民用铝合金建筑型材模具设计的优化
2018-12-20 09:35:33
民用建筑铝合金型材的特点 随着经济的发展和人民生活水平的提高，促使民用建筑铝合金型材的品种和数量迅速增长。目前，世界各国建成了上千条民用建筑型材生产线，其工艺装备、生产工艺和模具的设计与制造均已基本定型，具有标准化、系列化的特点。 (1)民用建筑型材绝大多数采用6063-T5/T6铝合金生产，这是因为6063铝合金质轻，有良好的塑性，工艺成型性能好，表面处理性能优良。可以用它生产出轻巧、美观、耐用的优质型材。 (2)世界上已研制出上万种建筑铝型材。其横截面积范围为0.1~100cm，外接圆直径范围为φ8~350mm，腹板厚度范围为0.6~15mm。 (3)民用建筑铝铝型材壁薄，绝大多数铝型材的壁厚度为0.6~2mm，形状十分复杂，且断面变化剧烈，相关尺寸精度要求高，技术难度大，大多数为超高精度薄壁型材。 (4)建筑铝型材中的空心制品比例很大，空心型材与实心型材的比例大约为1:1，而且内腔多为异型孔，有的常常为多孔异形薄壁空心制品。 (5)一组建筑铝材需要组装成不同的门窗系列或其他的建筑结构，因此配合面多，装配尺寸多，装饰面多。为了减少型材品种，要求型材具有通用性和互换性，这就是提高了型材的精度要求和表面品质要求。 由于民用建筑铝型材具有上述特点，加大了模具设计与制造的难度。 民用建筑铝型材挤压模具设计特点 民用建筑型材挤压模具的设计除了遵循普通模具的设计原则以外，还有如下特点： (1)挤压机的最佳比压范围为350~700MOa； (2)挤压系数的最佳范围为30~80； (3)最佳比压和挤压系数可通过挤压机、挤压筒、挤压工艺参数、铸锭长度以及模具孔孔数来进行调节。 挤压模具种类以及其结构特征 挤压民用建筑隔热断桥铝型材的挤压模具可分为平面模和空心模两大类。空心模又可分为平面分流组合模、星形组合模、舌型模，其中平面分流组合模最为常用，占95%以上。 平面磨用于挤压实心型材，挤压模子可以做的很薄，在14.7MN以下的中小型挤压机上使用的模子可以薄到20~25mm，15.7~34.3MN挤压机用的模子可以取30mm左右厚。薄模易加工制造，便于修模和抛光工作带表面。为了保证模子强度和产品尺寸稳定性，要增加模垫的厚度或数目。 平面分流组合模用于挤压空心型材，因需经二次变形，故所需挤压力较大，易造成闷车。用这种模具挤压空心型材，成品率较高，模具易加工制造，生产操作简便，能生产各种高精度、高光洁表面的、形状复杂的薄壁空心型材和多孔空心型材，但在挤压中或挤压完毕时修模和清理残料较困难。 星形组合模适用于外形尺寸较大的空心型材，挤压力较分流模的小，型材成品率较高，残料清理也比较容易，但模子加工较困难。 舌型模残料较长，型材成品率低，模具加工难度介于俩者之间吗，但挤压阻力较小，且在挤压中或挤压结束时残料容易清理干净，修模方便，故多用于需要较高挤压力的品质要求较高的薄壁空心型材或硬合金军工铝材。
铝型材挤压模具设计
2019-01-11 10:52:02
模具，是以特定的结构形式通过一定方式使材料成型的一种工业产品，同时也是能成批生产出具有一定形状和尺寸要求的工业产品零部件的一种生产工具。大到飞机、汽车，小到茶杯、钉子，几乎所有的工业产品都必须依靠模具成型。用模具生产制件所具备的高精度、高一致性、高生产率是任何其它加工方法所不能比拟的。模具在很大程度上决定着产品的质量、效益和新产品开发能力。所以模具又有“工业之母”的荣誉称号。 铝型材是采用铝及铝合金为主要原料加工制造而成的生活用品、工业用品的统称。而铝型材应用又比较广泛，旧有建筑改造需求较大，目前中国存量住房中约有40%建造于1990年代以前，随着国内经济的发展和人民生活水平的提高，对住房的改善性需求逐步增加，带动建筑更新、改造，从而促进对建筑铝型材的大量需求。欧洲、北美和日本的铝型材消费结构中，工业耗用比例分别为60%、55%和40%左右，高于我国目前32%左右的耗用比例，消费结构差异较大，预示着我国工业铝型材消费具有较大的增长空间。铝型材在工业领域主要应用于交通运输业（包括汽车制造业、轨道交通业）、装备和机械设备制造业、耐用消费品业等，目前分别在我国铝型材应用中占比约10%、10%和12%。
铝合金拉杆的热挤压工艺与模具设计
2019-01-14 14:52:52
1引言 高压开关产品零件品种多、改型频繁，拉杆是LW8-35SF6型户外断路器中的关键零件，要求具有较高的导电、导热性能和良好的力学性能，以降低能耗和提高产品的可靠性铝合金材料不仅导电导热性好、力学性能优良，而且比强度高、密度小，因而在高压电器零部件的制造中，除采用铜及其合金外，大量采用铝合金。研究表明，对于综合性能要求较高的一类功能件，如拉杆、接头、导体、触头座等，一般采用铝合金挤压棒(管)经切削加工制成，2A50合金就是其中常用材料之一。2A50合金在热态下具有良好的可塑性，可通过铸造、挤压等变形工艺改善组织，提高性能，且可以热处理强化，工艺性较好，因而成为高压开关类零部件的优选材料。 拉杆的挤压件如图1所示，传统上采用棒料直接切削加工而成，材料的利用率一般在16%-40%，浪费严重、效率低。