近年來，國(guó)內(nèi)鋁擠壓行業(yè)在高速發(fā)展的同時(shí)，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)也日趨白熱化，由于受到國(guó)家對(duì)房地產(chǎn)行業(yè)的調(diào)控政策影響，普通的建筑型材市場(chǎng)增長(zhǎng)幅度有限，而工業(yè)用鋁型材的市場(chǎng)份額卻在逐年增長(zhǎng)，市場(chǎng)對(duì)大尺寸的復(fù)雜截面工業(yè)鋁型材的需求量正在快速上升，這類型材由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，生產(chǎn)難度較大，對(duì)模具的要求較高，模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性是生產(chǎn)過程中的最關(guān)鍵問題。

我們通過不斷更新模具設(shè)計(jì)理念，優(yōu)化模具結(jié)構(gòu)，使模具的擠壓性能顯著提高，在實(shí)際生產(chǎn)過程中取得了良好的效果，本文通過生產(chǎn)實(shí)踐過程中的幾個(gè)具體的模具設(shè)計(jì)實(shí)例，來簡(jiǎn)單談?wù)剰?fù)雜擠壓模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

設(shè)計(jì)實(shí)例一，工業(yè)用熱交換器（如圖1）

模具設(shè)計(jì)基本參數(shù)：擠壓機(jī)噸位2500T，擠壓筒直徑236mm，棒徑228，擠壓系數(shù)15，模具直徑：￠460
難點(diǎn)分析：該型材幾何尺寸較大，型材外接圓超出了2500噸擠壓機(jī)模具進(jìn)料孔極限，屬于典型的“小機(jī)出大料”情況。而且，該型材有九個(gè)空腔，形狀復(fù)雜，這類型材在生產(chǎn)過程中最大的難點(diǎn)是模具強(qiáng)度問題，由于九個(gè)小模芯的受力很難平衡，在受力不均的情況下，模芯容易發(fā)生嚴(yán)重偏壁，甚至斷裂，此外，由于型材中間的空腔較大，模具的擠壓死區(qū)面積過大，造成擠壓力升高，模具變形較大，在生產(chǎn)過程中極易出現(xiàn)斜角，波浪等缺陷，甚至模具會(huì)發(fā)生裂橋報(bào)廢。為了有效避免上述問題的產(chǎn)生，必須要從改善模具的供料結(jié)構(gòu)入手，使模具各部分的供料均勻，模芯受力平衡。因此，我們?cè)谠O(shè)計(jì)模具時(shí)采取“前導(dǎo)孔”的模具結(jié)構(gòu)，如圖2所示，上模剖視圖如圖3所示。

前導(dǎo)孔結(jié)構(gòu)可以有效改善進(jìn)料的均衡性，同時(shí)，可以大大降低擠壓力，提高模具的整體強(qiáng)度，模具中間各處模芯位置采用背孔沉橋的結(jié)構(gòu)，使金屬分配更加合理，模芯的受力狀況得到有效平衡，模具的各處死區(qū)位置的供料情況得到明顯改善。通過生產(chǎn)實(shí)踐證明，該模具上機(jī)后出料平穩(wěn)，料頭整齊，各處壁厚均勻，擠壓力較低，型材成型良好，僅兩側(cè)翅壁處出現(xiàn)開口，在經(jīng)過修模調(diào)整后，生產(chǎn)出的型材各處尺寸完全滿足客戶使用要求，每套模具的使用壽命達(dá)到80噸以上。

設(shè)計(jì)實(shí)例二，工業(yè)鋁型材大型結(jié)構(gòu)立柱（如圖4）

基本參數(shù)：

擠壓機(jī)噸位5000T，擠壓筒直徑?364mm，棒徑355，擠壓系數(shù)25，模具直徑：615

難點(diǎn)分析：該型材幾何尺寸較大（如圖4），客戶對(duì)圓弧部分精度要求較高。各個(gè)空腔以及螺絲孔均有嚴(yán)格裝配要求，同時(shí)，由于該型材包含10個(gè)小空腔，左右兩側(cè)最邊緣的空腔已經(jīng)處于模具最大進(jìn)料孔的邊緣，因此模芯的受力難以平衡，極易發(fā)生嚴(yán)重偏壁影響成型，甚至發(fā)生模芯斷裂。該型材如果在7000噸擠壓機(jī)（擠壓筒直徑400以上）上生產(chǎn)的話，難度不大，但是由于受到設(shè)備條件制約，5000噸擠壓機(jī)的擠壓筒偏小，生產(chǎn)難度較大。該型材兩邊遠(yuǎn)離擠壓中心的位置供料較為困難，出料以后由于流速不均，容易造成圓弧部分變形，難以滿足客戶對(duì)圓弧曲線精度的要求。同時(shí)，由于模具橋位跨度大，使模具橋位的抗彎強(qiáng)度大大下降，在生產(chǎn)過程中，當(dāng)模具承受較大擠壓載荷時(shí)，橋位的變形撓度較大，在橋位水滴處形成拉應(yīng)力，造成模芯變形，甚至裂橋報(bào)廢。

針對(duì)上述問題，我們通過采用“ 前導(dǎo)孔” 寬展結(jié)構(gòu)，使型材邊緣部分的供料充足，我們通過調(diào)整進(jìn)料孔面積使模芯的受力得到有效平衡，同時(shí)，通過改進(jìn)橋墩的支撐結(jié)構(gòu)來提高模具橋位的抗彎強(qiáng)度。

