CN103464502A - 带有横向加强筋大型双孔管型材的模具结构及其加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种带有横向加强筋大型双孔管型材的模具结构及其加工方法，采用上模和下模构成的宽展、分流组合模分，所述上模的四周设有均匀分布的六个分流孔，中部设有两个横向串联的阶梯式分流孔，所述分流孔横向宽展，宽展角度为23°，宽展量在150～200mm之间，所述下模的焊合室外接圆直径为600mm,焊合室深度为40mm；模具的材料选用4Cr5MoSiV1热作模，采用CAD/CAM/CAE全自动加工方法，精确设计出双孔管型材的模具结构，模具经过高温淬火，回火，氮化工艺处理，确保提高模具表面的硬度值。本发明的模具结构简单、合理，保证了在加工管材时焊合的质量，能够加成出高质量的带有横向加强筋大型双孔管型材，降低了模具的制作难度，还延长了模具的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及一种结构型材的加工模具及加工工艺，具体涉及一种带有横向加强筋大型双孔管型材的模具结构及其加工方法。
背景技术
绿色建筑铝合金结构挤压型材品种多达百余种，现有绿色建筑用铝合金挤压型材大多是不需要机械加工，而直接作为零部件来与相关件配合使用的，所以尺寸精度和形位精度要求非常高。结构型材的合金牌号大多是6061、6005A、6082等中强度铝合金，还有2xxx、5xxx和7xxx等高强度高韧性铝合金。铝合金建筑结构挤压型材要求有高的力学性能，σb≥290MPa，优良的可焊性、耐磨耐蚀性和可冷弯成形性等综合性能，而且要求产业化批量生产。结构挤压型材包括圆管材、方管材和异形管材。现以外接圆尺寸大、带有长而厚的横向加强筋、成形难度较大的WYY0770带有横向加强筋大型双孔厚壁管型材为例，该WYY0770带有横向加强筋大型双孔厚壁管型材加工还存在以下问题：
（1）WYY0770带有横向加强筋大型双孔厚壁管型材的合金状态为6005A-1T6，挤压材经精密水、雾、气淬火和人工时效制成，要求该型材的尺寸与形位精度达到超高精级水，σb≥290MPa，并具有良好的力学性能、耐磨、耐蚀、可焊、可冷弯成形性等综合性能，技术难度非常大。
（2）WYY0770带有横向加强筋大型双孔厚壁管型材的结构复杂，WYY0770双孔管为宽450mm，高200mm的方管内有一条横向的长而厚的加强筋见图1，使单孔方管变成双孔管，容易发生严重的壁厚差和平面间隙，及焊合不良，要求具有较高的焊合质量，而且该横向加强筋的充料不足很难成型，现有的分流模不能满足该双孔管技术要求。
（3）WYY0770带有横向加强筋大型双孔厚壁管型材在7000吨挤压机生产，挤压筒直径为φ418mm，型材的外接圆φ498mm大于挤压筒直径φ418mm，现有模具不能保证型材成型尺寸精度与平面间隙尺寸要求。
（4）WYY0770双孔厚壁管材的4个外角为90°±0.3°，8个内角同样要求为90°±0.3°，形位公差值已高于GB/T6892-2006标准高精级规定，提高该型材两个角度精度是为了确保型材顺利装卸和整体的平直度，而现有模具的设计制造很难达到给定精度。
（5）为了提高WYY0770双孔厚壁管材的表面光洁、尺寸和形位精度高,需要采用高质量的模具钢及严格的模具热处理工艺和表面处理工艺，加工工艺全部采用CNC，难度是十分大的。
（6）现有模具的使用寿命短，不能实现WYY0770双孔厚壁管材的产业化大批量生产。
发明内容
本发明的目的之一是为了克服现有技术中模具使用时间短，模具加工效率低、产品质量差等不足，提供一种带有横向加强筋大型双孔管型材的模具结构，该结构简单，能提高模具的使用寿命，实现带有横向加强筋大型双孔管型材的大批量生产，降低生产成本，而且能够保证该型材的质量。
本发明的目的之二是为了提供一种带有横向加强筋大型双孔管型材的模具加工方法，该制造方法能够加工出高强度、高韧性、高精度和表面粗糙度低的优质带有横向加强筋大型双孔厚壁管型材，而且还能提高模具的使用寿命。
本发明的目的之一可以通过以下技术方案实现：
带有横向加强筋大型双孔管型材的模具结构，其特征在于：所述模具采用宽展、分流组合模，所述宽展、分流组合模分为上模和下模，所述上模的四周设有均匀分布的六个分流孔，中部设有两个横向串联的阶梯式分流孔，确保加强筋部位模孔合理的金属供流，所述分流孔横向扩展，宽展角度为23°，宽展量在150～200mm之间，圆铸锭通过上模的分流孔分流、宽展，逐渐变成与双孔管材的形状相似；所述下模的焊合室外接圆直径为600mm,焊合室深度为40mm，足以使流动金属在焊合室形成高的静水压力，保证双孔管材的焊合质量。
