建筑铝合金结构挤压材模具的设计与制造

吕其晔

（龙口市丛林铝材有限公司，山东 烟台 265705）

绿色建筑铝合金结构挤压型材种类多样，具有超过100多个品种，而且规格范围也比较广泛。在实际应用中，这类铝合金挤压型材通常是直接作为零件使用，并不需要进行机械加工，因此对其的精度有着比较高的要求。当前，结构材主要包括以下几类：厚壁管的管材、各种异形型材和特殊棒材等，铝合金结构材主要是中强度铝合金以及高强度高韧性铝合金。建筑铝合金结构挤压材对于性能有着比较高的要求，首先其需要具备较高的力学性能，同时在耐磨性、耐腐蚀性、可焊性以及冷弯成形性方面都要有比较高的要求，而且其还必须满足能够进行产业化批量生产这一条件。

为了制造出满足使用要求的各类铝合金结构挤压型材，需要应用到多种形式的特殊结构模具，举例来说，包括特殊导流模、特种宽展分流模等，通过应用这些特殊结构的模具才能够保证产品的成形以及尺寸精度，并且达到要求的使用寿命，并且实现批量化的生产。从上述分析中可以看出，为了生产出满足于使用需求的建筑铝合金结构挤压型材，对其模具有着比较高的要求，本文以WYY0770（双孔厚壁管材）的模具为例，对铝合金建筑结构挤压型材模具的设计与制造进行了探讨。

1 铝合金结构挤压材的模具特点和技术难度分析

（1）建筑结构铝合金挤压材具有品种多、形状复杂等多方面的特点，为了实现这种材料的批量化生产，对模具有比较高要求，需要设计制造多样化的优质模具，通过不同规格、结构和形式的模具来实现其大批量生产，这就要求通过大量的研究工作来进行模具的开发。

（2）在实现建筑结构铝合金挤压型材的大批量生产，需要应用到各类模具，而为了对生产成本进行有效的控制，必须要保证模具有较高的使用寿命，而提高模具使用寿命具有比较大的难度。

（3）本文选择的WYY0770挤压材，是一种有横向加强筋的双孔厚壁管材，在这种管材的生产中，其横向加强筋在挤压时存在一个问题，就是很难进行充料，而为了解决这一问题就需要应用到特殊结构的特殊结构的宽展导流模与分流模，经两段扩展加大金属流覆盖模孔和合理的分配金属流量，同时还需要对挤压工艺进行优化，只有这样才能够将双管厚壁管加工成形，如果是大型的厚壁双孔管成形则面临更大的难度，需要确保具有较高的焊接质量材可以实现。

（4）由于建筑结构铝合金挤压型材对于尺寸和形位的要求都比较高，需要达到高精级以上的水平，因此对于模具有足够高的要求，要确保模的强度可以满足要求，而且不会出现变形、开裂和坍塌等问题，同时还要求模具有较长的使用寿命，这些都比较难以实现。

（5）在实际的应用中，对于建筑结构铝合金挤压材的要求是比较高的，因此对于模具的要求也非常高，需要使用高质量的模具钢，并且采用良好的热处理以及表面工艺，并且使用CNC工艺规程来进行机加工工作，通过这样的方式才能够保证模具的性能，包括高强度、高韧性以及高精度等。

2 WYY0770双孔管材的模具设计、制造方案

2.1 模具设计依据与设计方案

在70MN挤压机上采用Φ460mm挤压筒，其模具设计依据和设计方案如表1和表2中所示。

表1 WYY0770双孔管材的模具设计依据

表2 WYY0770双孔管材的模具设计方案参数

2.2 模具设计方案要点和和创新点分析

本方案是根据φ460mm挤压筒来进行设计制造的，其设计结构为特殊宽展分流模。在这个方案中，模具的工作原理如下：圆铸锭在挤压力的作用下，通过上模的分流孔的分流、宽展，在经过上述步骤之后，圆铸锭逐步被加工成类似于双孔管的形状；在焊合室的参数方面，其外接圆直径为φ600mm、深度40mm，在这一参数下，能够使流动的金属在其内部形成比较高的静水压力，从而确保管材能够有比较高的焊接质量。