新工艺采用杆部反挤头部正挤的复合热挤压方法，能使坯料尺寸精度大幅度提高，毛坯重量减轻72%以上，产品的导电率、硬度及强度等完全达到设计标准。 2拉杆热挤压工艺分析 拉杆零件材料为2A50(LD5)合金，属于A1-Mg-Si-Cu系，具有良好的锻造性能，在热态下易变形，且抗蚀性能、焊接性能和切削性能良好，中等强度，塑性很好闭。在生产过程中，将圆柱形毛坯表面涂上水剂石墨，然后感应加热至490℃，放入组合凹模的模具中挤压成形。工作前把模具预热至250℃左右，每次挤压前，需向模腔喷洒润滑剂。挤压变形后可进行固溶时效热处理，以提高其硬度，固溶温度为(515±5)℃，时间为3h，时效温度为(160±5)℃，时间为5h。 拉杆挤压可以采用正挤压或反挤压的方法成形杆部。由于拉杆变形程度大，且杆部长径比大于7，正挤压时，金属的流动方向与凸模运动方向相同，坯料与凹模之间存在摩擦力，则挤压力中不仅有变形力，还包括该摩擦力。在坯料与凹模温度过高及润滑不良时，因坯料与凹模之间有相对运动，会进一步增大挤压力。由于该零件的杆部较长，直接顶出时容易失稳弯曲.若间接顶出模具结构复杂，操作困难加。 采用一次复合挤压成形工艺，即杆部反挤头部正挤的复合挤压成形工艺可以解决上述问题，其工艺流程如图2所示。由于采用了杆部反挤，坯料与凹模之间无相对运动产生的摩擦力，从而降低了挤压力。该方案模具结构简单，生产效率高YA23-315四柱式多功能液压机活动横梁到工作台面距离为1250mm，行程长，凸模设计为中空结构，成形杆部的模腔在凸模上，可以完成脱模。拉杆热挤压工艺的生产过程是:下料-加热-挤压-热处理-精加工。 3拉杆热挤压工艺设计 3.1模具结构及工作过程 热挤压工艺设计是热挤压模具设计的靠前步，直接影响到制件质量、生产效率、模具寿命、生产成本等。根据挤压件形状，凸模设计为空心状，采用二层组合凹模结构。复合热挤压模具结构如图3所示，挤压时.先将坯料放人凹模型腔内.随着凸模4的下行，坯料在组合式凹模内正挤成形，同时杆部反挤成形，随着挤压变形力逐渐增大，当金属正向流动到顶件器时，头部成形结束，此时金属反向继续流动。当挤压完成后，上模回程，工件留在凹模7中，压力机下缸动作，通过顶杆11将头部大直径部分顶出凹模7，即可完成脱模。工件头部内形与顶件器口之间应留有一定的斜度，以保证工件与顶件器不发生抱死现象，顶杆1兼作头部正挤压的凹模。 3.2坯料尺寸的计算 根据拉杆零部件的要求，考虑到2A50在热处理后的零件尺寸和留机加工余量，挤压件内外各留2mm的单边加工余量。根据原材料供货情况，决定在生产中坯料采用Φ90mm的棒料，高度取85mm。 3.3许用变形程度的计算 采用热挤压成形工艺，需对材料的许用变形程度进行验证，许用变形程度用断面收缩率ε来表示挤压过程中毛坯的变形程度为: 3.4挤压力的计算 在此复合挤压中，凸模下行，挤压力克服金属的变形阻力及毛坯与模具之间的摩擦力，金属开始流人型腔，拉杆头部预先成形，金属流经转弯处杆部反挤;凸模继续下行，当杆部成形结束时，挤压力达到较大，其复合挤压力为P复=P反。 4模具结构特点及工作过程中应注意的问题 本工艺采用一次挤压成形，采用通用模架，凹模设计为二层组合结构。实际生产证明，该模具结构简单、使用方便。通过改变凸模与顶件器，可以挤压出不同头部形状和杆部直径及长度的零件。 由于凸模为空心结构，截面积小，单位挤压力高，又长时间工作在高温状态，易变形，因此，应采用热强度较高的3Cr2W8V材料，热处理硬度50-55HRc。凹模采用单层预紧结构，凹模材料选5CrNiMo，热处理硬度44-84HRC。凹模预紧圈要求不高，材料选40Cr就可以了，热处理硬度24-46HRC。 设计合理的人模角度和工作带宽度，便于金属流动，以尽量减小金属与模具间的摩擦力，降低挤压力。凹模尺寸与顶件器应有斜度，工作中保持凹模与制件有一定的摩擦力，又不影响开模后制件脱模，同时应注意模具的预热。保证锥面摩擦的均匀，以避免在挤压过程中拉杆头部的偏移。在反挤过程中要保证坯料与模具的清洁度和间隙尺寸，减少成层和气泡 采用杆部反挤头部正挤的复合挤压工艺生产高压开关零件LW8-35SF6铝合金拉杆是一种值得推广的新工艺，不仅工艺合理，而且操作方便。该工艺较大限度地利用了3150k油压机的设备能力，一次成形顶出，模具结构简单、通用性强，且挤压力小，特别适用于变形程度较大的长杆件的热挤压成形。新工艺的采用，使生产效率大大提高，同时对于在小设备上生产成形变形程度较大的其他类似长杆零件有很好的借鉴意义。
大型铝合金挤压型材挤压模具设计制作与修理
2018-12-27 09:37:01
大型铝合金挤压型材挤压模具设计制作与修理
右键下载：大型铝合金挤压型材挤压模具设计制作与修理.pdf删除
优化光伏铝合金型材模具设计与制造
2018-12-26 09:46:11
