建筑铝型材挤压模具设计难点阐发

1、 平易近 用建筑铝型材的特点

经济的成长 和人平易近 糊口程度 的提高，促使平易近 用建筑铝合金铝型材的品种和数目 敏捷 增进 。今朝 ，世界列国 建成了上千条平易近 用建筑铝型材临盆 线，其工艺设备 、临盆 工艺和模具的设计与制造均已根基 定型，具有尺度 化、系列化的特点。

(1)平易近 用建筑铝型材绝年夜 大都采取 6063－T5/T6铝合金临盆 ，这是由于 6063铝合金质轻，有杰出的塑性，工艺成形性能好，概况处置性能优秀 。可以用它临盆 出轻盈、美不雅 、耐用的优良 铝型材。

(2)世界上已研制出上万种建筑铝型材。其横截面积规模为0.1～100cm2，外接圆直径规模为φ8～350mm，腹板厚度规模为0.6～15mm。

(3)铝型材壁薄，绝年夜 大都铝型材的壁厚度为0.6～2mm，外形 十分复杂，且断面转变 猛烈 ，相干 尺寸精度要求高，手艺 难度年夜 ，年夜 大都为超高精度薄壁铝型材。

(4)建筑铝型材中的空心制品比例很年夜 ，空心铝型材与实心铝型材的比例年夜 约为1:1，并且 内腔多为异型孔，有的经常 为多孔异形薄壁空心制品。

(5)一组建筑铝型材需要组装成份 歧 的门窗系列或其他的建筑布局，是以 共同面多，装配尺寸多，装潢 面多。为了削减 铝型材品种，要求铝型材具有通用性和交换 性，这就提高了铝型材的精度要乞降 概况品质要求。

由于平易近 用建筑铝型材具有上述特点，加年夜 了模具设计与制造的难度。

2、 平易近 用建筑铝型材模具设计难点

平易近 用建筑铝型材模具的设计除 遵守 通俗 模具的设计原则之外 ，还有以下 特点：

(1)挤压机(挤压筒)的最好 比压规模为350～700Mpa；

(2)挤压系数的最好 规模为30～80；

(3)最好 比压和挤压系数可经由过程 挤压机、挤压筒、挤压工艺参数、铸锭长度和 模孔孔数来进行调理 。

2．1模具种类及其布局特征

挤压平易近 用建筑铝型材的模具可分为平面模和空心模两年夜 类。空心模又可分为平面分流组合模、星形组合模、舌型模，个中 平面分流组合模最为经常使用 ，占95%以上。

平面模用于挤压实心铝型材，模型 可以做得很薄，在14.7MN以下的中小型挤压机上使用的模型 可以薄到20～25mm，15.7～34.3MN挤压机用的模型 可以取30mm阁下 厚。薄模易加工制造，便于修模和抛光工作带概况。为了包管 模型 强度和产物 尺寸不乱 性，要增添 模垫的厚度或数目。

平面分流组合模用于挤压空心铝型材，因需经二次变形，故所需挤压力较年夜 ，易造成闷车。用这类 模具挤压空心铝型材，制品 率较高，模具易加工制造，临盆 操作简捷，能临盆 各类 高精度、高光洁概况的、外形 复杂的薄壁空心铝型材和多孔空心铝型材，但在挤压中或挤压终了 时修模和清算 残料较艰巨。

星形组合模合用 于外形尺寸较年夜 的空心铝型材，挤压力较分流模的小，铝型材制品 率较高，残料清算 也较轻易 ，但模型 加工较艰巨。

舌型模残料较长，铝型材制品 率低，模具加工难度介于二者 之间，但挤压阻力较小，且在挤压中或挤压竣事 时残料轻易 清算 清洁 ，修模便利，故多用于需要较高挤压力的品质要求较高的薄壁空心铝型材或硬合金兵工 铝材，表4—3—5列出了3种空心铝型材模的优瑕玷 。

表4—3—53种空心铝型材模具的比力表

模型 种类

挤压工艺性

产物 品质

(制品 率)

模型 加

工难度

清算 金属和修模

合用 规模

平面分流组合模

星形组合模

舌型模

一般

中等

杰出

杰出

杰出

欠好

易

难

中等

难

中等

易

所有空心制品

外形尺寸年夜 的空心铝型材

硬合金高质薄壁空心铝型材

2)模孔在模型 平面上的安置 原则

(1)应斟酌 铝型材挤出模孔时在出料台上的不乱 性，以防扭弯铝型材。

(2)装潢 面不要与出料台直接接触，以防划伤概况。

(3)应斟酌 到接近 挤压筒中间 的金属比接近 边沿 的金属活动 较快，所以铝型材的薄壁部门应尽量 接近 挤压筒中间 。

(4)对 槽形铝型材，其模孔安置 时应避免金属活动 快慢不均而酿成的 舌头偏斜，引发 铝型材壁厚不均。

(5)模孔最年夜 外接圆与模型 外径间的关系，见表4—3—6和表4—3—7。

3)分流孔的外形 及其在模型 平面上的安置

模型 入料腔的数目、外形 、年夜 小及其在模型 平面上的布列，对金属活动 影响极年夜 ，应凭据 挤压筒的年夜 小、产物 外形 、挤压产物 的根数及其排各位 置来肯定 人料腔的外形 和数目。模腔的设计应包管 模孔金属活动 的平均 性，在包管 模型 强度的前提 下，应尽量设计得年夜 一些。分流孔的设计与安置 见第3．5．3节。

