CN103331322B - 一种挤压铝合金用的模具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种挤压铝合金用的模具，包括沿流体方向前后设置的导流模和型模，所述导流模和型模的根据部件设计相应的型腔尺寸，所述导流模由沉台和过渡型腔组成，所述沉台为内锥形结构，所述过渡型腔前端为沉孔结构，所述沉孔结构的直径尺寸小于外部圆直径，同时沉孔结构的后端进一步采用宽展结构，所述型模与导流模的连接处为倒锥结构。本发明的有益效果为：设计先沉孔边宽展的导流模，通过先沉孔边宽展来对铸锭剥皮、降低挤压力和宽展预变形，再通过倒锥型模进行高精度成型，并进一步降低挤压力和改善组织。

Description

一种挤压铝合金用的模具

技术领域

本发明涉及高强度铝合金挤压模具，尤其涉及一种挤压铝合金用的模具。

背景技术

面对航空用7075超高强铝合金的超大超厚铝挤压材，外接圆直径达376mm，且要求制品机加工后氧化表面处理无黑线、粗晶和组织条纹。行业内一般是采用8500吨以上挤压机、Ф432mm圆铸锭进行生产，而目前5500吨挤压机最大的圆铸锭直径也仅为Ф381mm，因此，5500吨挤压机，面临了装备瓶颈问题：一是挤压机吨位不够，挤不动，二是铸锭太小，若直接采用宽展模对常用软合金来说尚可挤压，但对超高强铝合金来说其变形抗力大，金属流动性差，宽展成型非常困难，且太靠近边部区域其挤压变形后的内部组织无法满足应用要求，因此，若采用常规宽展模具结构，根本无法生产，基于此，只有开发出特殊模具结构，寻求在挤压成型、组织控制及降低挤压变形抗力等方面实现技术突破，才有可能在5500吨挤压机上实现正常挤压该类超高强铝合金的超大超厚铝挤压材。

发明内容

本发明的发明目的为提供一种“先沉孔宽展后倒锥”剥皮降压挤压模具，以解决小吨位挤压机生产高强硬质铝合金超大断面的成型、组织及挤压力不足的难题。

为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

一种挤压铝合金用的模具，包括沿流体方向前后设置的导流模和型模，所述导流模和型模的根据部件设计相应的型腔尺寸，所述导流模由沉台和过渡型腔组成，所述沉台为内锥形结构，所述过渡型腔前端为沉孔结构，所述沉孔结构的直径尺寸小于外部圆直径，同时沉孔结构的后端进一步采用宽展结构，所述型模与导流模的连接处为倒锥结构。

为了改善硬质合金宽展边部的供流，本发明对导流膜的导流板进一步优化，所述导流模的过渡型腔内还包括有边部斜沉促流结构，过渡型腔的内边部采用不小于60°的斜切结构。通过采用不小于60°的斜切设计来促流。

为了降低粗晶层厚度和改善组织，本发明对型模进一步优化，所述型模的倒锥角度为5°-9°。尽可能使沿出口方向的挤压力分力与金属流和模具之间的摩擦力分力平衡。

其中，所述型模由进料口、型孔和出料口组成，所述进料口为倒锥形进料口，所述出料口为锥度出料口。

其中，所述导流模和型模都带有一定角度的促流角。

本发明的有益效果为：设计先沉孔边宽展的导流模，所述沉孔结构的直径尺寸小于外部圆直径，挤压时，沉孔即可对铸锭进行剥皮，无需单独剥皮，同通过先沉孔边宽展来对铸锭剥皮、降低挤压力和宽展预变形，再通过倒锥型模进行高精度成型，并进一步降低挤压力和改善组织。在模具结构上采取以上措施，并应用AltairHyperxprude铝挤压模具模拟成型仿真系统优化后，不但挤压力降低39%左右，而且挤压过程的金属流速、金属变形及模具工作带各部位的温度分布均衡，使得铝合金型材横断面上各部位温度分布极差仅为10℃，平均值极差仅5℃，成型良好，粗晶层小于1.5mm。

附图说明

图1为本发明剥皮降压挤压模具的结构示意图；

图2为图1的左视图；

其中：

1：导流模；11：沉台；12：过渡型腔；13：沉孔结构；14：宽展结构；15：斜沉促流结构；

2：型模；21：进料口；22：型孔；23：锥度出料口。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。

请一并参阅图1和图2，如图所示，本发明“先沉孔宽展后倒锥”剥皮降压挤压模具，包括沿流体方向前后设置的导流模1和型模2，所述导流模1和型模2的根据部件设计相应的型腔尺寸，所述导流模1由沉台11和过渡型腔12组成，所述沉台11为内锥形结构，所述过渡型腔12前端为沉孔结构13，所述沉孔结构13的直径尺寸小于外部圆直径，同时沉孔结构13的后端进一步采用宽展结构14，所述型模2与导流模1的连接处为倒锥结构。其中，导流模1和型模2都带有一定角度的促流角。挤压时，圆锭在挤压力的作用下先压入导流模上的大圆沉孔进行热剥皮，考虑到断面型腔的外接圆超出圆锭直径，需宽展设计，为了减少宽展角度，导流模上的大圆沉孔也采用宽展设计，即先沉孔边宽展，这样不但起到热剥皮的作用，而且采用大直径沉孔设计大副降低挤压力。沉孔宽展到一定深度都再进行边部宽展预变形设计，沉孔的宽展角与宽展预变形的宽展角采用一致的宽展角度。同时，为了改善硬质合金宽展边部的供流，所述导流模1的过渡型腔内12还包括有边部斜沉促流结构15，即过渡型腔12的内边部采用不小于60°的斜切结构。其次，为了降低粗晶层厚度和改善组织，型模采用倒锥设计，倒锥角度按5°～9°设计，尽可能使沿出口方向的挤压力分力与金属流和模具之间的摩擦力分力平衡。

