典型高难度铝型材模具设计优化方案分享

跟着 我国年夜 范围 的基建投资和工业化的高速成长 ，铝型材作为建筑范畴 和工业范畴 里主要 的运用 材料，全行业的产量及消费量也迅猛增加，使我国一跃成为世界最年夜 的铝型材出产基地和消费市场。而产物 在市场上的竞争则异常剧烈 ，利润特别 是建筑型材利润络续下滑。迫使铝型材企业在扩大 传统的建筑铝型材市场的同时，向运用 更广、附加值更高的工业用铝型材市场进军，以实现产物 结构和手艺 含量的进级 .只有敏捷 晋升本身 综合实力，企业才能跻身同业 业前列。

铝型材挤压出产进程 中，模具是包管 产物 成形，具有准确 外形 、尺寸和精度的根基 东西。公道 的模具结构是实现挤压工艺进程 的根蒂根基 ，获得所需外形 、尺寸精度、机能 、及产物 概况质量及格 的主要 包管 。因为 模具缘由 致使 个体 产物 不克不及 按时交货是恒久困扰铝型材出产企业的难题之一，特殊是对 一些挤压难度年夜 的型材，模具结构设计的公道 与不然 成了可否 顺遂 挤出及格 产物 的要害 。在出产实践中，我们经由过程 络续的更新模具设计理念，采取 国表里 进步前辈的制模装备 和加工手艺 ，优化模具结构，下降 挤压力，使产物 的交货期显着 缩短，挤压速度和型材的概况质量也获得 了显著提高。下面经由过程 几个具体出产实例，来谈谈我们的一点浅见。

1. 工业用换热器铝材（如图一所示）

根基 参数：铝材挤压机吨位1650t，挤压筒直径?185mm，挤压系数19

图为：工业用换热器铝材截面图

难点阐发：因为 型材模芯被腔筋朋分 成七个小模芯，并且 腔筋的长度达90毫米，壁厚也较薄，是以 模具中央 的腔筋供料极为 难题 ，同时，因为 七个小模芯的宽度较小，模芯的强度年夜 年夜 下降 ，模芯轻易 发生严重的偏移，乃至 断裂报废。

这类换热器型材，一向 是很难挤压的产物 ，传统的模具设计方案通常为 采取 上中下三个分流孔供料，如图二所示，或 采取 图三的分流孔结构 方案。可是，这两种方案都存在难以战胜 的缺点 ，图二的方案固然 包管 了各条腔筋的供料，可是因为 模桥的跨度较年夜 ，中央 的分流孔直冲模芯的面积也较年夜 ，从而致使 模具的整体刚度较差，在挤压进程 中，模芯会发生严重变形，偏壁严重，起海浪 ，成型差，整体的模具寿命极低。

图三所示的设计方案，固然 模具的整体刚性获得 必然 水平 的提高，可是供料不平均 ，两侧最边沿 的腔筋难以供料，只能经由过程 买通 两侧的模芯来实现供料（如图四a地方 示），是以 ，这类 方案一样 会年夜 年夜 下降 模芯的强度，成型很差，模具的寿命也很低，没法 知足 出产要求。

图为：工业用换热器铝材模具设计方案图

在进行模具设计的进程 中，我们提出了新的模具设计方案，如图四所示，新方案模具采取 十二个分流孔供料，增添 了分流桥的数目 ，年夜 年夜 减小了单个模桥的跨度，减小了单个分流孔的进料面积和单个分流桥的宽度，使分流桥在整体模具供料结构 中呈网格状散布 ，这类 近似于“蜂巢”的网格结构年夜 年夜 加强 了模具的整体刚度。减小了模具的弹性变形，同时也使型材的各个部位的供料更趋平均 公道 ，分流孔供料时的金属流对模芯发生 的感化 力互相 获得 有用 均衡 ，模芯的弹性变形现象获得 了极年夜 的改善。同时，为了有用 减小挤压力，在设计时减薄了上模的厚度并设计了减压角。实践证实 ：采取 此方案制成的模具上机后的出料结果 异常 幻想 ，知足 了客户对尺寸精度的要求，模具寿命也年夜 年夜 提高。