我們將分流孔設(shè)計(jì)成12孔結(jié)構(gòu)，前導(dǎo)孔采用斜面向外過渡，減小分流孔邊緣部分的金屬流動(dòng)阻力，增大邊緣的供料。（如圖5所示）。

當(dāng)金屬通過前導(dǎo)孔進(jìn)行了第一次預(yù)變形后，再通過分流孔進(jìn)行第二次預(yù)變形，最后通過工作帶實(shí)現(xiàn)擠壓成型，在這個(gè)過程中，金屬的變形是漸進(jìn)的，因此，變形抗力相對(duì)較小，模具各部分的流速更加均勻，型材成型度得到明顯改善。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，該模具出料平穩(wěn)，料頭整齊，型材各處壁厚均勻，各個(gè)圓弧位的尺寸精度較高，生產(chǎn)出的型材成型狀況非常理想，模具上機(jī)一次合格，大大縮短了交貨周期。

設(shè)計(jì)實(shí)例三，大型LED燈管（如圖6）

擠壓機(jī)噸位5000T，擠壓筒直徑?364mm，棒徑?355，擠壓系數(shù)17，模具直徑：￠615

難點(diǎn)分析：該型材幾何尺寸較大，直徑達(dá)263mm，分為內(nèi)外兩層模芯，共17個(gè)空腔，形狀復(fù)雜。一般情況下，這類結(jié)構(gòu)的型材如果直徑較小的話，生產(chǎn)難度不大，但是在直徑較大的情況下，模具中心的擠壓死區(qū)面積過大，造成擠壓力升高，模具容易發(fā)生裂橋報(bào)廢?？紤]到上述難點(diǎn)，我們?cè)诮?jīng)過詳細(xì)的強(qiáng)度校核計(jì)算后，采用了上中下三層“模中模” 的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，同時(shí)通過采用“前導(dǎo)孔”來降低擠壓力，分流孔如圖七所示。模具剖視圖如圖八所示。

“模中模結(jié)構(gòu)”是較為少見的特殊模具結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)可以使電火花的加工量大大減少，簡(jiǎn)化加工難度，縮縮短加工周期。我們所采用的“模中模”結(jié)構(gòu)較好的解決了各個(gè)模芯位置的供料平衡問題，使模芯的受力達(dá)到平衡。型材各個(gè)部位的流速均勻，模具的應(yīng)力分布狀態(tài)得到極大改善，大大提高了模具使用壽命。上模和中模的分解結(jié)構(gòu)如圖九和圖十所示。

該模具上機(jī)后，出料情況理想，擠壓力不高，料頭整齊，壁厚較為均勻，但是螺絲孔處尺寸偏大，在經(jīng)過修模調(diào)整后，該模具生產(chǎn)狀況良好，成功生產(chǎn)出了合格產(chǎn)品。

設(shè)計(jì)實(shí)例四，大型復(fù)雜散熱器（如圖11所示）

基本參數(shù)：

擠壓機(jī)噸位5000T，擠壓筒直徑?364mm，棒徑?355mm，擠壓系數(shù)17，模具直徑：￠530mm.

難點(diǎn)分析：該散熱器型材幾何尺寸較大，并且有多處裝配位，在齒上還分布有六個(gè)較小的空腔。從技術(shù)上看，該散熱器型材的生產(chǎn)難度很大，主要問題是“偏齒”現(xiàn)象難以有效避免，在生產(chǎn)過程中，一旦發(fā)生偏齒現(xiàn)象，模具將很快報(bào)廢。因此，該模具在設(shè)計(jì)過程中的核心問題是齒的受力平衡問題。

為了解決偏齒問題，我們?cè)?000噸擠壓機(jī)上，采用了九個(gè)分流孔的模具設(shè)計(jì)方案。為了降低擠壓力，該方案同樣采用了“前導(dǎo)孔”的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，如圖12所示。

從圖中分流孔的布局以及型材在模具中的擺放位置來看，每個(gè)小公頭在各個(gè)方向上均有不同的分流孔為其供料，使小公頭在各個(gè)方向上的受力得到平衡和抵消。避免了公頭偏壁現(xiàn)象，同時(shí)，各個(gè)散熱齒在不同方向上的受力也通過分流孔得到平衡，避免了偏齒現(xiàn)象的發(fā)生。通過生產(chǎn)實(shí)踐證明，該模具上機(jī)后出料平穩(wěn)，料頭整齊，各個(gè)散熱齒的壁厚均勻，成型情況良好，生產(chǎn)出的產(chǎn)品完全滿足客戶的使用要求。

總結(jié)：

采用前導(dǎo)孔的模具結(jié)構(gòu)能有效擴(kuò)展金屬在模具中的流動(dòng)范圍，金屬在經(jīng)過前導(dǎo)孔后，進(jìn)行第一次寬展預(yù)變形，然后金屬再進(jìn)入上模分流孔進(jìn)行第二次分流，金屬在經(jīng)過兩次分配之后，模具的供料比例更為均勻合理，可以顯著改善型材出料的成型度，前導(dǎo)孔結(jié)構(gòu)由于增大了分流比，因此擠壓力大幅降低，使模具的強(qiáng)度和穩(wěn)定性都得到明顯提高。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，我們通過廣泛使用前導(dǎo)孔的寬展模具，使擠壓機(jī)的工作潛能得到充分發(fā)揮，減少了模具試模次數(shù)，尤其對(duì)于一些難度較大的型材，明顯縮短了交貨周期。