鋁型材分流模的鑲嵌結構設計

鄧汝榮，蔡浩欽

（廣州科技職業(yè)技術大學，廣東 廣州 510550）

0 引 言

鋁合金因其質(zhì)輕、比強度高、良好的加工成形性能及耐腐蝕性而得到了廣泛應用，其用途所涵蓋的領域越來越廣，鋁合金型材的品種和規(guī)格越來越多。鋁型材擠壓生產(chǎn)中，模具是關鍵的要素，而模具中的分流模是最常見和使用最普遍的一種結構，但一些大、中型和復雜的型材，特別是多空腔的型材，會給模具設計和加工帶來困難。加工難度越大越容易降低模具的制造精度，甚至存在局部位置無法加工的現(xiàn)象，影響擠壓過程中的金屬供應和成形而導致各部位金屬流速的不均，最終造成型材質(zhì)量達不到要求或質(zhì)量下降，還會發(fā)生局部磨損加劇或折斷而使模具提前失效報廢。為此，在模具的設計和制造過程中可以采用鑲嵌結構解決這些問題，以下通過實例介紹分流模的鑲嵌結構。

1 鑲嵌結構的設計原則

（1）便于加工制造，盡量減少模具加工中的電加工工作量，提高模具的加工精度。對于一些多空腔的型材，要求較高的部位采用鑲嵌結構，可通過機加工而減少使用電加工的方法，提高模具零件精度。鑲嵌結構應適合熱處理工藝的要求，避免產(chǎn)生應力集中現(xiàn)象。

（2）便于維修更換與調(diào)整。對于一些關鍵部位，特別是小模芯可以采用鑲嵌結構，在模芯折斷或磨損超差后可及時得到更換，甚至可以使用同一個上模實現(xiàn)產(chǎn)品的系列化。

（3）滿足擠壓工藝的要求，有利于延長模具的使用壽命。采用的鑲嵌結構應適應擠壓工藝的要求，應有利于降低擠壓力，同時滿足模具零件強度與剛度的要求。

2 鑲嵌方法

2.1 螺紋緊固鑲嵌法

螺紋緊固鑲嵌法是將部分或個別模芯的工作帶部分或下模的模孔進行硬質(zhì)合金鑲嵌或更換，一方面有利于加工，另一方面可提高模具零件的耐磨性。硬質(zhì)合金套通過墊片及緊固螺母或銷釘鑲嵌固定在上模的模芯桿上或下模的焊合室內(nèi)。該方法在圓管型材模上應用較普遍，如圖1、圖2所示。

圖1 圓管型材上模模芯鑲嵌結構

圖2 型材截面

由于型材要求的圓度較高，但中心的內(nèi)孔對應的模芯因加工困難，供應其成形的金屬內(nèi)側分流孔之間的分流橋在出料端無法加工到位，影響內(nèi)孔成形與型材外側成形的金屬流速差異，容易造成內(nèi)、外孔出現(xiàn)橢圓現(xiàn)象，圓度將超差。如模芯工作部分采用鑲嵌結構，如圖3所示，可以采用螺母將模芯鑲套加以緊固的方式，則中心模芯在鑲嵌前可加工成柱狀，使內(nèi)側分流橋及分流孔易于加工，改善金屬流動的狀況，解決圓度易超差的問題。

2.2 整體模芯鑲嵌法

整體模芯鑲嵌法是將鑲嵌的模芯分開獨立加工，整個模芯采用機械加工獨立完成，鑲嵌模芯的材料與模具基體完全一致，模具總裝時將鑲嵌的模芯鑲入即可，具有維修和更換方便的優(yōu)勢，特別是對于一些模芯較小的型材可簡化加工過程。圖4所示為典型自行車車圈型材斷面，由于生產(chǎn)的批量大，模芯的折斷和磨損超差是模具的主要失效形式，采用整體模芯鑲嵌可充分利用上模和下模，使模具的使用壽命大幅延長，其模芯及模具的鑲嵌結構如圖5所示。

圖3 螺紋緊固的上模鑲嵌結構

圖4 自行車車圈型材斷面

圖5 模芯及模具的鑲嵌結構

圖6 所示為典型鋁合金氣缸筒型材的斷面，將其4 個小模芯采用整體模芯鑲嵌法，可簡化模具零件加工過程，減少電加工工序，節(jié)省電極材料和縮短加工周期。因模芯可以采用機加工的車削和磨削方法，提高了模芯的加工精度。采用整體模芯鑲嵌前的上模和鑲嵌后模具的總成如圖7所示。

同理，對于圖2 所示的型材也可以采用整體模芯鑲嵌法。由于中心模芯與分流孔布置關系的限制，模芯不能設計成臺階式，可以采用一端用螺紋連接進行鑲嵌，另一端用亞弧焊的方式進行固定，保證模芯鑲嵌后的強度和牢靠性，模芯及鑲嵌結構如圖8所示。

圖6 鋁合金氣缸筒型材斷面

圖7 上模及鑲嵌后的模具總成

2.3 子母模鑲嵌法

子母模鑲嵌法是將要鑲嵌的模芯作為一個獨立的子上模，分開加工完成后鑲入母體上模。圖2所示型材由于其外側的模芯較小、剛性差，可將中心模芯及其周邊供料的分流孔單獨分割為1個子上模，如圖9 所示，可簡化作為母體的上模加工，留在母體的上模模芯則可按照設計要求加工成內(nèi)外均為錐臺式，使其剛性提高。母體上模如圖10所示。

圖8 模芯及鑲嵌結構

圖9 子上模

圖10 母體上模

同時，根據(jù)子母模鑲嵌的結構增加中心模芯成型時的局部焊合室深度，使中心容納的金屬流量增加，改善金屬流動狀態(tài)，避免出現(xiàn)該部位因流速慢而修模難的狀況，提高型材的精度，特別是圓度的要求。模具鑲嵌后的上模結構如圖11所示。

2.4 整體上模鑲嵌法

圖12 所示為典型水冷式電動機外殼鋁型材斷面。若采用傳統(tǒng)設計，則上模的厚度較厚，加工難度大，尤其是供應內(nèi)腔金屬的分流孔加工難度更大，因為加工這些分流孔相當于加工盲孔，加工精度得不到保證。另外，模芯必須采用電加工方式，消耗的電極材料多，且加工的表面粗糙度高，拋光和研磨難度大。針對這些問題，基于型材的特點可以采用整體上模鑲嵌法。

圖11 鑲嵌后的上模結構

圖12 水冷式電動機外殼鋁型材斷面

圖13 整體上模鑲嵌

整體上模鑲嵌是將傳統(tǒng)的1 個上模拆分成2 個上模，將內(nèi)、外側兩層的模芯分別置于2個上模中，2個上模分開加工然后鑲嵌在一起，簡化加工過程，解決了傳統(tǒng)結構中難供應部位的金屬供應，改善了金屬流動狀況，提高了型材成型質(zhì)量。整體上模鑲嵌如圖13 所示，與子母模鑲嵌不同，整體上模鑲嵌中的2 個上模是通過兩者的止口配合及銷釘、螺釘進行定位和固定。

3 結束語

上述4 種模具的鑲嵌方式各有優(yōu)劣，針對的型材也有所不同。在實際中，應根據(jù)型材的特點和要求進行鑲嵌方式的選擇和確定，但目的均應是簡化模具加工、縮短加工周期和延長模具使用壽命，最終達到提高產(chǎn)品質(zhì)量和降低生產(chǎn)成本的目的。實踐表明，巧妙和靈活地運用模具鑲嵌技術和模具鑲嵌結構，可以達到良好的效果。