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复杂工业铝型材挤压模具设计实例

来源:广东华昌铝厂有限公司  作者:李明环  日期:2014-6-24
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  近年来,国内铝挤压行业在高速发展的同时,市场竞争也日趋白热化,由于受到国家对房地产行业的调控政策影响,普通的建筑型材市场增长幅度有限,而工业用铝型材的市场份额却在逐年增长,市场对大尺寸的复杂截面工业铝型材的需求量正在快速上升,这类型材由于结构复杂,生产难度较大,对模具的要求较高,模具结构设计的合理性是生产过程中的最关键问题。

  近年来,国内(词条“铝”由行业大百科提供)挤压行业在高速发展的同时,市场竞争也日趋白热化,由于受到国家对房地产行业的调控政策影响,普通的建筑型材市场增长幅度有限,而工业用铝型材的市场份额却在逐年增长,市场对大尺寸的复杂截面工业铝型材的需求量正在快速上升,这类型材由于结构复杂,生产难度较大,对模具的要求较高,模具结构设计的合理性是生产过程中的最关键问题。

  我们通过不断更新模具设计理念,优化模具结构,使模具的挤压性能显著提高,在实际生产过程中取得了良好的效果,本文通过生产实践过程中的几个具体的模具设计实例,来简单谈谈复杂挤压模的结构设计。

  设计实例一,工业用热交换器(如图1)

  模具设计基本参数:挤压机吨位2500T,挤压筒直径?236mm,棒径228,挤压系数15,模具直径:¢460

  难点分析:该型材几何尺寸较大,型材外接圆超出了2500吨挤压机模具进料孔极限,属于典型的“小机出大料”情况。而且,该型材有九个空腔,形状复杂,这类型材在生产过程中最大的难点是模具强度问题,由于九个小模芯的受力很难平衡,在受力不均的情况下,模芯容易发生严重偏壁,甚至断裂,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(词条“挤压力”由行业大百科提供)升高,模具变形(词条“变形”由行业大百科提供)较大,在生产过程中极易出现斜角,波浪等缺陷,甚至模具会发生裂桥报废。为了有效避免上述问题的产生,必须要从改善模具的供料结构入手,使模具各部分的供料均匀,模芯受力平衡。因此,我们在设计模具时采取“前导孔”的模具结构,如图2所示,上模剖视图如图3所示。

  前导孔结构可以有效改善进料的均衡性,同时,可以大大降低挤压力,提高模具的整体强度,模具中间各处模芯位置采用背孔沉桥的结构,使金属分配更加合理,模芯的受力状况得到有效平衡,模具的各处死区位置的供料情况得到明显改善。通过生产实践证明,该模具上机后出料平稳,料头整齐,各处壁厚均匀,挤压力较低,型材成型良好,仅两侧翅壁处出现开口,在经过修模调整后,生产出的型材各处尺寸完全满足客户使用要求,每套模具的使用寿命达到80吨以上。

  设计实例二,工业型材大型结构立柱(词条“立柱”由行业大百科提供)(如图4)

  基本参数:

  挤压机吨位5000T,挤压筒直径?364mm,棒径355,挤压系数25,模具直径:615

  难点分析:该型材几何尺寸较大(如图4),客户对圆弧部分精度要求较高。各个空腔以及螺丝孔均有严格装配要求,同时,由于该型材包含10个小空腔,左右两侧最边缘的空腔已经处于模具最大进料孔的边缘,因此模芯的受力难以平衡,极易发生严重偏壁影响成型,甚至发生模芯断裂。该型材如果在7000吨挤压机(挤压筒直径400以上)上生产的话,难度不大,但是由于受到设备条件制约,5000吨挤压机的挤压筒偏小,生产难度较大。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曲线精度的要求。同时,由于模具桥位跨度大,使模具桥位的抗弯强度(词条“抗弯强度”由行业大百科提供)大大下降,在生产过程中,当模具承受较大挤压载荷时,桥位的变形挠度较大,在桥位水滴处形成拉应力,造成模芯变形,甚至裂桥报废。

  针对上述问题,我们通过采用“ 前导孔” 宽展结构,使型材边缘部分的供料充足,我们通过调整进料孔面积使模芯的受力得到有效平衡,同时,通过改进桥墩的支撑结构来提高模具桥位的抗弯强度。

  我们将分流孔设计成12孔结构,前导孔采用斜面向外过渡,减小分流孔边缘部分的金属流动阻力,增大边缘的供料。(如图5所示)。

  当金属通过前导孔进行了第一次预变形后,再通过分流孔进行第二次预变形,最后通过工作带实现挤压成型,在这个过程中,金属的变形是渐进的,因此,变形抗力相对较小,模具各部分的流速更加均匀,型材成型度得到明显改善。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。

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