鋁合金擠壓工模具技術(shù)的發(fā)展概況與趨勢(shì)

楊啟龍

青海國(guó)鑫鋁業(yè)股份有限公司，青海西寧 810000

工業(yè)革命帶來了技術(shù)的大變革。工具和模具的擠壓技術(shù)，能夠保證低耗、優(yōu)質(zhì)，延長(zhǎng)模具的使用壽命，并從輔助措施上對(duì)擠壓工藝進(jìn)行可行性較高的工藝，進(jìn)行生產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)的改進(jìn)。

1 鋁擠壓工藝技術(shù)的發(fā)展對(duì)工模具的要求

鋁擠壓工藝的發(fā)展是伴隨著科技進(jìn)步和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，在鋁加工材料產(chǎn)量上，我國(guó)已經(jīng)超過了世界任何一個(gè)國(guó)家，當(dāng)前鋁合金擠壓材料的產(chǎn)量達(dá)到了上千萬噸，耗材達(dá)到了100多萬套。在精細(xì)化、復(fù)雜化、規(guī)格化等方面，獲得了巨大的發(fā)展空間，而鋁擠壓工藝技術(shù)的進(jìn)步，采用的寬展模、保護(hù)膜以及變斷面型材模等，將材墨的多孔、多腔不斷地進(jìn)行拓展，成功研制出了多種新型的結(jié)構(gòu)，例如高級(jí)耐熱高強(qiáng)度工模具材料。這些工具有先進(jìn)性和可靠性，但是結(jié)構(gòu)上十分復(fù)雜，尺寸的規(guī)格較大，在設(shè)計(jì)制造中難度增加，設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)和投入資本大，因此需要采用結(jié)構(gòu)新穎、裝卸方便的鋁擠壓的技術(shù)。

2 鋁合金擠壓工模具設(shè)計(jì)和制造創(chuàng)新

采用擠壓技術(shù)的創(chuàng)新方式，提高工模具的壽命，從工模具的設(shè)計(jì)到制造和維修，都取得了很大的進(jìn)展。根據(jù)模擬和虛擬的擠壓設(shè)計(jì)，對(duì)于各種實(shí)用軟件進(jìn)行分析，看到了關(guān)于國(guó)內(nèi)外鋁擠壓工模具設(shè)計(jì)的差距。目前國(guó)內(nèi)的水平，多在新理論、新方法的基礎(chǔ)上，結(jié)合傳統(tǒng)方法的優(yōu)勢(shì)，重視新結(jié)構(gòu)模具研發(fā)和軟件開發(fā)；采用模具結(jié)構(gòu)的有限元優(yōu)化的方法，建立數(shù)據(jù)庫(kù)和專家?guī)欤M(jìn)行虛擬設(shè)計(jì)軟件的開發(fā)和應(yīng)用；采用CAD和CAM的系統(tǒng)，開發(fā)出了簡(jiǎn)單形狀的平面墨和平民分流組合模；研發(fā)除了成功扁擠壓工具和固定擠壓墊等，反相擠壓并且改進(jìn)了冶金的材料等；開發(fā)新的模具材料，擁有了復(fù)雜精密模具的制造能力。反向擠壓工模具也得以改進(jìn)，采用冶金質(zhì)量提升的方法，開發(fā)出新型的模具材料，推行機(jī)電和熱綜合加工方法，采用多孔的空心模、復(fù)雜多腔技術(shù)，推廣了有效的表面處理技術(shù)，保護(hù)了氣氛熱處理工藝[1]。

3 模具材質(zhì)和熱處理技術(shù)

為了延長(zhǎng)模具的使用壽命，對(duì)于鋁合金的擠壓模技術(shù)的研究取得國(guó)際上很大進(jìn)展，對(duì)于熱加工模具鋼進(jìn)行性能的研究，主要是為了將奧氏體合金鋼等進(jìn)行相應(yīng)的技術(shù)改進(jìn)，改變傳統(tǒng)的材料疲勞強(qiáng)度低、塑性韌性差的問題，將材料加以二次重融合電渣熔煉。采用綜合性能較好的鋼種，改善鋼材的冶煉和鍛造的方法，運(yùn)用熱處理工藝，進(jìn)行等溫鍛造，采用真空熱處理的方法，大大改善了模具的質(zhì)量，提升了原材料的質(zhì)量，提高了模具的使用壽命[2]。

