鋁合金燈座芯棒溫擠成形工藝及模具設計

錢進浩，劉 春，張 露

（1.蘇州銀濤精密鍛造有限公司，江蘇 蘇州 215132；2.重慶理工大學，重慶 400050）

1 引言

LED 燈具有壽命長、節能、環保、反應速度快、易于配光調光調色等優點，正逐步取代傳統燈具。圖1 所示為我公司開發的一款出口歐美國家的LED燈具散熱底座。此產品屬于高端民用產品，市場需求大。采用常規加工方法生產，材料利用率低，加工時間長，成本高，很難適應市場競爭需要。其芯棒如圖2 所示，為杯桿復合擠壓件。其材料Al6061，熱處理狀態為T6。Al6061 材料屬于鍛鋁，塑性好，適于溫擠壓成形。

2 工藝分析

LED 燈具散熱底座由芯棒和外面的鋁合金型材兩部分緊配合組成，其關鍵部分為芯棒。芯棒的工藝選擇決定了產品成本。直接采用圓棒加工，需要坯料尺寸為?60mm×112mm，材料重0.864kg，數控車床加工時間需要13min 左右。成本高，很難進入國際市場。因此，解決芯棒的成本問題成為此產品能否開發成功的關鍵。此芯棒材料為Al6061 鍛造鋁合金，塑性較好，適于壓力加工成形，因此考慮采用擠壓的方法成形坯料，再機械加工。溫擠壓件設計如圖3 所示的杯-桿件。此件可采用?28mm 的圓棒直接鐓粗后再反擠壓成形，也可采用?58mm 的圓棒正擠壓后再反擠壓成形。如此則均需要2 道工序，每增加一道工序都會增加很多成本。考慮到材料本身塑性好，決定采用復合擠壓工藝來試驗溫擠壓成形此產品。但采用多大直徑的棒料作為坯料還需要實驗得出。坯料直徑過大則不利于桿部成形，坯料尺寸過小又不利于杯部成形。

3 復合擠壓模具設計

影響復合擠壓產品質量的因素很多，主要包括金屬的變形抗力、摩擦、潤滑、毛坯高徑比和模具結構等。采用公司現有的標準模架，其復合擠壓凹凸模選用Cr12MoV 制造，熱處理后硬度58～62HRC[1]。應力圈采用45#鋼制造，熱處理硬度38～42HRC。圖4為凸凹模的設計簡圖。模具的凸凹模表面全部拋光。預應力配合角度為0.5°，必須保證配合面積達到80%以上[2]。

4 工藝試驗

4.1 擠壓坯料的制備

坯料采用市場上能夠買到的鋁棒?50mm、?56mm、?58mm 共 3 種，用 GB4028A 型帶鋸切斷，去除毛刺。下料尺寸為 ?50mm×54mm、?56mm×43mm、?58mm×40mm，材料重量為 0.288kg。

4.2 坯料的加熱

坯料加熱采用箱式電阻爐。其加熱溫度為450℃±10℃。保溫 30±5min，采用 XCT101 型數字溫度控制儀控制。

4.3 工藝試驗

先預熱模具。試驗過程中采用動物油潤滑模具。坯料加熱溫度為440±10°C，保溫時間約30min。保溫時間不宜過長或者過短，盡量控制在30±5min。因為保溫時間太短則坯料預熱表面溫度已經達到，但坯料芯部溫度還沒有達到，造成變形抗力大，成形困難，不能得到合格的擠壓件；保溫時間過長則坯料過軟，擠壓過程中容易粘模，造成擠壓件拉傷，從而產生廢次品。首先試驗 ?50mm×54mm 和 ?58mm×40mm 兩種坯料 。?50mm×54mm 能夠成形，但是杯型部分不夠飽滿。?58mm×40mm 的坯料擠壓出的桿部長度不夠。最終確定坯料尺寸為 ?56mm×43mm，擠壓成形出的擠壓件如圖5 所示，完全滿足加工需求。試驗結論：采用?56mm×43mm 坯料能夠成功擠壓出合格的芯棒毛坯，產品合格率98%以上。復合擠壓成形工藝設計合理，正確可行，擠壓件尺寸穩定，所有尺寸均達到了圖紙設計要求。

5 結束語

經過多次試驗，最終此產品大批量生產，產品質量穩定。機械加工時間明顯縮短，材料消耗減少64%。機械加工費用降低了70%。綜合成本降低60%左右。目前此產品已批量生產10 多萬件，保證了LED 燈具散熱底座出口歐美市場。

（感謝重慶市鍛造行業協會高級顧問胡亞民教授對此產品開發的指導）

[1]錢進浩.70 型汽車空調Al6061 鋁合金高壓氣缸溫擠壓成形工藝.精密成形工程，2012，（4）.

[2]錢進浩，胡亞民.汽車轉向螺桿的精密成形工藝.第3 屆全國精密鍛造學術研討會論文集，2008-12.

[3]李長勝，劉 鵬，武良臣.鋁合金球底筒形件擠壓成形力學分析.鍛壓裝備與制造技術，2004，39（1）.

[4]李奮強，劉全坤，張金寶.鋁合金淺筒形件沖擠復合成形模擬與優化.2009，44（3）.