大型铝合金型材的挤压模具设计、制作及试模与修理

大型铝合金型材的挤压模具设计、制作及试模与修理

谭炽东 1 曾杰 1 邵莲芬 2

（1-兴顺精密模具有限公司 佛山 528061

2-广东豪美铝业有限公司 清远 518540)

内容摘要：本文在介绍了大型铝合金型材的特点之后，着重讨论各种大型材
的模具结构、尺寸设计以及模具制造与试模修理等方面的关键问题。根据生产实
践并结合作者本人长期生产经验与研究成果，分析了几种典型复杂铝合金型材模
具的设计和试生产情况，有较好的实用价值。

关键词：大型铝合金型材、模具设计、制造与修理、分流孔、导流槽、阻流
块

随着现代化经济的高速发展，铝合金型材正向着大型化、薄壁扁宽化、尺寸
高精度化、形状复杂化的方向发展。由于铝型材本身具备诸多优点，它的应用范
围已拓展到航空航天、交通运输、机械制造和电子电力等各个部门。也由于大型
型材可带来巨大的经济和社会效益，各大铝业公司都争先恐后地购进大型挤压机
和加大资金投人生产大型铝合金型材。

大型铝合金挤压型材的特点

界定大型型材一般是根据它的外形尺寸或断面积大小：(1）型材的宽度或外
接圆直径大于250mm；(2）型材的断面积大于 20cm2；(3）型材交货长度大于10m 。
诸如薄壁扁宽且宽厚比W=L/t.
2B1B＞130 的型材，见图1-a ；多孔中空复杂断面型材，
见图 1-b ; 加强筋高度H＞80mm的中空型材，见图1-C ；壁厚差较大、中空带实
心的大断面型材，见图1-d ；空心部分位于型材边缘的型材，见图1-e 等。类
似这些典型型材的模具模腔形状和相关尺寸都相当繁杂，挤压时的温度场、速度
场和应力应变场难于控制，所以模具的设计、制作和维修都具有一定的难度。



典型大型材的模具设计及举例

2.1薄壁扁宽型材（图1-a）的模具设计
2.1.1图 1-a型材的工艺特点
①该型材宽厚比较大：W=360/2.4=160；
②薄壁 t0=2.4mm常规条件下的薄壁扁宽型材，当宽度为 360mm时，壁厚 t0
一般不小于2.8mm。
③该型材材料为 6063合金，选用 36MN挤压机，在 .330mm挤压筒上生产，
其挤压比λ=83。
2.1.2 画 1-a型材的模具设计方案，见图2。


2.1.3 本例模子设计方案的特点
① 本例型材采用分流焊合挤压法生产。在型材模子的前面加一个分流宽展
模（3孔两桥），将金属分成3 股金属流，然后在分流宽展模的桥下与型材模前
面的导流槽组成的上下焊合室内重新焊合。特点是金属得到合理分配、可均衡金
属流动的不均匀性，由于两个桥的存在，模子强度较好、同时也达到宽展的目的。
采用分流焊合挤压法生产扁宽型材，模孔处金属流动的均匀性比导流板平模挤压
法为好

。
② 分流宽展模的各要素设计。为改善金属焊合质量，分流孔的大小及分布、
分流比 K与的取值、焊合室的深度 h、宽展角β，都应与一般分流模的设计相
分焊

同。不同之处是分流桥设计窄而短（宽23mm，高 50 mm) ，这可大大降低挤压力。

③ 模孔壁厚尺寸t=2.4+0.2=2.6mm（即名义尺寸＋上偏差），模孔制作精
度为0～0.05mm。
2.1.4 上机试模使用效果
模子上机试生产，型材成形较好，由于两个桥的作用，模孔未出现大的弹性
变形量，挤压出的制品也无大的波浪、弯曲、扭拧等缺陷，只有轻微的平面间隙。
经辊压矫形后平面间隙即合乎技术标准。

2.2 多孔复杂断面空心型材的模子设计（见图 1-b )
2.2.1 图1-b 型材的特点
① 本例型材有大小不等、形状各异的9 个孔；
② 型材有8 条斜形加强筋，筋条的壁厚（2.4mm）小于周边壁厚（2.7 mm ) ，
斜筋处的模孔金属流动阻力较大、难以填充均匀；


③（型材的外接圆较大（.36 mm) ，且整体断面较复杂。

2.2.2 图1-b 型材模子设计方案，见图 3
2.2.3 本例型材的模子设计特点
①分流孔布置及大小的确定
1）根据型材外形特征，10个分流孔与型材成几何相似性布置；
2）分流孔的大小根据两个原则确定：一是金属填充对应模孔所需金属量的
多少，但尽量保证各部分的分流比 K值基本相等（或者型材断面积稍大部分的
分