2. 工程料年夜 盖板铝材模具设计优化案例（如图五所示）

根基 挤压参数：挤压机吨位2500t，挤压筒直径￠236mm,挤压系数27。

图为：工程料年夜 盖板铝材模具设计优化案例

模具设计难点阐发：该型材的几何尺寸较年夜 ，壁厚较薄，因为 遭到 挤压筒直径的限制，分流孔在设计时需要年夜 角度宽展扩孔，同时，因为 遭到 分流孔进料直径的限制，两个小模芯的供料较难均衡 ，致使小模芯摆布受力不服衡，在受力不均的情形 下，轻易 发生偏壁。

因为 型材的形位公役 要求严厉 ，是以 ，在模具设计时假如 采取 通俗 的六孔或八孔的方案的话，模具在挤压进程 中很轻易 发生偏壁，扭拧，斜角等问题，且很难进行修模改正 。为了有用 避免上述缺点 的发生 ，我们在设计模具时采纳导流板两次分流的模具结构，组装图如图六所示，导流板如图七所示，上模分流孔如图八所示。

图为：工程料年夜 盖板铝材模具设计方案图

为了使型材成型精良，起首 必需 要包管 模具型腔的各个部位的供料平均 充实，同时还要使两个小模芯在摆布偏向 上的受力获得 有用 均衡 ，避免模芯变形而酿成的 偏壁，是以 在进行模具设计时，我们始终以"均衡 "作为设计的主旨 ，包孕 供料均衡 ，流速均衡 和受力均衡 。

因为 型材上下部门舛讹称，在设计导流板的进料孔时，必需 充实斟酌 上下部门的分料比例，按照经验公式较量争论 ，导流板上下分流孔的进料面积比设计为1:1.18。为了使型材阔别 挤压中间 的边沿 部门供料充实，导流板的分流桥采取 斜面向外过渡，减小边沿 部门的金属活动 阻力。按此方案制成的模具上机后出料安稳 ，料头整洁 ，遍地 壁厚平均 ，仅下部中央 的中横处出料略快，两个小模芯位置呈现稍微 收口，在经由 修模调剂 后，出产出的型材成型状态 异常 幻想 ，完全知足 客户要求。

3. 工业流水线铝型材结构件（如图九所示）

该型材用1650吨挤压机挤压，挤压筒直径为185mm, 挤压系数为17。

图为：工业流水线铝型材结构件截面图及模具设计方案

设计难点阐发：该型材的外接圆尺寸较小，只有8080mm，从里向外有"三层"空腔，共九个模芯，如许 的模芯结构极易造成中央 供料难题 ，因为 单个模芯的尺寸较小，刚度较差，轻易 发生严重偏壁，乃至 造成模芯断裂报废。针对上述难点，在进行模具设计时，重点斟酌 各个中央 模芯的供料及受力均衡 问题。

此类型材传统设计方案通常是 外面开四个分流孔，中央 开四个小分流孔供料，如图十所示。这类 方案的长处 是模具结构相对简单，利于加工，可是也存在一些缺点 ，因为 该方案外围的四个分流孔的进料面积过年夜 ，而中央 四个小进料孔因为 遭到 模芯尺寸的限制，难以再扩年夜 ，是以 ，中央 与外围分流孔的进料面积比例差距过年夜 ，造成中央 模芯的供料严重不足，假如 中央 进料孔沉桥深渡过 年夜 的话，将使模具的强度遭到 严重影响。同时，因为 表里 模芯的受力得不到有用 均衡 ，将致使 型材发生 严重的偏壁现象。

针对上述问题，我们改善 设计，提出了新的模具结构方案：新方案采取 导流板二次分流的结构，如图十一至十三所示，图十一为导流板，图十二为上模进料孔。图十三为模具的整体装配图，新方案将旧方案外围的四个年夜 分流孔分化 成8个小分流孔，减小了外围分流孔的进料面积，如许 就使中央 进料孔与外围进料孔的进料面积比例趋于公道 。型材四个角部所对应的四个外围分流孔的进料面积要小于其他四个分流孔的面积（如图十二所示），在设计上，这是相当 主要 的，不然 ，外围的四个较年夜 的模芯的受力会不服衡，模芯将会发生偏移。

新方案充实斟酌 了模具型腔各个部位的分料比例，使供料更加 平均 公道 ，模具的整体强度获得 显着 提高，模芯的受力状态均衡 较好，出料偏壁现象显着 好转，该模具第一次上机出料就较为幻想 ，除 几处启齿 位呈现稍微 "收口"外，型材壁厚根基 知足 公役 精度要求，料头整洁 ，中央 型腔的供料情形 精良，经由 修模调剂 流速后，模具挤出的型材知足 了客户要求。

