建筑鋁合金結構擠壓材模具的設計與制造

呂其曄

（龍口市叢林鋁材有限公司，山東 煙臺 265705）

綠色建筑鋁合金結構擠壓型材種類多樣，具有超過100多個品種，而且規格范圍也比較廣泛。在實際應用中，這類鋁合金擠壓型材通常是直接作為零件使用，并不需要進行機械加工，因此對其的精度有著比較高的要求。當前，結構材主要包括以下幾類：厚壁管的管材、各種異形型材和特殊棒材等，鋁合金結構材主要是中強度鋁合金以及高強度高韌性鋁合金。建筑鋁合金結構擠壓材對于性能有著比較高的要求，首先其需要具備較高的力學性能，同時在耐磨性、耐腐蝕性、可焊性以及冷彎成形性方面都要有比較高的要求，而且其還必須滿足能夠進行產業化批量生產這一條件。

為了制造出滿足使用要求的各類鋁合金結構擠壓型材，需要應用到多種形式的特殊結構模具，舉例來說，包括特殊導流模、特種寬展分流模等，通過應用這些特殊結構的模具才能夠保證產品的成形以及尺寸精度，并且達到要求的使用壽命，并且實現批量化的生產。從上述分析中可以看出，為了生產出滿足于使用需求的建筑鋁合金結構擠壓型材，對其模具有著比較高的要求，本文以WYY0770（雙孔厚壁管材）的模具為例，對鋁合金建筑結構擠壓型材模具的設計與制造進行了探討。

1 鋁合金結構擠壓材的模具特點和技術難度分析

（1）建筑結構鋁合金擠壓材具有品種多、形狀復雜等多方面的特點，為了實現這種材料的批量化生產，對模具有比較高要求，需要設計制造多樣化的優質模具，通過不同規格、結構和形式的模具來實現其大批量生產，這就要求通過大量的研究工作來進行模具的開發。

（2）在實現建筑結構鋁合金擠壓型材的大批量生產，需要應用到各類模具，而為了對生產成本進行有效的控制，必須要保證模具有較高的使用壽命，而提高模具使用壽命具有比較大的難度。

（3）本文選擇的WYY0770擠壓材，是一種有橫向加強筋的雙孔厚壁管材，在這種管材的生產中，其橫向加強筋在擠壓時存在一個問題，就是很難進行充料，而為了解決這一問題就需要應用到特殊結構的特殊結構的寬展導流模與分流模，經兩段擴展加大金屬流覆蓋模孔和合理的分配金屬流量，同時還需要對擠壓工藝進行優化，只有這樣才能夠將雙管厚壁管加工成形，如果是大型的厚壁雙孔管成形則面臨更大的難度，需要確保具有較高的焊接質量材可以實現。

（4）由于建筑結構鋁合金擠壓型材對于尺寸和形位的要求都比較高，需要達到高精級以上的水平，因此對于模具有足夠高的要求，要確保模的強度可以滿足要求，而且不會出現變形、開裂和坍塌等問題，同時還要求模具有較長的使用壽命，這些都比較難以實現。

（5）在實際的應用中，對于建筑結構鋁合金擠壓材的要求是比較高的，因此對于模具的要求也非常高，需要使用高質量的模具鋼，并且采用良好的熱處理以及表面工藝，并且使用CNC工藝規程來進行機加工工作，通過這樣的方式才能夠保證模具的性能，包括高強度、高韌性以及高精度等。

2 WYY0770雙孔管材的模具設計、制造方案

2.1 模具設計依據與設計方案

在70MN擠壓機上采用Φ460mm擠壓筒，其模具設計依據和設計方案如表1和表2中所示。

表1 WYY0770雙孔管材的模具設計依據

表2 WYY0770雙孔管材的模具設計方案參數

2.2 模具設計方案要點和和創新點分析

本方案是根據φ460mm擠壓筒來進行設計制造的，其設計結構為特殊寬展分流模。在這個方案中，模具的工作原理如下：圓鑄錠在擠壓力的作用下，通過上模的分流孔的分流、寬展，在經過上述步驟之后，圓鑄錠逐步被加工成類似于雙孔管的形狀；在焊合室的參數方面，其外接圓直徑為φ600mm、深度40mm，在這一參數下，能夠使流動的金屬在其內部形成比較高的靜水壓力，從而確保管材能夠有比較高的焊接質量。

