CN104772359B - 铝合金挤压模具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铝合金挤压模具,包括模具壳体、设置在所述模具壳体内的挤压腔和模桥，所述模桥与所述模具壳体相连接，将所述挤压腔分割成N个子挤压腔；所述模桥包括第一外壁和第二外壁，所述模桥的纵截面包括第一纵截面部分，所述第一纵截面部分沿流态铝合金被推入挤压方向逐渐变窄，其中，在所述第一纵截面部分，所述第一外壁和所述第二外壁之间的夹角为第一预定角度，并以第一预定长度延伸。本发明所提供的铝合金挤压模具，在入料腔设置模桥，使得流态铝合金经模桥劈开，入料腔中心的流态铝合金受到模桥的阻挡和摩擦，使之在挤压过程中流动慢，平衡了中心金属和边部金属的流速，减少了缩尾。

Description

铝合金挤压模具

技术领域

本发明涉及一种挤压模具，尤其涉及一种铝合金挤压模具。

背景技术

缩尾废品是正向挤压的一种常见的缺陷。图1图示现有的模具中流态铝合金的挤压过程。如图1所示，在挤压过程中，边部流态铝合金由于受到模具和挤压筒的摩擦阻碍，流动速度会比中心流态铝合金慢。当挤压进入后期时，由于中心流态铝合金大量流出而势必形成空缺状态，这时在挤压力的作用下，边部流动慢的流态铝合金开始紊流，沿挤压垫向中心流动，以补充中心流态铝合金的空缺，这样边部的脏东西、冷金属铝、氧化物等就进入到制品之内，破坏了制品的组织，即形成缩尾。

因此，由于原料表面的油污、氧化物及挤压筒内的脏物、冷铝合金等在挤压后期时流入制品中，形成不连续、不致密的组织，有时甚至中空，使得制品的组织性能变坏，不能使用而变为废品，极大地降低挤压成品率。

发明内容

本发明旨在解决上述问题。本发明的目的是提供一种铝合金挤压模具。

本发明提供了一种铝合金挤压模具所述铝合金挤压模具包括模具壳体、设置在所述模具壳体内的挤压腔和模桥，所述模桥与所述模具壳体相连接，将所述挤压腔分割成N个子挤压腔，其中N为大于1的自然数；所述挤压腔与所述铝合金挤压模具的焊合室相连通；

所述模桥包括第一外壁和第二外壁，所述模桥的纵截面包括第一纵截面部分，所述第一纵截面部分沿流态铝合金被推入挤压方向逐渐变窄，其中，在所述第一纵截面部分，所述第一外壁和所述第二外壁之间的夹角为第一预定角度，并以第一预定长度延伸，其中，所述第一预定角度α和所述第一预定长度满足下述条件：

1)α/2≤30度；

2)按照第一预定角度和所述第一预定长度设置的模桥的剪切强度≥500MPa。

其中，所述纵截面还包括第二纵截面部分，其中，在所述第二纵截面部分，所述第一外壁和所述第二外壁沿与流态铝合金被推入挤压方向相反的方向逐渐变窄，第一外壁和所述第二外壁夹角为第二预定角度，并以第二预定长度延伸；其中，所述第二预定角度β和第二预定长度满足以下条件：

