小型腔懸臂空心型材分流組合模的設計與研制
2007年08月01日 0:0 8950次瀏覽 來源： 中國有色網 分類： 新技術
李 鵬，鄒 靜
（東北輕合金有限責任公司，黑龍江 哈爾濱150060）
摘要：分析小型腔懸臂空心型材分流組合模設計與制造特點，著重介紹其配合成型加工及型芯曲面電火花成型加工的工藝過程。
關鍵詞：懸臂空心型材；分流組合模；成型加工；基準
小型空心鋁合金型材一般用舌型模擠壓較合適，然而舌型模的制造工藝和擠壓操作較復雜，尤其是復雜截面空心型材的模具，制造難度更大。考慮到所擠鋁合金的擠壓性能較好，便于擠壓操作等因素，把小型空心型材模具設計為平面分流組合模是一個好的嘗試，這樣會降低模具的制造難度。模具的型芯結構不同其平面分流組合模的制造工藝也不相同。模具設計更應考慮到制造工藝的可實施性，以利于提高模具制造質量。
1 型材截面結構分析
型材SSL-3是一個電器元件上使用的插件，結構如圖1所示。該型材形狀復雜，各部位壁厚差較大，最小壁厚為0.38 mm，最大處為2.74 mm；型材空心部位直徑為Φ3.2 mm，尺寸較小，在擠壓過程中，型芯在受到周圍不均勻的金屬流動的沖擊，變形勢必偏離原來的位置，而使不均勻的型材壁厚產生較大的尺寸偏差。因此，確保型芯強度以使其不產生位移，在設計中至關重要；型材實心部位有懸臂，其舌比為4，大于安全系數3。在擠壓時，由于懸臂處受正壓力較大，懸臂處根部受到較大的剪切力，使模具塌陷斷裂，此處不宜做實心模具設計，需設計為分流組合結構，以改善懸臂處受力狀況。
圖1 SSL-3型材截面
2 空心型材模具制造工藝分析
空心型材模具根據其型芯結構的不同，大致可分為三套制造工藝過程：配合加工、分體成型加工和配合成型加工。
（1）配合加工工藝。其上模型芯是按下模型孔配合定位，鉗工手工銼修成型的加工。這種方法適合加工型芯形狀規則且簡單的模具。生產效率高，加工精度一般，尤其適合方形型芯模具的加工。
（2）分體成型加工工藝。分別以上模、下模的模具中心為基準，用電火花成型加工型芯、用線切割加工型孔。加工中，下模中心需要加工一個不小于Φ8mm的工藝孔，如果型孔在模具中心處的尺寸小于工藝孔的直徑時，不宜采用此工藝方法。此工藝具有加工精度高，上、下模互換性好的特點，但生產效率低，適合型芯形狀不規則或曲面型芯的復雜型材模具的生產。
（3）配合成型加工工藝。把型芯規則的一個面或多個面與下模型孔配合加工好，作為型芯不規則面或曲面的加工基準，再用電火花成型加工型芯不規則面或曲面。該方法適合具有部分規則面的復雜型芯的模具加工。不需要加工工藝孔，尤其適合小型芯復雜型材或扁寬多孔型材模具的加工。
SSL-3型材模具型孔中心處小于Φ8mm，不適合分體成型加工，而空心部位又是圓形，型芯不宜用手工修銼成型，所以不能用配合加工工藝。該模具只能按適合配合成型加工工藝方法設計。
3 型材模具設計
根據型材截面結構特點和平面分流組合模具制造工藝可實施性分析，模具設計如下：
模具外形、流日、焊合室以及型孔尺寸均按普通分流組合模設計。按用戶要求設計外形為Φ150mm×105mm，上模厚度為55mm，型芯處厚度為80mm；下模厚度為50mm；導流口外圓為Φ90mm，且四流口均布；四個模橋寬度均為18mm；焊合室深度為16mm。型孔尺寸A按公式A＝A0＋0.01A0+M給出（A0為型材尺寸；0.01為6063合金的收縮系數；M為型材尺寸的正偏差）。型孔工作帶長度見圖2所示。
圖2 下模及型孔工作帶示意圖
模具懸臂處做一小芯與下模型孔研合，而不采用小型芯支承懸臂處結構，是為了使型芯有一個規則的加工基準面，為加工Φ3.2mm型芯提供加工基準。所以，其規則型芯長度為21mm，型芯上側3mm寬與型孔上面壓合，長度為15.8mm留有0.2mm間隙，在擠壓時模橋彈性變形后正與型孔上面研合，以防從研合縫隙中流進金屬。如圖3所示。
圖3 上模及型芯結構
