扁方管鋁合金型材模具的有效修正

陶維友（廣東省國防科技技師學(xué)院，廣東廣州 510515）

扁方管鋁合金型材模具的有效修正

陶維友
（廣東省國防科技技師學(xué)院，廣東廣州 510515）

鋁型材的種類繁多，其中扁方管型材是裝飾類型材應(yīng)用最多的一種型材，基本上每家型材生產(chǎn)廠家都生產(chǎn)，擁有的模具數(shù)量也眾多，但對這類扁方管模具的修理一直也是很多模具修理工面臨的最為頭疼的問題。本人從事模具修理和設(shè)計(jì)制作多年，為很多模具生產(chǎn)廠家和型材生產(chǎn)廠家解決過很多模具方面的問題，對于模具使用過程中不合格的原因有較深的了解和研究。本文將通過對應(yīng)用最廣泛，結(jié)構(gòu)最簡單，問題出現(xiàn)最多的扁平型材模具的修理，闡述分析模具不合格產(chǎn)生的原因并找出相應(yīng)的解決辦法。

鋁合金 扁方管型材 擠壓模具 產(chǎn)品缺陷 有效修正

我國鋁型材行業(yè)經(jīng)過短短的二三十年的發(fā)展，經(jīng)歷了從零起步、趕日超美的巨大變遷，一躍而成為全球鋁型材生產(chǎn)最大的國家。鋁合金模具生產(chǎn)廠家也是成千上萬，生產(chǎn)技術(shù)也日臻成熟。由于擠壓生產(chǎn)中各種工藝因素的變化和模具在高溫高壓下循環(huán)摩擦等惡劣因素影響，以及客戶對型材的要求越來越苛刻：厚度越來越薄、形狀結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜、表面質(zhì)量越來越高，盡管模具的設(shè)計(jì)者和制造者都進(jìn)行了不懈的努力，但效果依然不是很明顯：首次上機(jī)擠壓出合格型材的模具成功率還是不高，因此，模具的修正在鋁型材生產(chǎn)行業(yè)變得必不可少，修正的成功率直接影響到模具的使用壽命和企業(yè)的生產(chǎn)效率和效益。

1　擠壓鋁型材模具簡介

1.1擠壓工藝

擠壓工藝是將金屬毛坯放入裝在塑性成形設(shè)備上的模具型腔內(nèi)，在一定的溫度、壓力和速度作用下，迫使金屬毛坯產(chǎn)生塑性流動，從型腔中特定的?？讛D出，從而獲得所需斷面形狀及尺寸，并具有一定力學(xué)性能擠壓件的工藝技術(shù)，如圖1所示。

擠壓方法適合于各種金屬材料的塑性成型，特別適合于有色金屬材料的擠壓成型，其中最典型的是鋁合金型材的擠壓成型。

1.2擠壓模具

鋁型材擠壓模具在擠壓成型過程中起著將圓形的鋁棒變形為各種形狀的鋁材的作用。模具在鋁型材擠壓工序中舉足輕重，是保證產(chǎn)品成形，使其具有正確形狀、尺寸和精度以及表面質(zhì)量最重要的基本工具。

鋁型材可以分為三大類：實(shí)心材、空心材、半空心材。相應(yīng)模具按常規(guī)也分為平模（實(shí)心模）（如圖2），分流模（空心模）（如圖3）。根據(jù)?？讛?shù)目也可以分為單孔模和多孔模。

鋁合金擠壓模具制造一般要經(jīng)過毛胚（下料）粗車、劃線、銑、熱處理、線切割、電火花、精車、裝配、銼削拋光、磨、試模等工序。

圖1　金屬擠壓的基本原理

圖2　平模

圖3 分流模

2　影響擠壓模具型材成型的原因分析

鋁合金在擠壓過程中，由于受到擠壓筒壁、模具端面、分流孔、焊合腔、舌頭表面和模具工作帶表面的強(qiáng)烈摩擦，其流速是極不均勻的。在設(shè)計(jì)時不可能完全合理地調(diào)整或消除這種差異，制作時又很難完全達(dá)到設(shè)計(jì)圖紙的要求。因此，用新制造的模具進(jìn)行擠壓時，不可避免地產(chǎn)生各種產(chǎn)品缺陷或廢品：彎曲、扭擰、擴(kuò)口、并口、波浪、表面裂紋或撕裂、平直度超標(biāo)準(zhǔn)、焊合不良、不成形、堵模等。