4)模孔加工尺寸简直定

模孔外形尺寸=A0+A0(1.01%～l.02%)

式中 A0——铝型材外形的名义尺寸。

模孔壁厚尺寸=S0+S0(1.01%～l.02%)+C

式中 S0——铝型材壁厚名义尺寸；

C——经验批改 值。

5)模孔工作带简直定原则和方式

工作带厚薄是调剂 金属活动 速度的枢纽身分 ，工作带设计不妥，铝型材各部门流出模孔的速度就不平均 ，挤压出的制品就会发生 扭拧、曲折 、平面间隙年夜 等缺点 。为了公道 给定工作带，应斟酌 影响工作带长度的两个首要 身分 。

第一，模孔排各位 置对金属活动 的影响，挤压时金属的活动 特征 是接近 挤压筒中间 部位的金属活动 快，阔别 中间 的逐步 减慢。为此，如要使金属活动 平均 ，必需 把中间 部位的模孔工作带做得厚一些，阔别 中间 处逐步 减薄。模孔工作带转变 数值与挤压筒直径有关。

第二，铝型材壁厚对金属流速的影响。铝型材壁厚越年夜 即模孔尺寸越年夜 ，则金属活动 就越快，是以 ，为了调剂 流速，此处的工作带就应做得厚一些。

凭据 上述两个身分 ，模孔工作带可按以下 公式计较：

L=t·Kl·K2(4－3－15)

式中L——工作带长度/mm；

t——铝型材厚度名义尺寸/mm；

Kl——模型 材质强度系数(≈1．5～2．0)；

K2——模孔位置流速差之比。

(1)平面模模孔工作带长度简直定方式

①设计工作带长度时，以全部 铝型材最难挤出(成形)部门为基准点，取该处工作带长度为制品 厚度的l.5～2倍。以图4—3—39中的铝型材为例，该铝型材的壁厚为t，由于其宽度较年夜 ，两头 部出料较难(见虚线部门)，故以此处作为设计工作带的基准点，取L=(1.5～2)t。

图4—3—39实心铝型材工作带基准拔取 示意图

②与基准点相邻部位的工作带长度比基准点工作带长1mm，见图4—3—39。

③铝型材厚度不异部位，如其距离挤压筒中间 的距离相等，工作带的长度应相等。

④由模型 中默算 起，每阔别 中间 10mm则其工作带应响应 削减 ，参看图4—3—40及表4—3—8示出的数值。

图4—3—40工作带长度与距中间 的关系示意图

(a)——金属流速图；(b)——工作带长度的转变

表4—3—8铝型材厚度及离中间 距离与工作带长度对应关系

铝型材厚度/mm

离中间 每相距l0mm工作带增减数值/mm

1.2

1.5

2.0

2.5

3.0

0.2

0.23

0.30

0.35

0.40

⑤其他情形 不异时，工作带的长度与该处的厚度成正比。例如：t1=1mm处工作带长L1，=2mm，t2=1.5mm处的工作带长度L2为3mm。

⑥铝型材螺孔处，工作带应增添 1mm，(图4—3—41(a))，铝型材双方 交代 处有圆弧R的处所 ，工作带应增年夜 1mm(图4—3—41(b))。

⑦铝型材模孔的端部，因三面受阻，金属流速较慢，故此处的工作带应削减 lmm，见图4—3—42的圆圈处。

图4—3—41工作带长度增添 示意图

(a)——螺丝孔处增添 lmm；

(b)——圆弧处增添 1mm

(2)分流组合模模孔工作带长度简直定方式 ①桥底人料艰巨处工作带长度为铝型材厚度之两倍，即L=2t。接近 入料口处的模孔，因金属活动 较好，工作带应为2t+1mm。

②铝型材空心部门工作带长度与通位长度L有关，见图4—3—43。

当L=15～20mm时，工作带长度为2t+1+0.5mm；

L=21～30mm时，工作带长度为2t+1+1mm；

L=30mm以上时，按上述比例增添 。

图4—3—42模孔端部工作带长度转变 示意图

(虚线圆圈处工作带长度应削减 )

图4—3—43分流组合模空心部位的工作带示意图

1——入料孔；2——工作带长等于2t；

3——工作带长等于2t+1

③与空心部门(通心部门)相接的实心模孔部门的工作带，与分流孔的年夜 小、外形 和散布 有关，桥底及入料不直接流人的模孔工作带取3倍厚度加lmm，即L=3t+1mm，入料直接流人的模孔工作带取厚度的4～5倍，即L=(4～5)t。

