铝合金灯座芯棒温挤成形工艺及模具设计

钱进浩，刘 春，张 露

（1.苏州银涛精密锻造有限公司，江苏 苏州 215132；2.重庆理工大学，重庆 400050）

1 引言

LED 灯具有寿命长、节能、环保、反应速度快、易于配光调光调色等优点，正逐步取代传统灯具。图1 所示为我公司开发的一款出口欧美国家的LED灯具散热底座。此产品属于高端民用产品，市场需求大。采用常规加工方法生产，材料利用率低，加工时间长，成本高，很难适应市场竞争需要。其芯棒如图2 所示，为杯杆复合挤压件。其材料Al6061，热处理状态为T6。Al6061 材料属于锻铝，塑性好，适于温挤压成形。

2 工艺分析

LED 灯具散热底座由芯棒和外面的铝合金型材两部分紧配合组成，其关键部分为芯棒。芯棒的工艺选择决定了产品成本。直接采用圆棒加工，需要坯料尺寸为∅60mm×112mm，材料重0.864kg，数控车床加工时间需要13min 左右。成本高，很难进入国际市场。因此，解决芯棒的成本问题成为此产品能否开发成功的关键。此芯棒材料为Al6061 锻造铝合金，塑性较好，适于压力加工成形，因此考虑采用挤压的方法成形坯料，再机械加工。温挤压件设计如图3 所示的杯-杆件。此件可采用∅28mm 的圆棒直接镦粗后再反挤压成形，也可采用∅58mm 的圆棒正挤压后再反挤压成形。如此则均需要2 道工序，每增加一道工序都会增加很多成本。考虑到材料本身塑性好，决定采用复合挤压工艺来试验温挤压成形此产品。但采用多大直径的棒料作为坯料还需要实验得出。坯料直径过大则不利于杆部成形，坯料尺寸过小又不利于杯部成形。

3 复合挤压模具设计

影响复合挤压产品质量的因素很多，主要包括金属的变形抗力、摩擦、润滑、毛坯高径比和模具结构等。采用公司现有的标准模架，其复合挤压凹凸模选用Cr12MoV 制造，热处理后硬度58～62HRC[1]。应力圈采用45#钢制造，热处理硬度38～42HRC。图4为凸凹模的设计简图。模具的凸凹模表面全部抛光。预应力配合角度为0.5°，必须保证配合面积达到80%以上[2]。

4 工艺试验

4.1 挤压坯料的制备

坯料采用市场上能够买到的铝棒∅50mm、∅56mm、∅58mm 共 3 种，用 GB4028A 型带锯切断，去除毛刺。下料尺寸为 ∅50mm×54mm、∅56mm×43mm、∅58mm×40mm，材料重量为 0.288kg。

4.2 坯料的加热

坯料加热采用箱式电阻炉。其加热温度为450℃±10℃。保温 30±5min，采用 XCT101 型数字温度控制仪控制。

4.3 工艺试验

先预热模具。试验过程中采用动物油润滑模具。坯料加热温度为440±10°C，保温时间约30min。保温时间不宜过长或者过短，尽量控制在30±5min。因为保温时间太短则坯料预热表面温度已经达到，但坯料芯部温度还没有达到，造成变形抗力大，成形困难，不能得到合格的挤压件；保温时间过长则坯料过软，挤压过程中容易粘模，造成挤压件拉伤，从而产生废次品。首先试验 ∅50mm×54mm 和 ∅58mm×40mm 两种坯料 。∅50mm×54mm 能够成形，但是杯型部分不够饱满。∅58mm×40mm 的坯料挤压出的杆部长度不够。最终确定坯料尺寸为 ∅56mm×43mm，挤压成形出的挤压件如图5 所示，完全满足加工需求。试验结论：采用∅56mm×43mm 坯料能够成功挤压出合格的芯棒毛坯，产品合格率98%以上。复合挤压成形工艺设计合理，正确可行，挤压件尺寸稳定，所有尺寸均达到了图纸设计要求。

5 结束语

经过多次试验，最终此产品大批量生产，产品质量稳定。机械加工时间明显缩短，材料消耗减少64%。机械加工费用降低了70%。综合成本降低60%左右。目前此产品已批量生产10 多万件，保证了LED 灯具散热底座出口欧美市场。

（感谢重庆市锻造行业协会高级顾问胡亚民教授对此产品开发的指导）

[1]钱进浩.70 型汽车空调Al6061 铝合金高压气缸温挤压成形工艺.精密成形工程，2012，（4）.

[2]钱进浩，胡亚民.汽车转向螺杆的精密成形工艺.第3 届全国精密锻造学术研讨会论文集，2008-12.

[3]李长胜，刘 鹏，武良臣.铝合金球底筒形件挤压成形力学分析.锻压装备与制造技术，2004，39（1）.

[4]李奋强，刘全坤，张金宝.铝合金浅筒形件冲挤复合成形模拟与优化.2009，44（3）.