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扁方管铝合金型材模具的有效修正

陶维友（广东省国防科技技师学院，广东广州 510515）

【摘 要】：铝型材的种类繁多，其中扁方管型材是装饰类型材应用最多的一种型材，基本上每家型材生产厂家都生产，拥有的模具数量也众多，但对这类扁方管模具的修理一直也是很多模具修理工面临的最为头疼的问题。本人从事模具修理和设计制作多年，为很多模具生产厂家和型材生产厂家解决过很多模具方面的问题，对于模具使用过程中不合格的原因有较深的了解和研究。本文将通过对应用最广泛，结构最简单，问题出现最多的扁平型材模具的修理，阐述分析模具不合格产生的原因并找出相应的解决办法。

【关键词】：铝合金 扁方管型材 挤压模具 产品缺陷 有效修正

我国铝型材行业经过短短的二三十年的发展，经历了从零起步、赶日超美的巨大变迁，一跃而成为全球铝型材生产最大的国家。铝合金模具生产厂家也是成千上万，生产技术也日臻成熟。由于挤压生产中各种工艺因素的变化和模具在高温高压下循环摩擦等恶劣因素影响，以及客户对型材的要求越来越苛刻：厚度越来越薄、形状结构越来越复杂、表面质量越来越高，尽管模具的设计者和制造者都进行了不懈的努力，但效果依然不是很明显：首次上机挤压出合格型材的模具成功率还是不高，因此，模具的修正在铝型材生产行业变得必不可少，修正的成功率直接影响到模具的使用寿命和企业的生产效率和效益。

1　挤压铝型材模具简介

1.1　挤压工艺

挤压工艺是将金属毛坯放入装在塑性成形设备上的模具型腔内，在一定的温度、压力和速度作用下，迫使金属毛坯产生塑性流动，从型腔中特定的模孔挤出，从而获得所需断面形状及尺寸，并具有一定力学性能挤压件的工艺技术，如图1所示。

挤压方法适合于各种金属材料的塑性成型，特别适合于有色金属材料的挤压成型，其中最典型的是铝合金型材的挤压成型。

1.2　挤压模具

铝型材挤压模具在挤压成型过程中起着将圆形的铝棒变形为各种形状的铝材的作用。模具在铝型材挤压工序中举足轻重，是保证产品成形，使其具有正确形状、尺寸和精度以及表面质量最重要的基本工具。

铝型材可以分为三大类：实心材、空心材、半空心材。相应模具按常规也分为平模（实心模）（如图2），分流模（空心模）（如图3）。根据模孔数目也可以分为单孔模和多孔模。

铝合金挤压模具制造一般要经过毛胚（下料）粗车、划线、铣、热处理、线切割、电火花、精车、装配、锉削抛光、磨、试模等工序。

图1　金属挤压的基本原理

图2　平模

图3 分流模

2　影响挤压模具型材成型的原因分析

铝合金在挤压过程中，由于受到挤压筒壁、模具端面、分流孔、焊合腔、舌头表面和模具工作带表面的强烈摩擦，其流速是极不均匀的。在设计时不可能完全合理地调整或消除这种差异，制作时又很难完全达到设计图纸的要求。因此，用新制造的模具进行挤压时，不可避免地产生各种产品缺陷或废品：弯曲、扭拧、扩口、并口、波浪、表面裂纹或撕裂、平直度超标准、焊合不良、不成形、堵模等。

造成这些缺陷主要是因为型材各部位的金属流出模孔的速度不一样造成的。

影响金属流出模孔的速度因素是多种多样的，基本可归纳成以下2个方面。

（1）供给产品断面各部分的金属分配量是否合理，即产品各部分断面积之比与各相应部分金属供应量之比是否相等，其中包括模具分流孔的大小、形状、数目、数量与分布。

（2）金属流动时所受摩擦阻力的大小，与分流孔的形状、大小、数目和深度，焊合腔的形状和深度，模芯与模孔工作带的长度以及模孔与金属直接接触部分的表面状态和润滑情况息息相关。当型材某一部分可供给的金属量愈多，所受到的摩擦力愈小，则这部分型材流出模孔的速度就愈快。反之就愈慢。

金属供给量的分配比例主要是由模具设计者确定的，当模具制造完成后，金属的分配比例就固定下来了。

图4　扁方管型材

图5　扁平管材模具（40×100）

图6　工作带修平

流动金属与模具之间的摩擦力由两部分组成：一是流动金属与挤压筒壁、模具端面之间的摩擦力；二是金属的流动与工作带表面之间的摩擦力。当模具与产品一定时，单位压力P和型材各部分的周长是一个定值，而当各部分的表面状态和润滑条件相同时，摩擦系数也认为是不变的，因此只要调整模孔工作带的长度就可以调整金属流出模孔的速度。

