大型复杂截面铝型材模具的宽展结构设计

　　1、前言

　　目前，国内铝挤压行业发展迅猛，市场对大尺寸截面铝型材的需求量正逐年上升，但是，由于5000吨以上的大型挤压机的设备投资较大，并且，大型挤压机的挤压生产成本较高，因此，国内目前只有少数大企业才装备有5000吨以上的大型挤压机。而绝大多数铝型材生产企业所装备的挤压机都是以4000吨以下的中小型挤压机为主。用中小型挤压机生产几何尺寸较大的型材时，由于受到挤压筒直径的限制，这类型材的挤压生产难度非常大，小机出大料问题一直是困扰铝挤压模具行业的技术难题。本文通过几个具体的模具设计实例，谈谈复杂型材宽展模具的设计体会。

　　2、宽展设计原理

　　宽展模具就是在模具前端设置一个具有宽展功能的导流板，挤压时使圆铸锭产生一次预变形，变形后的铸锭截面大致接近于宽厚比大的型材截面尺寸，使导流板的导流孔的宽度逐渐增大到接近或大于圆挤压筒的内径，金属再经过二次变形流出模孔，以生产出外接圆尺寸超过圆挤压筒直径的大尺寸型材。在进行宽展模的设计过程中，要用到宽展率δB和宽展角β。

　　导流板的宽展率δB：

　　导流板的宽展角β为：

　　式中：δ----导流板的宽展率(通常在15%～35%范围较合适);

　　β----导流板的宽展角(一般β角小于30°);

　　B2----为宽展直径;

　　B1----为进料直径;

　　HB----为导流板的厚度。

　　宽展角在一般情况下都选择在30度以内，如果宽展角过大，金属将出现填充不良现象，但是，在特殊的情况下，采用特殊的模具结构，可以突破常规极限，使宽展角设计的更大。

　　3、宽展模设计实例

　　设计实例一：工程料大装饰板(如图1)

　　模具设计基本参数：挤压机吨位2500T，挤压筒直径φ236mm，挤压系数18，模具直径：φ460mm，合金牌号6063，挤压筒温度400～430℃，铸锭温度,480～510℃，模具温度460-480℃，挤压速度8～15m/min。

　　难点分析：该型材几何尺寸较大，壁厚较薄，客户对几何尺寸公差和壁厚公差要求严格，型材外接圆超出了2500吨挤压机模具进料孔极限，而且，该型材有两个小模芯，由于受到分流孔进料直径的限制，两个小模芯的供料很难平衡，导致小模芯在上下方向上受力不均，小模芯容易发生严重偏移，从而影响出料成型，此外，由于型材中间的空腔较大，模具的挤压死区面积过大，造成挤压力大幅升高，因此，该型材在生产过程中极易出现斜角，波浪等缺陷，甚至会发生模具裂桥报废。为了有效避免上述问题的产生，必须从改善模具的结构入手，使模具各部分的供料均匀，模芯受力平衡。为了达到良好的出料效果，我们在设计模具时采取导流板两次分流的结构形式，导流板采取三孔沉桥的设计方案，如图2所示，上模分流孔如图3所示，模具结构如图4所示。

　　该型材的左右部分不对称，右半部分由于两个小公头的存在，比左半部分难出料，因此，在设计导流板时，应充分考虑左右两部分的供料比例。基于上述分析，我们将该模具导流板设计成三孔结构，右半部分由一个大分流孔供料，并将导流板设计成“半月形”如图2，这种结构能有效增大模具外侧边缘的供料，同时减少中间直冲部分的供料，根据经验公式计算，导流板右边的分流孔进料面积与上下分流孔的进料面积比例，设计为1:1.3。为使远离挤压中心的边缘部分的型材供料充分，导流板的分流桥采用斜面向外过渡，以减小边缘部分的金属流动阻力。

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