a)按照第二预定角度β和所述第二预定长度设置的模桥的顶端处所受到的压力≤567MPa；

其中，所述模桥的纵截面在沿流态铝合金被推入挤压的方向依次包括第二纵截面部分和第一纵截面部分。

其中，所述模桥为“Y”型，所述模桥将所述挤压腔分割成3个子挤压腔。

其中，所述第一预定角度为30度～50度，所述第一预定长度为40毫米～60毫米。

其中，所述第二预定角度为40度～60度，所述第二预定长度为15～25厘米。

其中，所述第一预定角度为40度，所述第一预定长度为50毫米。

其中，所述第二预定角度为50度。

其中，所述模桥的顶部宽度为26毫米，所述模桥的底端宽度为4毫米；所述第二预定长度为20厘米。

其中，所述模桥的顶部与所述挤压腔的入口的间距为8毫米～12毫米；所述焊合室的高度为45毫米～55毫米。

其中，所述模桥的顶部与所述挤压腔的入口的间距为10毫米；所述焊合室的高度为50毫米。

本发明所提供的铝合金挤压模具，主要根据缩尾形成的机理，在入料腔设置适当形状的模桥，使得流态铝合金经模桥劈开，入料腔中心的流态铝合金受到模桥的阻挡和摩擦，使之在挤压过程中流动慢，从而平衡了中心金属和边部金属的流速，使挤压的紊流阶段变短和变晚，达到减少缩尾的目的，大大减少了铝合金挤压缩尾废品。

附图说明

并入到说明书中并且构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且与描述一起用于解释本发明的原理。在这些附图中，类似的附图标记用于表示类似的要素。下面描述中的附图是本发明的一些实施例，而不是全部实施例。对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了现有技术中铝合金结构件在模具中挤压成型过程的示意图；

图2示出了根据本发明一个实施例中所给出的铝合金结构件挤压模具的结构示意图；

图3是图2中A-A示意图；

图4A是经由现有技术中铝合金挤压模具形成的结构件；

图4B是经由本发明所提供的铝合金挤压模具形成的结构件。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

本发明提供了一种铝合金挤压模具，其包括模具壳体、设置在模具壳体内的入料腔和设置在入料腔内的模桥。其中，模桥与模具壳体连接，模桥的底端与入料腔的底端以第一预定距离设置。且考虑流态铝合金的流动角度以及在挤压过程中模桥所承受的压力，即模桥的强度，设置模桥的结构。

下面结合附图详细说明本发明的铝合金挤压模具的结构。图2图示了铝合金挤压模具的示意图。

如图2所示的，铝合金挤压模具100包括模具壳体1，设置在模具壳体1内的挤压腔2。

在实际生产的过程中，铝合金经过加热至450度～520度后，形成流态铝合金，经由模具100的挤压腔2的入口201进入模具，经由挤压腔2后，进入焊合室，进行焊合，随后进入工作带挤出成型，形成铝合金结构件。

在现有的模具中，并未设置本发明所提供的模桥，流态铝合金直接被推至挤压腔2内，在推入挤压过程中，会出现如图1所表述的情况，边部流态铝合金由于受到模具和挤压筒的摩擦阻碍，流动速度会比中心流态铝合金慢。在推入后期，油污、氧化物以及脏物等会流入制品，形成缩尾。

在本发明所提供的模具100中，设置了模桥3，模桥3将挤压腔2分割成N个子挤压腔，其中，N为自然数。

图3图示了图2中铝合金挤压模具的A-A示意图。模具壳体1内设置挤压腔2和模桥3。挤压腔2包括入口201。

在该实施例中，铝合金挤压模具100包括两部分，挤压部分110和成型部分111。从图上可知，设置在挤压部分110内的挤压腔2与设置在成型部分111的焊合室111a相连通。这样，模桥3是底部悬空设置在铝合金挤压模具100内的。

大量的试验证明，流态铝合金的自然流动角度小于30度。因此，在本发明中，考虑到在推入挤压的过程中流态铝合金的流动角度，将模桥3按照图3中所图示的方式进行设置，如图3所示，模桥3的纵截面中，包括第一纵截面部分A1，第一纵截面部分A1为沿从挤压腔2的入口201到焊合室111a的方向，即沿流态铝合金被推入挤压的方向，逐渐变窄。

在本发明所给出的铝合金挤压模具100中所提供的模桥3，在挤压腔2内悬空设置，因此，模桥3需要通过与铝合金挤压模具100的壳体1固定连接。例如，在本发明中，模桥3的形状，从图2中可以看出，模桥3的形状为“Y”型的，模桥与模具壳体1相连接。