模具是保证太阳能光伏铝型材产品形状、尺寸精度的重要工具。模具的设计与制造品质是实现挤压生产优质、高产、低耗、高效、低成本的重要保证。因此要生产制造出高精密光伏铝合金型材，必需优化模具设计与制造。 １.1采用先进模具制造设备 高精度先进的模具加工设备是保证金属挤压模具合格的前提条件。因此生产光伏铝合金型材应采用先进的模具加工设备，如CNC、慢走丝线切割、三轴加工中心、电火花加工中心等来提高模具的加工精度和性能。 １.2合理布置模孔 为了保证光伏型材良好的对称性，提高生产效率和成品率，模孔的布置必须遵守中心对称原则，采用多模孔对称布置。设计模具过程，尽量将桥位设计在型材的非装饰面上，以避免缺陷外露。 １.3优化设计工作带 工作带是稳定制品尺寸和保证制品表面质量的部分。设计模具工作带长度时，要尽量减少落差，在长度变化上要平缓，并采用阻碍角和促流角来降低金属流速，达到金属流动均匀和改善型材表面质量的目的。
铝型材挤压模具设计分析
2019-01-09 11:26:51
近年来，随着我国大规模的基建投资和工业化进程的快速推进，铝型材全行业的产量和消费量迅猛增长，而我国也一跃成为世界上较大的铝型材生产基地和消费市场。经过长达近10年的高速增长，我国铝型材行业步入了新的发展阶段，并展现出了诸多新的发展趋势。 而且，随着建筑、交通、汽车以及太阳能和LED等产业的迅速发展，对铝合金挤压产品的高精度、高性能要求与日俱增，型材断面形状随之复杂化、多样化，按常规常见形式设计，存在许多不足。所以，要得到优质型材，就得在生产、生活中不断地学习和积累、不断地改造和创新。 模具设计是重要环节，因此，须对挤压型材模具设计进行系统分析，并通过生产实践逐步解决问题。 一.铝型材模具设计的六大要点 1.铝挤压件的尺寸分析 挤压件的尺寸及偏差是由模具、挤压设备和其他有关工艺因素决定的。其中，受模具尺寸变化的影响很大，而影响模具尺寸变化的原因有：模具的弹性变形、模具的升温、模具的材料及模具的制造精度和模具磨损等。 （1）铝型材挤压机吨位的选择 挤压比是以数值表示模具实现挤压的难易，一般来说，挤压比在10-150之间是可适用的。挤压比低于10，产品机械性能低；反之，挤压比过高，产品容易出现表面粗糙或角度偏差等缺陷。实心型材常推荐挤压比在30左右，中空型材在45左右。 （2）外形尺寸的确定 挤压模具的外形尺寸是指模具的外圆直径和厚度。模具的外形尺寸由型材截面的大小、重量和强度来确定。 2.挤压模具尺寸的合理计算 计算模孔尺寸时，主要考虑被挤压铝合金的化学成分、产品的形状、公称尺寸及其允许公差、挤压温度，以及在此温度下模具材料与被挤压合金的线膨胀系数，产品断面上的几何形状的特点，及其在拉伸矫直时的变化，挤压力的大小及模具的弹性变形等因素。 对于壁厚差很大的型材，其难于成形的薄壁部分及边缘尖角区应适当加大尺寸。 对于宽厚比大的扁宽薄壁型材及壁板型材的模孔，桁条部分的尺寸可按一般型材设计，而腹板厚度的尺寸，除考虑公式所列的因素外，尚需考虑模具的弹性变形与塑性变形及整体弯曲、距离挤压筒中心远近等因素。此外，挤压速度、有无牵引装置等对模孔尺寸也有一定的影响。 3.合理调整金属的流动速度 所谓合理调整，就是在理想状态下，保证制品断面上每一个质点应以相同的速度流出模孔。 尽量采用多孔对称排列，根据型材的形状，各部分壁厚的差异和比周长的不同及距离挤压筒中心的远近，设计不等长的定径带。一般来说，型材某处的壁厚越薄，比周长越大，形状越复杂，离挤压筒中心越远，则此处的定径带应越短。 当用定径带仍难于控制流速时，对于形状特别复杂、壁厚很薄、离中心很远的部分可采用促流角或导料锥来加速金属流动。相反，对于那些壁厚大得多的部分或离挤压筒中心很近的地方，就应采用阻碍角进行补充阻碍，以减缓此处的流速。此外，还可以采用工艺平衡孔、工艺余量，或者采用前室模、导流模、改变分流孔的数目、大小、形状和位置来调节金属的流速。 4.保证足够的模具强度 由于挤压时模具的工作条件十分恶劣，所以，模具强度是模具设计中的一个非常重要的问题。除了合理布置模孔的位置、选择合适的模具材料、设计合理的模具结构和外形之外，准确地计算挤压力和校核各危险断面的许用强度也是十分重要的。 目前，计算挤压力的公式很多，但经过修正的别尔林公式仍有工程价值。挤压力的上限解法，也有较好的适用价值，用经验系数法计算挤压力比较简便。 至于模具强度的校核，应根据产品的类型、模具结构等分别进行。一般平面模具只需要校核剪切强度和抗弯强度；舌型模和平面分流模则需要校核抗剪、抗弯和抗压强度，舌头和针尖部分还需要考虑抗拉强度等。 强度校核时的一个重要的基础问题是，选择合适的强度理论公式和比较准确的许用应力。近年来，对于特别复杂的模具，可用有限元法来分析其受力情况与校核强度。 5.工作带宽度尺寸 确定分流组合模的工作带要比确定半模工作带复杂得多，不仅要考虑到型材壁厚差、距中心的远近，而且必须考虑到模孔被分流桥遮蔽的情况。处于分流桥底下的模孔，由于金属流进困难，工作带必须考虑减薄些。 在确定工作带时，首先要找出在分流桥下型材壁厚较薄处即金属流动阻力较大的地方，此处的较小工作带定为壁厚的两倍，壁厚较厚或金属容易达到的地方，工作带要适当考虑加厚，一般按一定的比例关系，再加上易流动的修正值。 6.模孔空刀结构 模孔空刀就是模孔工作带出口端悬臂支承的结构。型材壁厚t≥2.0mm时，可采用加工容易的直空刀结构；当t<2mm时，或者带有悬臂处，可用斜空刀。 