CN103599955B - 一种针对合金状态为6061ft6的大型扁宽薄壁型材的模具结构 - Google Patents
一种针对合金状态为6061ft6的大型扁宽薄壁型材的模具结构 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开一种针对合金状态为6061FT6的大型扁宽薄壁型材的模具结构，模具采用上模和下模构成，所述上模中部设置两座吊桥，形成三个分流孔，分流孔的布置与型材形状几何相似，所述两侧的分流孔向外成两级宽展，两级宽展的角度分别为25°、5°，所述下模的焊合室深度为40mm；模具的材料选用优质4Cr5MoSiV1热作模，模具经过高温淬火，回火，使模具硬度值到达48～49HRC，采用二阶段气体氮化工艺处理，确保模具表面硬度值在HV950‑1150，氮化层厚度100～160μm。本发明的模具结构简单、合理，采用上模和下模构成的分段宽展、分流组合模，保证了在加工型材时焊合的质量，提高了扁宽薄壁型材的质量，延时了模具的使用寿命，降低了该型材的生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种结构型材的加工模具及加工工艺，具体涉及一种针对合金状态为6061FT6的大型扁宽薄壁型材的模具结构。
背景技术
绿色建筑铝合金结构挤压型材品种多达百余种，而且规格范围广，现有绿色建筑用铝合金结构型材直接作为零部件来与相关件配合使用的，绿色建筑铝合金结构挤压型材包括各种异形型材如空心型材、实心型材和半空心型材以及各种特殊棒材；扁宽薄壁型材属于宽厚比大于100的高难度实心型材，以WYY1237型材为例如图1所示，该扁宽薄壁型材的设计要求和难度如下：
(1)WYY1237型材的合金状态为6061FT6，挤压材需经精密水、雾、气淬火和人工时效制成，要求型材的尺寸与形位精度达到超高精级水平，并具有良好的力学性能、耐磨、耐蚀、可焊等综合性能的合理匹配，但现有模具不能达到如此效果。
(2)WYY1237型材属于扁宽薄壁型材，其特点是容易发生严重的壁厚差和平面间隙，型材两端面因充料不足而壁厚尺寸不够，WYY1237型材的宽、厚比值高达而现有的平面模达不到挤压此类型材技术要求的。
(3)WYY1237型材外廓尺寸大，必须在7000吨以上的大型挤压机生产，挤压筒直径为φ418mm，型材宽度几乎与挤压筒直径相等，现有模具无法保证型材成形及宽度精度与平面间隙，不能实现批量化生产。
(4)WYY1237型材的两个支承腿与壁板角度为形位公差值已高于GB/T6892-2006高精级规定，为了确保模板顺利装卸和整体的平直度，需要反复计算与平衡金属流量的分配才能保证角度精度，从而增加了模具的设计制造难度。
发明内容
本发明的目的之一是为了克服现有技术中模具不能批量宽厚比大于100以上的高难度型材的不足，提供一种针对合金状态为6061FT6的大型扁宽薄壁型材的模具结构，该模具能实现型材的大批量生产，生产成本低，且能够提高扁宽薄壁型材的质量。
本发明的目的之二是为了提供一种针对合金状态为6061FT6的大型扁宽薄壁型材的模具制造方法，该制造方法能够高效的生产出高强度、高韧性、高精度和表面粗糙度抵的优质扁宽薄壁型材模具，而且能够提高模具的使用寿命。
本发明的目的之一可以通过以下技术方案实现：
一种针对合金状态为6061FT6的大型扁宽薄壁型材的模具结构，其特征在于：模具采用分段宽展、分流组合模，所述宽展、分流组合模由上模和下模构成，所述上模中部设置两座吊桥，吊桥的宽度7mm，形成三个分流孔，分流孔的布置与型材形状几何相似，金属流经分流孔的过程中逐渐由圆形铸锭变成与型材形状相似的金属流，合理控制金属分配和调节金属流速；所述两侧的分流孔向外成两级宽展，两级宽展的角度分别为25°、5°，两侧的宽展量分别为40mm，以增大模孔处的金属流量和压力，便于填充；所述下模的焊合室深度为40mm，从而使流动金属在焊合室内具有足够高的静水压力。
本发明的目的之一还可以通过以下技术方案实现：
本发明的进一步方案：所述下模的模孔前端设置金属导流导槽，金属导流导槽上设有金属引流导套，按型材形状进行第一次金属分配，提高型材的成形效果。
本发明的进一步方案：所述下模还设有四个桥墩，每两个桥墩构成一组桥墩，每组桥墩支撑上模的一座吊桥，以平衡金属流量和提高模具的整体强度。
本发明的进一步方案：所述上模的分流孔的分流比K分＝13。
本发明的进一步方案：所述上模的金属入面处下沉20mm，可均衡金属流动并降低挤压力。
本发明的进一步方案：所述焊合室采用异性形状。
本发明的目的之二可以通过以下技术方案实现：
一种针对合金状态为6061FT6的大型扁宽薄壁型材的模具制造方法，其特征在于：