如上描述的，由于模桥3在挤压腔2内悬空设置，且通过上述“Y”型结构的三个桥与铝合金挤压模具100固定连接，在流态铝合金推入挤压的过程中，受到推入挤压的力以及流态铝合金的流动过程中的压力的作用。

因此，考虑到流态铝合金的流动角度以及模桥的强度，在第一纵截面部分A1处，且在模桥3的底端处，由模桥3的第一外壁31和第二外壁32之间形成的夹角以第一预定角度α设定，并以第一预定长度延伸。较佳方式为，在模桥3的底端处，第一外壁31与水平面之间的夹角与第二外壁32与水平面之间的夹角相同，均为α/2。

其中，在设置第一预定角度和第一预定长度时，使得第一预定角度和第一预定长度满足：

1)α/2≤30度

2)按照第一预定角度和所述第一预定长度设置的模桥的底端处的强度≥500MPa。

在实际的操作中，在挤压成型的过程中，通过控制加压压力以及挤压速度，可以使得模桥3的每个桥所受到的剪切力≤500MPa。这种设计下的本发明所提供的铝合金挤压模具100可以满足模具生产工艺的要求，并延长模具的使用寿命。

在实际应用过程中，可以根据需要设定第一外壁31和第二外壁32在第一纵截面部分A1处变化过程，只要其充分考虑了流态铝合金的自然流动角度，以及模桥3的各个桥的强度，均在本发明的保护范围之内。

在本发明中，模桥的形状只是示例性的，并不形成对本发明模桥设置的形状的限定，在实际应用过程中，模桥的形状可以根据实际需要来设定。

为了降低流态铝合金在挤压过程中模桥3的正面压受力，在本发明中，模桥3还按照下述方式设置，即模桥3的纵截面中，还可以包括第二纵截面部分A2，第二纵截面部分A2沿从焊合室至挤压腔的入口方向延伸，即沿着流态铝合金的推入挤压相反的方向延伸，即与第一纵截面部分A1延伸方向相反。第二纵截面部分A2为沿沿着流态铝合金的推入挤压相反的方向逐渐变窄。

在实际的操作过程中，铝合金被加热至400度～500度后，形成流态铝合金，流态铝合金被推入挤压腔进行挤压。如果模桥3与流态铝合金的接触面过大，其所受到的挤压力也比较大，因此，为了降低或者减弱在挤压过程中，模桥3所受到的正面的推力/压力，在本发明中，在第二纵截面部分，且在模桥3的顶端处，第一外壁31和第二外壁32之间形成的夹角以第二预定角度β设定，并以第二预定长度延伸。较佳的实施方式为，在模桥3的顶端处，第一外壁31与水平面之间的夹角和第二外壁32与水平面之间的夹角相同，均为β/2。

其中，所述第二预定角度β和第二预定长度满足以下条件：

a)按照第二预定角度β和所述第二预定长度设置的模桥3的顶端处所受到的压力≤567MPa。

如图3所示，模桥3的纵截面在沿流态铝合金的被推入挤压方向依次包括第二纵截面部分A2和第一纵截面部分A1。

在实际应用过程中，可以根据需要设定第一外壁31和第二外壁32在第二纵截面部分A2处逐渐变窄的变化过程，只要其充分考虑了模桥3正面受到的压力，即模桥3的强度等因素，均在本发明的保护范围之内。

图3所示的是由图2中所示的铝合金挤压模具100的A-A剖视图。即图3仅图示了图2中图示的“Y”型铝合金挤压模具100的一个桥的纵截面示意图。“Y”型铝合金挤压模具100的其他桥的纵截面的结构也与图3中所示的结构相同。也就是说，“Y”型铝合金挤压模具100的每个桥的纵截面的结构均满足上述的描述条件。

