鋁合金擠壓成形模具技術探討

王海濤

摘 要 鋁合金憑借自身優良的性能成為當下炙手可熱的加工材料，為獲得合格的鋁合金產品，我們有必要對常見的擠壓成形模具技術加以探討。對此，筆者概述了鋁合金擠壓成形模具技術，并就其應用要點作了進一步分析，以供參考。

關鍵詞 鋁合金;擠壓成形;模具技術

鋁合金產品的生產工藝有軋制和擠壓之分，因產品規格多樣，尺寸要求嚴格，斷面形狀復雜，使得擠壓成形方法較為多見，其中模具設計最為關鍵，與鋁合金擠壓成形效果密切相關。下面筆者就鋁合金擠壓成形模具技術展開探討，希望對促進其健康發展有所助益。

1鋁合金擠壓成形模具技術概述

鋁合金因密度低、強度高、塑性好，而且導熱性、導電性、抗蝕性優良，目前已在機械制造、汽車船舶、航空航天等諸多領域中廣泛應用，用量僅次于鋼材料。但加工生產中的鋁合金擠壓成形是一個涉及剛塑性、彈塑性、粘塑性等多種變形的、復雜的熱力耦合過程，從而使其擠壓成形模具設計變得愈加重要，通常需要綜合考慮模具設計者、制造者以及生產者確定的因素，包括模具材料、制品形狀、尺寸精度、熱處理硬度、加熱溫度、擠壓速度等一系列內容，這不僅是合理設計鋁合金擠壓成形模具的重要基礎，也是優化工藝流程和加工參數的充分條件[1]。同時，受鋁合金擠壓成形模具技術要求的影響，所用的擠壓模具也有所不同，其中基材擠壓往往需要模套、模具、模具墊、專用支撐以及工裝等裝置，且模具應涵蓋不同的結構和斷面形態，如匹配于空心模具的焊合區、分流孔、成型區，適用于熱擠壓平模的、接近復雜斷面形狀的導料板等。由此可見，鋁合金擠壓成形模具技術不僅具有較高的復雜性和技術含量，而且工況十分惡劣，必須根據實際情況加強模具設計與材料選擇。

2鋁合金擠壓成形模具技術的應用要點

無論是從鋁合金擠壓成形模具的技術流程來看，還是站在擠壓加工具體操作的視角，均有明顯的非線性特征，加之高溫、高壓、變形等外在條件的復雜變化，更是加劇了加工難度和風險。因此為充分彰顯鋁合金擠壓成形模具的技術優勢，提高產品生產效率與質量，需要切實把握好以下幾點：

2.1 優化擠壓模具設計

鋁合金擠壓成形模具設計需要遵循一定的原則和步驟，首先是整合分析設計因素，包括設計者提出的模具材料、結構、孔數及其方位、收縮量等，制造者提出的模具形狀和尺寸精度、定徑帶精度、表面滲碳變化、表面粗糙度等，生產者提出的模具裝配與支承，模具與擠壓筒的加熱溫度、工藝潤滑、擠壓速度，產品批量與品種，擠壓殘料長度等[2]。其次，確定合理的擠壓型材圖和工藝流程，以及擠壓力、擠壓尺寸、模孔數等工藝參數，并在模具平面上合理布置模孔;再者，合理調整金屬的流動速度，保證鋁合金制品斷面上的每一質點流出模孔時速度相同;最后，確保模具具有足夠的強度，畢竟鋁合金擠壓成形的環境非常惡劣。此外，擠壓機結構、擠壓筒直徑、工作帶形態、外在作用力等也不容忽視。

2.2 重視模具材料選擇

正是由于鋁合金擠壓成形的過程反應多、環境雜，對模具有著極為嚴格的要求，至少應滿足高的強度、精度、耐磨性、穩定性、導熱性、沖擊與斷裂韌性以及良好的淬透性、抗腐蝕性、抗激冷與激熱適應能力等性能要求，而且還要保證經濟易獲得。因此為延長擠壓模具的使用壽命，提高鋁合金產品質量，節約擠壓生產成本，可基于鋁合金形狀規格、產量大小、模具加工條件、生產工藝性能等情況確定最合適的模具材料，其中被擠壓型材的性能、產品規格形狀、設備結構、擠壓變形工藝、模具尺寸結構需要加以重點考慮。如局部需要加高壓力和擠壓溫度的熱擠壓模具，要求模具材質強度高、韌性好，可優先考慮奧氏體合金鋼、高溫合金等含碳量低的合金鋼。

2.3 積極引入技術手段

技術手段在鋁合金擠壓變形模具技術中的應用是必不可少的，這里提及的技術手段主要是指有限元軟件與建模仿真技術。

首先是借助技術軟件進行建模。考慮到模具技術難以避免的會受到非線性要素的干擾，簡單的憑借實驗難以加以量化處理，而在當下建模方案的基礎上適當的調整參數，經有限元軟件定量處理指定流程，或者模擬鋁合金擠壓變形中的溫度場、應力場、位移場、應變場等情況，以期通過全方位的分析得到仿真數據，結合全面監控提升建模質量，為后續仿真模擬奠定良好的基礎。尤其是晶粒流動狀態、微結構缺陷等特定類型必須要有精確的結論，并以此優化工藝設計，在一定程度上縮短設計周期，減少潛在的設計缺陷[3]。

其次是進行模擬仿真。由于鋁合金擠壓成形模具多種多樣，且有限元分析軟件的格式也不盡相同，因此需要選擇與之相適應的模擬算法，一般情況下，針對網格劃分較為復雜的情況可選用特定的通用軟件，若鋁合金制造規模較小，還要考慮網格畸變問題。如針對某鋁合金雙孔擠壓模具設計，在建立其三維幾何模型后導入HperMesh軟件并檢查幾何分析中心，隨后以歐拉算法作了模擬和運算，即先劃分鑄錠、上模、下模、焊合室、分流區域等網格，刪除體結構保留表面模型，利用云圖分布圖對模擬所得的物理量分布加以觀察，包括金屬流動、變形程度、溫度差異、焊合質量等，為實際生產提供了有力的數據支持。

再者，若模擬仿真結果顯示模具有合理之處需要修改需先進行試模，以免產生不必要的誤差，并保留一套樣品與后續修正的樣品進行比較判斷問題是否改善，隨后根據修改意見進行修模。

最后是注意一些細節問題，在擠壓前檢查模溫棒溫度是否符合擠壓要求，是否設置了加溫間隙;為防止發生塞模、壓塌等情況，可在預熱模具后慢壓刷油，待其熱了之后再噴水;根據鋁合金型材模具合理設置擠壓速度，以免因過快過急導致出料不暢等等，通過鋁合金擠壓變形模具的設計、制造、使用等環節的完美連接，提升模具壽命，保證產品質量。

3結束語

總之，鋁合金擠壓變形模具技術應用較為廣泛，但過程復雜，工況惡劣，要想優化模具設計，提高加工精度，延長模具使用壽命，需要格外重視模具材料選擇與設計，并借助技術軟件加以模擬仿真。但該技術尚不完善，有一定的欠缺，還應該不斷加強技術創新和實踐操作。

參考文獻

[1] 劉奇，賽音，高慧，等.5B70鋁合金熱擠壓成形工藝研究[J].航天制造技術，2019，（5）：17-20.

[2] 賈林.鋁合金擠壓成形模具技術及研究[J].工程技術研究，2018， （8）：8-9.

[3] 張存生. 復雜鋁合金構件擠壓成形理論與技術[C].2018年中國鋁加工產業年度大會.2018年中國鋁加工產業年度大會論文集.濟南：山東大學，2018：159-173.