工业流水线铝型材结构件模具优化后的设计方案

4. 薄壁年夜 铝方管（如图十四所示）

薄壁年夜 铝方管截面图

薄壁年夜 方管（注：年夜 圆管与其近似）一向 是包围 铝型材挤压模具行业的难题，在出产实践中，这类 模具假如 采取 传统设计结构的话，很难出产出及格 产物 ，常常 模具一上机就会呈现裂桥，模具的报废率极高，不但 年夜 年夜 增添 了出产本钱 并且 耽搁 交货周期，年夜 方管与年夜 圆管特别 在“小机挤年夜 料”的情形 下，是极难堪 题 的。

难点阐发：固然 年夜 方管的外形 对称，结构简单，可是因为 130130mm 壁厚1.6mm的方管的模芯面积过年夜 ，壁厚过薄，模具中间 的挤压死区所发生 的金属变形抗力和金属磨擦 力过年夜 ，模具在承受高温、高压、高磨擦 力的情形 下，会发生严重变形，致使 模具呈现"裂桥"。

如图十五所示，模具工作时，因为 遭到 压力而呈现弹性变形，模芯根部a处在弹性变形时遭到 拉应力感化 ，因为 桥位焊合水滴的存在，造成a处应力集中，a处成为危险部位，在出产实践进程 中，裂桥现象均发生在此处。

图为：薄壁年夜 铝方管模具设计原方案

为领会决模具强度问题，平日 可以采纳导流板，上模，下模等三件结构，在导流板与上模之间留有必然 的变形间隙，从而起到"护卫"上模的感化 （如图十六所示）。在现实 出产中，如许 的结构可以年夜 年夜 改善模具的受力状态 ，提高模具利用 寿命，可是导流板三件结构也存在必然 的缺点 ，因为 增添 了导流板，使模具的厚度增添 （导流板与上模的厚度总和年夜 年夜 增添 ），金属在模具中活动 距离太长 ，如许 就会造成挤压力年夜 幅上升，挤压速度也显着 下降 。

为领会决上述问题，我们在1650吨挤压机上（挤压筒直径为185mm）提出了全新的模具设计方案（如图十七和图十八所示）。

图为：薄壁年夜 铝方管模具优化后的新设计方案

新方案主要从下降 挤压力，减小桥位危险部位的应力集中入手，和 从增年夜 模具强度和刚度的角度动身 ，进行了全新的改善 。鄙人 降 挤压力方面，新方案在进料偏向 上设计了减压角，为了减小金属变形抗力，增添 金属活动 性，新方案设计了全新的分流锥结构，最年夜 限度的削减 金属活动 死区，将上模入料偏向 上设计成“碟型”入料结构。在减小应力集中方面，新方案年夜 年夜 加宽了桥位水滴，使危险部位的应力集中现象获得 极年夜 改善。同时，将桥位设计玉成 新的"拱形"结构，（注：拱形桥结构在土木匠 程中早有普遍 运用 ，例如，以有名 的赵州桥为代表的"拱桥"，和 水库的混凝土"拱坝"等）。这类 拱形结构使模具桥位的受力偏向 发生了转变 ，模具桥位的受力被分化 为向桥墩的分力f1和向模具外圆的分力f2（如图十九所示），在提高模具整体刚度方面，经由过程 增年夜 模具外圆来实现，使模具桥位的受力状态由"简支梁"变成 "固端梁"。

实践证实 ：这类 全新的模具结构显著改善了模具桥位的受力状态，年夜 年夜 提高了模具的利用 寿命。同时，拱形结构也增添 了型材角部的焊合室深度，从而填补 了因水滴过宽而酿成的 角部供料不足和焊合质量下降的缺点 。采取 新设计方案的模具上机后，型材成型精良，经由 屡次 上机出产证实 模具机能 不变，模桥未呈现裂纹，单套模具的出材支数提高到了1500支以上。

综上所述，公道 的模具结构不只 能包管 产物 几何外形 和尺寸精度，改善型材力学机能 ，并且 还可以最年夜 限度的下降 挤压力，提高挤压速度，实现节能降耗的目的 。出产实践证实 ，我们在模具设计方面所进行的年夜 胆立异 测验考试 获得 了精良的结果 ，不但 使挤压机的单机产量获得 显著提高，产物 质量和档次也上了一个新的台阶，给企业带来了精良的经济效益。