因為Φ3.2mm的圓形型芯尺寸小，為了避免其受力不均勻時產生變形，增大型芯強度，盡量使型芯長度短些。不按常規分流模型芯設計，使型芯伸出型孔工作帶長度1mm，而是使型芯長度伸入型孔1mm～2mm。所以，圓型芯長度為18mm，其中Φ3.2mm的長度只有6mm，其余為錐形過渡，如圖3所示。
4 工藝實施
上模加工工藝流程：車削外圓、止口及型芯處→按胎鉆螺絲孔及銷釘孔→劃型芯及流口形狀線→排鉆流口→銑流口及型芯外形→熱處理→精車止口及端面→平磨上模平面→鉗工與下模配合銼修規則型面并配研合縫處→電火花成型加工圓形型芯及型芯間根部空刀→鉗工砂光并與下模裝配。
下模加工工藝流程：車削外圓、止口及焊合室處→按胎鉆螺絲孔及銷釘孔→劃型孔及焊合室形狀線→銑焊合室形狀→熱處理→精車止口及端面→平磨下模底平面→線切割型孔→電火花加工型孔空刀→鉗工砂光型孔工作帶并與上模裝配。
在上述工藝流程中，加工的關鍵是電火花成型加工圓形型芯，對這個過程作如下詳細說明：
（1）成型加工的電極如圖4所示。用8mm厚紫銅板做電極，不加工面要留有間隙1mm。電極外周邊加工粗糙度要達到Ra0.8μm以上，以使加工準確找正。
（2）電火花成型加工的基準是鉗工已加工好的型面，如圖4中所示位置，在電火花機床上用千分表找正使模具坐標系與機床坐標系重合，然后，用機床的微火花放電功能實現對中，使電極中心與模具中心重合后加工。
圖4 成型電極
（3）在DX45NC電火花成型機床上精加工型芯，要保證加工粗糙度Ra0.8μm以上，并使其放電加工過程穩定、電極損耗小、加工成型好。其主要的電規準是（檔位）：峰值電流Ip為5；脈沖寬度Ton為15；脈沖間隔Toff為1。
5 結束語
SSL-3模具經過設計與制作上的統籌安排，由于設計的合理，使制造工藝簡單易行，且有效地保證模具制造質量。模具在擠壓過程中克服了小型芯的變形，又改善了懸臂實心型材處的受力狀況，一次上機生產出合格的型材。開辟了小型復雜型材模具設計制造的新思路。
李 鵬，鄒 靜
（東北輕合金有限責任公司，黑龍江 哈爾濱150060）
摘要：分析小型腔懸臂空心型材分流組合模設計與制造特點，著重介紹其配合成型加工及型芯曲面電火花成型加工的工藝過程。
關鍵詞：懸臂空心型材；分流組合模；成型加工；基準
小型空心鋁合金型材一般用舌型模擠壓較合適，然而舌型模的制造工藝和擠壓操作較復雜，尤其是復雜截面空心型材的模具，制造難度更大。考慮到所擠鋁合金的擠壓性能較好，便于擠壓操作等因素，把小型空心型材模具設計為平面分流組合模是一個好的嘗試，這樣會降低模具的制造難度。模具的型芯結構不同其平面分流組合模的制造工藝也不相同。模具設計更應考慮到制造工藝的可實施性，以利于提高模具制造質量。
1 型材截面結構分析
型材SSL-3是一個電器元件上使用的插件，結構如圖1所示。該型材形狀復雜，各部位壁厚差較大，最小壁厚為0.38 mm，最大處為2.74 mm；型材空心部位直徑為Φ3.2 mm，尺寸較小，在擠壓過程中，型芯在受到周圍不均勻的金屬流動的沖擊，變形勢必偏離原來的位置，而使不均勻的型材壁厚產生較大的尺寸偏差。因此，確保型芯強度以使其不產生位移，在設計中至關重要；型材實心部位有懸臂，其舌比為4，大于安全系數3。在擠壓時，由于懸臂處受正壓力較大，懸臂處根部受到較大的剪切力，使模具塌陷斷裂，此處不宜做實心模具設計，需設計為分流組合結構，以改善懸臂處受力狀況。
圖1 SSL-3型材截面
2 空心型材模具制造工藝分析
空心型材模具根據其型芯結構的不同，大致可分為三套制造工藝過程：配合加工、分體成型加工和配合成型加工。
（1）配合加工工藝。其上模型芯是按下模型孔配合定位，鉗工手工銼修成型的加工。這種方法適合加工型芯形狀規則且簡單的模具。生產效率高，加工精度一般，尤其適合方形型芯模具的加工。