模具的材料选用4Cr5MoSiV1热作模具钢；
模具的坯料制作：将模块采用电渣重熔钢坯，依次经过锻造、退火，得到硬度达到HB229的模块；
模具的设计制造：采用CAD/CAM/CAE全自动加工方法，通过建立三维模型确保模具的各参数，设计出大型扁宽薄壁型材的模具结构；
模具的热处理：模具经过1035℃高温淬火，然后经过2次回火，使模具硬度值到达48～49HRC；
模具表面强化处理：采用二阶段气体氮化工艺处理，确保模具表面硬度值在HV950-1150，氮化层厚度100～160μm，提高模具使用寿命。
本发明的进一步方案：所述模具的设计制造，遵循铝合金挤压时金属流动规律，合理分配金属量和控制流速，尽量减少挤压阻力和平衡流速。
本发明的进一步方案：所述模具热处理经1035℃高温淬火。
本发明的有益效果：
1、本发明的模具结构简单、合理，采用上模和下模构成的分段宽展、分流组合模，上模中部设置两座吊桥，两座吊桥分成三个分流孔，使普通宽展模变成了分流宽展模，分流孔布置与型材形状相似，金属流经宽展分流孔的过程中逐渐由圆形铸锭变成与型材形状相似的金属流，合理控制了金属分配和与调节了金属流速；两侧的分流孔向外成两级宽展，通过两级宽展增大了两端模孔处的金属流量和压力，便于填充；下模的焊合室深度为40mm，从而使流动金属在焊合室内具有足够高的静水压力，保证了在加工型材时焊合的质量。该模具提高了扁宽薄壁型材的质量，降低了该型材的生产成本。
2、对应模具的强度而言，本发明通过下模上设置四个桥墩用于支撑上模的吊桥以平衡金属流量；将金属入料面下沉20mm，使金属流经路线减短，从而降低了挤压力，提高模具的整体强度，使模具的使用寿命提高到2-3倍，实现了扁宽薄壁型材的批量生产。
3、本发明通过在下模的模孔前端设置金属导流导槽，金属导流导槽上设有金属引流导套，按型材形状进入第一级宽展分流孔进行金属分配，然后进入第二级宽展分流孔进行第二次金属分配，提高型材的成形效果。
4、本发明模具的制造加工方法，由于选用了优质模具材料，设计特殊结构的模具、制造工艺合理、热处理和表面处理先进，不仅保证了产品的成形和尺寸、形位精度与表面质量及焊合质量，提高了模具表面硬度值，从而使模具的使用寿命提高。
5、该扁宽薄壁型材的模具经2次试模就合格，每次修模量都较小，降低挤压生产过程的辅助时间。采用该模具生产的产品具有良好的力学性能、耐磨、耐蚀、可焊的扁宽薄壁型材，尺寸精度和形位精度更稳定，产品的组织和性能更好，保证了该型材成形及整体宽度精度与平面间隙及支承腿与壁板角度的角度精确度，能满足绿色建筑结构材的产业化、大批量生产的要求。
附图说明
图1是一种针对合金状态为6061FT6的大型扁宽薄壁型材的结构示意图。
图2是本发明具体实施例1中上模的结构示意图。
图3是图2中B-B的剖视图。
图4是本发明具体实施例1中下模的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
具体实施例1：
如图2、图3和图4所示的一种针对合金状态为6061FT6的大型扁宽薄壁型材的模具结构，模具采用分段宽展、分流组合模，所述宽展、分流组合模由上模1和下模2构成，所述上模1中部设有两座吊桥1-1，吊桥1-1的宽度7mm，所述吊桥1-1是现有模具领域中分流用的分流桥，形成三个分流孔1-2，上模的分流孔1-2的分流比K分＝13，分流孔1-2的布置与型材形状几何相似，金属流经分流孔1-2的过程中逐渐由圆形铸锭变成与型材形状相似的金属流，合理控制了金属分配和调节了金属流速。两侧的分流孔1-1向外成两级宽展，两级宽展的角度分别为25°、5°，两侧的宽展量分别为40mm，以增大模孔2-2处的金属流量和压力，便于填充。所述上模1的两吊桥1-1处的金属入料面1-3处下沉20mm，可均衡金属流动并降低挤压力。
所述下模2的焊合室2-3深度为40mm，所述焊合室2-3采用异性形状，从而使流动金属在焊合室2-3内具有足够高的静水压力。所述下模2的模孔2-2前端设置金属导流导槽，所述金属导流导槽上设有金属引流导套2-1，按型材形状进行第一次金属分配，提高型材的成形效果。下模2还设有四个桥墩，每两个桥墩构成一组桥墩，每组桥墩支撑上模1的一座吊桥1-1，以平衡金属流量和提高模具的整体强度。该上模1和下模2还具有现有上模和下模的其他基本结构特征，因与现有技术相同故在此省略。
一种针对合金状态为6061FT6的大型扁宽薄壁型材的模具制造方法，
模具的材料选用优质4Cr5MoSiV1热作模具钢；
模具的坯料制作：将模块采用电渣重熔钢坯，依次经过锻造、退火，得到硬度达到HB229的模块；