本发明所提供的模具适用于任何结构件的生产。下面以生产“L”型结构件为例，进行详细说明。

在实际生产过程中，用于生产“L”型结构件的原材料为棒状铝合金。继续参考图2可知，铝合金挤压模具100的模具壳体1的直径为280毫米的圆柱体。那么可以用于生产“L”型结构件的原材料可以为直径约为200～220毫米的棒状铝合金。棒状铝合金经过加热至400度～500度后，形成流态铝合金，经由模具100的挤压腔2的入口201进入模具，经由挤压腔2后，进入焊合室，进行焊合，随后进入工作带挤出成型，形成“L”型结构件。

在本发明所提供的铝合金挤压模具100中，在挤压部分110的挤压腔2内，设置模桥3。由图2图示可知，模桥3为“Y”型，并与模具壳体1相连接，这样，模桥3通过“Y”型的三个桥将挤压腔2分成三个子挤压腔，即第一子挤压腔21，第二子挤压腔22和第三子挤压腔23。流态铝合金通过挤压腔2被挤压入三个子挤压腔，第一子挤压腔21，第二子挤压腔22和第三子挤压腔23。流态铝合金在推入挤压过程中，中心的流态铝合金受到模桥3的三个桥的阻挡和摩擦，在推入挤压过程中流动速度变慢，从而平衡了中心的流态铝合金和遍布的流态铝合金的流速，使得挤压的紊流阶段变短和变晚，实现了缩尾的减少。

用于生产“L”型结构件的铝合金挤压模具100的壳体的直径为约为280毫米，高度约为180毫米。其中，挤压腔2的高度约为80毫米。

如上描述的，流态铝合金的流动角度小于30度，且模桥3以悬空式方式与铝合金挤压模具100的壳体1固定连接，考虑的模桥3的强度。在此实施例中，将第一预定角度α设置为30～60度。较佳地，模桥3的第一外壁31与水平面之间的夹角为15～30度，第二外壁32与水平面面之间的夹角为15～30度。模桥3的沿着第一纵截面部分A1的第一预定长度为45～55毫米。具体来说，在模桥3的底端处，可以选择其间的夹角为40度，模桥3的沿着第一纵截面部分A1的第一预定长度为40毫米。

经过试验证明，上述的角度设置满足第一预定角度α与第一预定长度需要满足的下述条件：

1)α/2≤30度

2)按照第一预定角度和所述第一预定长度设置的模桥的剪切强度≥500MPa。

具体来说，在上述角度以及延伸长度选择时，既考虑了流态铝合金的流动角度以及模桥的结构，例如，如果角度选择太大，例如大于60度，这种角度设置，并未能考虑到流态铝合金的流动角度，使得流态铝合金在挤压流动过程中，改变了其自然的流动方式，影响了“L”型结构件的推入挤压的力的效果，并且会影响其在焊合室焊合的效果，进而，降低了最终形成的“L”型结构件的品质。再如，如果角度选择过小，例如，小于30度。由于模桥3是在挤压腔2内悬空设置的，如果角度选择太小，模桥3在其底端的厚度变得太小，降低了模桥3的稳定性。对于上述两种情况，如果第一纵截面部分A1的延伸长度过长会加重相应的结果，如果选择过短，起不到分流的作用。

因此，在设置模桥3时，既要考虑模桥3的纵截面的第一纵截面部分A1的设置角度以及长度，以能达到好的效果。

为了降低流态铝合金在挤压过程中模桥3的正面受力，在本发明中，模桥3的第二纵截面部分A2处，在模桥的顶部33处，模桥3的第一外壁31和第二外壁32之间的夹角，即第二预定角度β为40度～60度。较佳地，模桥3的第一外壁31与竖直面之间的夹角为20～30度，第二外壁32与竖直面之间的夹角为20～30度。第二预定长度为15毫米～25毫米。具体来说，在模桥3的顶部33处，可以选择其间的夹角为50度，第二预定长度为20毫米。

经过试验证明，上述的角度设置满足第二预定角度α与第二预定长度需要满足的下述条件：

a)按照第二预定角度β和所述第二预定长度设置的模桥3的顶端处所受到的压力≤567MPa。

在此实施例中，模桥3的顶部33宽度为24毫米～28毫米，底端宽度为3毫米～5毫米。具体来说，模桥3的顶部33宽度可以选择26毫米，底端34宽度可以选择为4毫米。从图2并根据上述设置可知，模桥3可以设置成为一个中间凸起，两边逐渐变窄的形状。

