铝型材模具设计的六大要点

[来源：上海皇闽铝业]

1.铝挤压件的尺寸分析：挤压件的尺寸及偏差是由模具、挤压设备和其他有关工艺因素决定的。其中，受模具尺寸变化的影响很大，而影响模具尺寸变化的原因有：模具的弹性变形、模具的升温、模具的材料及模具的制造精度和模具磨损等。

（1）铝型材挤压机吨位的选择：挤压比是以数值表示模具实现挤压的难易，一般来说，挤压比在10-150之间是可适用的。挤压比低于10，铝型材框架 工业，产品机械性能低；反之，挤压比过高，产品容易出现表面粗糙或角度偏差等缺陷。实心型材常推荐挤压比在30左右，中空型材在45左右。

（2）外形尺寸的确定：挤压模具的外形尺寸是指模具的外圆直径和厚度。模具的外形尺寸由型材截面的大小、重量和强度来确定。

2.挤压模具尺寸的合理计算：计算模孔尺寸时，主要考虑被挤压铝合金的化学成分、产品的形状、公称尺寸及其允许公差、挤压温度，以及在此温度下模具材料与被挤压合金的线膨胀系数，产品断面上的几何形状的特点，及其在拉伸矫直时的变化，挤压力的大小及模具的弹性变形等因素。对于壁厚差很大的型材，其难于成形的薄壁部分及边缘尖角区应适当加大尺寸。

对于宽厚比大的扁宽薄壁型材及壁板型材的模孔，桁条部分的尺寸可按一般型材设计，而腹板厚度的尺寸，除考虑公式所列的因素外，尚需考虑模具的弹性变形与塑性变形及整体弯曲、距离挤压筒中心远近等因素。此外，挤压速度、有无牵引装置等对模孔尺寸也有一定的影响。

3.合理调整金属的流动速度：所谓合理调整，就是在理想状态下，保证制品断面上每一个质点应以相同的速度流出模孔。

尽量采用多孔对称排列，根据型材的形状，各部分壁厚的差异和比周长的不同及距离挤压筒中心的远近，铝型材框架，设计不等长的定径带。一般来说，型材某处的壁厚越薄，比周长越大，形状越复杂，离挤压筒中心越远，则此处的定径带应越短。

当用定径带仍难于控制流速时，对于形状特别复杂、壁厚很薄、离中心很远的部分可采用促流角或导料锥来加速金属流动。相反，对于那些壁厚大得多的部分或离挤压筒中心很近的地方，就应采用阻碍角进行补充阻碍，以减缓此处的流速。此外，还可以采用工艺平衡孔、工艺余量，或者采用前室模、导流模、改变分流孔的数目、大小、形状和位置来调节金属的流速。

4.保证足够的模具强度：由于挤压时模具的工作条件十分恶劣，所以，模具强度是模具设计中的一个非常重要的问题。除了合理布置模孔的位置、选择合适的模具材料、设计合理的模具结构和外形之外，准确地计算挤压力和校核各危险断面的许用强度也是十分重要的。目前，计算挤压力的公式很多，但经过修正的别尔林公式仍有工程价值。挤压力的上限解法，也有较好的适用价值，用经验系数法计算挤压力比较简便。

至于模具强度的校核，铝型材框架机箱，应根据产品的类型、模具结构等分别进行。一般平面模具只需要校核剪切强度和抗弯强度；舌型模和平面分流模则需要校核抗剪、抗弯和抗压强度，舌头和针尖部分还需要考虑抗拉强度等。

强度校核时的一个重要的基础问题是，选择合适的强度理论公式和比较准确的许用应力。近年来，对于特别复杂的模具，可用有限元法来分析其受力情况与校核强度。

5.工作带宽度尺寸：确定分流组合模的工作带要比确定半模工作带复杂得多，不仅要考虑到型材壁厚差、距中心的远近，而且必须考虑到模孔被分流桥遮蔽的情况。处于分流桥底下的模孔，由于金属流进困难，工作带必须考虑减薄些。

在确定工作带时，首先要找出在分流桥下型材壁厚薄处即金属流动阻力大的地方，此处的小工作带定为壁厚的两倍，壁厚较厚或金属容易达到的地方，工作带要适当考虑加厚，一般按一定的比例关系，再加上易流动的修正值。

6.模孔空刀结构：模孔空刀就是模孔工作带出口端悬臂支承的结构。型材壁厚t≥2.0mm时，可采用加工容易的直空刀结构；当t<2mm时，或者带有悬臂处，可用斜空刀。

铝型材加工常见的认识误区

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1）快进与工进：在加工程序中g00和g01都可以定义刀具的直线运动，但它们的作用大有不同，初学者容易混淆。工进类指令（g01、g02、g03等）进给速度由程序中f指令决定；快进类指令（g00和部分回零指令）进给速度不在加工程序中指定，而是在机床参数设置时作为机床参数保存在数控系统中。工进类指令不但要保证加工终点准确，还要保证加工路径和进给速度准确，这要靠微观上的插补计算和动态控制来实现。快进类指令的目的是尽量减少空行程时间，在多轴联动时，运动轨迹不可预测。因此快进类指令不可以用于加工进给。

2）定位精度与重复定位精度：加工中心制造商在宣传材料中往往只给出重复定位精度而不给出定位精度指标，铝型材框架柜，使得部分用户容易将重复定位精度误解为决定零件加工精度的主要指标。其实重复定位精度高并不意味着零件加工精度就高。定位精度才是决定零件加工精度的主要指标。

重复定位精度反映机床多次返回同一位置的能力。测量方法是固定一个百分表，表头压在主轴上，标定百分表零点。将主轴移走到任意位置再令其返回刚才的标定坐标位置，读取百分表读数误差。经过多次往返读数，得到的误差就是重复定位精度。

按照现在的数控技术水平和加工中心典型机电搭配，即伺服电机+旋转编码器+滚珠丝杠或齿轮齿条重复定位误差一般不大于2个脉冲当量，远远小于0.01mm。

定位精度是指在机床全行程上准确移动指定距离的能力。铝型材加工中心行程可达7米，定位精度测量一般采用激光干涉仪。定位精度主要受导轨形位误差、机械间隙、丝杠/齿条误差、机件变形和电气跟随误差影响。由激光干涉仪测得的误差数据输入数控系统，通过数控系统的误差补偿功能可以得到很高的定位精度。

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