通过上述结构，本发明设计先沉孔边宽展的导流模，通过先沉孔边宽展来对铸锭剥皮、降低挤压力和宽展预变形，再通过倒锥型模进行高精度成型，并进一步降低挤压力和改善组织。在模具结构上采取以上措施，并应用AltairHyperxprude铝挤压模具模拟成型仿真系统优化后，不但挤压力降低39%左右，而且挤压过程的金属流速、金属变形及模具工作带各部位的温度分布均衡，使得铝合金型材横断面上各部位温度分布极差仅为10℃，平均值极差仅5℃，成型良好，粗晶层小于1.5mm。

在本实施例中，模具结构分析：导流模1由内锥形的沉台11和过渡型腔组成12；型模2由倒锥型进料口21、型孔22及锥度出料口23组成。

加工工艺分析：导流模内锥度的沉台利用数控车床可以直接加工到尺寸，过渡型腔由加工中心机床直接加工到尺寸；型模加工的难点是如何保证倒锥形进料口、型孔及锥度出料口的相互位置精度，因此对模具制作的工艺提出了更高的要求，如果按照传统制模的方法加工型模易存在倒锥形进料口与型孔位置发生错位，锥度的出料口如采用传统的电火花加工出料口与型孔的位置也易产生错位，因此制模的关键是如何保证型模锥度入料口、锥度出料口与型孔切割的相互位置精度。

（1）加工工艺安排

导流模加工工艺编排

下料（带锯床）→车外圆、端面、内锥形沉台（卧式数控车床）→打模号→过渡型腔铣削加工（加工中心机床）→钻定位销孔及沉孔（摇臂钻床）→热处理（真空淬火炉、回火炉）→磨上、下端面（立轴平面磨床）→型腔抛光（钳工）→模具装配→验收入库。

原来的型模加工工艺编排

下料（带锯床）→车外圆、端面（卧式数控车床）→打模号→倒锥形进料口铣削加工（加工中心机床）→热处理（真空淬火炉、回火炉）→磨端面磨上、下端面（立轴平面磨床）→倒锥形进料口精加工（加工中心机床）→型孔线切割加工（慢走丝切割机床）→锥度出料口电火花加工（电火花机床）→抛光（钳工）→装配→验收入库。

改进后的型模加工工艺编排

下料（带锯床）→车外圆、端面（卧式数控车床）→打模号→倒锥形进料口、锥度出料口及工艺孔的铣削加工（加工中心机床）→热处理（真空淬火炉、回火炉）→磨端面磨上、下端面（立轴平面磨床）→倒锥形进料口、工艺孔的精加工（加工中心机床）→型孔切割加工（慢走丝切割机床）→抛光（钳工）→装配→验收入库。

（2）型模关键工序加工工艺要求

铣削工序：

1）先加工型模的倒锥形进料口及工艺校正台，由于型模要翻面加工，为保证上下面加工的一致性，在型模的侧边增铣工艺校正台，翻面加工时以校正台作为加工基准进行打百分表找正。

2）翻面加工锥度出料口，先用直径￠25的直柄立铣刀进行粗加工，然后使用5°锥度刀进行清根加工，替代原来电火花加工出料口的方式。

3）在型模增加加工两个￠10的工艺孔，为线切割工序提供找正基准。

精加工工序：

用已加工的校正台进行打表找正，同时加工导锥型进料口与两个工艺孔一起进行精加工，保证其位置精度。

线切割工序：

型孔线切割时利用已精加工过的工艺孔进行找正，以工艺孔的中心作为基准，线切割时根据模具的实际偏移角度，精确地移动到图纸线切割工艺孔实际位置调用加工程序按偏移角度进行线切割加工，来保证切割的型孔与锥度进料口的位置精度。

（3）主要工艺技术特点

1）采用先进的铝挤压模具设计的二维CAD设计、模拟挤压仿真分析、三维造型、CAM编程及网络传输技术实现模具加工的数字化。

2）采用独到的校正台找正工艺，保证倒锥形进料口、锥度出料口的相互位置精度。

3）采用独到的铝挤压型模线切割找正工艺技术，保证型孔与锥度入料口的位置精度。

4）采用独道的锥度空刀加工技术替代了电火花加工锥度出料口的加工，保证了锥度出料口与型孔的位置精度。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (5)

1.一种挤压铝合金用的模具，其特征在于，包括沿流体方向前后设置的导流模和型模，所述导流模和型模根据部件设计相应的型腔尺寸，所述导流模由沉台和过渡型腔组成，所述沉台为内锥形结构，所述过渡型腔前端为沉孔结构，所述沉孔结构的直径尺寸小于铸锭坯料的外部圆直径，同时沉孔结构的后端进一步采用宽展结构，所述型模与导流模的连接处为倒锥结构。

2.根据权利要求1所述的挤压铝合金用的模具，其特征在于，所述导流模的过渡型腔内还包括有边部斜沉促流结构，过渡型腔的内边部采用不小于60°的斜切结构。

3.根据权利要求1所述的挤压铝合金用的模具，其特征在于，所述型模的倒锥角度为5°-9°。

4.根据权利要求1所述的挤压铝合金用的模具，其特征在于，所述型模由进料口、型孔和出料口组成，所述进料口为倒锥形进料口，所述出料口为锥度出料口。

5.根据权利要求1所述的挤压铝合金用的模具，其特征在于，所述导流模和型模都设有促流角。