造成這些缺陷主要是因?yàn)樾筒母鞑课坏慕饘倭鞒瞿？椎乃俣炔灰粯釉斐傻摹?/p>

影響金屬流出?？椎乃俣纫蛩厥嵌喾N多樣的，基本可歸納成以下2個方面。

（1）供給產(chǎn)品斷面各部分的金屬分配量是否合理，即產(chǎn)品各部分?jǐn)嗝娣e之比與各相應(yīng)部分金屬供應(yīng)量之比是否相等，其中包括模具分流孔的大小、形狀、數(shù)目、數(shù)量與分布。

（2）金屬流動時所受摩擦阻力的大小，與分流孔的形狀、大小、數(shù)目和深度，焊合腔的形狀和深度，模芯與?？坠ぷ鲙У拈L度以及模孔與金屬直接接觸部分的表面狀態(tài)和潤滑情況息息相關(guān)。當(dāng)型材某一部分可供給的金屬量愈多，所受到的摩擦力愈小，則這部分型材流出模孔的速度就愈快。反之就愈慢。

金屬供給量的分配比例主要是由模具設(shè)計(jì)者確定的，當(dāng)模具制造完成后，金屬的分配比例就固定下來了。

圖4　扁方管型材

圖5　扁平管材模具（40×100）

圖6　工作帶修平

流動金屬與模具之間的摩擦力由兩部分組成：一是流動金屬與擠壓筒壁、模具端面之間的摩擦力；二是金屬的流動與工作帶表面之間的摩擦力。當(dāng)模具與產(chǎn)品一定時，單位壓力P和型材各部分的周長是一個定值，而當(dāng)各部分的表面狀態(tài)和潤滑條件相同時，摩擦系數(shù)也認(rèn)為是不變的，因此只要調(diào)整?？坠ぷ鲙У拈L度就可以調(diào)整金屬流出?？椎乃俣取?/p>

如何通過修理這種補(bǔ)救方式來正確調(diào)整型材流出?？姿俣龋肯旅嫖乙员夥焦苄筒哪＞叩男蘩?，分析當(dāng)前模具不合格產(chǎn)生的主要原因并確定最有效的解決辦法。

3　扁方管類鋁型材模具的檢測與修復(fù)

扁方管型材是常見的鋁合金裝飾材料及工業(yè)型材（如圖4），也是鋁加工廠經(jīng)常生產(chǎn)的品種，型材生產(chǎn)廠家擁有這類模具的數(shù)量也最多，這類模具出現(xiàn)的問題和產(chǎn)生的產(chǎn)品缺陷也是最多的。根據(jù)客戶的需求，有的廠家生產(chǎn)的壁厚只有0.7mm。壁厚變薄使這類型材的擠壓成型也變得越來越難，對這類薄壁模具的修理一直是很多廠家模具修理工面臨的最為頭疼的問題。

扁方管型材模具，屬于平面分流組合模中最簡單的分流模，由上模和下模裝配而成。如圖5。

多年模具修理的經(jīng)驗(yàn)：要找到出現(xiàn)制品缺陷的真正原因，首先必須做好模具的檢測工作，才能找出影響金屬流出?？姿俣鹊闹饕颉＿@是正確修好模具的第一步。

3.1模具的檢測

3.1.1?？壮叽绾头至骺?、導(dǎo)流孔的檢測

對這些部分的檢測主要是檢查其各部分尺寸，利用高精度卡尺檢查模具成型部位的尺寸是否和設(shè)計(jì)一致，標(biāo)準(zhǔn)誤差是否滿足要求。對于扁方管型材的擠壓模具，一般來說，其分流孔設(shè)計(jì)大小形狀具有對稱性，對稱性型材分流孔的檢查主要是檢查分流孔對稱性。當(dāng)模具制造出來之后，金屬的分配比例就基本固定了，但金屬與模具之間的摩擦阻力是可以改變的，通過改善金屬與模具模腔表面的摩擦條件，從而達(dá)到調(diào)整金屬流速的目的。

3.1.2工作帶長度檢測

工作帶是模子中垂直于模具工作端面并用以保證擠壓制品的形狀、尺寸和表面質(zhì)量的區(qū)段。工作帶的長短控制出料快慢。工作帶對金屬流速影響最大，擠壓比越大，工作帶對金屬流出?？椎淖枇υ斤@著。工作帶的長度過短，產(chǎn)品的尺寸難以穩(wěn)定，也容易產(chǎn)生波紋，橢圓度，壓痕、壓傷，同時模具易磨損減低壽命。工作帶過長時，會增大與金屬的磨擦作用，增大擠壓力，易于粘接金屬，易使制品表面擦花，劃傷、毛刺、麻面、搓衣板等缺陷。