双孔管材的加强筋部位对质量有较高的要求，需要保证加强筋部分的模孔合理的金属供流，从而使横筋能够处于充满状态，进而保证其尺寸和形位等都可以满足高精级的要求。在本方案中，采用了双孔管材的加强筋部分供流是在分流模上模的中心部位开两个小型的阶梯形分流孔直接供流的方式，很好的满足了上述要求。

通过这一方案加工的双孔管材具有以下几方面优点：首先，该模具具有较高的整体强度，这主要是由于该模具采取了将分流部分减薄的策略，从而有效的缩短了金属流经线路，进而使及压力被有效的降低了，增加了模具的强度。其次，在根据该方案进行模具的设计，能够降低模具的设计和制造难度，从而使模具的制造成本得到了明显的降低。最后，在该方案中应用了比较大的挤压筒，从而使挤压比和分流比都被增大了，在这样的技术条件下产品的力学性能得到了保证，同时还可以有效的提高焊接质量、生产效率以及成品率，进而降低了生产的成本。实践结果表明，根据该方案制造的新模，只经过2次试模和维修就挤压出了合格的产品，而且产品具有稳定的尺寸，在组织、力学性能以及尺寸和形位精度等方面都取得了比较好的效果，能够满足技术条件要求，同时有效的提高了模具的使用寿命。

2.3 模子制作技术

在进行模具的制造时，采用先进的模具加工设备，包括数控机床、CNC加工中心、数控铣床、低速线切割机等现代化机床，并且通过CAD/CAM/CAE实现全自动加工，通过先进的加工设备和加工技术，保证了模具的加工质量。在材料的选择方面，选用4Cr5MoSiV1热作模具钢，这一钢材具有优良的质量，在进行锻造和退火后使用。对模具进行热处理，1035℃高温淬火+2次充分回火，这样可以有效的提升模体硬度值，使其达到HRC48~49。在模具表面处理方面，采用二阶段气体氮化工艺，从而使其具有较高的表面硬度值，使其达到HV1000~1250，氮化层厚度需要达到100μm~160μm，通过这样的处理，可以有效的提升模具的使用寿命。

3 双孔管材模具批量挤压生产的效果

通过将上文中制作模具应用到批量挤压生产之中，测试其在批量挤压生产中的效果。本模具是使用φ460mm挤压筒的基础上进行设计和制造的，在该模具制作完成投入生产，生产了超过500t的合格双孔管材，由该模具生产出的双孔管材，在尺寸精度以及形位尺寸方面都有较高的质量，能够满足GB5237的高精级标准，而且模具的使用寿命得到了极大的提升，能够达到原有模具的三倍以上。

4 结论

绿色建筑铝合金挤压材的种类多样，具有复杂的形状，技术方面的要求也比较高，由于通常不仅经过任何机械加工就直接应用，因此对精度的要求比较高，这些特点导致其生产的技术难度比较大。在实际生产中，需要设计和制造多种特殊结构的模具，应用优质的模具才能够确保挤压材成形以多种技术指标，因此其生产对于模具的要求比较高，需要设计和制造高质量的模具才能够满足需求。

在制作挤压模具时，为了确保挤压模具的质量，不仅要做好模具的设计与加工工作，而且还需要做好材料的选择、模具热处理、模具表面处理以及模具的使用和维护方面等方面的控制，使各个环节紧密结合，这样才能够确保制造出优质的模具。根据本文提出的设计方案，并选择优质的模具材料，加之先进的加工和处理工艺，制作出的模型具有较高的质量，不在挤压产品成形和尺寸、行位精度、表面质量以及焊接质量等方面都有较高的质量，而且模具的使用寿命也得到了显著的提升。