K值略低于其它部分的 K值），以便于金属均衡流动；二是金属进人各个分流

分分

孔的阻力不宜相差太大，即各个分流孔面积之间不能相差太大。

②焊合室深度 h选择的主要原则：一是要保证焊缝质量及模孔斜筋厚度的
焊

均匀填充；二是要保证芯头的强度和稳定性，所以，焊合室深度要选择合适。因
为本例型材外接圆较大（φ436mm) ，需在80MN 挤压机上采用φ500mm挤压筒、
φ900mm的模子生产，所以焊合室深度选择 h=400mm。

焊

③焊合室的断面形状：下模焊合室内沿各桥墩划线加工成梯形，形成二级焊
合室，以增加金属的焊合强度。
2.2.4 上机试模使用效果
① 本型材模具是从国外购进，由于模具的材料选择及设计、制作都很到位，
所以模子上机挤压出的制品合格率很高。
② 众所周知，任何一个好的作品都是由各个环节努力合作的产物。挤压技
术本是一项集体作业，特别是对一个外形形状较复杂的中空型材的生产，单凭好
的模子还不够，还特别需要合理的挤压工艺和有经验的操作技工配合，本例型材


的合金状态为6005AT6，制品流出模孔后需经喷水雾冷却固溶，由于型材多孔且
壁厚不等，冷却速度出现不同步，容易出现变形。由于挤压技工根据

制品的出料
情况及时调节水阀和风阀的压力，使制品冷却速度均衡，减小制品各部位的冷却
速度差，避免了制品弯曲、波浪等缺陷的产生。

2.3 多孔、高加强筋型材的模子设计（图 1-C )
2.3.1 图1-C 型材的特点
① 本例型材属扁形、中孔较大的空心型材，长308mm，高 88 mm，内有3 条
高80 mm，厚 3.5 mm的加强筋，制品筋条的中心部位会产生尺寸偏小现象；
② 型材为 6061合金，该合金的可挤压性是 6063合金的60 ％左右，成形
难度较大。
2.3.2 图1-c 型材模子设计方案，见图4。
2.3.3 图2-c 模子设计特点
① 分流孔的布置。由于本例型材基本以X 、Y 轴成对称形，所以分流孔的
布置也以X、Y 轴为对称形；由于该型材属外形尺寸较大的扁宽形状（宽＝308mm、
高87mm) ，两端头的分流孔的宽展角β＝18.4°，宽展率35 ％。
② 为使3 条高 80×3.5mm的加强筋的模孔有足够的金属填充，从模子的中
心部位开3 个阶梯分流孔，金属可直接进人导流孔，引流孔尺寸的确定原则是：
在保证模子芯头强度及稳定性的前提下，导流孔的面积尽可能大一些；另外，导
流槽的尺寸、角度要合适，过渡部位要圆滑。
③ 为使焊合室内流动金属有足够大的静水压力，焊合室的深度h 焊取
33mm，并加工成梯形，进一步增强其焊合质量。
④ 模孔尺寸的确定：由于该型材属外形尺寸较大的扁宽形状，宽向收缩较
大，因此其宽向收缩系数取值要大于1 % ，高向收缩系数值取1 ％。


2.3.4 上机试模使用效果
① 第一次试模是使用 6063合金挤压，出料很好。
② 第二次试模用 6061合金发现中间3 条加强筋尺寸偏小，而且加强筋出
现撕裂现象，分析原因后将中心部位分流孔的第二阶层由原来的深 50mm改为深
70mm；模芯的导流孔由原来的高 10×10 mm改为20×l6 mm，使金属填充充足；
导流孔两端头的导流槽加宽、过度区打磨圆滑，使金属很顺利的流人导流孔。
③ 第三次上机试压，发现制品尺寸仍偏小，于是再从设计图纸上寻找原因。
经计算，发现分流比 .
4B3BK分＝9.8 ，偏小。分流比过小会引起制品尺寸偏小，必须
加大各个分流孔尺寸，使分流比（K分＝15.2）足够大。然后再上机试模，制品尺
寸精度合乎图纸设计要求。
大型铝合金挤压模的加工制作

就质量而言，铝型材挤压模具需达到三高一低，即高的热处理硬度值和高的
表面硬度值、高的尺寸精度、高的强度和低的表面粗糙度。

模具的制作主要由机械加工、电加工成型；经热处理提高模子整个基体的硬
度；再经过钳工研磨、抛光后组装完成。一套模具要经过十几道工序，多个优秀
技工的精雕细啄才能做成。以下