對于扁方管模具，主要是檢查模具下模的對工作帶長度是否符合設(shè)計(jì)要求并對稱一致。

3.1.3工作帶平面度和與端面的垂直度檢測

根據(jù)多年的經(jīng)驗(yàn)，這一步的檢測是最難也是最關(guān)鍵的：金屬流出模孔流速不均勻很大原因是由于工作帶不平整造成的。

工作帶的平面度、端面的垂直度不符合設(shè)計(jì)要求，主要是模具生產(chǎn)廠家由于設(shè)備和人員的原因造成的：線切割出來的模具切割表面粗糙，銼削拋光量大，鉗工的銼削拋光技能不高，加工出來的工作帶平面度和與端面垂直度誤差相當(dāng)大：很多工作帶平面基本上都是呈龜背狀。這種形狀的工作帶使工作帶的長度設(shè)計(jì)形同虛設(shè)：同一工作帶面有的局部面變成了阻礙角、有的局部面成了加快角，有的局部面加快角與阻礙角并存，因此，工作帶的平面度和與模具端面的垂直度的檢測是模具檢測中最重要的一項(xiàng)工作，難度大，而且容易出錯，需要修模者有足夠的細(xì)心和耐心。刀口尺和量塊或特制的直角尺是最常用的檢測工具。

3.1.4出口空刀位的檢測

模具的出口空刀位既決定工作帶的長度，又是保證鋁材制品順利通過并保證鋁材質(zhì)量的重要參數(shù)。出口空刀過小，則容易劃傷鋁材表面，甚至引起堵模，很多模具擠壓時出現(xiàn)堵模和劃傷都是由于空刀位太小引起。如果出口空刀位過大，會削弱工作帶的強(qiáng)度，引起工作帶的變形、壓塌，降低模具的使用壽命。

3.2模具的修正

（1）鋁型材模具修正的基本目的在于調(diào)整各部分金屬流出模孔的速度達(dá)到基本一致。

模具修正主要是通過調(diào)整模孔工作帶的長度、金屬分配比例、模具的表面狀態(tài)以及鋁合金與工作帶的摩擦條件等以達(dá)到調(diào)整金屬流出?？椎乃俣?，來提高擠壓產(chǎn)品質(zhì)量的一種現(xiàn)場處理過程，使鋁型材尺寸達(dá)到理想狀態(tài)。

常用的修模方法有加快、阻流和尺寸修理。但這些辦法看似簡單，但實(shí)際操作起來卻很難——各種方法在什么情況下使用以及如何合理使用。

扁方管型材在生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的那些缺陷問題，歸根結(jié)底就是由模具使用中金屬流速不均勻，焊合不好，變形等原因所導(dǎo)致。

現(xiàn)實(shí)工作中，很多模具修理工修理模具的主要依據(jù)是“料頭”：根據(jù)“料頭”判斷流速的快慢。但“料頭”所表現(xiàn)出來的快慢只是相對的，并沒有真實(shí)反映出?？捉饘倭魉伲阂苍S快的部分并非真的快，慢的部分并非真的慢?；谶@種“頭痛醫(yī)頭、腳痛醫(yī)腳”的處理方式進(jìn)行加快和減慢，不但效果不明顯、成功率低，而且模具越修越壞。

作為一個經(jīng)驗(yàn)豐富的模具修理工，對模具進(jìn)行檢測后，基本上可以判斷型材斷面各部分流出?？椎目炻c料頭呈現(xiàn)快慢基本是一致，“料頭”在修理時僅僅作為一個參考。

（2）工作帶修平的主要目的是確保工作帶的有效工作長度基本符合設(shè)計(jì)要求。

金屬經(jīng)過導(dǎo)流孔或分流孔進(jìn)入模具后，其在?？滋幾冃巫畲?，變形抗力最大，摩擦阻力也最大。多年的經(jīng)驗(yàn)也告訴我，工作帶長度對金屬流動的影響作用最為顯著，而工作帶的平面度和垂直度是影響流速的最主要原因：直接決定工作帶的有效工作長度。因此，快捷有效的修理工作是根據(jù)檢測結(jié)果進(jìn)行工作帶的修平：保證工作帶的平面度和垂直度，確保工作帶的有效工作長度滿足設(shè)計(jì)要求。

在修平工作帶的過程中，銼刀一定要與工作帶垂直，確保修正后工作帶不產(chǎn)生內(nèi)斜或外斜，保證工作帶的平面度與垂直度。如圖6所示。

拋光過程是考究修模者的鉗工平準(zhǔn)能力，要避免銼削拋成導(dǎo)角。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，工作帶修平后各部分金屬流出模孔的流速基本上能達(dá)到設(shè)計(jì)的要求。模具擠壓出的型材合格率基本上可以達(dá)到80%以

