一種全新“腔壓噴射”鋁擠壓模具設(shè)計(jì)

袁童安 王先鵬 王浩 呂其曄 曲兆金

摘 要：對于傳統(tǒng)鋁合金模板型材生產(chǎn)要求較高，傳統(tǒng)鋁擠壓模具生產(chǎn)需在7500t級別以上的擠壓機(jī)內(nèi)生產(chǎn)，對生產(chǎn)廠家的生產(chǎn)設(shè)備要求較高，為改良傳統(tǒng)鋁擠壓模具設(shè)計(jì)方案的缺陷，本文提出了一種全新“腔壓噴射”鋁擠壓模具設(shè)計(jì)方案，簡單介紹了鋁合金模板型材截面的相關(guān)參數(shù)，對比傳統(tǒng)鋁擠壓模具設(shè)計(jì)存在的問題，介紹了新型“腔壓噴射”鋁擠壓模具的設(shè)計(jì)理念和優(yōu)勢，促進(jìn)了鋁合金模板型材生產(chǎn)工藝的精進(jìn)，為鋁合金型材領(lǐng)域的發(fā)展提供了新的方向。

關(guān)鍵詞：腔壓噴射;鋁合金型材;鋁擠壓模具設(shè)計(jì)

引言

常規(guī)的鋁擠壓模具一般由上模、下模兩部分構(gòu)成，供料通過上模中的分流孔或?qū)Я鞑圻M(jìn)入模具，其設(shè)計(jì)形狀和大小基本接近鋁合金型材，由于傳統(tǒng)鋁擠壓模具的設(shè)計(jì)方案制作難度大、易發(fā)生變相等缺陷，因此本文提出了一種全新“腔壓噴射”鋁擠壓模具設(shè)計(jì)，首先在模具的供料位置設(shè)置供料口[1]，采用鋁棒對兩側(cè)弧面的鋁熔體進(jìn)行壓縮，使其發(fā)生噴射效應(yīng)，減少了鋁棒受到的變形力，降低了模具的生產(chǎn)難度，且精度精準(zhǔn)更能適用于生產(chǎn)小尺寸的鋁合金模板型材，降低了生產(chǎn)設(shè)備的需求，縮小了生產(chǎn)成本，能夠有效提升鋁合金型材的生產(chǎn)效率和生產(chǎn)量，從而擴(kuò)大鋁合金型材的應(yīng)用領(lǐng)域[2]，促進(jìn)鋁合金事業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。

1鋁合金模板型材截面

鋁模板型材采用鋁合金作為生產(chǎn)原材料，采用鋁合金的優(yōu)勢在于具有重量輕、強(qiáng)度大、可重復(fù)利用、組裝簡單、便于施工等優(yōu)點(diǎn)，而傳統(tǒng)鋼鐵模板重量較大不易組裝和施工，而傳統(tǒng)木質(zhì)模板強(qiáng)度較小無法重復(fù)利用需消耗大量木材，不符合環(huán)保理念[3]，因此鋁合金模板型材正逐漸取代傳統(tǒng)的模板，既符合國家目前提倡的綠色生產(chǎn)理念和可重復(fù)發(fā)展需求，又能提升生產(chǎn)效率，其普及領(lǐng)域也在逐漸擴(kuò)大。但鋁合金模板型材需使用超過7500t的擠壓機(jī)型進(jìn)行生產(chǎn)制作，因此對生產(chǎn)廠家需有一定的設(shè)備需求。相比較與其他建筑型材，鋁合金模板型材的幾何尺寸的精度要求較高，平面間隙較小，其生產(chǎn)誤差直接影響型材整體的力學(xué)性能，因此根據(jù)國家相關(guān)規(guī)定，鋁合金模板型材的截面寬度需大400mm，寬度公差小于0.8mm，平面間隙小于0.4mm[4]，其要求遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于我國在2008制定的《鋁合金建造型材》中規(guī)定的型材標(biāo)準(zhǔn)，因此高標(biāo)準(zhǔn)也提升了鋁合金模板型材的制作難度和生產(chǎn)門檻。

2鋁擠壓模具設(shè)計(jì)

本文介紹了傳統(tǒng)鋁擠壓模具的設(shè)計(jì)方案和一種全新“腔壓噴射”鋁擠壓模具設(shè)計(jì)方案，二者的特點(diǎn)和優(yōu)勢對比如下：