本发明的目的之一还可以通过以下技术方案实现：
本发明的进一步方案：所述上模的两个阶梯式分流孔的截面呈葫芦串形状，两个阶梯式分流孔与两侧的分流孔在焊合室贯通。
本发明的进一步方案：所述上模的金属入料面下沉20mm，减薄模具的分流部分，使金属流经路线减短。
本发明的进一步方案：分流孔横向宽展量180mm，宽展角度为23°，分流孔纵向宽展量为100mm，宽展角度为12°。
本发明的进一步方案：所述分流孔的横向宽展量和纵向宽展量与带有横向加强筋大型双孔管型材的尺寸呈正比
本发明的进一步方案：所述模具的规格φ800*500mm，上模的厚度为260mm，下模的厚度为240mm。
本发明的目的之一可以通过以下技术方案实现：
带有横向加强筋大型双孔管型材的模具加工方法，其特征在于：
模具的材料选用4Cr5MoSiV1热作模具钢；
模具的粗坯制作：将模块采用电渣重熔钢坯，依次经过锻造、退火，得到硬度达到HB229的模块；
模具的设计制造：采用CAD/CAM/CAE全自动加工方法，通过建立三维模型确保模具的各参数，设计出双孔管型材的模具结构；
模具的热处理：模具经过1000～1050℃高温淬火，然后经过2次回火，使模具硬度值到达48～49HRC；
模具表面强化处理：采用二阶段气体氮化工艺处理，确保模具表面硬度值在HV1000～1250，氮化层厚度100～160μm，提高模具使用寿命。
本发明的进一步方案：所述模具的设计制造，遵循铝合金挤压时金属流动规律，合理分配金属量和控制流速，尽量减少挤压阻力和平衡流速。
本发明的进一步方案：所述模具热处理经1035℃高温淬火。
本发明的有益效果：
1、本发明的模具结构简单、合理，采用上模和下模构成的宽展、分流组合模，上模设置多个分流孔和两个阶梯式分流孔，分流孔的横向宽展，圆铸锭通过上模的分流孔分流、宽展，逐渐变成与双孔管材的形状相似，该阶梯式分流孔确保加强筋部位模孔合理的金属供，能保证横筋充满。下模的焊合室的外接圆直径达到600mm,焊合室深度取40mm，足以使流动金属在焊合室形成高的静水压力，保证了在加工管材时焊合的质量，能够加成出高质量的带有横向加强筋大型双孔管型材，且该结构还降低了模具的制作难度。
2、对应模具的强度而言，本发明通过将上模的金属入料面下沉20mm，使模具在分流部分逐渐减薄，金属流经路线减短，从而降低了挤压力，提高了模具的整体强度，使模具的使用寿命提高到2-3倍，实现了双孔管型材的批量生产，降低了生产成本。
3、本发明模具的加工方法，由于选用了优质模具材料，设计特殊结构的模具、制造工艺合理、热处理和表面处理先进，不仅保证了产品的成形和尺寸、形位精度与表面质量及焊合质量，而且提高了模具表面硬度值，提高了模具使用寿命。
4、本发明的模具经2次试模就合格，每次修模量都较小，降低挤压生产过程的辅助时间。采用该模具生产的产品尺寸精度和形位精度更稳定，产品的组织和性能更好，能满足绿色建筑结构材的产业化、大批量生产的要求。
附图说明
图1是现有带有横向加强筋大型双孔管型材的结构示意图。
图2是本发明具体实施例1中上模结构示意图。
图3是本发明具体实施例1中下模结构示意图。
图4是本发明具体实施例1中上模与下模组合后的四分之一剖视图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
具体实施例1：
如图2、图3和图4所示的带有横向加强筋大型双孔管型材的模具结构，用于制作WYY0770带有横向加强筋大型双孔管的模具，所述模具采用宽展、分流组合模，宽展、分流组合模分为上模1和下模2即两件套，所述上模1与下模2相配合，所述模具的规格φ800*500mm，所述上模1的厚度比下模2大，上模1的厚度为260mm，下模2的厚度为240mm，所述上模1的四周设有均匀分布的六个分流孔1-1，所述分流孔1-1的横向宽展量和纵向宽展量与带有横向加强筋大型双孔管型材的尺寸呈正比，（见图2中分流孔宽展部位3），X轴表示横向，Y轴表示纵向，分流孔1-1横向扩展，宽展角度为23°，宽展量为180mm；分流孔1-1纵向扩展，宽展角度为12°，宽展量为100mm，所述上模1中心部位设有两个横向串联的阶梯式分流孔1-2，两个阶梯式分流孔1-2的截面呈葫芦串形状，两个阶梯式分流孔1-2的两端分别与两侧的分流孔1-1在焊合室2-1贯通，确保加强筋部位模孔2-2合理的金属供流，圆铸锭通过上模1的分流孔分流、宽展，逐渐变成与双孔管材的形状相似。