廢舊鋁模板擠壓模具重復(fù)再利用的關(guān)鍵技術(shù)

李 劍

（廣東興發(fā)鋁業(yè)（江西）有限公司，宜春 336000）

0 前言

隨著建筑行業(yè)的快速發(fā)展，鋁模板正在快速取代傳統(tǒng)的木質(zhì)模板。與木質(zhì)模板相比，鋁模板具有施工速度快、建筑強(qiáng)度高、多次施工尺寸精度一致、可回收重復(fù)利用等諸多優(yōu)點(diǎn)，正在為廣大建筑施工企業(yè)所認(rèn)可。據(jù)中國模板腳手架協(xié)會統(tǒng)計(jì)，截止到2020年8月，全國鋁合金模板市場保有量約7 800萬平米（含非標(biāo)模板）。全國共有各類鋁模板生產(chǎn)、租賃企業(yè)800余家，其中規(guī)模以上企業(yè)300余家[1]。如按每平米模板折合重量約25 kg計(jì)算，全國鋁模板型材用量需求接近1 500 kt。

隨著鋁模板生產(chǎn)、租賃市場的迅猛發(fā)展，各企業(yè)的鋁模板產(chǎn)品規(guī)格、尺寸卻不完全相同，各鋁模板租賃企業(yè)也都有各自的鋁模板產(chǎn)品系列，且互不兼容。鋁型材生產(chǎn)企業(yè)只有針對不同客戶的鋁模板產(chǎn)品分別定制開模生產(chǎn)，致使生產(chǎn)成本大幅增高。隨著各施工企業(yè)需求的逐步提高，更高精度、更高強(qiáng)度以及免預(yù)拼裝的鋁模板產(chǎn)品開始陸續(xù)推出，鋁模板市場開始對舊型號、舊系列產(chǎn)品陸續(xù)進(jìn)行淘汰。然而，各鋁型材生產(chǎn)企業(yè)都閑置了大量舊型號的鋁模板模具，因此如何將這些舊型號鋁模板模具處理再利用，成為鋁型材企業(yè)降低生產(chǎn)成本的重要課題。

本文在市場分析的基礎(chǔ)上，以幾種較為常見且用量最大的廢舊鋁模板模具為例，以節(jié)約模具成本、減少模具鋼材消耗為目標(biāo)，制定了一系列模具重復(fù)改造再利用的方法，為有效解決廢舊鋁模板模具的閑置、淘汰及循環(huán)利用等問題探索一條可行方案。

1 改造分析及其工藝流程

1.1 局部尺寸不同的改造

鋁模板系統(tǒng)一般由U型拼裝主板、C型轉(zhuǎn)角以及其他加強(qiáng)附件構(gòu)成，其中U型拼裝主板和C型轉(zhuǎn)角的用量約占整個鋁模板產(chǎn)品系統(tǒng)80%以上的份額。

圖1（a）所示為寬150 mm舊型號的U型拼裝主板，產(chǎn)品側(cè)部封邊高度一般為63.5 mm，然而當(dāng)前市場的產(chǎn)品已基本更新為圖1（b）所示的側(cè)部封邊高度為65 mm的新型號。按照常規(guī)處理方式，舊型號模具只能報廢。由于庫存的舊型號模具狀態(tài)仍然良好，經(jīng)分析認(rèn)為，新、舊型號的鋁模板外形尺寸差異不大，不同處僅為圖1（c）所示的1、2、3、4等處，而其他部位尺寸完全相同。

圖1 U型拼裝主板模具改造

故在此分析基礎(chǔ)上定出此類模具的改造工藝流程為：模具加溫→對圖1（c）中1、2、3、4處的?？状蚱驴凇押浮磮D1（b）中的新型號尺寸重新線切割模孔（WEDM-LS）→電火花機(jī)（EDM）電蝕工作帶→重新拋光→質(zhì)檢檢驗(yàn)→合格入倉。

由于鋁模板型材模具外徑尺寸普遍較大，如果直接對模具進(jìn)行堆焊，易使模具局部產(chǎn)生過熱，導(dǎo)致應(yīng)力集中而出現(xiàn)開裂。故要求堆焊前，模具必須在箱式電阻爐內(nèi)加溫至300 ℃保溫2 h；同時將專用H13焊絲加溫至150 ℃并保溫1 h，然后再進(jìn)行堆焊處理。這樣既有利于焊接質(zhì)量的提升，同時也避免了模具開裂[2-3]。

