大型复杂截面铝型材模具的宽展结构设计

　　经上机试模证明，这种结构能有效平衡两个小模芯的受力，型材各处的金属流量分配较为合理，模具上机出料平稳，料头整齐，各处壁厚较为均匀，仅小公头端面处出料略慢，两个小模芯位置轻微收口，经一次修模调整后，生产的型材成型理想，完全满足客户要求。

　　设计实例二：工业型材风车中空机翼(如图5)

　　模具设计基本参数：挤压机吨位2500T，挤压筒直径φ236mm，挤压系数23，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，客户对圆弧部分精度要求较高。该型材如果在3600吨挤压机(挤压筒直径300mm—320mm)上生产的话，较为容易，但是由于受到设备条件的限制，2500吨挤压机的挤压筒直径偏小(φ236mm)，给生产造成了较大的难度，该型材两边远离挤压中心的位置供料较为困难，出料以后由于流速不均，容易造成圆弧部分变形，难以满足客户对圆弧部位尺寸精度的要求。同时，由于模具的横向桥位跨度过大，模芯处的挤压死区面积也较大，使模具桥位的抗弯强度大大下降，在挤压生产过程中，当模具承受较大压力载荷时，桥位的变形挠度增大，在桥位水滴处形成较大的拉应力，从而造成裂桥报废。

　　针对上述问题，我们通过采用导流板宽展结构，使型材边缘部分的供料充足，同时，在导流板与上模之间预留变形间隙，对上模起到保护作用，这种结构能有效提高模具桥位的抗弯强度。

　　我们将导流板(如图6所示)设计成四孔结构，导流板的中间架桥，分流桥采用斜面向外过渡，目的是为了减小分流孔边缘部分的金属流动阻力。上模分流孔设计成八孔结构(如图7所示)，每个导流板的进料孔分别为上模的两个分流孔供料，模具结构如图8所示

　　金属通过导流板后，进行了第一次预变形，通过调整导流板的进料结构，可使模具各部分的流速更加均匀，另外，在导流板与上模之间留出一定的预变形间隙，当模具受到压力作用时，导流板可承受大部分变形载荷，从而减少了上模的变形量，极大地改善了上模模桥的应力分布状态，上模在挤压过程中所产生的变形挠度大为减小，使模具桥位的抗弯强度大大增加，显著提高了模具的使用寿命。

　　在实际生产过程中，该模具出料平稳，料头整齐，型材各处壁厚均匀，各个圆弧位的尺寸精度较高，生产出的型材成型状况非常理想，模具上机一次合格，大大缩短了交货周期。

　　难点分析：该型材几何尺寸较大，形状复杂，型材两边的两个小公头已经超出了2500吨挤压机的挤压筒直径(如图9)，因此，在2500吨挤压机上生产的难度很大，为了充分发挥2500吨挤压机的工作潜能，我们经过详细的强度校核计算，设计了新结构的导流板，通过采用宽展导流模的结构，用2500吨挤压机成功生产出了满足客户需求的合格产品，大大降低了生产成本。

　　该型材虽然在结构上左右对称，但形状较为复杂，尤其在内侧有7个装配凹槽，这些凹槽处供料较为困难，在挤压过程中容易造成收口变形等成型缺陷，同时，由于左右两个小公头已经超出了挤压筒直径，容易发生严重偏壁，甚至导致模芯断裂报废，因此，在设计模具时，必须保证模具各部位供料平衡以及模芯的受力平衡。为了使模芯在左右方向上的受力达到平衡，我们设计了大宽展率的导流板，通过沉桥减少了边缘阻力，使导流板宽展角最大达到38°(如图10所示)。模具的上模分流孔采用扇面状均匀分布(如图11所示)。模具结构如图12所示。

　　在设计过程中通过经验公式计算，调整各分流孔的供料面积，使型材各个部位的流速更加均匀，模芯的受力情况得到极大改善，避免了偏壁现象。

　　该模具上机后，总体出料情况较为理想，料头整齐，壁厚较为均匀，但中横处偏快，左右凹槽偏慢，造成一定程度的收口变形，经过修模调整后，该模具成功生产出了合格产品。

　　设计实例四：大型工业用散热器(如图13所示)

　　模具设计基本参数：挤压机吨位2500T，挤压筒直径?236mm，挤压系数8，模具直径：￠460mm;合金牌号6063，挤压筒温度400～430℃，铸锭温度,490～520℃，模具温度460-480℃，挤压速度6～12m/min。

　　难点分析：该散热器型材有多处装配位，客户为了减少后续的机加工成本，对型材的尺寸精度和平面度要求很高，并且，该型材几何尺寸较大，大大超出了2500吨挤压机的挤压筒直径(如图13所示)，该散热器齿位壁厚2.0mm，中横处壁厚达13mm，由于较难出料的齿位处于远离挤压中心的边缘位置，而处于挤压中心的中横处的壁厚较厚，因此，该型材的齿位供料将极为困难，如采用普通模具设计方案，该型材中横部分的流速会很快，将难以控制，而齿位很可能因流速过慢而造成塞模，甚至偏齿。为了解决流速控制的难题，必须设计超大宽展角的导流板，我们在2500吨挤压机上采用了新颖的“两级复合导流板”结构。

　　一级导流板如图14所示，该导流板采用中间架桥的两孔结构，并向两侧进行大角度宽展，宽展角达41.3°。二级导流板如图15所示，该导流板采用10孔结构，型材流速过快的中横处被桥位完全遮挡，同时加大两端齿位处分流孔的供料面积，通过经验公式计算，我们将齿位处分流孔与中横处分流孔的面积比例设计为1.8：1。同时，齿位处分流孔采用直冲供料和沉桥的结构，如图15所示。模具结构如图16所示。

　　该模具的两级导流板结构，能最大限度的合理分配金属流量和流速，当金属进入一级导流板后，遇到二级导流板桥位的阻挡，金属将更多的向两端的齿位处分流，从而实现模具的流速和流量控制。

　　该模具加工完成后，上机一次合格，型材成型非常理想，齿位供料充足，中横处的流速得到有效控制，料头整齐，尺寸精度和平面精度较高，完全满足客户的要求。

　　4、小结：

　　对于宽厚比较大的扁宽型材，模具采用导流板宽展结构，能有效扩展金属在模具中的流动范围，金属在经过导流板进行第一次宽展预变形后，再进入上模分流孔进行第二次分流，模具的供料结构更为均匀合理，这种结构能显著改善型材出料的成型度，同时大大提高模具的强度和稳定性，在实际生产过程中，宽展模能够使挤压机的工作潜能发挥到最大程度，使“小机出大料”的生产难题在很大程度上得到有效解决。

　　设计实例三:工业型材结构立柱(如图9)

　　模具设计基本参数：挤压机吨位2500T，挤压筒直径φ236mm，挤压系数12，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。【完】

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