雙孔管材的加強筋部位對質量有較高的要求，需要保證加強筋部分的模孔合理的金屬供流，從而使橫筋能夠處于充滿狀態，進而保證其尺寸和形位等都可以滿足高精級的要求。在本方案中，采用了雙孔管材的加強筋部分供流是在分流模上模的中心部位開兩個小型的階梯形分流孔直接供流的方式，很好的滿足了上述要求。

通過這一方案加工的雙孔管材具有以下幾方面優點：首先，該模具具有較高的整體強度，這主要是由于該模具采取了將分流部分減薄的策略，從而有效的縮短了金屬流經線路，進而使及壓力被有效的降低了，增加了模具的強度。其次，在根據該方案進行模具的設計，能夠降低模具的設計和制造難度，從而使模具的制造成本得到了明顯的降低。最后，在該方案中應用了比較大的擠壓筒，從而使擠壓比和分流比都被增大了，在這樣的技術條件下產品的力學性能得到了保證，同時還可以有效的提高焊接質量、生產效率以及成品率，進而降低了生產的成本。實踐結果表明，根據該方案制造的新模，只經過2次試模和維修就擠壓出了合格的產品，而且產品具有穩定的尺寸，在組織、力學性能以及尺寸和形位精度等方面都取得了比較好的效果，能夠滿足技術條件要求，同時有效的提高了模具的使用壽命。

2.3 模子制作技術

在進行模具的制造時，采用先進的模具加工設備，包括數控機床、CNC加工中心、數控銑床、低速線切割機等現代化機床，并且通過CAD/CAM/CAE實現全自動加工，通過先進的加工設備和加工技術，保證了模具的加工質量。在材料的選擇方面，選用4Cr5MoSiV1熱作模具鋼，這一鋼材具有優良的質量，在進行鍛造和退火后使用。對模具進行熱處理，1035℃高溫淬火+2次充分回火，這樣可以有效的提升模體硬度值，使其達到HRC48~49。在模具表面處理方面，采用二階段氣體氮化工藝，從而使其具有較高的表面硬度值，使其達到HV1000~1250，氮化層厚度需要達到100μm~160μm，通過這樣的處理，可以有效的提升模具的使用壽命。

3 雙孔管材模具批量擠壓生產的效果

通過將上文中制作模具應用到批量擠壓生產之中，測試其在批量擠壓生產中的效果。本模具是使用φ460mm擠壓筒的基礎上進行設計和制造的，在該模具制作完成投入生產，生產了超過500t的合格雙孔管材，由該模具生產出的雙孔管材，在尺寸精度以及形位尺寸方面都有較高的質量，能夠滿足GB5237的高精級標準，而且模具的使用壽命得到了極大的提升，能夠達到原有模具的三倍以上。

4 結論

綠色建筑鋁合金擠壓材的種類多樣，具有復雜的形狀，技術方面的要求也比較高，由于通常不僅經過任何機械加工就直接應用，因此對精度的要求比較高，這些特點導致其生產的技術難度比較大。在實際生產中，需要設計和制造多種特殊結構的模具，應用優質的模具才能夠確保擠壓材成形以多種技術指標，因此其生產對于模具的要求比較高，需要設計和制造高質量的模具才能夠滿足需求。

在制作擠壓模具時，為了確保擠壓模具的質量，不僅要做好模具的設計與加工工作，而且還需要做好材料的選擇、模具熱處理、模具表面處理以及模具的使用和維護方面等方面的控制，使各個環節緊密結合，這樣才能夠確保制造出優質的模具。根據本文提出的設計方案，并選擇優質的模具材料，加之先進的加工和處理工藝，制作出的模型具有較高的質量，不在擠壓產品成形和尺寸、行位精度、表面質量以及焊接質量等方面都有較高的質量，而且模具的使用壽命也得到了顯著的提升。