铝合金挤压成形模具技术及探究范文

摘要：挤压成形模具涉及到多样化的流程与步骤，而模具技术应融入型材表面处理、材质选择以及机械加工的全过程，以确保其符合最根本的加工精度。目前，与模具挤压成形有关的各类技术举措正处在改进中，一些新的技术运用于模具的设计与制造中。本文针对挤压模具的类型和模具设计的技术应用及其发展前景等方面，对挤压模具进行描述。

关键词：铝合金；挤压成形；模具技术

当前现有的各种类型建材中，铝合金体现出独特的建材优势。因为铝合金不仅能够耐腐蚀，还能呈现美观的外形以及优良的导热性。铝及铝合金型材的生产方法可分为挤压和轧制两大类，由于品种规格繁多，断面形状复杂，尺寸和表面要求严格，绝大多数铝合金型材采用挤压的方法。通过运用挤压成形的手段与措施，对模具进行设计与优化，确保其能够符合施工要求。模具直接影响着铝合金型材的挤压成形效果，本文针对模具类型、技术应用及其发展前景等方面进行探讨[1]。

1热挤压成形模具的基本特征及其类型

通常来讲，挤压模具有多种类型，其中涉及到多样化的模具组件。热挤压模具可大致分为平模、组合模具（空心模）等几大类。在挤压铝合金基材时，应当用到模具、模套、模具垫、模具支撑，专用支撑等以及挤压机出口为控制挤出复杂断面型材放置的工装（导路）等。从基材断面形态来看，不同类型的挤压模具应当包含各异的断面形态以及不同的结构[2]，例如热挤压平模应具备与复杂断面形状相近的导料板；空心模具应当具备与断面相适应的分流孔、焊合区和成型区。具体来讲，挤压成形模具应当具备如下特性。（1）挤压模具运用的材质。铝型材热挤压是对放入挤压筒内加热到一定温度的金属坯料，通过挤压杆施加外力，使之从特定的模孔中流出，获得所需断面形状和尺寸的一种塑性加工方法。铝合金模具是否具备优良的质地，较大程度决定着其能够使用的寿命。探究其中根源，不同材质的挤压合金在挤压过程中表现为差异性的力学特性以及物理特性；不同断面或材质的铝合金型材与之相应的工艺条件也不尽相同，甚至差异较大。例如：针对热挤压模具需要将其限定于相对较高的局部挤压温度以及较高压力的状态下，对此有必要选择韧性以及强度都很好的模具材质。从现状来看，某些传统钢种相比来讲更加适用于压铸模具，例如高速钢、硬质合金以及低合金的工具钢。与压铸相比，热挤压模具应当保障其具备优良的耐磨性与热刚强度。研究发现，含碳量为0.4%或更低的合金钢能够显著提高其使用性能，其中典型为高温合金以及奥氏体合金钢[3]。（2）基本的设计流程。热挤压技术作为一种较为先进的成形工艺，它是铸造与模锻结合的产物，且综合了铸锻两者的优势，制件的力学性能可以接近相同合金锻件的水平，表面质量要高于相同合金锻件水平。金属坯料通过在模具中不断产生塑性变形最终成形[4]。如果选择铝合金来实现特定类型的铝制品制作，则有必要关注结构参数、型材断面形态、外形尺寸以及其他多样化的要素，然后遵照标准化的流程来配置生产工艺。针对模具参数在能够确定的前提下，合理实现模具孔的优化布置并且计算其中的尺寸。模具挤压操作会涉及到相对恶劣的外在条件，因此尤其需要关注整体性的模具强度。具体在着手设计时，关键还需落实于工作带的形态、挤压筒直径、外在作用力、挤压机结构以及型材等要素。在必要时，针对金属的流动速度也要予以适当调控，确保最根本的模具整体强度。例如：某些模具或者型材断面如果超出挤压机所适合的外接圆范围，将会干扰到后续的型材加工。因此，在开展多样化的模具设计时，尤其需要算出断面强度并且确定与之相适应的挤压力，据此才能调整现有的模孔以及模具整体架构。