模具的设计制造：在设计制造挤压模时，一定要严格遵循铝合金挤压时金属流动规律，设计特种结构模具合理分配金属量和控制流速，尽量减少挤压阻力和平衡流速；采用CAD/CAM/CAE全自动加工方法实现全自动化生产，通过建立三维模型确保模具的各参数，设计出大型扁宽薄壁型材的模具结构；采用国内外最先进的模具加工设备，数控车床、数控铣床、CNC加工中心、数控电火花机床、数控雕铣机、低速线切割机等现代化机床，在模具制作的全过程中已实现CAD/CAM/CAE全自动加工,可确保模具加工质量；
模具的热处理：模具经过1035℃高温淬火，然后经过2次回火，使模具硬度值到达48～49HRC；
模具表面强化处理：采用二阶段气体氮化工艺处理，确保模具表面硬度值在HV950-1150，氮化层厚度100～160μm，提高模具使用寿命。
本模具加工方法中还包括现有模具加工的其他基本步骤，因现有模具加工的步骤属于现有技术，故在此省略。
该模具用于制造WY1237大型扁宽薄壁型材，该型材具有三处不同的壁厚，分别表示为型材壁厚1、型材壁厚2、型材壁厚3，该模具的挤压比λ、金属变程度ε、金属分流比K分、焊合室深度h焊等每一个设计参数值都经过严格的计算，取值都符合铝合金挤压扁宽薄壁材的技术要求，以此，保证挤压产品的质量。
该WY1237扁宽薄壁型材的模具设计依据参数如表1所示该模具设计方案参数如表2，该模具尺寸及技术要求如表3所示，制成的模具成品参数如表4所示，该模具经两次试模后的检测统计如表5所示。
由于WY1237扁宽薄壁型材的模具选用了优质4Cr5MoSiV1热作模具钢为材料，并实施了先进的热处理制度，经过高温淬火和2次回火使模具硬度值到达48～49HRC，对模具表面进行强化处理，提高了模具表面硬度值；全过程都采用CAD/CAM/CAE全自动生产，通过采用全自动加工方法，提高了模具的加工精度，保证了挤压产品的力学性能。每套模具都具有很高的制造质量，型材挤压厂严格遵循模具使用制度，因此，该模具试模2次就合格，修模量比较小，使用寿命比较高，达到了项目提高2-3倍的目标。
采用本发明的模具加工WY1237扁宽薄壁型材模具的工作原理：采用φ418mm挤压筒，在挤压筒的挤压力的作用下，圆铸锭通过分流孔的分流、宽展，逐渐变成与扁宽薄壁型材的形状相似，焊合室的外接圆直径达到410mm,焊合室深度取40mm，足以使流动金属在焊合室形成高的静水压力，保证管材的焊合质量。金属入面处下沉20mm既保证了力学性能又能提高焊合质量，宽展模孔前面设置金属导流导槽，按型材形状进行第一次金属分配，提高生产效率和产品成品率，降低了生产成本。
表1：WY1237型材的模具设计依据参数
表2：WYY1237型材的模具设计方案参数
表3：WYY1237型材的模具设计尺寸及技术要求
表4：WYY1237型材的模具成品模检测记录
表5：WYY1237型材的模具经第1、2次试模后的型材尺寸检测记录
具体实施例2：
本实施例的特点是：模具的制造方法中，所述模具经过1000℃高温淬火，其他特点与具体实施例1相同。
具体实施例3：
本实施例的特点是：模具的制造方法中，所述模具经过1035℃高温淬火，其他特点与具体实施例1相同。
Claims (2)
1.一种针对合金状态为6061FT6的大型扁宽薄壁型材的模具结构，其特征在于：所述模具采用分段宽展、分流组合模，所述宽展、分流组合模由上模(1)和下模(2)构成，所述上模(1)中部设置两座吊桥(1-1)，吊桥(1-1)的宽度7mm，分成三个分流孔(1-2)，分流孔(1-2)的布置与型材形状几何相似，金属流经分流孔(1-2)的过程中逐渐由圆形铸锭变成与型材形状相似的金属流，合理控制金属分配和调节金属流速；所述分流孔(1-1)向外成两级宽展，两级宽展的角度分别为25°、5°，两侧的宽展量分别为40mm，以增大模孔(2-2)处的金属流量和压力，便于填充；所述下模(2)的焊合室(2-3)深度为40mm，从而使流动金属在焊合室(2-3)内具有足够高的静水压力，所述下模(2)的模孔(2-2)前端设置金属导流导槽，所述金属导流导槽上设有金属引流导套(2-1)，按型材形状进行第一次金属分配，提高型材的成形效果，所述下模(2)还设有四个桥墩，每两个桥墩构成一组桥墩，每组桥墩支撑上模(1)的一座吊桥(1-1)，以平衡金属流量和提高模具的整体强度，所述上模(1)的分流孔(1-2)的分流比K分＝13，所述上模(1)的金属入料面(1-3)处下沉20mm，可均衡金属流动并降低挤压力。
2.根据权利要求1所述的一种针对合金状态为6061FT6的大型扁宽薄壁型材的模具结构，其特征在于：所述焊合室(2-3)采用异性形状。
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