水滴处构成 较年夜 的拉应力，从而造成裂桥报废。

针对上述问题，我们经由过程 采取 导流板宽展布局，使铝型材边沿 部份 的供料充沛，同时，在导流板与上模之间预留变形间隙，对上模起到珍爱 感化 ，这类 布局能有用 提高模具桥位的抗弯强度。

我们将导流板（如图6所示）设计成四孔布局，导流板的中央 架桥，分流桥采取 斜面向外过渡，目的是为了减小分流孔边沿 部份 的金属活动 阻力。上模分流孔设计成八孔布局（如图7所示），每一个导流板的进料孔离别 为上模的两个分流孔供料，模具布局如图8所示

金属经由过程 导流板后，进行了第一次预变形，经由过程 调剂 导流板的进料布局，可以使 模具各部份 的流速加倍 平均 ，另外，在导流板与上模之间留出必然 的预变形间隙，当模具遭到 压力感化 时，导流板可承受年夜 部份 变形载荷，从而削减 了上模的变形量，极年夜 地改良 了上模模桥的应力散布 状态，上模在挤压进程 中所发生 的变形挠度年夜 为减小，使模具桥位的抗弯强度年夜 年夜 增添 ，显著提高了模具的利用 寿命。

在现实 临盆 进程 中，该模具出料安稳 ，料头整洁 ，铝型材遍地 壁厚平均 ，各个圆弧位的尺寸精度较高，临盆 出的铝型材成型状态 异常 抱负，模具上机一次及格 ，年夜 年夜 缩短了交货周期。

设计实例三:工业铝型材布局立柱（如图9）

模具设计根基 参数：挤压机吨位2500T，挤压筒直径φ236mm，挤压系数12，模具直径：φ460mm，合金商标 6063，挤压筒温度400～430℃，铸锭温度,480～510℃，模具温度460-480℃，挤压速度8～15m/min。

难点阐发：该铝型材几何尺寸较年夜 ，外形 复杂，铝型材双方 的两个小公头已 超越 了2500吨挤压机的挤压筒直径（如图9），是以 ，在2500吨挤压机上临盆 的难度很年夜 ，为了充实行 展 2500吨挤压机的工作潜能，我们颠末具体 的强度校核较量争论 ，设计了新布局的导流板，经由过程 采取 宽展导流模的布局，用2500吨挤压机成功临盆 出了知足 客户需求的及格 产物 ，年夜 年夜 下降 了临盆 本钱 。

该铝型材固然 在布局上摆布对称，但外形 较为复杂，特别 在内侧有7个装配凹槽，这些凹槽处供料较为坚苦，在挤压进程 中轻易 造成收口变形等成型缺点 ，同时，因为 摆布两个小公头已 超越 了挤压筒直径，轻易 发生严重偏壁，乃至 致使 模芯断裂报废，是以 ，在设计模具时，必需 包管 模具各部位供料均衡 和 模芯的受力均衡 。为了使模芯在摆布标的目的上的受力到达 均衡 ，我们设计了年夜 宽展率的导流板，经由过程 沉桥削减 了边沿 阻力，使导流板宽展角最年夜 到达 38°（如图10所示）。模具的上模分流孔采取 扇面状平均 散布 （如图11所示）。模具布局如图12所示。

在设计进程 中经由过程 经验公式较量争论 ，调剂 各分流孔的供料面积，使铝型材各个部位的流速加倍 平均 ，模芯的受力环境获得 极年夜 改良 ，避免了偏壁现象。

该模具上机后，整体 出料环境较为抱负，料头整洁 ，壁厚较为平均 ，但中横处偏快，摆布凹槽偏慢，造成必然 水平 的收口变形，颠末修模调剂 后，该模具成功临盆 出了及格 产物 。

设计实例四：年夜 型工业用散热器铝型材（如图13所示）

模具设计根基 参数：挤压机吨位2500T，挤压筒直径?236mm，挤压系数8，模具直径：￠460mm;合金商标 6063，挤压筒温度400～430℃，铸锭温度,490～520℃，模具温度460-480℃，挤压速度6～12m/min。

难点阐发：该散热器铝型材有多处装配位，客户为了削减 后续的机加工本钱 ，对铝型材的尺寸精度和平面度要求很高，而且 ，该铝型材几何尺寸较年夜 ，年夜 年夜 超越 了2500吨挤压机的挤压筒直径（如图13所示），该散热器齿位壁厚2.0mm，中横处壁厚达13mm，因为 较难出料的齿位处于阔别 挤压中间 的边沿 位置，而处于挤压中间 的中横处的壁厚较厚，是以 ，该铝型材的齿位供料将极其 坚苦，如采取 通俗 模具设计方案，该铝型材中横部份 的流速会很快，将难以节制 ，而齿位极可能 因流速过慢而造成塞模，乃至 偏齿。为认识 决流速节制 的困难 ，必需 设计超年夜 宽展角的导流板，我们在2500吨挤压机上采取 了新奇 的“两级复合导流板”布局。

一级导流板如图14所示，该导流板采取 中央 架桥的两孔布局，并向两侧进行年夜 角度宽展，宽展角达41.3°。二级导流板如图15所示，该导流板采取 10孔布局，铝型材流速过快的中横处被桥位完全遮挡，同时加年夜 两头 齿位处罚 流孔的供料面积，经由过程 经验公式较量争论 ，我们将齿位处罚 流孔与中横处罚 流孔的面积比例设计为1.8：1。同时，齿位处罚 流孔采取 直冲供料和沉桥的布局，如图15所示。模具布局如图16所示。

该模具的两级导流板布局，能最年夜 限度的公道 分派 金属流量和流速，当金属进入一级导流板后，碰到 二级导流板桥位的反对 ，金属将更多的向两真个 齿位处罚 流，从而实现模具的流速和流量节制 。

该模具加工完成后，上机一次及格 ，铝型材成型异常 抱负，齿位供料充沛，中横处的流速获得 有用 节制 ，料头整洁 ，尺寸精度和平面精度较高，完全知足 客户的要求。

4、小结：

本文经由过程 现实 例子说了然铝合金铝型材挤压宽展模具设计道理 的利用，采取 宽展布局的模具可以使挤压机的工作潜能施展 到最年夜 水平 ，较好的解决了“小机出年夜 料”的临盆 困难 。对 宽厚对照 年夜 的扁宽铝型材，模具采取 导流板宽展布局，能有用 扩大 金属在模具中的活动 局限 ，金属在颠末导流板进行第一次宽展预变形后，再进入上模分流孔进行第二次分流，模具的供料布局更加 平均 公道 ，这类 布局能显著改良 铝型材出料的成型度，同时年夜 年夜 提高模具的强度和不变性，在现实 临盆 进程 中，宽展模可以或许 使挤压机的工作潜能施展 到最年夜 水平 ，使“小机出年夜 料”的临盆 困难 在很年夜 水平 上获得 有用 解决。