2具体的技术运用

实质上，加工成形模具的整个流程都体现为复杂性，因为其包含了多场耦合以及塑性变形，尤其是针对金属挤压而言。从挤压加工视角来看，挤压铝合金及其后续的加工流程都体现为非线性的表征，挤压铝合金很可能将会包含塑性变形、高压与高温等多样化的流程。因此，上述问题很可能将会延长整个加工流程。由此，挤压成形模具需要针对其使用特性的要求加以改进，具体来讲，挤压成形模具应当包含如下关键性的要点。（1）运用软件实现建模。受到非线性要素带来的影响，如果单纯凭借实验那么将会很难予以定量化的处理，因此只有凭借软件模拟才能予以更为精确的优化建模。因为整个建模流程都不能欠缺软件为其提供根本性的保障，相比来看软件建模体现为更高层次的精准度。针对当前现有的建模方案应当予以反复性的查证，其中涉及多样化的参数调整，例如近些年以来，技术人员已经能够凭借有限元软件来完成特定流程的定量处理[5]。除此以外，有限元软件通常还能针对挤压铝合金整个过程涉及到的应变场、温度场、位移场以及应力场等。通过运用全方位的仿真分析，能够给出特定的仿真数值用来开展后期的模拟。与传统方式相比，软件建模更加有助于模仿多样化的因素，其中典型的应当为金属流动规律，此外还包含力场分布、变形体分布以及成形过程的全面监控。针对特定类型的微结构缺陷以及晶粒流动状态都应当致力于给出精确结论，然后据此修正当前现有的设计工艺。因此，上述模拟方式有助于取代调试与试模等相关操作，针对整体上的设计周期予以全面缩短，避免某些潜在性的挤压成形缺陷[6]。（2）开展仿真模拟。有限元系统本身包含了复杂度较高的系统构架，近些年来，典型性的软件包含ANSYS以及FEM等多样化的具体格式，针对多样化的模具成形流程都要选择相适应的模拟算法。例如：如果选择网格划分的流程来实现算法模拟，那么很可能面对复杂度较高的网格划分，对此适用于特定的通用软件。再如：针对有限元分析如果将其适用于规模较小的铝型材制造，那么还需兼顾其中的网格畸变，这是因为网格本身具备相对较弱的重划功能。（3）其他技术要素。模具挤压以及模具成形的相关操作都不能缺少针对细节的限定，因为某些模具一旦超出了最大限度的误差，则会表现为过大偏差的现象，因而无法将其适用于多样化的型材加工。从现状来看，技术人员已经能够凭借有限元软件来模拟某些规模较大的型材挤压以及其他相关操作，典型就是FVM的模拟软件。但是截至目前，针对体积仿真的相关操作仅仅能够适用于单一化的仿真格式，针对特定时间段的稳态变化无法予以全方位的监管。此外，模拟仿真的手段也并不适用于流体焊接以及分流成形等操作，因而针对其精确度以及其中的传递算法仍然有待改进[7]。

3未来的技术进展趋向

进入新时期后，型材加工涉及到的有关技术措施正在不断改进，挤压成形的操作方式因此也更多适用于当前现有的交通领域、建筑施工领域、能源领域以及其他领域，上述领域针对铝合金模具表现为相对更高层次的整体需求。目前国内卡车以及轻型车使用铝合金挤压型材较少，主要为车身挡板等。随着电动汽车的普及和能源环保的要求，车身轻质化势在必行，铝合金材料前景非常广阔，目前很多新能源汽车采用了铝合金水冷电机壳、铝合金散热器等铝合金挤压型材深加工制品。在全面优化现有工艺的前提下，针对尖端性的宇航领域以及通讯电子领域应当也能适用上述的加工成形模式。未来在实践中，复合式的模具加工还将会受到更多技术人员的关注。具体来讲，复合模具加工指的是密切结合超声波、电加工以及机械加工，在上述加工方式相互融合的前提下突显独有的加工优势。在优化上述工艺流程的同时，应当能体现为更高层次的综合性加工实效。通常来讲，技术人员可以预先对热挤压模具进行氮化处理，提高模具工作带强度。在对挤压模具进行氮化的前提下，进入后期的模具抛光操作，确保型材的表面质量[8]。通过使用热挤压模拟及其他技术手段，对于整个变形体现出的金属流动以及力场分布就能予以精确揭示。此外，技术人员还可以凭借CAM、CAE以及CAD相互融合的技术举措来优化现阶段的虚拟设计，确保其能够更多适用于当前的新型模具研发，进而优化了模具具备的综合性能。

4结束语

挤压成形技术正在广泛适用于多样化的型材加工，其中典型为制造与加工铝合金。挤压成形模具涉及到多样化的流程与步骤，而模具技术应融入型材表面处理、材质选择以及机械加工的全过程，以确保其符合最根本的加工精度。截至目前，与模具挤压成形有关的各类技术举正在逐步改进，然而实质上仍然欠缺完善性。未来的实践中还需进行摸索，因地制宜的使用多样化的模具技术，进而全面优化模具技术适用于铝合金加工的实效性。

参考文献：

[1]曾文浩,魏刚,邓小亮,等.焊合角和焊合室深度对复杂悬臂空心铝型材挤压成形质量的影响[J/OL].锻压技术,2017(6):92-100.

[2]周志明,杨波,袁林,等.双锥形铝合金挤压件成形工艺及数值模拟[J/OL].热加工工艺,2017(21):94-97.

[3]王宇鑫,张瑜,杨颖,等.铝合金挤压成形模具技术及研究进展[J].金属功能材料,2011,18(4):77-80.

[4]罗超,李大永,周飞,等.基于知识的铝型材挤压模具集成设计系统[J].上海交通大学学报,2013(12):1866-1869.

[5]高军,赵国群,李丽华.铝合金型材挤压技术现状与发展趋势[J].汽车工艺与材料,2012(6):21-24.

[6]熊守美,苏仕方.镁合金成形技术研究进展[J].铸造,2015(1):20-23.

[7]刘兆刚,王维一,谢垚,等.铍铝合金挤压成形技术研究[J].湖南有色金属,2015,31(2):49-53.

[8]李艳萍,张治民,武月英.套筒类7A04铝合金挤压成形金属流动规律研究[J].热加工工艺,2017(5):56-58.

作者：贾林 单位：（中色（天津）特种材料有限公司