1.2 外形、局部尺寸均不同的改造

如圖2所示，圖2（a）為舊型號C型轉(zhuǎn)角模板模具，圖2（b）為新型號C型轉(zhuǎn)角模具，新、舊型號不僅在外形尺寸上不同，且局部形狀也不同。主要不同處如圖3（c）中1、2、3、4等處所示。經(jīng)過設(shè)計(jì)人員對新、舊型號模具進(jìn)行流速分析與強(qiáng)度校核，確認(rèn)可以將舊模具通過堵焊、重新線切割等方式改造成新型號模具，且不會影響改造后的新模具的強(qiáng)度要求，也不會影響后續(xù)生產(chǎn)的型材強(qiáng)度及表面質(zhì)量。

圖2 C型轉(zhuǎn)角模板模具改造

改造工藝流程為：模具加溫→對圖2（a）中Ⅰ處舊?？走M(jìn)行封焊→對圖2（c）中2、3、4處重新線切割模孔（WEDM-LS）→由加工中心（CNC）按圖2（d）重新銑焊合室與導(dǎo)流模入料口→電火花機(jī)（EDM）電蝕工作帶→重新拋光→質(zhì)檢檢驗(yàn)→合格入倉。

改造后的模具實(shí)物見圖3。

圖3 改造后的C型轉(zhuǎn)角鋁模板模具

1.3 實(shí)心主板改為帶空腔主板

圖4（a）所示的舊型號為實(shí)心拼裝主板，而當(dāng)前市場已經(jīng)基本換代為圖4（b）所示的兩側(cè)帶空心管腔的新一代高精度鋁模板產(chǎn)品。與第一代產(chǎn)品相比，由于兩側(cè)設(shè)計(jì)成空心管腔，新型鋁模板具有裝配垂直度高、強(qiáng)度好、施工面接縫小等優(yōu)點(diǎn)。此類鋁模板寬度達(dá)到500 mm，模具外徑達(dá)到700 mm，屬于超寬鋁型材產(chǎn)品，模具費(fèi)用極高。舊型號模具為平面模，而新型號模具為組合分流模，新、舊型號模具結(jié)構(gòu)完全不同。通過對新、舊型號模具圖紙進(jìn)行對比分析，并由模具設(shè)計(jì)人員重新校核強(qiáng)度，最終通過計(jì)算機(jī)軟件模擬成形分析確認(rèn)可以對此類舊模具進(jìn)行改造。

圖4 實(shí)心鋁模板改空心鋁模板

改造工藝流程為：

下模：模具加溫→對圖4（c）所示1、2、3、4各處?？字匦戮€切割（WEDM-LS）→定制一體式阻流臺，并通過氬弧焊焊在?？赘浇?，如圖4（d）所示→電火花機(jī)（EDM）電蝕工作帶→重新拋光。

上模：按圖紙加工新上?！庸ぶ行摹鸁崽幚泶慊稹?、下模合并裝配→質(zhì)檢入倉。

改造后的模具實(shí)物見圖5。

圖5 改造后的帶空心管腔鋁模板模具

1.4 報廢模具重新翻新

由于鋁模板通常為6061鋁合金，金屬變形抗力較6063合金大很多，對模具工作帶等關(guān)鍵部位的磨損較普通6063合金更為嚴(yán)重。鋁模板擠壓模具報廢原因[4-6]一般為：（1）模具工作帶經(jīng)長時間生產(chǎn)磨損報廢；（2）模具因生產(chǎn)批量大，反復(fù)拋光導(dǎo)致?？壮叽绯?；（3）模具開裂或者模孔裂角；（4）上模模橋斷裂。

針對此類報廢的鋁模板模具制定的翻新改造工藝流程為：

在模具開裂或磨損的部位采用加工中心銑出焊接坡口→模具加溫→堆焊→重新線切割?？祝╓EDM-LS）→電蝕工作帶（EDM）→拋光→檢驗(yàn)入倉。

2 關(guān)鍵設(shè)備及相關(guān)工藝

2.1 焊接

鋁型材擠壓模具所用的鋼材一般采用H13（4Cr5MoSiV1），它具有較好的熱穩(wěn)定性、紅硬性與可切削性。模具制造工藝流程為粗加工→真空淬火+多次回火工藝→精加工。試模合格后還需要進(jìn)行多次氮化處理以增強(qiáng)模具工作帶的硬度與耐磨性，然后才能投入批量生產(chǎn)[7]。