············

上。這是最簡單快捷的修模方法。要做好工作帶的修平工作，修模者必需具備良好的銼削拋光加工技能并善于利用各種工具。

如果修平工作帶后流速還是達(dá)不到預(yù)期效果，下一步可考慮采用銼削阻流角和加快角的方法進(jìn)行流速的調(diào)節(jié)。

4　扁方管鋁型材幾種典型缺陷的模具修理

4.1型材有縫角或焊合不良的缺陷修理

扁方管類鋁合金型材采用平面分流組合模擠壓，金屬經(jīng)過分流、焊合的過程，型材是存在焊合線的，如果金屬焊合不好出現(xiàn)縫隙，則是一種缺陷。產(chǎn)生縫隙的原因有兩個，一是分流孔、焊合室狹小，金屬的供應(yīng)量不足，金屬在焊合室沒有形成足夠的靜壓力，產(chǎn)品未焊合好而流出模孔，導(dǎo)致制品存在焊合縫隙；二是過量潤滑和不良潤滑引起型材焊合不良導(dǎo)致。前者在保證模具強(qiáng)度的情況下可采用研磨或銑削擴(kuò)大分流孔和焊合室面積，加大金屬供流，使金屬在焊合室內(nèi)能夠形成足夠的靜壓力加以解決，后者采用無潤滑擠壓工藝即可。

4.2型材出現(xiàn)下凹或上凸的弓形面的缺陷修正

扁方管類型材壁下凹弓形面產(chǎn)生原因：模芯工作帶低于下模?？坠ぷ鲙?，模芯工作帶的有效長度過短所引起。采用的修正方法：在模芯和下模之間放置隔環(huán)，使模芯工作帶在受力狀態(tài)下與下模模孔定徑帶等高。同時，在下模的出口部位減掉同一厚度。

扁方管類鋁合金型材壁外凸產(chǎn)生原因：模具使用時間過長，模芯工作帶嚴(yán)重磨損，出現(xiàn)溝槽，加大了摩擦阻力，金屬流動緩慢引起空心型材壁外凸。修正方法：如果型材壁厚公差允許的話，可以銼修或打磨模芯的工作帶表面，降低摩擦阻力；如果模芯工作帶磨損程度很嚴(yán)重，且型材壁厚已達(dá)到上偏差時，可將模子預(yù)熱到300℃左右，補(bǔ)焊模芯外形，再銼修到要求尺寸并拋光后使用；如果模芯工作帶沒有被磨壞，則銼一銼模芯工作帶外側(cè)阻礙處和內(nèi)側(cè)的滯留處即可。

4.3型材彎曲和扭擰的修理

扁方管類型材在擠壓過程中產(chǎn)生彎曲和扭擰產(chǎn)生原因主要有以下幾個方面：一是模芯和下模孔的工作帶配合不合理，引起型材各部位金屬流速不均；二是對稱的分流孔大小和位置加工不對稱，金屬供流不均衡，引起金屬流速不均勻；三是分流孔加工不規(guī)整或者在模芯上有阻礙物阻礙金屬流動。修正方法：用適當(dāng)?shù)姆椒ù蚰ツＰ净蚍至骺椎某隹诓课?，必要時適當(dāng)擴(kuò)大這些分流孔使供料均衡。用打磨方法去掉阻礙物。

總之，模具在擠壓中出現(xiàn)的情況千變?nèi)f化，擠出的型材情況也是千姿百態(tài)，作為一個優(yōu)秀的模具修理者，必須掌握擠壓工藝和模具設(shè)計(jì)知識，能夠從紛繁復(fù)雜的表象中學(xué)會去偽存真，做出正確的分析和判斷，找到缺陷產(chǎn)生的直接原因，同時還要具備良好的測量、銼削、拋光等鉗工技能，不斷學(xué)習(xí)總結(jié)，與時俱進(jìn)，創(chuàng)新方法工具。

［1］劉靜安，黃凱，譚熾東.鋁合金擠壓工模具技術(shù).北京：冶金工業(yè)出版社，2009.

［2］劉靜安.鋁型材擠壓模具設(shè)計(jì)、制造、使用及維修.北京：冶金工業(yè)出版社，2002.

［3］洪深澤.擠壓工藝及模具設(shè)計(jì).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1996.

［4］劉靜安，謝建新.大型鋁合金型材擠壓技術(shù)與工模具優(yōu)化設(shè)計(jì).北京：冶金工業(yè)出版社，2003.

［5］林高用，陳興科，蔣杰，等.鋁型材擠壓模工作帶優(yōu)化.中國有色金屬學(xué)報(bào)，2006.