一种全新“腔压喷射”铝挤压模具设计

袁童安 王先鹏 王浩 吕其晔 曲兆金

摘 要：对于传统铝合金模板型材生产要求较高，传统铝挤压模具生产需在7500t级别以上的挤压机内生产，对生产厂家的生产设备要求较高，为改良传统铝挤压模具设计方案的缺陷，本文提出了一种全新“腔压喷射”铝挤压模具设计方案，简单介绍了铝合金模板型材截面的相關参数，对比传统铝挤压模具设计存在的问题，介绍了新型“腔压喷射”铝挤压模具的设计理念和优势，促进了铝合金模板型材生产工艺的精进，为铝合金型材领域的发展提供了新的方向。

关键词：腔压喷射;铝合金型材;铝挤压模具设计

引言

常规的铝挤压模具一般由上模、下模两部分构成，供料通过上模中的分流孔或导流槽进入模具，其设计形状和大小基本接近铝合金型材，由于传统铝挤压模具的设计方案制作难度大、易发生变相等缺陷，因此本文提出了一种全新“腔压喷射”铝挤压模具设计，首先在模具的供料位置设置供料口[1]，采用铝棒对两侧弧面的铝熔体进行压缩，使其发生喷射效应，减少了铝棒受到的变形力，降低了模具的生产难度，且精度精准更能适用于生产小尺寸的铝合金模板型材，降低了生产设备的需求，缩小了生产成本，能够有效提升铝合金型材的生产效率和生产量，从而扩大铝合金型材的应用领域[2]，促进铝合金事业的进一步发展。

1铝合金模板型材截面

铝模板型材采用铝合金作为生产原材料，采用铝合金的优势在于具有重量轻、强度大、可重复利用、组装简单、便于施工等优点，而传统钢铁模板重量较大不易组装和施工，而传统木质模板强度较小无法重复利用需消耗大量木材，不符合环保理念[3]，因此铝合金模板型材正逐渐取代传统的模板，既符合国家目前提倡的绿色生产理念和可重复发展需求，又能提升生产效率，其普及领域也在逐渐扩大。但铝合金模板型材需使用超过7500t的挤压机型进行生产制作，因此对生产厂家需有一定的设备需求。相比较与其他建筑型材，铝合金模板型材的几何尺寸的精度要求较高，平面间隙较小，其生产误差直接影响型材整体的力学性能，因此根据国家相关规定，铝合金模板型材的截面宽度需大400mm，宽度公差小于0.8mm，平面间隙小于0.4mm[4]，其要求远远高于我国在2008制定的《铝合金建造型材》中规定的型材标准，因此高标准也提升了铝合金模板型材的制作难度和生产门槛。

2铝挤压模具设计

本文介绍了传统铝挤压模具的设计方案和一种全新“腔压喷射”铝挤压模具设计方案，二者的特点和优势对比如下：

2.1常规铝挤压模具设计方案

常规铝挤压模具的设计较为简单，整体由导流模与模片两部分组成，根据模孔形状按照一定的比例、角度形状扩展模具内腔，通常情况下，扩展角度一般在15度到20度[5]，超过30度时，模孔在与导流模接触部分产生的静压力会远远小于露在铝棒直径圈内部分的静压力，破坏整体的力学平衡，其产生的压力差不仅使其在成型时发生形变、弯曲、间隙大等质量缺陷，更降低其整体的力学性能，不适用于生产和使用。

由传统设计方案生产的铝挤压模具通常从模孔到模具外圆的距离小于58mm，增加了生产制作难度。且在公称直径为500mm的模片上，大约90%的面积为镂空，剩余的10%左右的面积处于连接状态，且铝挤压模具的承受的挤压力较大，受力面积较小增加了模具开裂的概率，而模孔边缘的强度较低，因此无法通过增强模孔边缘的强度提升其整体的抗挤压能力[6]，因此无法在3000t左右级别的挤压机中生产，其生产条件受到一定限制，且由于质量问题和设计缺陷使其在应用中容易损坏，可能影响生产进度和维修工作。

2.2全新“腔压喷射”铝挤压模具

铝挤压模具模孔最外侧距离模具外圆小于58mm，根据常规的设计方案，模孔的扩展角度一般小于30度，因此小型挤压机模具生产线上，常规的设计方案无法使用。因此，本文提出了一种全新的“腔压喷射”铝挤压模具设计方案，使铝挤压模具的生产可以在中小型挤压机的生产线上顺利完成[7]，更能提升铝合金型材的精度和生产质量，具体的设计方案如下：

首先，由于模孔边缘到外圆的距离较短，在模具的生产中容易开裂，而不能采用增加膜片的强度降低模具的受力大小，因此，采用削薄导流模的厚度的方式降低模具腔内的静水压力[8]。其次为保证供料的传输效率和安全，在膜孔边缘留有一定距离的焊合腔，保证模孔各部位能够均衡供料，降低因供料堵塞产生的压力，避免生产时出现变形、弯曲、平面间隙较大等质量问题。然后为避免在铝挤压模具生产过程中发生弹力变形，导致开裂现象，将传统铝挤压模具设计方案中模具边缘的止动梢钉移动到铝挤压模内接近中心位置的地方[9]，并使用高强度的连接铝挤压模具的导流模与膜片，使二者成为一个整体，进一步提高膜片的强度。最后为减少导流模各部分之间存在过大的压力差，在传统导流模的基础上，增加流道喷射区域，采用铝棒接触模具最大限度地减少模具腔内压力，使铝熔体在模具内腔表面无法连续产生附着力，能够大幅度减轻模具受到的挤压力，从另一方面也降低了挤压机的消耗[10]。

3结束语

采用全新“腔压喷射”铝挤压模具设计方案进行模具生产，能够有效解决了在中小型挤压机上生产高精度铝合金模板型材的生产问题，更解决了传统铝挤压模具设计方案中存在的力学性能差、易损坏、平面缝隙大、表面粗糙等质量问题，使模具内腔的扩展角度可以扩大到40度，在3000t左右的小型挤压机中便可以顺利生产，降低了铝合金模板型材的生产门槛，提升了生产质量和生产效率，促进了腔压喷射技术的发展和应用。

参考文献

[1]李剑.一种全新“腔压喷射”铝挤压模具设计[J].模具技术， 2019.

[2]刘海涛， 冷晓微， 李玉龙.常用空心铝挤压模具设计技术[J].城市建设理论研究， 2014， 000（010）：1-5.

[3]崔伟超， 李健.常用空心铝挤压模具设计技术[J].中国科技博览， 2013（32）：394-394.

[4]闫焕营， 于沪平.铝型材挤压模具设计分析系统[J].锻压技术， 2004， 029（005）：63-65.

[5]林高用， 周佳， 张永宁，等.铝型材挤压模具导流孔结构优化[J].中南大学学报（自然科学版）， 2007（02）：49-55.

[6]刘静安， 邵莲芬， 张志军.铝合金挤压模具的修正技术[J].轻合金加工技术， 2009.

[7]李积彬.铝型材挤压模具3D设计CAD/CAE实用技术[M].冶金工业出版社， 2003.

[8]王赫男， 王孟君， 刘超，等.基于Hyper Xtrude铝型材挤压模具优化设计[J].铝加工， 2012.

[9]马庆恒， 张永宁， 胡睿.铝型材挤压模具设计及数据库管理系统[J].制造技术与机床， 2007（01）：127-129.

[10]谭炽东， 邵莲芬， 广东豪美铝业有限公司 清远.大型铝合金型材的挤压模具设计、制作及试模与修理[J].2008， 2012.