二.模具设计中的常见问题 1.二级焊合室的作用 挤压模具在铝型材挤压生产中起到至关重要的作用，直接影响挤压产品的质量。然而，在实际生产中，挤压模具的设计更多依赖设计师的经验，模具设计质量难以保证，需要多次试模和修模。 根据模具设计的不足，提出在下模开设二级焊合室优化设计方案，弥补模具加工中打供料不到位的缺陷，避免了供料不足引起的开口、收口及出材前后形状不一等缺陷，并有效地解决了设计中速度分布不均的问题。从而在优化方案中，型材截面上的温度分布和应力分布更加均匀，对出材有较大改善。 2.二级导流的作用 在挤压模具设计中，对于壁厚差很大的实心型材，采用二级导流。例：初始模具设计由普通的模子和模垫组成，靠前次上机非常不理想，角度偏小、薄壁部分尺寸超薄、超小。模具返修即使加大薄壁部分、打低工作带仍然不理想。 针对初始模具设计的不足，第二次采用导流板设计，提出在模子开设二级导流优化设计方案，有效地解决了初始模具设计中速度分布不均的问题。 具体通过对薄壁部导流直冲，厚壁部分在出料口宽展30度，并将厚壁部分模孔尺寸稍微加大尺寸，另将模孔尺寸90度角预收口开为91度，定径工作带也适当作了些修改。 三.小结 经过不断地学习、积累，不断地查询相关的模具设计资料，经过改造、创新来优化模具设计，并通过生产实践来验证是否成功。
绿色建筑铝合金模板型材模具设计与制造研究
2019-01-11 15:42:57
内容提要： 绿色建筑铝合金模板型材的品种多，规格范围广，形状复杂，模具设计制造技术含量高，生产技术难度大。本文仅选两种典型的难度较大的型材为例，对其模具的设计方案、制造工艺和创新点进行分析讨论，对模具的挤压效果与使用寿命进行对比，可见优质模具在绿色建筑铝合金模板型材产业化批量生产中起着重大的作用。 关键词：绿色建筑铝合金模板型材宽厚比100的扁宽型材特殊宽展分流组合模高舌比半空心型材遮蔽式保护模 1.绿色建筑铝合金模板型材模具特点与技术难度分析 1.1概述铝合金建筑模板型材品种多达几十种，而且规格范围广，有的型材是多块形状各异的中小型材组拼成的一个大型整体材，外接圆直径大于600mm。有空心型材、实心型材和半空心型材，成形难度大，尺寸和形位精度要求高，要求有高的力学性能，b330MPa），优良的可焊性、耐磨、耐蚀等综合性能。而且要求产业化批量生产。因此，要求不同形式的特殊结构的模具，如特殊分流模、遮蔽式型材模、特种宽展模等才能保证不同型材的成形和尺寸精度，而且要求高的使用寿命（要求使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选取两种典型的、难度较大的型材模具为例来讨论绿色建筑铝合金模板型材模具的设计与制造技术，其中一种为宽度达400mm，宽厚比大于100的带筋壁板型材WYY1237(见图1)，另一种是舌比大于5、尺寸和形位为超高级精度的半空心型材WYY1125（见图2）。 1.2铝合金模板型材模具特点与技术难度分析 （1）模板型材品种多、形状复杂、尺寸变化大，因此要求设计制造不同规格、不同结构、不同形式的优质模具，才能保证成形和尺寸、形位精度，需要进行大量的试验工作。 （2）模板要求产业化大批量生产，首要关键就是提高模具使用寿命，本研制课题要求挤压模具的使用寿命在原有基础上提高2-3倍，难度是十分大的。 （3）扁宽形模板型材的宽、厚比大于100以上，宽而薄的壁板部位尺寸精度和平面间隙都很难保证，需要一种特殊结构的宽展、分流模具合理地分配金属流，才能保证型材的成形和高精度尺寸要求，特别是保证超高精度的形位公差，技术难度更大。 （4）模板型材中半空心型材居多，其舌比大于5，尺寸与形位要求精度为超高精度，需要一种特殊结构的模具才能保证其型材成形，并达到高精度，而且要保证模具有足够的强度，不变形、不开裂、不压塌，保证高的使用寿命，难度是非常大的。 （5）模板型材要求表面光洁、尺寸和形位精度高，因此需要采用高质量的模具钢及严格的模具热处理工艺、机加工全部实施CNC工艺规程，才能获得具有高强度、高韧性、高精度、低的表面粗糙度的优质模具。 WYY1237和WYY1125模板型材模具的设计依据与技术要求 2.1WYY1237模板型材模具的设计依据及技术要点 （1）WYY1237型材的合金状态为6061ET6，挤压材经精密水\雾、气淬火+人工时效后交货，要求型材的尺寸与形位精度达到超高精级水平，并具有良好的力学性能、耐磨、耐蚀、可焊等综合性能的合理匹配。 （2）WYY1237型材属于扁宽薄壁型材（见图1），其特点是容易发生严重的壁厚差和平面间隙，型材两端面因充料不足而壁厚尺寸不够，WYY1237型材的宽、厚比值高达，用普通平面模是达不到挤压型材技术要求的，必须设计一种特殊的组合模才能保证成形和达到精度要求。 （3）WYY1237型材外廓尺寸大，必须在7000吨以上的大挤压机生产，挤压筒直径为418mm，型材宽度几乎与挤压筒直径相当，这就需要设计制作一种特殊的多级宽展挤压模，才能保证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，形位公差值已高于GB5237高精级规定，需要反复计算与平衡金属流量的分配才能保证角度精度。