为了适应流态铝合金在实际的挤压推入过程中的流动特点，并为了与焊合室的尺寸相适应，挤压腔2的外壁与水平面之间的夹角γ可以设置为6～12度，例如，可以选择设置为9度。

在本发明中，还充分考虑了流态铝合金的推入挤压过程中，流态铝合金的稳定性以及推送挤压过程的安全性，设置模桥3的顶部与挤压腔2的入口201之间的间距d2为8毫米～12毫米。具体来说，可以设置模桥3的顶部33与挤压腔2的入口201之间的间距d2为10毫米。

在本发明中，考虑到不同的铝合金其塑性、焊合性等问题，设置焊合室111a的高度d1，以保证焊合室中有足够静压力进行焊合。例如可以将焊合室111a设置为45毫米～55毫米。例如，对于铝合金6061-T6，可以选择设置焊合室111a的高度d1为50毫米。焊合室111a的直径可以根据产品的外径相适应。例如在本发明中，焊合室111a的直径可以设置为76毫米。

在本发明中，选取以下述参数来设置的本发明所提供的铝合金挤压模具100为例，生产了两种型号的“L”型的结构件：

铝合金挤压模具100的模具壳体1的直径为280毫米，模桥3为“Y”型的模桥，将挤压腔2分成三个子挤压腔。其中，模桥3的纵截面的第一纵截面部分的第一预定角度为40度，第一预定长度为40毫米。第二纵截面部分的第二预定角度为50度，第二预定长度为20毫米。模桥3的顶部33宽度为26毫米，模桥3的底端34宽度为4毫米。模桥3的顶部33与挤压腔2的入口201之间的距离d2为10毫米。焊合室111a的高度d1为50毫米，直径为76毫米。

在本发明的铝合金挤压模具100的上述参数设置下生产的两种型号的“L”型结构件，选取了下述的产品、机台型号以及工艺进行测试：

表1.产品及机台型号

机台型号	20MN卧式挤压机
		挤压筒直径	212mm

表2.产品

为了保证制品的力学性能和焊合质量，选定以下工艺为试验工艺表。

表3.工艺

并经过多次实验，得出现有模具(以下简称“平模”)和本发明所提供的铝合金挤压模具100(以下简称“分流模”)，的试验结果如下：

表4：缩尾长度对比

对使用平模和分流模挤压成型的“L”型结构件，进行压力测试，具体测试结果如下：

表5：模具压力

对使用分流模挤压成型的“L”型结构件，进行纵向力学性能测试，具体测试结果如下：

表6：纵向力学性能测试结果

对使用分流模挤压成型的“L”型结构件，进行横向力学性能测试，具体测试结果如下：

表7：横向力学性能测试结果

2.分析讨论

1)组织状态(低倍)

图4A图示了平模，即现有模具形成的结构件，图4B是本发明所提供的模具形成的结构件。从该两个图上的对比可看，本发明所提供的模具形成的结构件隐约可见三条焊合线，但组织更细密。这正是由于本发明所提供的具有上述结构的模桥的铝金属模具的结构特点所形成的，流态铝合金经由模桥劈开后，变成程度更大，使得组织更细密。

2)力学性能

经过大量的力学性能试验，其纵向抗拉强度均在310Mpa以上，屈服强度也在300Mpa以上，伸长率超过10％，完全符合国标(265Mpa和245Mpa)要求。

由于采用本发明所提供的具有模桥的结构，即分流模结构，因而其焊合性能也十分关键，我们在产品的头、中、尾三处分别取样进行横向拉力试验，其结果也令人十分满意。抗拉强度也都超过310Mpa，屈服强度超过290Mpa，伸长率大于8％，完全超过国标要求，说明焊合质量良好，达到基体强度的98％以上