6)调剂 金属流速的非凡 方式

(1)导流法。在模型 工作端面上做一个深度15～20mm的凹兜，将金属导入模孔并用公道 设计导流孔的年夜 小和外形 来调理 金属的流速。如对 槽形铝型材，常见的两种缺点 便可 用导流法来解决，如图4—3—44所示。

(2)促流法。在模型 工作端面做成各类 分歧 的促流角，来调剂 金属的流速，如壁厚转变 的楔形铝型材，在窄孔处促流角做得年夜 一些，在宽孔处促流角做得小一些，但最年夜 促流角不得年夜 于45°，如图4—3—45所示。

(3)阻碍法。在模型 工作带端面凭据 铝型材壁厚设计成份 歧 的阻碍角，来调理 金属流速。在挤压空心铝型材时轻易 泛起 突出 和凹下缺点 ，可用如图4—3—46所示方式 来批改 。突出 缺点 削去A处，凹下缺点 削去B处。调理 方式 是消弭 阳模障碍。

图4-3-44用导流法来调剂 金属流速示意图

(a)——尺度 槽铝型材；(b)——突出 缺点 ；(c)——凹下缺点 ；(d)——导流模

图4—3—45用促流法调剂 金属流速示意图

图4—3—46用阻碍法调剂 金属流速示意图

7)空刀的设计

(1)对 一般铝型材模来讲 ，空刀部位尺寸比模孔尺寸年夜 3mm(单边l.5mm)，对 小规格或薄壁铝型材，为了调和 相干 位置或为了增年夜 模型 的强度，空刀尺寸可减小到单边0.5～1mm。

(2)为了不 铝型材与模壁相擦，空刀部门可采取 3°～5°的锥形出口。

(3)铝型材的螺丝孔及毛条坑位后的空刀应恰当 减短。

(4)易堵模的铝型材，空刀部门应做成锥形。

(5)为包管 铝型材能顺遂 经由过程 模孔，模型 空刀部门、模垫、模支承垫的尺寸一般按以下 原则肯定 ：

模型 空刀尺寸=模孔尺寸+(1～3)mm；

模垫尺寸=模孔尺寸+(6～12)mm；

模支承垫尺寸=模孔尺寸+(10～20)mm。

8)模型 厚度的设计

对 平易近 用建筑铝型材，平面模的厚度一般取25～30mm，分流组合模的厚度由强度校核肯定 ，一般而论取80～185mm，导流模的厚度一般取l5～25mm。

9)模型 强度的校核

由于平易近 用建筑铝型材品种繁多，外形 复杂并且 多系薄壁铝型材或空心铝型材，这给模具的布局选择和强度校核带来了必然 的艰巨。为简化起见，将平易近 用建筑铝型材模归纳为平面模和分流组合模来进行强度校核。

(1)平面模进行强度校核的首要 有槽形模、双孔带板模和半空心铝型材模。一般情形 下可用下述公式来计较：

（4－3－16）

式中 n——平安 系数；

P——挤压机的最年夜 比压；

B、B1——模型 和模垫危险断面的宽度；

H、H1——模型 和模垫的厚度；

F——模型 受压面积；

[σb]、[σb’]——模型 和模垫材料的许用强度。

以一个半空心铝型材为例计较强度。挤压机为17.6MN，挤压筒的比压P=760MPa，[σb]=[σb’]=1150MPa，H=38.1,H=38.1mm，Hl63.5mm，B=9mm，Bl12-(2×3.5)=5mm。

所以，根基 上是平安 的。

(2)分流组合模的强度校核一般按下面公式计较：

（4－3－17）

式中 b、h——离别 为分流组合模上模的桥宽和桥厚；

[σb]——模具材料的许用强度；

P——挤压筒最年夜 比压；

F——模型 受压面积。

以一个平面分流模为例计较强度。挤压性能 力为17.6MN，挤压筒比压P=760MPa，[σb]=1150MPa，b=30mm，h=40mm。

10)模具的装配方式

日本宇部兴产股份有限公司 设计制造的l6MN挤压最经常使用 的模具装配方式见图4—3—47和图4—3—48。

11)模具的材料及硬度

平易近 用建筑铝型材模具经常使用 的材料及使用硬度以下 ：模型 ，材料3Cr2W8V，HRC为48～52；材料4CrMoSiVl，HRC为46～50。

模垫及其他模具组件，材料5CrNiM0、5CrNiW等，HRC=40～45。受力较年夜 的模垫，应采取 4Cr5MoSiVl钢，热处置后HRC为46～50。

图4—3—47实心模具装配图

1——模型 ；2——模垫；3——模套；4——模座；5——模后座；6——定位销

图4—3-48分流组合模装配图

1——阳模；2——阴模；3——模套4——模座；5——模后座；6——定位销