制模技術(shù)包括機(jī)械加工和電火花線切割聯(lián)合加工的方法。當(dāng)前世界先進(jìn)的模具設(shè)備中的CNC水平提高，逐步研制出了高效和精密的制墨設(shè)備。采用激光切割、打孔、高速磨床等方法，將精密線進(jìn)行切割，運(yùn)用小型精密的電解磨削的方式，進(jìn)行三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的數(shù)控銑床和加工中心自動(dòng)生產(chǎn)線的復(fù)合加工。運(yùn)用輔助工程和電子計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)結(jié)合的方法，提高了制模的水平，提高了生產(chǎn)效率和使用壽命，降低了能耗和制造成本。

進(jìn)行磨具的表面處理技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用，將表面處理的技術(shù)作為模具使用壽命的關(guān)鍵技術(shù)。根據(jù)模具材料的使用的種類和表面處理的新方法，進(jìn)行相關(guān)的薄壁型的模子的復(fù)合處理，運(yùn)用氣體軟氮化處理工藝；提高模子的抗咬合性、抗磨損性；運(yùn)用氣體氮化處理公藝，處理1mm壁厚以上的模具，提高模子的耐磨性和表面材料的質(zhì)量；運(yùn)用PVD-TIN涂層工藝，使得表面的硬度提高3倍。經(jīng)過涂層工藝實(shí)施之后，基底材料的力學(xué)性能得到了大幅度的提升，氮化處理的額強(qiáng)度提高20%，塑性提高80%，涂層均勻，可靠性增強(qiáng)，涂層表面無公害，且耐磨性提高。

4 鋁擠壓工模具技術(shù)現(xiàn)代發(fā)展趨勢(shì)

新產(chǎn)品的應(yīng)用，促使各類模具的產(chǎn)生，促進(jìn)鋁擠壓工模具的制造技術(shù)不斷完善。

未來模具的需求量將持續(xù)增長(zhǎng)，從電子電器、日用五金和民用建筑、交通運(yùn)輸?shù)榷喾矫妫黾愉X合金擠壓的模具量勢(shì)在必行。電子計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)結(jié)合起來，帶來了更多高精尖模具的誕生。隨著產(chǎn)品逐漸進(jìn)入大眾領(lǐng)域，大型和復(fù)雜的工藝設(shè)計(jì)成為了熱門。

隨著產(chǎn)品的復(fù)雜化和大型化，眾多復(fù)雜模具的用量也將增多，新產(chǎn)品在宇航、通信等領(lǐng)域運(yùn)用較為廣泛。新材料的開發(fā)和利用，例如合金分配技術(shù)下的開坯改鍛、熔煉鑄造、熱處理等，改變了以往的合金鋼的質(zhì)量。采用粉末冶金工藝，制造出高速鋼的粉末和陶瓷的材料，解決了鋼種在熔煉過程中一次碳化物的材質(zhì)影響的問題，韌性高且耐磨性強(qiáng)，尺寸穩(wěn)定，制造出來的陶瓷模具和材料，耐熱性和耐磨性都是很好的。

通過先進(jìn)的表面處理技術(shù)和熱處理技術(shù)，模具的質(zhì)量不斷地提升。提高模具的材料質(zhì)量，采用多級(jí)淬火和多級(jí)回火的方法，例如僅模具的熱處理方法，包含了強(qiáng)韌化處理和雙重?zé)崽幚砉に嚒?duì)特種鹽進(jìn)行處理，懸浮體淬火和優(yōu)質(zhì)的預(yù)處理的技術(shù)，包含了氣體的軟氮化、氣體的氮化和多元復(fù)合共滲處理等。經(jīng)過表面沉積處理和表面化學(xué)處理，模具的使用壽命得到了增長(zhǎng)。

新型的模具在尺寸和精度的上不斷改善，擁有了復(fù)雜的開發(fā)性狀，提高了模具的使用壽命。新結(jié)構(gòu)下模具設(shè)計(jì)標(biāo)新立異，鑲嵌模、復(fù)合模、預(yù)應(yīng)力模等出現(xiàn)了突破。