3)缩尾情况

从表1看出，在工艺和工作环境一样的情况下，现有的模具结构，其缩尾总长度达到了5.5米，而本发明所提供的具有模桥的模具其缩尾总长度只有3米，只有原缩尾废品的54％，可见其效果十分明显。

因此可知，采用本发明所提供的铝合金挤压模具100进行生产的结构件，对于具有优良焊合性能的1系、3系、6系合金可降低缩尾废品45％左右，效果十分明显。

对于1系、3系、6系合金，由于其具备优良的焊合性能，采用本发明所提供的具有模桥的铝合金挤压模具100还可获得组织更细密的结构件。

对于1系、3系、6系合金，采用本发明所提供的具有模桥的铝合金挤压模具100可获得纵向和横向力学性能更优的结构件。

需要说明的是，上述的测试例的选取，只是示例性的。本发明所提供的上述参数范围内，所设置的铝合金挤压模具100所生产出来的结构件均具有上述的功能和效果。

上面描述的内容可以单独地或者以各种方式组合起来实施，而这些变型方式都在本发明的保护范围之内。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种铝合金挤压模具(100)，其特征在于，所述铝合金挤压模具(100)包括模具壳体(1)、设置在所述模具壳体内的挤压腔(2)和模桥(3)，所述模桥(3)与所述模具壳体(1)相连接，所述模桥(3)为“Y”型，所述模桥(3)将所述挤压腔(2)分割成3个子挤压腔；所述挤压腔(2)与所述铝合金挤压模具(100)的焊合室相连通；

所述模桥(3)包括第一外壁(31)和第二外壁(32)，所述模桥(3)的纵截面包括第一纵截面部分(A1)，所述第一纵截面部分(A1)沿流态铝合金被推入挤压方向逐渐变窄，其中，在所述第一纵截面部分(A1)，所述第一外壁(31)和所述第二外壁(32)之间的夹角为第一预定角度α，并以第一预定长度延伸，其中，所述第一预定角度α和所述第一预定长度满足下述条件：

1)α/2≤30度；

2)按照第一预定角度和所述第一预定长度设置的模桥的剪切强度≥500MPa；

所述纵截面还包括第二纵截面部分(A2)，其中，在所述第二纵截面部分(A2)，所述第一外壁(31)和所述第二外壁(32)沿与流态铝合金被推入挤压方向相反的方向逐渐变窄，第一外壁(31)和所述第二外壁(32)夹角为第二预定角度β，并以第二预定长度延伸；其中，所述第二预定角度β和第二预定长度满足以下条件：

a)按照第二预定角度β和所述第二预定长度设置的模桥(3)的顶端处所受到的压力≤567MPa；

其中，所述模桥(3)的纵截面在沿流态铝合金被推入挤压的方向依次包括第二纵截面部分(A2)和第一纵截面部分；

所述第一预定角度为30度～50度，所述第一预定长度为40毫米～60毫米；

所述第二预定角度为40度～60度，所述第二预定长度为15～25厘米。

2.如权利要求1所述的铝合金挤压模具，其特征在于，所述第一预定角度为40度，所述第一预定长度为50毫米。

3.如权利要求1所述的铝合金挤压模具，其特征在于，所述第二预定角度为50度。

4.如权利要求3所述的铝合金挤压模具，其特征在于，所述模桥(3)的顶部(33)宽度为26毫米，所述模桥(3)的底端(34)宽度为4毫米；所述第二预定长度为20厘米。

5.如权利要求1所述的铝合金挤压模具，其特征在于，所述模桥的顶部(33)与所述挤压腔(2)的入口(201)的间距d2为8毫米～12毫米；所述焊合室(111a)的高度d1为45毫米～55毫米。

6.如权利要求1所述的铝合金挤压模具，其特征在于，所述模桥(3)的顶部(33)与所述挤压腔(2)的入口(201)的间距为10毫米；所述焊合室(111a)的高度d1为50毫米。