用户要求保证该型材两个角度精度是为了确保模板顺利装卸和整体的平直度，模具的设计制造有极大难度。 （5）要求选择优良的模具材料，先进的热处理和表面处理工艺，确保模具的使用寿命提高2-3倍。 2.2WYY1125模板型材模具的设计依据与技术要求 （1）WYY1125模板型材的合金状态为6061ET6，挤压材经精密水、雾、气淬火+人工时效后交货，要求型材尺寸与形位精度达到超高级水平，并具有良好的力学性能、耐磨、耐蚀、可焊等综合性能的合理匹配。 （2）WYY1125模板型材属典型的高舌比半空心型材（见图2）。该型材从形状来看是从三个半方面包围，一方面有一部分开口，被包围部分为空间面积，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，模子也很容易损坏，是很难挤压出合格型材的，也难以保证型材尺寸精度和形位精度。 （3）该型材有三个90转角，其中两个角为，一个角为，这三个角度的公差值都已超出《国标》的任何等级规定。用户要求保证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大难度。 （4）要求选择优良的模具材料，先进的热处理和表面处理工艺，确保模具的使用寿命提高2-3倍。 3.模板型材模具的设计制造技术方案与提高使用寿命的措施与创新点分析 3.1WYY1237型材模具 （1）WYY1237型材模具设计依据与设计方案参数见表1和表2。
表1WY1237型材的模具设计参数表合金
状态型材截面积Cm2外接圆
直径
mm执行标准及
精度等级挤压机吨位t挤压筒直径mm比压
MPa挤压比
l变形率%6061ET624.717f410GB5237-超高精级7000f4184595598表2模子设计方案参数表模具
型号模子
规格
mm模子
类型模具钢
牌号模子热处理硬度HRc金属收缩系数模孔制作精度，mm模孔表面粗糙度分流比宽展量，mm宽展角 b型材壁厚模孔,mm型材轮廓模孔,WYY1237f620x350特种宽展分流组合模4Cr5MoSiV1（优质）47-490.01-0.0120/-0.020/-0.1Ra0.04mm138025°,5° （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
绿色建筑铝合金结构挤压型材模具设计与制造研究
2019-01-11 15:42:57
内容提要： 绿色建筑铝合金结构型材的品种多，规格范围广，形状复杂，模具设计制造技术含量高，生产技术难度大。本文仅选一种典型的难度较大的型材为例，对其模具的设计方案、制造工艺和创新点进行分析讨论，对模具的挤压效果与使用寿命进行对比。可见优质模具在铝合金结构挤压型材产业化批量生产中起着重大的作用。 关键词：绿色建筑铝合金结构挤压材大型双孔厚壁管材（空心型材）模具设计与制造特殊新结构宽展分流模模具使用寿命 1.绿色建筑铝合金结构挤压型材模具特点与技术难度分析 1.1概述 绿色建筑铝合金结构挤压材品种多达百余种，而且规格范围广，现代绿色建筑用铝合金挤压材大多是不需要机械加工，而直接作为零部件来与相关件配合使用的，所以尺寸精度和形位精度要求都很高。结构材包括管材（包括圆管材、方管材和异形管材，且都是厚壁管；各种异形型材（包括空心型材、实心型材和半空心型材，且壁厚差大），成形难度大；以及各种特殊棒材。结构材的合得奖号大多是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。铝合金建筑结构挤压材要求有高的力学性能，b300MPa，优良的可焊性、耐磨耐蚀性和可冷弯成形性等综合性能。而且要求产业化批量生产。因此，要求不同形式的特殊结构的模具，如特殊导流模、特种宽展分流模才能确保不同产品的成形和尺寸精度，而且要求高的使用寿命（要求使用寿命提高2-3倍），确保其批量生产。以下仅从百余种挤压材中选取一种外接圆尺寸大、有横向加强筋、成形难度较大的双孔厚壁管材WYY0770模具为例，来讨论铝合金建筑结构挤压材模具的设计与制造技术特点，WYY0770双孔管材断面见图1。图1.绿色建筑结构挤压材—WYY0770产品图
1.2 铝合金结构挤压材模具特点与技术难度分析 （1）绿色建筑结构铝合金挤压材品种多、形状复杂、尺寸变化大，因此要求设计制造不同规格、不同结构、不同形式的优质模具，才能实现铝合金结构挤压材产业化大批量生产，因此需要进行大量的试验开发工作。 （2）绿色建筑铝合金结构挤压材要求产业化大批量生产，首要关键就是提高模具使用寿命，本研制课题要求挤压模具的使用寿命要求在原有基础上提高2-3倍，难度是十分大的。 （3）带有横向加强筋的双孔厚壁管的横向加强筋很难充料，需要一种特殊结构的宽展导流模与分流模经两段扩展加大金属流覆盖模孔和合理的分配金属流量，以及优化挤压工艺才能保证双管厚壁管的成形，技术难度很大，特别是大型的厚壁双孔管的成形和同时要求保证焊合质量则更难。 （4）绿色建筑结构铝合金挤压材的尺寸与形位精度都要求达到高精级或超高精级水平，需要一种特殊结构的模具才能保证型材成形，并达到高精度，而且要保证模具有足够的强度，不变形、不开裂、不压塌，有足够使用寿命，难度是非常大的。 （5）绿色建筑结构铝合金挤压材要求表面光洁、尺寸和形位精度高，而且使用寿命长，因此需要采用高质量的模具钢及严格的模具热处理工艺和表面处理工艺，机加工全部实施CNC工艺规程，才能获得具有高强度、高韧性、高精度、低的表面粗糙度的优质模具。WYY0770大型双孔厚壁管材模具的设计依据与技术要求 （1）WYY0770大型双孔厚壁管材的合金状态为6005FT6，挤压材经精密水、雾、气淬火+人工时效后交货，要求型材的尺寸与形位精度达到超高精级水平，b300MPa，并具有良好的力学性能、耐磨、耐蚀、可焊、可冷弯成形性等综合性能。 （2）WYY0770挤压材为大型双孔厚壁管（见图1），双孔厚壁管的特点是容易发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够，WYY0700双孔管为宽450mm，高200mm的方管内有一条横向加强筋。使单孔方管变成双孔管，其难度就在于这条横向加强筋的充料不足，而且要求有高的焊合质量，用普通的分流模是达不到挤压双孔管技术要求的，必须设计一种特殊的组合模才能保证成形和达到精度要求。 （3）WYY0770大型双孔管材在7000吨挤压机生产，挤压筒直径为418mm，型材的外接圆（498mm）大于挤压筒直径(418mm)，这就需要设计制作一种特殊的多级扩展挤压模，扩大分流模焊合室的外接圆，才能保证型材成型及尺寸精度与平面间隙尺寸要求。如果选用460mm挤压筒生产，金属流动与平衡会有所改善。 （4）WYY0770双孔管的4个外角为，8个内角同样要求为，形位公差值已高于GB5237高精级规定，需要反复计算与平衡金属流量的分配才能保证角度精度。用户要求保证该型材两个角度精度是为了确保型材顺利装卸和整体的平直度，模具的设计制造的确有极大难度。 （5）要求选择优良的模具材料，先进的热处理和表面处理工艺，确保模具的使用寿命提高2-3倍。3. 绿色建筑铝合金结构型材WYY0770模具的设计制造技术方案与提高使用寿命的措施与创新点分析 WYY0770型材在7000t挤压机上采用418mm（方案Ⅰ）挤压筒和460mm挤压筒（方案Ⅱ）进行挤压生产，其模具设计、制作技术分析如下。3.1 WYY0770大型双孔管模具设计依据与设计方案参数见表1和表2。
表1WY0700大型双孔管的模具设计依据参数表方案合金
状态双孔管截面积Cm2外接圆
直径mm执行标准及
精度等级挤压机吨位t挤压筒直mm比压
MPa挤压比
l变形率%Ⅰ6005FT6145.225f492.5GB5237
高精级7000f4185109.4589.4Ⅱ6005FT6145.225f492.5GB5237
高精级7000f46042111.4491.3
工业铝型材挤压模具设计思路与步骤
2018-12-25 10:08:17
一、工业铝型材挤压模具设计时应考虑的因素 工业铝型材挤压模具设计是介于机械加工与压力加工之间的一种工艺性设计。除了应参考机械设计所需遵循的原则以外，尚需考虑热挤压条件下的各种工艺因素。 （1）由模子设计者确定的因素 工业铝型材挤压机的结构，压型嘴或模架的选择或设计，模子的结构和外形尺寸，模子材料，模孔数和挤压系数，制品的形状、尺寸及允许的公差，模孔的形状、方位和尺寸，模孔的收缩量、变形挠度、定径带与阻碍系统的确定，以及挤压时的应力应变状态等。 （2）由模子制造者确定的因素 模子尺寸和形状的精度，定径带和阻碍系统的加工精度，表面光洁度，热处理硬度，表面渗碳、脱碳及表面硬度变化情况，端面平行度等。 （3）由挤压生产者确定的因素 模具的装配及支承情况，铸锭、模具和挤压筒的加热温度，挤压速度，工艺润滑情况，产品品种及批量，合金及铸锭品质，牵引情况，拉矫力及拉伸量，被挤压合金铸锭规格，产品出模口的冷却情况，工模具的对中性，工业铝型材挤压机的控制与调整，导路的设置，输出工作台及矫直机的长度，工业铝型材挤压机的能力和挤压筒的比压，挤压残料长度等。 在设计前，拟订合理的工艺流程和选择最佳的工艺参数，综合分析影响模具效果的各种因素，是合理设计挤压模具的必要和充分条件。 二、铝型材模具设计的原则与步骤 在充分考虑了影响设计的各种因素之后，应根据产品的类型、工艺方法、设备与模具结构来设计模腔形状和尺寸，但是，在任何情况下，模腔的设计均应遵守如下的原则与步骤。 （1）确定设计模腔参数 设计正确的挤压型材图，拟订合理的挤压工艺，选择适当的挤压筒尺寸，挤压系数和工业铝型材挤压机的挤压力，决定模孔数。这一步是设计挤压模具的先决条件，可由挤压工艺人员和设计人员根据生产现场的设备条件、工艺规程和大型基本工具的配备情况共同研究决定。 （2）模孔在铝型材模子平面上的合理布置 所谓合理的布置就是将单个或多个模孔，合理地分布在模子平面上，使之在保证模子强度的前提下获得最佳金属流动均匀性。