所述上模1的金属入料面1-3下沉20mm，减薄模具的分流部分，使金属流经路线减短。所述下模2设有与双孔管材的形状相同的模孔2-2，下模2的焊合室2-1外接圆直径为600mm,焊合室2-1深度为40mm，足以使流动金属在焊合室形成高的静水压力，保证管材的焊合质量。该上模1和下模2还具有现有上模和下模的其他基本结构特征，因与现有技术相同故在此省略。该WYY0770带有横向加强筋大型双孔管的模具的挤压型材的挤压比λ、金属变程度ε、金属分流比K分、焊合室深度h焊等每一个设计参数值都经过严格的计算，取值都符合铝合金挤压双孔管材的技术要求，以此，保证挤压产品质量。
带有横向加强筋大型双孔管型材的模具加工方法，模具的材料选用优质4Cr5MoSiV1热作模具钢；
模具的粗坯制作：将模块采用电渣重熔钢坯，依次经过锻造、退火，得到硬度达到HB229的模块；
模具的设计制造：在设计制造挤压模时，一定要严格遵循铝合金挤压时金属流动规律，设计特种结构模具合理分配金属量和控制流速，尽量减少挤压阻力和平衡流速；采用CAD/CAM/CAE全自动加工方法实现全自动化生产，设计出双孔管型材的模具结构；采用国内外最先进的模具加工设备，数控车床、数控铣床、CNC加工中心、数控电火花机床、数控雕铣机、低速线切割机等现代化机床，在模具制作的全过程中实施CAD/CAM/CAE全自动加工,可确保模具加工质量；
模具的热处理：模具经过1035℃高温淬火，然后经过2次充分回火，使模具硬度值到达48～49HRC；
模具表面强化处理：采用二阶段气体氮化工艺处理，确保模具表面硬度值在HV1000～1250，氮化层厚度100～160μm，提高模具使用寿命。
本模具加工方法中还包括现有模具加工的其他基本步骤，因现有模具加工的步骤属于现有技术，故在此省略。
该WYY0770带有横向加强筋大型双孔管的模具设计依据参数如表1所示，该模具设计方案参数如表2，该模具尺寸及技术要求如表3所示，制成的模具成品参数如表4所示，该模具经多次试模后的检测统计如表5所示。
由于WYY0770双孔管材模选用了优质4Cr5MoSiV1热作模具钢为材料，并采用先进的热处理制度，经过高温淬火和2次回火使模具硬度值到达48～49HRC，对模具表面进行强化处理，提高了模具表面硬度值；全过程都采用CAD/CAM/CAE全自动生产，通过采用全自动加工方法，提高了模具的加工精度，保证了挤压产品的质量。每套模具都具有很高的制造质量，型材挤压厂严格遵循模具使用制度，因此，该模具试模2次就合格，修模量比较小，使用寿命比较高，达到了项目提高2-3倍的目标。每套模具能挤压出合格的WYY0770双孔管材600吨，产品尺寸精度、形位精度都合乎GB5237高精级标准，模具的使用寿命都超过原有模具寿命的3倍以上。
采用本发明的模具加工WYY0770带有横向加强筋大型双孔管型材的工作原理：采用φ460mm挤压筒，在挤压筒的挤压力的作用下，圆铸锭通过上模1的分流孔进行分流、宽展，逐渐变成与双孔管材的形状相似，焊合室2-1的外接圆直径达到600mm,焊合室2-1深度取40mm，足以使流动金属在焊合室形成高的静水压力，保证管材的焊合质量。通过上模1的中心部位开设的两个串联的阶梯式分流孔1-2形成双孔管材的加强筋部分，确保加强筋部位模孔2-2合理的金属供流，保证横筋充满，尺寸和形位达到超高精级的要求。使用大的挤压筒，λ和K都增大，既保证了力学性能又能提高焊合质量，而且能提高生产效率和产品成品率，降低生产成本。
表1：WYY0770带有横向加强筋大型双孔管的模具设计依据参数
表2：WY0770带有横向加强筋大型双孔管的模具设计方案参数
表3：WYY0770带有横向加强筋大型双孔管的模具尺寸设计及技术要求
表4：WYY0770带有横向加强筋大型双孔管的模具成品检测记录
表5：WYY0770带有横向加强筋大型双孔管材模具经1、2、3次试模的产品尺寸检测记录/mm
具体实施例2：
本实施例的特点是：所述分流孔横向宽展，宽展角度为23°，宽展量在150mm；所述分流孔的Y轴向横向宽展，宽展角度为12°，宽展量在800mm，其他特点与具体实施例1相同。
具体实施例3：
本实施例的特点是：所述分流孔的X轴向纵向宽展，宽展角度为23°，宽展量在200mm；所述分流孔的Y轴向横向宽展，宽展角度为12°，宽展量在150mm，其他特点与具体实施例1相同。
