大型復雜截面鋁型材模具的寬展結構設計

　　1、前言

　　目前，國內鋁擠壓行業發展迅猛，市場對大尺寸截面鋁型材的需求量正逐年上升，但是，由于5000噸以上的大型擠壓機的設備投資較大，并且，大型擠壓機的擠壓生產成本較高，因此，國內目前只有少數大企業才裝備有5000噸以上的大型擠壓機。而絕大多數鋁型材生產企業所裝備的擠壓機都是以4000噸以下的中小型擠壓機為主。用中小型擠壓機生產幾何尺寸較大的型材時，由于受到擠壓筒直徑的限制，這類型材的擠壓生產難度非常大，小機出大料問題一直是困擾鋁擠壓模具行業的技術難題。本文通過幾個具體的模具設計實例，談談復雜型材寬展模具的設計體會。

　　2、寬展設計原理

　　寬展模具就是在模具前端設置一個具有寬展功能的導流板，擠壓時使圓鑄錠產生一次預變形，變形后的鑄錠截面大致接近于寬厚比大的型材截面尺寸，使導流板的導流孔的寬度逐漸增大到接近或大于圓擠壓筒的內徑，金屬再經過二次變形流出模孔，以生產出外接圓尺寸超過圓擠壓筒直徑的大尺寸型材。在進行寬展模的設計過程中，要用到寬展率δB和寬展角β。

　　導流板的寬展率δB：

　　導流板的寬展角β為：

　　式中：δ----導流板的寬展率(通常在15%～35%范圍較合適);

　　β----導流板的寬展角(一般β角小于30°);

　　B2----為寬展直徑;

　　B1----為進料直徑;

　　HB----為導流板的厚度。

　　寬展角在一般情況下都選擇在30度以內，如果寬展角過大，金屬將出現填充不良現象，但是，在特殊的情況下，采用特殊的模具結構，可以突破常規極限，使寬展角設計的更大。

　　3、寬展模設計實例

　　設計實例一：工程料大裝飾板(如圖1)

　　模具設計基本參數：擠壓機噸位2500T，擠壓筒直徑φ236mm，擠壓系數18，模具直徑：φ460mm，合金牌號6063，擠壓筒溫度400～430℃，鑄錠溫度,480～510℃，模具溫度460-480℃，擠壓速度8～15m/min。

　　難點分析：該型材幾何尺寸較大，壁厚較薄，客戶對幾何尺寸公差和壁厚公差要求嚴格，型材外接圓超出了2500噸擠壓機模具進料孔極限，而且，該型材有兩個小模芯，由于受到分流孔進料直徑的限制，兩個小模芯的供料很難平衡，導致小模芯在上下方向上受力不均，小模芯容易發生嚴重偏移，從而影響出料成型，此外，由于型材中間的空腔較大，模具的擠壓死區面積過大，造成擠壓力大幅升高，因此，該型材在生產過程中極易出現斜角，波浪等缺陷，甚至會發生模具裂橋報廢。為了有效避免上述問題的產生，必須從改善模具的結構入手，使模具各部分的供料均勻，模芯受力平衡。為了達到良好的出料效果，我們在設計模具時采取導流板兩次分流的結構形式，導流板采取三孔沉橋的設計方案，如圖2所示，上模分流孔如圖3所示，模具結構如圖4所示。

　　該型材的左右部分不對稱，右半部分由于兩個小公頭的存在，比左半部分難出料，因此，在設計導流板時，應充分考慮左右兩部分的供料比例。基于上述分析，我們將該模具導流板設計成三孔結構，右半部分由一個大分流孔供料，并將導流板設計成“半月形”如圖2，這種結構能有效增大模具外側邊緣的供料，同時減少中間直沖部分的供料，根據經驗公式計算，導流板右邊的分流孔進料面積與上下分流孔的進料面積比例，設計為1:1.3。為使遠離擠壓中心的邊緣部分的型材供料充分，導流板的分流橋采用斜面向外過渡，以減小邊緣部分的金屬流動阻力。

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