（2）分體成型加工工藝。分別以上模、下模的模具中心為基準，用電火花成型加工型芯、用線切割加工型孔。加工中，下模中心需要加工一個不小于Φ8mm的工藝孔，如果型孔在模具中心處的尺寸小于工藝孔的直徑時，不宜采用此工藝方法。此工藝具有加工精度高，上、下模互換性好的特點，但生產效率低，適合型芯形狀不規則或曲面型芯的復雜型材模具的生產。
（3）配合成型加工工藝。把型芯規則的一個面或多個面與下模型孔配合加工好，作為型芯不規則面或曲面的加工基準，再用電火花成型加工型芯不規則面或曲面。該方法適合具有部分規則面的復雜型芯的模具加工。不需要加工工藝孔，尤其適合小型芯復雜型材或扁寬多孔型材模具的加工。
SSL-3型材模具型孔中心處小于Φ8mm，不適合分體成型加工，而空心部位又是圓形，型芯不宜用手工修銼成型，所以不能用配合加工工藝。該模具只能按適合配合成型加工工藝方法設計。
3 型材模具設計
根據型材截面結構特點和平面分流組合模具制造工藝可實施性分析，模具設計如下：
模具外形、流日、焊合室以及型孔尺寸均按普通分流組合模設計。按用戶要求設計外形為Φ150mm×105mm，上模厚度為55mm，型芯處厚度為80mm；下模厚度為50mm；導流口外圓為Φ90mm，且四流口均布；四個模橋寬度均為18mm；焊合室深度為16mm。型孔尺寸A按公式A＝A0＋0.01A0+M給出（A0為型材尺寸；0.01為6063合金的收縮系數；M為型材尺寸的正偏差）。型孔工作帶長度見圖2所示。
圖2 下模及型孔工作帶示意圖
模具懸臂處做一小芯與下模型孔研合，而不采用小型芯支承懸臂處結構，是為了使型芯有一個規則的加工基準面，為加工Φ3.2mm型芯提供加工基準。所以，其規則型芯長度為21mm，型芯上側3mm寬與型孔上面壓合，長度為15.8mm留有0.2mm間隙，在擠壓時模橋彈性變形后正與型孔上面研合，以防從研合縫隙中流進金屬。如圖3所示。
圖3 上模及型芯結構
因為Φ3.2mm的圓形型芯尺寸小，為了避免其受力不均勻時產生變形，增大型芯強度，盡量使型芯長度短些。不按常規分流模型芯設計，使型芯伸出型孔工作帶長度1mm，而是使型芯長度伸入型孔1mm～2mm。所以，圓型芯長度為18mm，其中Φ3.2mm的長度只有6mm，其余為錐形過渡，如圖3所示。
4 工藝實施
上模加工工藝流程：車削外圓、止口及型芯處→按胎鉆螺絲孔及銷釘孔→劃型芯及流口形狀線→排鉆流口→銑流口及型芯外形→熱處理→精車止口及端面→平磨上模平面→鉗工與下模配合銼修規則型面并配研合縫處→電火花成型加工圓形型芯及型芯間根部空刀→鉗工砂光并與下模裝配。
下模加工工藝流程：車削外圓、止口及焊合室處→按胎鉆螺絲孔及銷釘孔→劃型孔及焊合室形狀線→銑焊合室形狀→熱處理→精車止口及端面→平磨下模底平面→線切割型孔→電火花加工型孔空刀→鉗工砂光型孔工作帶并與上模裝配。
在上述工藝流程中，加工的關鍵是電火花成型加工圓形型芯，對這個過程作如下詳細說明：
（1）成型加工的電極如圖4所示。用8mm厚紫銅板做電極，不加工面要留有間隙1mm。電極外周邊加工粗糙度要達到Ra0.8μm以上，以使加工準確找正。
（2）電火花成型加工的基準是鉗工已加工好的型面，如圖4中所示位置，在電火花機床上用千分表找正使模具坐標系與機床坐標系重合，然后，用機床的微火花放電功能實現對中，使電極中心與模具中心重合后加工。
圖4 成型電極
（3）在DX45NC電火花成型機床上精加工型芯，要保證加工粗糙度Ra0.8μm以上，并使其放電加工過程穩定、電極損耗小、加工成型好。其主要的電規準是（檔位）：峰值電流Ip為5；脈沖寬度Ton為15；脈沖間隔Toff為1。
5 結束語
SSL-3模具經過設計與制作上的統籌安排，由于設計的合理，使制造工藝簡單易行，且有效地保證模具制造質量。模具在擠壓過程中克服了小型芯的變形，又改善了懸臂實心型材處的受力狀況，一次上機生產出合格的型材。開辟了小型復雜型材模具設計制造的新思路。
責任編輯：CNMN
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