計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用，更是在維修、制造和管理等方面進(jìn)行了大量的設(shè)計(jì)和制造，圖紙?jiān)贑AD技術(shù)的支持下有了新的顯示方式。例如CAD系統(tǒng)的二維模具，能夠使用模具單元圖形和模具設(shè)計(jì)軟件，進(jìn)行相應(yīng)的圖形設(shè)計(jì)；三維模具的CAD系統(tǒng)，軟件設(shè)計(jì)的難度較大，不能滿足實(shí)際的設(shè)計(jì)技術(shù)要求，今后將主攻自動(dòng)化技術(shù)，通過完善的編程系統(tǒng)進(jìn)行模具的加工、CAM的編程制作工件模型，將自由曲面的模具系統(tǒng)加以利用，通過模擬擠壓和虛擬設(shè)計(jì)的方法，模擬擠壓過程中的應(yīng)力應(yīng)變場(chǎng)，例如溫度、金屬流的變化等，都能實(shí)現(xiàn)零試模。

通過模具復(fù)合加工技術(shù)，將電加工和機(jī)械加工以及超聲波技術(shù)融合在一起，形成一種復(fù)雜的兼容性技術(shù)。例如進(jìn)行電加工之后，涂抹TIC和WC,強(qiáng)化模具的工作表面。進(jìn)行超聲波的振動(dòng)，提高工作效率。進(jìn)行研磨拋光之后，消除硬化層。采用表面光潔度提高的方法，發(fā)展處復(fù)合加工技術(shù)。當(dāng)前進(jìn)行模具的自動(dòng)加工系統(tǒng)的研發(fā)，運(yùn)用自動(dòng)加工系統(tǒng)的制造方法，在計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)上，采用真空熱處理和成型磨床的方法，進(jìn)行了大的制造周期的改良。自動(dòng)交工系統(tǒng)能夠自動(dòng)通過計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)NC帶，進(jìn)行加工中心的操作，包括真空熱處理、成型磨床以及電加工等，減少了制造誤差，提高了模具的質(zhì)量，為模具的設(shè)計(jì)制造打造出全線的自動(dòng)化的擠壓生產(chǎn)工藝，為多腔和多孔復(fù)雜型材提供了條件。

激光加工在模具制造中的應(yīng)用，主要運(yùn)用二維紙片，對(duì)樣板進(jìn)行切割和打孔。采用激光熱處理的方法，強(qiáng)化了模具的表面，借助電子計(jì)算機(jī)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，三維空間曲面的加工技術(shù)，提高了模具的表面硬度和耐磨性。

研磨拋光的技術(shù)也是當(dāng)前的一種技術(shù)創(chuàng)新，將加工工藝進(jìn)行了簡(jiǎn)化，改變了手工拋光不能很好地處理復(fù)雜的空間曲面的弊端。采用自動(dòng)拋光機(jī)或者電腦操控的數(shù)字控制研磨機(jī)，能夠?qū)⒃O(shè)備進(jìn)行自動(dòng)運(yùn)行，能夠?qū)崿F(xiàn)三維曲面模具表面的自動(dòng)研磨拋光的磨損補(bǔ)償送進(jìn)裝置，改善勞動(dòng)條件，降低模具表面的粗糙度，改善表面狀態(tài)，消除研磨表面的磨痕，運(yùn)用彈性模具和帶狀以及線裝的模具磨削曲面的方法，促進(jìn)模具工具的發(fā)展。

5 結(jié)語

隨著智能化的成都逐步增加，隨著當(dāng)前模具的加工方向、品種也在不斷地改善，已經(jīng)進(jìn)入自動(dòng)化、數(shù)控化的發(fā)展領(lǐng)域，模具的設(shè)計(jì)和制造依靠人工技藝的比重逐步減少，鋁合金擠壓工模具的制造技術(shù)不斷地創(chuàng)新，當(dāng)前的鋁合金擠壓工模具企業(yè)正在向著大型和專業(yè)的方向邁進(jìn)。

[1] 董瑞峰，張琳.鋁合金擠壓工模具技術(shù)的發(fā)展概況與趨勢(shì)[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì)，2017（24）：773.

[2] 武宇飛.鋁合金管棒型線材生產(chǎn)技術(shù)與裝備發(fā)展概況[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì)，2017（30）：1570.