經(jīng)過對多種焊接工藝進(jìn)行對比評估，選定鎢極氬弧焊與激光填絲焊接兩種方式進(jìn)行焊接修復(fù)。鎢極氬弧焊具有焊縫美觀、焊接強(qiáng)度高、焊接質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是焊接過程中容易產(chǎn)生過熱變形；而激光填絲焊接則具有焊接質(zhì)量好、焊接過程溫度低、不易產(chǎn)生變形等特點(diǎn)。故在模具焊接修復(fù)過程中需要根據(jù)兩種焊接方式的不同特點(diǎn)有針對性的選擇。對于大面積、需二次加工的模具修復(fù)部位采用鎢極氬弧焊；對二次加工后仍然留有氣孔或細(xì)微接縫的缺陷，則選用激光填絲焊接效果較好[8]。

2.2 高精度數(shù)控加工中心（CNC）

由于鋁模板型材的各部位尺寸公差要求極其嚴(yán)苛，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出普通建筑鋁型材的公差要求[9]。故對鋁模板類模具的加工，必須使用高精度的加工中心進(jìn)行加工方能達(dá)到模具的設(shè)計(jì)使用要求。通常選用3軸/4軸、BT40/BT50主軸系列加工中心進(jìn)行加工。

2.3 高精度慢走絲線切割（WEDM-LS）

慢走絲線切割采用特制的銅絲單向輸送（不循環(huán)，一次使用）進(jìn)行放電切割，避免了普通快走絲線切割的鉬絲往復(fù)使用磨損帶來的切割精度誤差[10]。通常采用“割一修一”或“割一修二”的工藝對模具進(jìn)行加工。切割出的?？拙饶芸刂圃凇?.01 mm以內(nèi)，且切割垂直度高，表面粗糙度好。模具切割完畢后只需用400#以上的砂紙進(jìn)行簡單拋光即可達(dá)到Ra 0.4以上的光潔度。

3 使用效果評估

將圖1、圖2和圖3中的閑置報廢模具按照上述幾種工藝進(jìn)行改造翻新后，再次投入生產(chǎn)使用。經(jīng)過一段時間內(nèi)多次上機(jī)擠壓生產(chǎn)，發(fā)現(xiàn)模具使用正常，沒有出現(xiàn)開裂報廢等現(xiàn)象。對改造后的模具使用壽命、擠壓速度等數(shù)據(jù)進(jìn)行的統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表1所示。從數(shù)據(jù)中可知，經(jīng)上述工藝修復(fù)翻新后的模具完全可以達(dá)到新鋼材制造模具的使用效果，大大降低了鋁模板型材的生產(chǎn)費(fèi)用[11]。

表 1 改造后的模具使用情況

以某公司生產(chǎn)6061鋁模板型材30 kt/a為例，需要消耗專用模具鋼180 t，每年的開模費(fèi)用在1 000萬元以上。采用上述模具重復(fù)改造再利用技術(shù)后，不僅盤活了閑置、廢舊/棄模具，而且節(jié)約了大量價格昂貴的模具鋼，開模費(fèi)用大幅下降80%以上，為企業(yè)節(jié)約了成本。另外檢測結(jié)果也證明，采用改造后重復(fù)再利用的模具所生產(chǎn)的鋁模板型材的各項(xiàng)技術(shù)性能指標(biāo)完全達(dá)到國家規(guī)定要求。

4 結(jié)論

通過采用上述幾種改造工藝，成功實(shí)現(xiàn)了將舊型號鋁模板模具改造成新型號模具。而且模具后續(xù)生產(chǎn)使用的持續(xù)跟蹤也證明模具改造后完全可以達(dá)到新鋼材制造模具的同等水平。隨著鋁模板市場的不斷發(fā)展，鋁模板市場競爭日趨白熱化，采用修復(fù)翻新工藝后，鋁型材企業(yè)不僅可以大幅降低鋁模板的生產(chǎn)成本，同時也貫徹了“可持續(xù)發(fā)展”、“低碳環(huán)?！钡陌l(fā)展理念，為國家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展與生態(tài)文明建設(shè)做出了貢獻(xiàn)。