铝型材挤压模具设计及制造工艺

1、铝型材挤压模具设计及制造工艺佘少玲（广东番禺职业技术学院 机械与电子系，广东 番禺 511483）摘 要：介绍了常用的铝型材挤压模具的制造工艺。通过对铝型材零件的机构分析，阐述挤压模具采用分体设计便于制造。分析了铝型材挤压模具的机加工、电加工及热处理和部分工艺参数选择的重要性。最后通过试模后，该模具能够挤压出完全合格的铝型材。关键词：挤压模具；电火花加工；热处理中图分类号：TG376 文献标识码：BAbstract: Manufacturing process of aluminum extrusion die was introducedBy analyzing the structure

2、of the part，design is easy to manufacture by separating die by partsThe importance of parameter choosing during die manufacturing，heat treatment and EDM was analyzedFinally，after trial，the die can extrude qualified partKeywords: extrusion die；EDM；heat treatment0 引言近年来建材市场迅猛的发展带动了铝加工的，而且长度大多在6 m以上，壁厚

3、变化均匀，其产品结构如图1所示。该铝型材加工好后为中空结构，由其产品的结构决定模具采用组合结构，这就要求模具的各个部分安装精度要高。行业的飞速发展。铝加工行业尤其是铝型材以其独特的断面被广泛应用到各行各业，铝型材的加工过程中挤压模具就显得尤为重要。目前各生产厂家意识到挤压模具的重要性，都在模具的加工手段、方法、材料的选用等方面进行深入的探索和研究，以达到模具加工周期短、寿命长，同时要求模具挤压的制品精度和光洁等方面都有良好的外观。所以，如何才能使挤压模具的设计具有良好的制造工艺性显得越来越重要。图1 产品简图2 模具设计方案经过工艺分析，模具主要表面是模腔和模1 铝合金零件结构铝合金型材一般在

4、长度方向的断面是相同芯，两者空间位置较为复杂，保证空间位置的难度也比较困难，所以要合理选择加工方法并正确的安排工艺流程。收稿日期： 2006-11-13佘少玲（1968-），女，工程师。作者简介：22该组合挤压模具的形状比平模的复杂，Die and Mould Technology No.2 2007些，在此不再赘述。安装精度要求较高，模具最大外径160 mm，150 mm为上、中模配合面，模孔、模芯工作表面粗糙度为Ra0.16 m，型孔壁厚均为1 mm，非工作表面的粗糙度为Ra5 m，材料采用模具钢4Cr5MnSiV1。但4Cr5MnSiV1合金比普通钢难加工，淬火后硬度较高，一般硬度能够达

5、到HRC48-52。考虑到热处理时的变形会影响定位基准的精度，从而导致最终的精度难以保证，故在后续的加工过程中必须留出一定的切削余量。挤压模具按照组合结构，各个部分的装配关系如图2所示。4 制造工艺根据模具的每个部分要求的精度不同采用不同的加工方法进行加工。4.1 车加工粗车可以按任意基准定位，因加工中留有充分的精车余量（模厚留1.8-2 mm，外圆留2-3 mm）。精车以保证 160 mm外圆与止口150 mm的同心度，保证上、中模配合间隙不至于影响模腔尺寸，在合模时采用上、中模配车达到滑动配合的工艺方法。因模具材料硬度高，粗车时用硬质合金YT15刀具，切削速度应控制在100 mm/min以

6、下，吃刀深度保持在3-4 mm。注意断屑槽和车削速度配合好才能达到断屑的作用。淬火后再精车，但精车时由于热处理的较高，会使刀具和模具发热，故采用新型的热压复合陶瓷刀图2 组合模具，同时吃刀深度也不能过深，一般在0.5-1 mm。4.2 铣加工一般万能铣床可以用来加工组合模具上模1.上模 2.中模 3.下模3 工艺流程及加工工艺该挤压模具工艺加工的工艺流程为：锻造的模芯、分流孔两部分，在加工分流孔时，应组合上模厚度一般在55-65 mm，故采用刃部长度不小于70 mm的加长铣刀加工。由于上模（图3）形状复杂，采用铣加工。毛坯粗车外圆在车槽内打印划线钻中模工艺孔精铣上模分流孔、分流桥、模芯钻中模销

7、孔、螺钉孔及上模螺钉孔热处理划中模十字线线切割型孔加工电极电火花加工空刀、工作带划上模模芯外形线电火花加工模芯外形、铆眼空刀、确定模芯的工作带的高度上、中模配合确定型孔壁厚用上、中模外圆及两配合面配定位销精配组合模型孔壁厚磨上下平面组装抛光模孔至图纸要求试模。上述工艺流程主要针对模芯为异形面模具，对于矩形模芯采用的加工流程就相应简单螺栓链接上中模电火花加工上模销孔精车图3 上模23面平整。切割过程中要注意观察变频跟踪的变化情况，在切割工件时要使加工稳定，防止切割过程中断丝而造成下模表面有过渡不畅的缺陷。在操作过程中要注意以下几点：（1）试切割之前必须切样板，同时检查程序是否正确。（2）模具在切

