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产品详情/Product Detail

在铝合金型材挤压加工过程中,模具对实现整个挤压过程有着十分重要的意义。合理的工模具结构是实现挤压工艺过程的基础,因为模具是使金属产生挤压变形的关键部件,是产品成形和尺寸精度的重要保证,同时模具也是保证产品内外质量的重要因素之一。合理的工模具结构在一定程度上可控制产品的力学性能和内部组织,特别是在控制空心铝型材的焊缝组织和型材力学性能方面尤为重要。模具外圆和厚度,分流孔的大小、数量、形状、分布位置,焊合腔的形状和尺寸,模芯的结构等技术参数是我们在设计模具时所要考虑的重要部分。。。。。。

1. 前言


对于工业铝型材来说,由于其许多断面失去了中心对称性,切铝锭坯料断面与工业铝型材断面没有相似性,同时大多数工业铝型材各部分的壁厚又不同,因此挤压工业铝型材与铝管材、铝棒材比较,其金属流动均匀性更差。模具设计者和工程技术人员的工作就是采取各种措施,最大限度减少金属流动的不均匀性,尽可能实现各部位协调均匀流动,保证工业铝型材产品组织性能的基本均匀。



2. 工业铝型材模具设计制造


(1)提高金属均匀流动性的技术措施:

挤压复杂的工业铝型材时,金属的流动是很不均匀的,壁薄部分金属流动慢,壁厚部分金属流动快。如果不采取措施,任其自由流动,就会在工业铝型材中产生附加应力,导致工业铝型材组织性能缺陷和几何尺寸的扭曲变形。


(2)工业铝型材模具的空刀:

工业铝型材模具出口直径又称为空刀,严格地说应该为模具出口直径大于模具孔工作带直径的部分为空刀。空刀太大,可能影响模具强度性能;空刀太小,会擦伤工业铝型材产品表面。一般其出口直径比定径带直径大4—5mm。


(3)工业铝型材挤压模具的加热:

工业铝型材热挤压生产过程中与铸锭直接发生接触的工、模具都需要预热。工具加热炉一般定温400℃,特殊情况下最好定温450℃。模具在保温炉中到温后需保温1h以上;工业铝型材挤压筒加热目前采用的有两种方法:一种是置于工具炉中加热,保温时间不少于6h,届时快速与挤压机对接安装,安装好后,利用自身的加热装置保温在一定温度下进行挤压。这种方法费时较少,但在热状态下安装,操作不便,增加劳动强度。另一种方法即直接利用挤压筒自身装置加热,但耗时长,影响生产进度。



3.1. 工业铝型材模具设计制造举例


为此,我公司在生产实践中,不断更新模具设计理念,采用国内外最先进的制模设备和加工技术,制作出高质量的挤压模具,使铝挤压型材的质量和成品率不断提高。在此,我以某轻体列车TFX-3铝型材模具的设计、加工为例,谈谈个人的一点浅见。


1 TFX-3 型材


1.1 TFX-3 型材的特点


为轻体列车车厢用空心型材TFX-3截面图,其特点:外接圆尺寸较大,


2达到482mm;壁厚差大,最小壁厚t=3mm,最大壁厚为t=10mm;截面积F=73.1cm;


中空有8 条加强筋,其中最长的一条斜筋长度达145.2mm。


型材的合金牌号和供应状态为6005A-T6 。


为了降低挤压力,提高模具强度,模具采用了导流孔与分流孔整体设计的方案,增加了上模的厚度,用导流孔林代导流板。这种结构能够提高模具的整体强度,减小模具在挤压过程中的弹性变形量,提高了模具使用的稳定性,见(图2 )。


1.2 TFX-3 型材模具设计、制造难点:


1) TFX-3 型材外接圆尺寸为Ø480mm, 75MN 挤压机的挤压筒直径=Ø460mm,因此,模具的供料孔(分流孔)需要大角度宽展,宽展角=39.8 度。


2) TFX-3 型材的8 条加强筋将模芯分割成9 个芯头,最长的斜筋长145mm,挤压时金属流很难充满芯头之间的间隙。


3)上模模芯有九个芯头,在巨大的挤压力作用下,模具会产生弹性变形,挤出的型材容易造成偏壁现象,因此,在设计时要求模子具备足够的强度。


4)由于型材形状复杂,空腔多,给模具的制造加工带来了极大困难,因此,在设计模具时应充分考虑模具的加工工艺性。



3.2. 工业铝型材模具设计



3.2.1 挤压参数


挤压筒直径F= Ø460mm 挤压系数λ=22.8  分流比 K=∑F分/F型=13.2 。


3.2.2 模具材料选择


模具材料选用4Cr5MoSiV1电渣钢,该模具钢材料具有良好的红硬性,耐磨性、韧性以及良好的氮化性能。由于模具的外径尺廓较大,要求模具坯料无内部组织缺陷,无中心裂纹,模具毛坯件要求采取横向锻造,并且在粗加工前需进行超声波探伤检测。


3.2.3 模具规格


根据型材的外接圆尺寸、分流孔布置及模具的强度要求,经计算确定:模具直径=φ780mm;


模具总厚度H=425mm,上模厚度为190mm,下模厚度为115mm,模具垫厚度为120mm。


3.2.4  模具分流孔的布置和分流比K比


模具分流孔的布置、大小、形状直接关系到金属供流的均衡性和制品的成形。由于该型材形状具有较好的对称性,因此,将分流孔布置成仁下排列的十孔结构;


中间的分流孔因靠近挤压筒中心,两端的分流孔远离挤压中心并且受到挤压筒壁摩擦力的影响,因此,需调整各个分流孔进料面积的大小,通过计算并结合生产实际经验,我们将中间和两侧的分流孔进料面积设计成1 : 1.3 ,如(图2 )所示。由于该型材的加强筋较长,供料困难,必须在模具中间部位再另开进料孔,中间进料孔设计成阶梯形,使金属直接流人斜筋,如(图2 )和(图3 )所示。根据该型材铝合金的可挤压性指数,模具需要选择适当的分流比K 比,分流比的大小直接影响到挤压力的大小,并且对制品的成形和焊合质量也有直接的影响,在保证模具强度的前提下,按照经验公式以及生产实践,我们将分流K比比确定为13.2 。


为了提高上模芯的刚度,模具中间的进料孔设计成斜稍式(见图6 )。上模模芯增设引流槽。中间的阶梯分流孔由CNC 数控加工中心加工成型;横向的导流孔和引流槽采用线切割机床和电火花机床联合加工成型,上模模芯在电火花机床上用铜电极整体套打。


3.2.5 TFX-3型材模孔及焊合室的尺寸设计


① 在挤压过程中,模具在挤压力的作用下会产生弹性变形,模具的弹性变形将导致挤出的型材产生“偏壁现象”,产品尺寸不稳定。因此,在计算模孔尺寸时应加人“预变形量”,根据其所处的位置不同,中间部位的加强筋的壁厚尺寸减小,左右两端的壁厚尺寸适当加厚。


② 为了便于型材挤压成型,焊合室采用下焊合与前室相结合的结构,下焊合室深度为32mm,前室深度为8mm,如(图3 )和(图7 )所示,焊合室和前室均采用CNC 数控加工中心加工成型。为了提高模孔加工质量,采用慢走丝线切割机床加工。


(根据模孔所处的位置和金属供料情况,计算出模孔各部位工作带长度,如、(图8 ) 所示。上模工作带比下模工作带长出1~3mm,这样,在出料过程中上模芯会起到一定的整形作用。避免型材的大面出现凹凸缺陷。