鋁合金陽光房水槽型材的擠壓模具設(shè)計與制造

邢 陽， 滿士國

（廣東堅美鋁型材廠（集團）有限公司，廣東 佛山 528222）

隨著社會的進步和人們對生活品質(zhì)的追求，鋁型材的普及越來越廣泛。鋁合金陽光房型材作為別墅陽光房結(jié)構(gòu)最專業(yè)的型材之一，是近年來在建筑藝術(shù)領(lǐng)域備受關(guān)注的類型。鋁合金陽光房從研發(fā)、設(shè)計到推廣實用，越來越受到人們的青睞，不僅高端大氣，還容易安裝。水槽在陽光房中起到排水作用，由于該型材懸臂特別長，技術(shù)要求比較高，必須采用合理的模具設(shè)計和優(yōu)良的加工工藝，且對模具材料有嚴格要求。因懸臂較長，如果加工和生產(chǎn)工藝把控不嚴，模具生產(chǎn)時極易變形，會嚴重影響出材的質(zhì)量[1-3]。現(xiàn)以實際生產(chǎn)工藝來論述鋁合金陽光房水槽型材的超長懸臂模具設(shè)計與制造的關(guān)鍵點，供相關(guān)技術(shù)人員參考。

1 陽光房水槽型材結(jié)構(gòu)分析

圖1 為鋁合金陽光房水槽型材截面圖。作為擠壓扁孔空心型材，該水槽空心部分和懸臂部分壁厚尺寸、外形形狀精度要求較高，尺寸公差為±0.1 mm。懸臂部分最長為132.0 mm，最寬為184.3 mm，這個長度差不多為空心部分的8 倍，開口公差±0.5 mm。為保證出材不變形，懸臂圓弧部分出材變形公差應(yīng)控制在±0.2 mm 以內(nèi)，由此給陽光房水槽型材的模具設(shè)計、制造和生產(chǎn)帶來很大的難度[4-6]。

圖 1 鋁合金陽光房水槽型材截面圖Fig.1 Cross section drawing of aluminum alloy sunroom flume profile

2 水槽型材擠壓模具設(shè)計

2.1 模具結(jié)構(gòu)的布局

在結(jié)構(gòu)上，陽光房水槽型材的關(guān)鍵技術(shù)難點在于懸臂部分成型和空心部分壁厚控制。由于此水槽模具為空心型材即模具應(yīng)為分流模結(jié)構(gòu)，因空心部分扁長，加上懸臂部分超長，考慮到擠壓過程中受力狀況，模具強度必須有所保證，否則模具在擠壓生產(chǎn)時極易彈變。因此，必須合理分配上、下模具的厚度，為此設(shè)計下模與上模的厚度比例為3:2，以保證下模槽位的強度[7-8]。充分考慮模具的受力強度和金屬流動均衡等因素，為模具設(shè)計了6 個分流孔。使用直徑為φ254 mm 的擠壓筒，進料孔直徑控制在φ239 mm，為保護模具在擠壓時出現(xiàn)彈變情況，必須配套生產(chǎn)一個專用墊。為保證金屬流速均衡且能充分在焊合室焊合，必須保證型材密度及空心部分的壁厚，下模焊合室深度確定為深15 mm，上模橋沉橋10 mm 即作為上焊合室用[9-11]。設(shè)計的模具結(jié)構(gòu)示意圖如圖2 所示，模具布局分流孔3D 圖如圖3 所示。

圖 2 模具結(jié)構(gòu)示意圖Fig.2 Schematic diagram of the die structure

圖 3 模具布局分流孔3D 圖Fig.3 3D drawing of the die layout porthole

2.2 擠壓模具孔尺寸

2.2.1 模芯尺寸

因空心部分窄長，壁厚尺寸公差為±0.2 mm，考慮到模具進料孔金屬流速，模芯為偏心定位，縮水率為1.01。模具在加工時會出現(xiàn)誤差，因此在設(shè)計時壁厚必須做預(yù)變壁厚。在加工時模芯工作帶離下空刀5 mm處做15°保護臺，對模芯起到加強保護作用。模具加工時不可出現(xiàn)尖角，必須用圓弧過渡。

2.2.2 下?？壮叽?/p>

模具的懸臂部分最長133 mm，寬184 mm，尺寸的公差±0.2 mm，考慮到懸臂較長易變形、縮水率比較大及加工誤差等因素[12]，故設(shè)計該懸臂部分的縮水率為1.013%，空芯部分的縮水率為1.010%，超長懸臂要做外開預(yù)變形0.15°。下模3D 圖和下模焊合室分別如圖4和圖5 所示。

圖 4 下模3D 圖Fig.4 3D graph of the lower die

圖 5 下模焊合室Fig.5 Welding chamber of the lower die

2.2.3 模具工作帶設(shè)計

進料口布局是為了使進入模具的金屬流速均衡，而工作帶設(shè)計則是為了進一步對流速起到調(diào)節(jié)作用。流速不均會嚴重影響型材的成形度，造成壁厚偏差及表面缺陷的情況。圖6 為下模工作帶設(shè)計圖?？紤]到懸臂部分為實心且壁厚較厚，為對流速起到調(diào)節(jié)作用，故懸臂處的工作帶長11.0 mm，因懸臂部分太長工作帶調(diào)整不夠，下模懸臂部分加5.0 mm×5.0 mm 高攔基。為使空心部分流速與懸臂部分一致，空心部分工作帶會設(shè)計得短一些，最外面部分7.5 mm，離中心部分8.0 mm。

圖 6 下模工作帶Fig.6 Working belt of the lower die

3 水槽型材擠壓模具加工工藝

用UG 軟件對水槽型材擠壓模具建3D 模型，采用高精度的CNC 數(shù)控設(shè)備對模具進行粗、精加工，以有效地保證模芯、進料孔及下模焊合室的精度。粗、精加工工藝孔，線切割以基準面為水平面、工藝孔為中心分中加工，上、下模具同心加工無誤差。CNC 數(shù)控設(shè)備能很好地解決因手工銑床加工出現(xiàn)精度不高、易偏差等缺點[13-15]。為提高模具質(zhì)量，加工時還需注意以下幾點：

（1）CNC 數(shù)控粗、精車必須同心加工。

（2）CNC 數(shù)控加工中心保證基準面的垂直度和光潔度，銷釘和螺絲孔上、下模必須一致，銑削基準面平面度小于0.05 mm，粗糙度Ra 達到0.8 mm。模芯經(jīng)數(shù)控可以精加工到位。

（3）電火花加工下模時，電極必須圓滑過渡，不可有棱角、毛刺，一級空刀精加工時空刀部分必須均勻，毛條部位電流適當調(diào)小一些。

（4）線切割必須以基準面校平行，再用工藝孔分中，誤差必須小于0.03 mm 方可加工。

4 結(jié) 論

采用先進的加工工藝、高精度的數(shù)控設(shè)備對水槽擠壓模具進行加工，不僅可以提高精度、減少誤差，使壁厚均勻，而且還可以提高生產(chǎn)效率，節(jié)約生產(chǎn)成本。目前，水槽型材擠壓模具已成功量產(chǎn)，可為鋁合金擠壓模具提供新的設(shè)計思路。