8、割前要注意打穿丝孔的位置选取，保证连续加工且工件不变形。（3）线切割时皂化液的浓度不能太大，一般浓度在5 %- 10 %，且要保持清洁，加工时冲液要好，否则在切割较厚的模具时容易断丝。当然，放电电流的忽大忽小也会造成断丝。采用万能工具铣刀加工组合上模分流桥加工分流桥倒角和模芯根部时，用自行设计加工的非标铣刀进行一次成形加工，使模芯根部与分流孔平面的相贯线圆滑连接，提高该表面的光洁度，基本消除模具加工表面的应力集中点，有效的增强了上模的变形抗力。4.3 电火花加工通常用电火花机床加工模具的工作带和模芯的两部分，用紫铜电极加工模芯，石墨电极加工工作带，保证中模（图4）和上模之间进行型材挤压时过渡良

9、好。当选用大电流，宽脉冲规准粗加工工作带时，要保持加工液循环良好，以防短路后烧毁电极。当精加工模具工作带、模芯时选用小电流、窄脉冲规准，能显著提高模具加工精度和表面质量。5 模具热处理采用模具钢4Cr5MnSiV1钢比3Cr2W8V性能好，有较好的淬透性，同时有较高的韧性等优点。经过反复试验，较为理想的热处理工艺是：用碳粉保护将模具放入盒内加热，温度升高到950 保温2 h，再升温到1 075 保温3 h，打开炉门将模具放入到30#机油内淬火，使硬度达到HRC53-57，组织为针状马氏体。然后再进行一次回火处理，回火温度580 ，保温2 h后将模具拉出炉外空冷。经过检查硬度在HRC48-52范

10、围内，为合格模具。图4 中模采用石墨电极加工工作带的优点是紫铜电6 模具试冲结果将模具热处理完后进行精加工，使各个部极无法取代的，主要优点表现在：热膨胀系数低，大约是铜的1/6，使用尺寸稳定；对模具的蚀除率高；石墨电极的损耗率低加工精度高。同时在选取石墨电极还要注意其不能有疏松和夹杂等缺陷。4.4 线切割加工线切割加工主要用于加工型孔和紫铜电件达到图纸设计的配合要求，将组合模具装配的关键是上、中模的定位销，中模淬火后的销钉孔是配钻上模的基准。然后采用M10的螺栓将中、上模连接压紧后，用电火花配打上模的销钉孔，再由车床找正后精车外圆及中、上模两端面，力求两端面合模后贴合无缝。由钳工装入两销钉，精

11、配合型孔壁厚达到图纸要求为止。该装配工艺精度高、工序简单，但存在车工找正的困难。下面是我校校办工厂的经验总（下转第25页）极，为了避免高频电流对加工精度的影响，将高频电源的电压控制在90 V，电流1.6 A。对于铝型材出口的关键部件下模进行必要的车铣加工外，通过线切割加工保证挤压后的铝型材表25（2）滑块继续下行，拉深即将到底部时完（3）冲孔完毕，落料拉深凸凹模4压制成（4）滑块到下死点后回程，由顶杆11将落成冲孔。图2 模具结构1.下模板 2.固定板 3.落料凹模形产品。料拉深凸凹模4从顶部打下，从而完成卸料，整个冲压过程结束。料厚，从而完成落料后进行拉深成形，在拉深成形即将完毕时进行冲孔。

12、整个冲压过程分为4个阶段，冲压工艺过程简图如图3所示。（1）冲床滑块下行时，落料拉深凸凹模复合模具因工艺设计合理，结构可靠，试4一起下行，当其接触到毛坯后，自由状态上浮4-5 mm，直到顶住固定板6后开始拉深，此时，凸模露出3 mm，从而为冲孔做好准备。（上接第23页）结仅供同行参考：（1）粗车外圆有一个基准面，精车时按基准面找正精车外圆、配合尺寸隙，同时模具在生产的过程中要受到铝型材的磨损，使模具的寿命明显降低，因此模具的热处理尤为重要。模一次成功。经实际使用，零件整体光亮美观，中心孔尺寸及中心度符合要求，一次成形提高了生产效率。3 结论150 mm防止偏心；（2）淬火后精车前上平台按模孔为准划十字中心线，延伸到外圆供车工找正。模具装配好后经过检验完全复合图纸的装配要求，将模具安装在铝型材挤压设备上，通过试模顺利的挤压