王海濤

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

關(guān)鍵詞 鋁合金;擠壓成形;模具技術(shù)

鋁合金產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝有軋制和擠壓之分，因產(chǎn)品規(guī)格多樣，尺寸要求嚴(yán)格，斷面形狀復(fù)雜，使得擠壓成形方法較為多見，其中模具設(shè)計(jì)最為關(guān)鍵，與鋁合金擠壓成形效果密切相關(guān)。下面筆者就鋁合金擠壓成形模具技術(shù)展開探討，希望對促進(jìn)其健康發(fā)展有所助益。

1鋁合金擠壓成形模具技術(shù)概述

鋁合金因密度低、強(qiáng)度高、塑性好，而且導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性、抗蝕性優(yōu)良，目前已在機(jī)械制造、汽車船舶、航空航天等諸多領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用，用量僅次于鋼材料。但加工生產(chǎn)中的鋁合金擠壓成形是一個(gè)涉及剛塑性、彈塑性、粘塑性等多種變形的、復(fù)雜的熱力耦合過程，從而使其擠壓成形模具設(shè)計(jì)變得愈加重要，通常需要綜合考慮模具設(shè)計(jì)者、制造者以及生產(chǎn)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(nèi)容，這不僅是合理設(shè)計(jì)鋁合金擠壓成形模具的重要基礎(chǔ)，也是優(yōu)化工藝流程和加工參數(shù)的充分條件[1]。同時(shí)，受鋁合金擠壓成形模具技術(shù)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(yīng)涵蓋不同的結(jié)構(gòu)和斷面形態(tài)，如匹配于空心模具的焊合區(qū)、分流孔、成型區(qū)，適用于熱擠壓平模的、接近復(fù)雜斷面形狀的導(dǎo)料板等。由此可見，鋁合金擠壓成形模具技術(shù)不僅具有較高的復(fù)雜性和技術(shù)含量，而且工況十分惡劣，必須根據(jù)實(shí)際情況加強(qiáng)模具設(shè)計(jì)與材料選擇。

2鋁合金擠壓成形模具技術(shù)的應(yīng)用要點(diǎn)

無論是從鋁合金擠壓成形模具的技術(shù)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(fù)雜變化，更是加劇了加工難度和風(fēng)險(xiǎn)。因此為充分彰顯鋁合金擠壓成形模具的技術(shù)優(yōu)勢，提高產(chǎn)品生產(chǎn)效率與質(zhì)量，需要切實(shí)把握好以下幾點(diǎn)：

2.1 優(yōu)化擠壓模具設(shè)計(jì)

鋁合金擠壓成形模具設(shè)計(jì)需要遵循一定的原則和步驟，首先是整合分析設(shè)計(jì)因素，包括設(shè)計(jì)者提出的模具材料、結(jié)構(gòu)、孔數(shù)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(chǎn)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(chǎn)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、?？讛?shù)等工藝參數(shù)，并在模具平面上合理布置?？?再者，合理調(diào)整金屬的流動速度，保證鋁合金制品斷面上的每一質(zhì)點(diǎn)流出?？讜r(shí)速度相同;最后，確保模具具有足夠的強(qiáng)度，畢竟鋁合金擠壓成形的環(huán)境非常惡劣。此外，擠壓機(jī)結(jié)構(gòu)、擠壓筒直徑、工作帶形態(tài)、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(yīng)多、環(huán)境雜，對模具有著極為嚴(yán)格的要求，至少應(yīng)滿足高的強(qiáng)度、精度、耐磨性、穩(wěn)定性、導(dǎo)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(yīng)能力等性能要求，而且還要保證經(jīng)濟(jì)易獲得。因此為延長擠壓模具的使用壽命，提高鋁合金產(chǎn)品質(zhì)量，節(jié)約擠壓生產(chǎn)成本，可基于鋁合金形狀規(guī)格、產(chǎn)量大小、模具加工條件、生產(chǎn)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(chǎn)品規(guī)格形狀、設(shè)備結(jié)構(gòu)、擠壓變形工藝、模具尺寸結(jié)構(gòu)需要加以重點(diǎn)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(zhì)強(qiáng)度高、韌性好，可優(yōu)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(shù)手段

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

首先是借助技術(shù)軟件進(jìn)行建模?？紤]到模具技術(shù)難以避免的會受到非線性要素的干擾，簡單的憑借實(shí)驗(yàn)難以加以量化處理，而在當(dāng)下建模方案的基礎(chǔ)上適當(dāng)?shù)恼{(diào)整參數(shù)，經(jīng)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(yīng)力場、位移場、應(yīng)變場等情況，以期通過全方位的分析得到仿真數(shù)據(jù)，結(jié)合全面監(jiān)控提升建模質(zhì)量，為后續(xù)仿真模擬奠定良好的基礎(chǔ)。尤其是晶粒流動狀態(tài)、微結(jié)構(gòu)缺陷等特定類型必須要有精確的結(jié)論，并以此優(yōu)化工藝設(shè)計(jì)，在一定程度上縮短設(shè)計(jì)周期，減少潛在的設(shè)計(jì)缺陷[3]。

其次是進(jìn)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(yīng)的模擬算法，一般情況下，針對網(wǎng)格劃分較為復(fù)雜的情況可選用特定的通用軟件，若鋁合金制造規(guī)模較小，還要考慮網(wǎng)格畸變問題。如針對某鋁合金雙孔擠壓模具設(shè)計(jì)，在建立其三維幾何模型后導(dǎo)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(yùn)算，即先劃分鑄錠、上模、下模、焊合室、分流區(qū)域等網(wǎng)格，刪除體結(jié)構(gòu)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(zhì)量等，為實(shí)際生產(chǎn)提供了有力的數(shù)據(jù)支持。

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

最后是注意一些細(xì)節(jié)問題，在擠壓前檢查模溫棒溫度是否符合擠壓要求，是否設(shè)置了加溫間隙;為防止發(fā)生塞模、壓塌等情況，可在預(yù)熱模具后慢壓刷油，待其熱了之后再噴水;根據(jù)鋁合金型材模具合理設(shè)置擠壓速度，以免因過快過急導(dǎo)致出料不暢等等，通過鋁合金擠壓變形模具的設(shè)計(jì)、制造、使用等環(huán)節(jié)的完美連接，提升模具壽命，保證產(chǎn)品質(zhì)量。

3結(jié)束語

總之，鋁合金擠壓變形模具技術(shù)應(yīng)用較為廣泛，但過程復(fù)雜，工況惡劣，要想優(yōu)化模具設(shè)計(jì)，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(shè)計(jì)，并借助技術(shù)軟件加以模擬仿真。但該技術(shù)尚不完善，有一定的欠缺，還應(yīng)該不斷加強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新和實(shí)踐操作。

參考文獻(xiàn)

[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(shù)，2019，（5）：17-20.

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

[3] 張存生. 復(fù)雜鋁合金構(gòu)件擠壓成形理論與技術(shù)[C].2018年中國鋁加工產(chǎn)業(yè)年度大會.2018年中國鋁加工產(chǎn)業(yè)年度大會論文集.濟(jì)南：山東大學(xué)，2018：159-173.