单孔的棒材、管材和对称良好的型材模，均应将模孔的理论重心置于模子中心上，各部分壁厚相差悬殊和对称性很差的产品，应尽量保证模子平面x轴和l，轴的上下左右的金属量大致相等，但也应考虑金属在挤压筒中流动特点，使薄壁部分或难成形部分尽可能接近中心，多孔模的布置主要应考虑模孔数目、模子强度（孔间距及模孔与模子边缘的距离等），制品的表面品质、金属流动的均匀性等问题。一般来说，多孔模应尽量布置在同心圆周上，尽量增大布置的对称性（相对于挤压筒的X、Y轴），在保证模子强度的条件（孔间距应大于30～50mm，模孔距模子边缘应大于25～50mm），模孔间应尽量紧凑和尽量靠近挤压筒中心（离挤压筒边缘大于20～40mm）。 （3）模孔尺寸的合理计算 计算模孔尺寸时，主要考虑被挤压合金的化学成分、产品的形状和公称尺寸及其允许公差，挤压温度及在此温度下模具材料与被挤压合金的热膨胀系数，产品断面上的几何形状的特点及其在挤压和拉伸矫直时的变化，挤压力的大小及模具的弹塑性变形情况等因素。对于型材来说，一般用以下公式进行计算： A=A0+M+（KY+KP+KT）A0（4—3—1） 式中A0——型材的公称尺寸； M——型材公称尺寸的允许偏差； KY——对于边缘较长的丁字形、槽形等型材来说，考虑由于拉力作用而使型材部分尺寸减少的系数； KP——考虑到拉伸矫直时尺寸缩减的系数； KT——管材的热收缩量。 KT=t·（α-t1）·α1（4—3—2） 式中t和t1——分别为坯料和模具的加热温度； α和α1——分别为坯料和模具的线膨胀系数。 对于壁厚差很大的型材，其难于成形的薄壁部分及边缘尖角区应适当加大尺寸。对于宽厚比大的扁宽薄壁型材及壁板型材的模孔，桁条部分的尺寸可按一般型材设计，而腹板厚度的尺寸，除考虑公式（4—3—1）所列的因素外，尚需考虑模具的弹性变形与塑性变形及整体弯曲，距离挤压筒中心远近等因素。此外，挤压速度，有无牵引装置等对模孔尺寸也有一定的影响。 （4）合理调整金属的流动速度 所谓合理调整就是在理想状态下，保证制品断面上每一个质点应以相同的速度流出模孔。尽量采用多孔对称排列，根据型材的形状，各部分壁厚的差异和比周长的不同及距离挤压筒中心的远近，设计不等长的定径带。一般来说，型材某处的壁厚越薄，比周长越大，形状越复杂，离挤压筒中心越远，则此处的定径带应越短。当用定径带仍难于控制流速时，对于形状特别复杂，壁厚很薄，离中心很远的部分可采用促流角或导料锥来加速金属流动。相反，对于那些壁厚大得多的部分或离挤压筒中心很近的地方，就应采用阻碍角进行补充阻碍，以减缓此处的流速。此外，还可以采用工艺平衡孔，工艺余量或者采用前室模、导流模、改变分流孔的数目、大小、形状和位置来调节金属的流速。 （5）保证足够的模具强度 由于铝型材挤压时模具的工作条件十分恶劣，所以模具强度是模具设计中的一个非常重要的问题。除了合理布置模孔的位置，选择合适的模具材料，设计合理的铝型材模具结构和外形之外，精确地计算挤压力和校核各危险断面的许用强度也是十分重要的。目前计算挤压力的公式很多，但经过修正的别尔林公式仍有工程价值。挤压力的上限解法，也有较好的适用价值，用经验系数法计算挤压力比较简便。至于模具强度的校核，应根据产品的类型、模具结构等分别进行。一般平面模具只需要校核剪切强度和抗弯强度。舌型模和平面分流模则需要校核抗剪、抗弯和抗压强度，舌头和针尖部分还需要考虑抗拉强度等。强度校核时的一个重要的基础问题是选择合适的强度理论公式和比较精确的许用应力。近年来，对于特别复杂的模具可用有限元法来分析其受力情况与校核强度。 三、铝型材模具设计的技术条件及基本要求 模具的结构、形状和尺寸设计计算完毕之后，要对模具的加工品质、使用条件提出基本要求。这些要求主要是： （1）有适中而均匀的硬度，模具经淬火、回火处理后，其硬度值为40～52HRC（根据模具的尺寸而定，尺寸越大，要求的硬度越低）。 （2）有足够高的制造精度，模具的形位公差和尺寸公差符合图纸的要求（一般按负公差制造），配合尺寸具有良好的互换性。
铝型材挤压模具设计中的关键点和问题
2018-12-20 09:35:33
摘要：本文通过对铝型材挤压模具设计的系统分析，找出铝合金型材模具设计的规律，合理布置模孔，增加平衡模孔，并结合实际生产，解决金属流动不均匀性和模具强度两大问题，挤压出断面几何尺寸符合用户要求的产品，实践证明，设计的挤压模具结构合理才能获得首检合格、寿命长等，因为只有通过对所设计的挤压模具图经过系统分析，才能确定其性能是否满足设计要求。另外根据在模具设计中经常遇见的问题总结了二级焊合、二级导流的作用。 1前言 近年来，随着我国大规模的基建投资和工业化进程的快速推进，铝型材全行业的产量和消费量迅猛增长，而我国也一跃成为世界上最大的铝型材生产基地和消费市场。经过长达近10年的高速增长，我国铝型材行业步入了新的发展阶段，并展现出了诸多新的发展趋势。而且随着建筑，交通、工业、汽车以及太阳能和LED等产业的迅速发展，对铝合金挤压产品的高精度、高性能要求与日俱增，型材断面形状随之复杂化、多样化，按常规常见形式设计，存在许多不足，所以要得到优质型材，就得在生产、生活中不断地学习、积累、不断地改造和创新，模具设计是重要环节，因此须对挤压型材模具设计的进行系统分析，并通过生产实践逐步解决问题。 