具体实施例4：
本实施例的特点是：模具的加工方法中，所述模具经过1040℃高温淬火，其他特点与具体实施例1或具体实施例2或具体实施例3相同。
具体实施例5：
本实施例的特点是：模具的加工方法中，所述模具经过1040℃高温淬火，其他特点与具体实施例1或具体实施例2或具体实施例3相同。
Claims (10)
1.带有横向加强筋大型双孔管型材的模具结构，其特征在于：所述模具采用宽展、分流组合模，所述宽展、分流组合模分为上模（1）和下模（2），所述上模（1）的四周设有均匀分布的六个分流孔（1-1），中部设有两个横向串联的阶梯式分流孔（1-2），确保加强筋部位模孔（2-2）合理的金属供流，所述分流孔（1-1）横向扩展，宽展角度为23°，宽展量在150～200mm之间，圆铸锭通过上模（1）的分流孔分流、宽展，逐渐变成与双孔管材的形状相似；所述下模（2）的焊合室（2-1）外接圆直径为600mm,焊合室（2-1）深度为40mm，足以使流动金属在焊合室（2-1）形成高的静水压力，保证双孔管材的焊合质量。
2.根据权利要求1所述的带有横向加强筋大型双孔管型材的模具结构，其特征在于：所述上模（1）的两个阶梯式分流孔（1-2）的截面呈葫芦串形状，两个阶梯式分流孔（1-2）的两端分别与两侧的分流孔（1-1）在焊合室（2-1）贯通。
3.根据权利要求1所述的带有横向加强筋大型双孔管型材的模具结构，其特征在于：所述上模（1）的金属入料面（1-3）下沉20mm，减薄模具的分流部分，使金属流经路线减短。
4.根据权利要求1所述的带有横向加强筋大型双孔管型材的模具结构，其特征在于：所述上模（1）的厚度比下模（2）厚。
5.根据权利要求1所述的带有横向加强筋大型双孔管型材的模具结构，其特征在于：分流孔（1-1）横向宽展量180mm，宽展角度为23°，分流孔（1-1）纵向宽展量为100mm，宽展角度为12°。
6.根据权利要求5或所述的带有横向加强筋大型双孔管型材的模具结构，其特征在于：所述分流孔（1-1）的横向宽展量和纵向宽展量与带有横向加强筋大型双孔管型材的尺寸呈正比。
7.根据权利要求1至6任一所述的带有横向加强筋大型双孔管型材的模具结构，其特征在于：所述模具的规格φ800×500mm，上模（1）的厚度为260mm，下模（2）的厚度为240mm。
8.带有横向加强筋大型双孔管型材的模具加工方法，其特征在于：
模具的材料选用4Cr5MoSiV1热作模具钢；
模具的粗坯制作：模块采用电渣重熔钢坯，依次经过锻造、退火，得到硬度达到HB229的模块；
模具的设计制造：采用CAD/CAM/CAE全自动加工方法，通过建立三维模型确保模具的各参数，设计出双孔管型材的模具结构；
模具的热处理：模具经过1000～1050℃高温淬火，然后经过2次回火，使模具硬度值到达48～49HRC；
模具表面强化处理：采用二阶段气体氮化工艺处理，确保模具表面硬度值在HV1000～1250，氮化层厚度100～160μm，提高模具使用寿命。
9.根据权利要求8所述的带有横向加强筋大型双孔管型材的模具加工方法，其特征在于：所述模具的设计制造，遵循铝合金挤压时金属流动规律，合理分配金属量和控制流速，尽量减少挤压阻力和平衡流速。
10.根据权利要求8所述的带有横向加强筋大型双孔管型材的模具加工方法，其特征在于：所述模具热处理经1035℃高温淬火。
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Application publication date: 20131225 Assignee: Foshan gaogaobang Aluminum Industry Co.,Ltd. Assignor: GUANGDONG WEIYE ALUMINIUM FACTORY Co.,Ltd. Contract record no.: X2023980041481 Denomination of invention: Mold structure and processing method of large double hole pipe profiles with transverse reinforcing ribs Granted publication date: 20160224 License type: Common License Record date: 20230908 |