2.1常規(guī)鋁擠壓模具設(shè)計(jì)方案

常規(guī)鋁擠壓模具的設(shè)計(jì)較為簡單，整體由導(dǎo)流模與模片兩部分組成，根據(jù)?？仔螤畎凑找欢ǖ谋壤⒔嵌刃螤顢U(kuò)展模具內(nèi)腔，通常情況下，擴(kuò)展角度一般在15度到20度[5]，超過30度時(shí)，?？自谂c導(dǎo)流模接觸部分產(chǎn)生的靜壓力會遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于露在鋁棒直徑圈內(nèi)部分的靜壓力，破壞整體的力學(xué)平衡，其產(chǎn)生的壓力差不僅使其在成型時(shí)發(fā)生形變、彎曲、間隙大等質(zhì)量缺陷，更降低其整體的力學(xué)性能，不適用于生產(chǎn)和使用。

由傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方案生產(chǎn)的鋁擠壓模具通常從模孔到模具外圓的距離小于58mm，增加了生產(chǎn)制作難度。且在公稱直徑為500mm的模片上，大約90%的面積為鏤空，剩余的10%左右的面積處于連接狀態(tài)，且鋁擠壓模具的承受的擠壓力較大，受力面積較小增加了模具開裂的概率，而?？走吘壍膹?qiáng)度較低，因此無法通過增強(qiáng)?？走吘壍膹?qiáng)度提升其整體的抗擠壓能力[6]，因此無法在3000t左右級別的擠壓機(jī)中生產(chǎn)，其生產(chǎn)條件受到一定限制，且由于質(zhì)量問題和設(shè)計(jì)缺陷使其在應(yīng)用中容易損壞，可能影響生產(chǎn)進(jìn)度和維修工作。

2.2全新“腔壓噴射”鋁擠壓模具

鋁擠壓模具?？鬃钔鈧?cè)距離模具外圓小于58mm，根據(jù)常規(guī)的設(shè)計(jì)方案，?？椎臄U(kuò)展角度一般小于30度，因此小型擠壓機(jī)模具生產(chǎn)線上，常規(guī)的設(shè)計(jì)方案無法使用。因此，本文提出了一種全新的“腔壓噴射”鋁擠壓模具設(shè)計(jì)方案，使鋁擠壓模具的生產(chǎn)可以在中小型擠壓機(jī)的生產(chǎn)線上順利完成[7]，更能提升鋁合金型材的精度和生產(chǎn)質(zhì)量，具體的設(shè)計(jì)方案如下：

首先，由于?？走吘壍酵鈭A的距離較短，在模具的生產(chǎn)中容易開裂，而不能采用增加膜片的強(qiáng)度降低模具的受力大小，因此，采用削薄導(dǎo)流模的厚度的方式降低模具腔內(nèi)的靜水壓力[8]。其次為保證供料的傳輸效率和安全，在膜孔邊緣留有一定距離的焊合腔，保證?？赘鞑课荒軌蚓夤┝希档鸵蚬┝隙氯a(chǎn)生的壓力，避免生產(chǎn)時(shí)出現(xiàn)變形、彎曲、平面間隙較大等質(zhì)量問題。然后為避免在鋁擠壓模具生產(chǎn)過程中發(fā)生彈力變形，導(dǎo)致開裂現(xiàn)象，將傳統(tǒng)鋁擠壓模具設(shè)計(jì)方案中模具邊緣的止動梢釘移動到鋁擠壓模內(nèi)接近中心位置的地方[9]，并使用高強(qiáng)度的連接鋁擠壓模具的導(dǎo)流模與膜片，使二者成為一個(gè)整體，進(jìn)一步提高膜片的強(qiáng)度。最后為減少導(dǎo)流模各部分之間存在過大的壓力差，在傳統(tǒng)導(dǎo)流模的基礎(chǔ)上，增加流道噴射區(qū)域，采用鋁棒接觸模具最大限度地減少模具腔內(nèi)壓力，使鋁熔體在模具內(nèi)腔表面無法連續(xù)產(chǎn)生附著力，能夠大幅度減輕模具受到的擠壓力，從另一方面也降低了擠壓機(jī)的消耗[10]。

3結(jié)束語

采用全新“腔壓噴射”鋁擠壓模具設(shè)計(jì)方案進(jìn)行模具生產(chǎn)，能夠有效解決了在中小型擠壓機(jī)上生產(chǎn)高精度鋁合金模板型材的生產(chǎn)問題，更解決了傳統(tǒng)鋁擠壓模具設(shè)計(jì)方案中存在的力學(xué)性能差、易損壞、平面縫隙大、表面粗糙等質(zhì)量問題，使模具內(nèi)腔的擴(kuò)展角度可以擴(kuò)大到40度，在3000t左右的小型擠壓機(jī)中便可以順利生產(chǎn)，降低了鋁合金模板型材的生產(chǎn)門檻，提升了生產(chǎn)質(zhì)量和生產(chǎn)效率，促進(jìn)了腔壓噴射技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。

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