2 模具设计的六大要点 2.1 铝挤压件的尺寸分析 挤压件的尺寸及偏差是由模具、挤压设备和其他有关工艺因素决定的。其中受模具尺寸变化的影响很大，而影响模具尺寸变化的原因有模具的弹性变形、模具的升温、模具的材料及模具的制造精度和模具磨损等。 2.1.1铝型材挤压机吨位的选择 挤压比是以数值表示模具实现挤压的难易，一般来说挤压比在10～150之间是可适用的。挤压比低于10，产品机械性能低；反之挤压比过高，产品容易出现表面粗糙或角度偏差等缺陷。实心型材常推荐挤压比在30左右，中空型材在45左右。 2.1.2外形尺寸的确定 挤压模具的外形尺寸是指模具的外圆直径和厚度。模具的外形尺寸由型材截面的大小、重量和强度来确定。 2.2 挤压模具尺寸的合理计算 计算模孔尺寸时，主要考虑被挤压铝合金的化学成分、产品的形状、公称尺寸及其允许公差、挤压温度以及在此温度下模具材料与被挤压合金的线膨胀系数，产品断面上的几何形状的特点及其在拉伸矫直时的变化，挤压力的大小及模具的弹性变形等因素。 对于壁厚差很大的型材，其难于成形的薄壁部分及边缘尖角区应适当加大尺寸。对于宽厚比大的扁宽薄壁型材及壁板型材的模孔，桁条部分的尺寸可按一般型材设计，而腹板厚度的尺寸，除考虑公式所列的因素外，尚需考虑模具的弹性变形与塑性变形及整体弯曲，距离挤压筒中心远近等因素。此外，挤压速度，有无牵引装置等对模孔尺寸也有一定的影响。 2.3 合理调整金属的流动速度 所谓合理调整就是在理想状态下，保证制品断面上每一个质点应以相同的速度流出模孔。尽量采用多孔对称排列，根据型材的形状，各部分壁厚的差异和比周长的不同及距离挤压筒中心的远近，设计不等长的定径带。一般来说，型材某处的壁厚越薄，比周长越大，形状越复杂，离挤压筒中心越远，则此处的定径带应越短。当用定径带仍难于控制流速时，对于形状特别复杂，壁厚很薄，离中心很远的部分可采用促流角或导料锥来加速金属流动。相反，对于那些壁厚大得多的部分或离挤压筒中心很近的地方，就应采用阻碍角进行补充阻碍，以减缓此处的流速。此外，还可以采用工艺平衡孔，工艺余量或者采用前室模、导流模、改变分流孔的数目、大小、形状和位置来调节金属的流速。 2.4 保证足够的模具强度 由于挤压时模具的工作条件十分恶劣，所以模具强度是模具设计中的一个非常重要的问题。除了合理布置模孔的位置，选择合适的模具材料，设计合理的模具结构和外形之外，精确地计算挤压力和校核各危险断面的许用强度也是十分重要的。目前计算挤压力的公式很多，但经过修正的别尔林公式仍有工程价值。挤压力的上限解法，也有较好的适用价值，用经验系数法计算挤压力比较简便。至于模具强度的校核，应根据产品的类型、模具结构等分别进行。一般平面模具只需要校核剪切强度和抗弯强度。舌型模和平面分流模则需要校核抗剪、抗弯和抗压强度，舌头和针尖部分还需要考虑抗拉强度等。强度校核时的一个重要的基础问题是选择合适的强度理论公式和比较精确的许用应力。近年来，对于特别复杂的模具可用有限元法来分析其受力情况与校核强度。 2.5 工作带宽度尺寸 确定分流组合模的工作带要比确定半模工作带复杂得多，不仅要考虑到型材壁厚差，距中心的远近，面且必须考虑到模孔被分流桥遮蔽的情况。处于分流桥底下的模孔，由于金属流进困难，工作带必须考虑减薄些。在确定工作带时，首先要找出在分流桥下型材壁厚最薄处即金属流动阻力最大的地方，此处的最小工作带定为壁厚的两倍，壁厚较厚或金属容易达到的地方，工作带要适当考虑加厚，一般按一定的比例关系，再加上易流动的修正值。 2.6 模孔空刀结构 模孔空刀就是模孔工作带出口端悬臂支承的结构。型材壁厚t≥2.0mm时，可采用加工容易的直空刀结构；当t 3 模具设计中常见问题及实例 3.1 二级焊合室的作用 挤压模具在铝型材挤压生产中起到至关重要的作用，直接影响挤压产品的质量。然而在实际生产中，挤压模具的设计更多依赖设计师的经验，模具设计质量难以保证,需要多次试模和修模。根据模具设计的不足，提出在下模开设二级焊合室优化设计方案，弥补模具加工中打供料不到位的缺陷，避免了供料不足引起的开口、收口及出材前后形状不一等缺陷，并有效地解决了设计中速度分布不均的问题。从而在优化方案中，型材截面上的温度分布和应力分布更加均匀，对出材有较大改善。模具设计如图1所示：图 1 3.2 二级导流的作用 在挤压模具设计中，对于壁厚差很大的实心型材，二级导流。例：初始模具设计由普通的模子和模垫组成，设计如图2所示：第一次上机非常不理想，角度偏小、薄壁部分尺寸超薄、超小。模具返修即使加大薄壁部分、打低工作带仍然不理想。针对初始模具设计的不足，第二次采用导流板设计，提出在模子开设二级导流优化设计方案，有效地解决了初始模具设计中速度分布不均的问题。具体通过对薄壁部导流直冲，厚壁部分在出料口宽展30度，并将厚壁部分模孔尺寸稍微加大尺寸，另将模孔尺寸90度角预收口开为91度，定径工作带也适当作了些修改。设计如图3所示：2号模第一次上机基本合格。 4 小结 经过不断的学习、积累，不断的查询相关的模具设计资料，经过改造、创新来优化模具设计，并通过生产实践来验证是否成功。
锌合金模具
