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)領域備受關注的類型。鋁合金陽光房從研發(fā)、設計到推廣實用，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]?，F(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計與制造的關鍵點，供相關技術(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控制在±0.2 mm 以內(nèi)，由此給陽光房水槽型材的模具設計、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，因此在設計時壁厚必須做預變壁厚。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 為下模工作帶設計圖。考慮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計思路。