如何通过修理这种补救方式来正确调整型材流出模孔速度？下面我以扁方管型材模具的修理，分析当前模具不合格产生的主要原因并确定最有效的解决办法。

3　扁方管类铝型材模具的检测与修复

扁方管型材是常见的铝合金装饰材料及工业型材（如图4），也是铝加工厂经常生产的品种，型材生产厂家拥有这类模具的数量也最多，这类模具出现的问题和产生的产品缺陷也是最多的。根据客户的需求，有的厂家生产的壁厚只有0.7mm。壁厚变薄使这类型材的挤压成型也变得越来越难，对这类薄壁模具的修理一直是很多厂家模具修理工面临的最为头疼的问题。

扁方管型材模具，属于平面分流组合模中最简单的分流模，由上模和下模装配而成。如图5。

多年模具修理的经验：要找到出现制品缺陷的真正原因，首先必须做好模具的检测工作，才能找出影响金属流出模孔速度的主要原因。这是正确修好模具的第一步。

3.1　模具的检测

3.1.1　模孔尺寸和分流孔、导流孔的检测

对这些部分的检测主要是检查其各部分尺寸，利用高精度卡尺检查模具成型部位的尺寸是否和设计一致，标准误差是否满足要求。对于扁方管型材的挤压模具，一般来说，其分流孔设计大小形状具有对称性，对称性型材分流孔的检查主要是检查分流孔对称性。当模具制造出来之后，金属的分配比例就基本固定了，但金属与模具之间的摩擦阻力是可以改变的，通过改善金属与模具模腔表面的摩擦条件，从而达到调整金属流速的目的。

3.1.2　工作带长度检测

工作带是模子中垂直于模具工作端面并用以保证挤压制品的形状、尺寸和表面质量的区段。工作带的长短控制出料快慢。工作带对金属流速影响最大，挤压比越大，工作带对金属流出模孔的阻力越显著。工作带的长度过短，产品的尺寸难以稳定，也容易产生波纹，椭圆度，压痕、压伤，同时模具易磨损减低寿命。工作带过长时，会增大与金属的磨擦作用，增大挤压力，易于粘接金属，易使制品表面擦花，划伤、毛刺、麻面、搓衣板等缺陷。

对于扁方管模具，主要是检查模具下模的对工作带长度是否符合设计要求并对称一致。

3.1.3　工作带平面度和与端面的垂直度检测

根据多年的经验，这一步的检测是最难也是最关键的：金属流出模孔流速不均匀很大原因是由于工作带不平整造成的。

工作带的平面度、端面的垂直度不符合设计要求，主要是模具生产厂家由于设备和人员的原因造成的：线切割出来的模具切割表面粗糙，锉削抛光量大，钳工的锉削抛光技能不高，加工出来的工作带平面度和与端面垂直度误差相当大：很多工作带平面基本上都是呈龟背状。这种形状的工作带使工作带的长度设计形同虚设：同一工作带面有的局部面变成了阻碍角、有的局部面成了加快角，有的局部面加快角与阻碍角并存，因此，工作带的平面度和与模具端面的垂直度的检测是模具检测中最重要的一项工作，难度大，而且容易出错，需要修模者有足够的细心和耐心。刀口尺和量块或特制的直角尺是最常用的检测工具。

3.1.4　出口空刀位的检测

模具的出口空刀位既决定工作带的长度，又是保证铝材制品顺利通过并保证铝材质量的重要参数。出口空刀过小，则容易划伤铝材表面，甚至引起堵模，很多模具挤压时出现堵模和划伤都是由于空刀位太小引起。如果出口空刀位过大，会削弱工作带的强度，引起工作带的变形、压塌，降低模具的使用寿命。

3.2　模具的修正

（1）铝型材模具修正的基本目的在于调整各部分金属流出模孔的速度达到基本一致。

模具修正主要是通过调整模孔工作带的长度、金属分配比例、模具的表面状态以及铝合金与工作带的摩擦条件等以达到调整金属流出模孔的速度，来提高挤压产品质量的一种现场处理过程，使铝型材尺寸达到理想状态。

常用的修模方法有加快、阻流和尺寸修理。但这些办法看似简单，但实际操作起来却很难——各种方法在什么情况下使用以及如何合理使用。

扁方管型材在生产过程中出现的那些缺陷问题，归根结底就是由模具使用中金属流速不均匀，焊合不好，变形等原因所导致。

现实工作中，很多模具修理工修理模具的主要依据是“料头”：根据“料头”判断流速的快慢。但“料头”所表现出来的快慢只是相对的，并没有真实反映出模孔金属流速：也许快的部分并非真的快，慢的部分并非真的慢。基于这种“头痛医头、脚痛医脚”的处理方式进行加快和减慢，不但效果不明显、成功率低，而且模具越修越坏。

作为一个经验丰富的模具修理工，对模具进行检测后，基本上可以判断型材断面各部分流出模孔的快慢，与料头呈现快慢基本是一致，“料头”在修理时仅仅作为一个参考。

（2）工作带修平的主要目的是确保工作带的有效工作长度基本符合设计要求。

金属经过导流孔或分流孔进入模具后，其在模孔处变形最大，变形抗力最大，摩擦阻力也最大。多年的经验也告诉我，工作带长度对金属流动的影响作用最为显著，而工作带的平面度和垂直度是影响流速的最主要原因：直接决定工作带的有效工作长度。因此，快捷有效的修理工作是根据检测结果进行工作带的修平：保证工作带的平面度和垂直度，确保工作带的有效工作长度满足设计要求。

在修平工作带的过程中，锉刀一定要与工作带垂直，确保修正后工作带不产生内斜或外斜，保证工作带的平面度与垂直度。如图6所示。

抛光过程是考究修模者的钳工平准能力，要避免锉削抛成导角。根据经验，工作带修平后各部分金属流出模孔的流速基本上能达到设计的要求。模具挤压出的型材合格率基本上可以达到80%以

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上。这是最简单快捷的修模方法。要做好工作带的修平工作，修模者必需具备良好的锉削抛光加工技能并善于利用各种工具。

如果修平工作带后流速还是达不到预期效果，下一步可考虑采用锉削阻流角和加快角的方法进行流速的调节。

4　扁方管铝型材几种典型缺陷的模具修理

4.1　型材有缝角或焊合不良的缺陷修理

扁方管类铝合金型材采用平面分流组合模挤压，金属经过分流、焊合的过程，型材是存在焊合线的，如果金属焊合不好出现缝隙，则是一种缺陷。产生缝隙的原因有两个，一是分流孔、焊合室狭小，金属的供应量不足，金属在焊合室没有形成足够的静压力，产品未焊合好而流出模孔，导致制品存在焊合缝隙；二是过量润滑和不良润滑引起型材焊合不良导致。前者在保证模具强度的情况下可采用研磨或铣削扩大分流孔和焊合室面积，加大金属供流，使金属在焊合室内能够形成足够的静压力加以解决，后者采用无润滑挤压工艺即可。

4.2　型材出现下凹或上凸的弓形面的缺陷修正

扁方管类型材壁下凹弓形面产生原因：模芯工作带低于下模模孔工作带，模芯工作带的有效长度过短所引起。采用的修正方法：在模芯和下模之间放置隔环，使模芯工作带在受力状态下与下模模孔定径带等高。同时，在下模的出口部位减掉同一厚度。

扁方管类铝合金型材壁外凸产生原因：模具使用时间过长，模芯工作带严重磨损，出现沟槽，加大了摩擦阻力，金属流动缓慢引起空心型材壁外凸。修正方法：如果型材壁厚公差允许的话，可以锉修或打磨模芯的工作带表面，降低摩擦阻力；如果模芯工作带磨损程度很严重，且型材壁厚已达到上偏差时，可将模子预热到300℃左右，补焊模芯外形，再锉修到要求尺寸并抛光后使用；如果模芯工作带没有被磨坏，则锉一锉模芯工作带外侧阻碍处和内侧的滞留处即可。

4.3　型材弯曲和扭拧的修理

扁方管类型材在挤压过程中产生弯曲和扭拧产生原因主要有以下几个方面：一是模芯和下模孔的工作带配合不合理，引起型材各部位金属流速不均；二是对称的分流孔大小和位置加工不对称，金属供流不均衡，引起金属流速不均匀；三是分流孔加工不规整或者在模芯上有阻碍物阻碍金属流动。修正方法：用适当的方法打磨模芯或分流孔的出口部位，必要时适当扩大这些分流孔使供料均衡。用打磨方法去掉阻碍物。

总之，模具在挤压中出现的情况千变万化，挤出的型材情况也是千姿百态，作为一个优秀的模具修理者，必须掌握挤压工艺和模具设计知识，能够从纷繁复杂的表象中学会去伪存真，做出正确的分析和判断，找到缺陷产生的直接原因，同时还要具备良好的测量、锉削、抛光等钳工技能，不断学习总结，与时俱进，创新方法工具。