，阐明一下模具加工的要点。

3.1 模具的热处理工序
① 好的模具钢是决定模子使用寿命的主要因素，而热处理将是模具制作中
的关键工序。铝合金挤压模多采用H13 钢，因为这种钢材具有高的抗回火能力和
高温使用的稳定性。模具热处理是高温淬火“+”多次回火的过程。大型材模子
的热处理硬度应稍低于中、小型模子的硬度（＞.450mm的模子硬度达到HRC46.
5B～
50即可），对大型材模具来说，淬火的高温温度保温时间不可太长（一般按0.5～
0.7 分/mm计算），时间长了容易产生过热，晶粒粗大，降低模子强度。回火保
温时间需适当加长（一般按2 分/mm) ，可使组织充分稳定并提高其韧性，成品
模具应增加一道去应力回火工序，消除电加工、机加工产生的应力。
② 大型模具在热处理前需经手工打磨由机加工产生的棱角，使各过渡部位
圆滑些，避免高温淬火时产生应力集中开裂。
③ 为确保材料质量和避免加工风险，模块钢在粗车两平面后需经超声波探
伤检测，在未发现夹杂、裂纹、疏松、气孔和偏析瘤等缺陷后再继续加工。
3.2 模子抛光、装配是模子制作的收尾工序，尤为重要。它的工作包括：
① 锉平、抛光模孔工作带；
② 打磨、抛光分流孔、分流桥、焊合室、导流孔表面；


③ 配装模子组件，保证模孔尺寸精度，并确保型材流出模孔后畅通。
一些国内老企业和国外的模具制造业很注重这道工序，从事这项工作的工人
技师大都有几年的钳工“功力”和一定程度的制模理论知识，他们每拿到一套模
子后都当作一件艺术品进行雕琢，经他们的手抛制出的模子工作带平整、光洁、
平行度和垂直度水平很高，看上去模子很完美，只要模子设计方案不错，一般一
次上机合格率都较高。相对于那些“多做快装”的粗糙品来说，节约了大量的试
模费、修模费和时间。

4 模子的修理与氮化

① 对于较大型材的模子来讲，影响制品成型的因素绝大部分是由金属的供
流情况决定的。修模技工一般从调节金属的供流着手，如分流孔大小、焊合室的
级数和焊合室的形状。其修模手段是电火花机和铣床，然后辅以钳工修整。加阻、
减阻工作带一般只对中、小型模子和型材局部的不成型起作用。
② 修理大型材模子的顺序：应该先修平工作带，在修平工作带无效果的情
况下再对分流孔加阻或减阻，尽量不要在焊合室内烧焊，因为烧焊会降低模孔周
围工作区的硬度，且焊疤也会对流动金属造成应力，制品表面产生变形条纹。
③试模合格后的模子要及时进行表面强化处理（氮化后的表面硬度达到
HV900-1100 之间），提高

其表面的光洁度和抗磨能力。值得注意的是两次氮化
之间需定量生产，如出材过多，会把模子定径带的氮化层拉掉或拉成沟槽，影响
制品表面质量；如出材过少连续氮化，会产生过氮化（定径带产生脱皮），所以
要求模子管理员要掌握模子的使用全过程和把握模子的氮化适度。
5 小结

(l）对于6061、6082 、6351 、6005A 等合金型材的挤压，因它们的可挤
压性较以拓3 合金差些，它们的挤压比（λ）仅取 6063合金的60％左右，因此
模孔工作带的长度（h）相对要取短些；分流模的分流比（K）相对要取大些；
带分

(2）大型模子的制造成本较高，模块钢在粗车后需经超声波探伤检测，只有
未发现夹杂、裂纹、疏松、气孔等缺陷后再继续加工；
(3）为了降低挤压力、扩大分流比、提高焊合质量，分流孔随金属流动方向
可做成内斜2°～4°，外锥度3°～6°，这样可降低挤压力10％左右；
(4）设计一分流模时，在保证金属供流充足的情况下，尽量设计桥墩，来减
短桥的跨度；在保证模子强度的条件下，尽量使模子减薄，降低挤压力。
(5）铝型材挤压模的设计、制作、使用、维修是一个集体作业过程，是一项
系统工程，需要各方面的人员很好地相互配合操作才能得到良好的效果。


参考文献：

1.刘静安，铝型材挤压模具设计、制造、使用与维修，M ．北京．冶金工业
出版社，20002 .
2 ．刘静安、谢建新，大型铝合金型材挤压技术与工模具优化设计，M ．北
京．冶金工业出版社，2003 .
3 ．刘静安、赵云录，铝型材工模具设计与生产工艺优化，M ．北京．冶金
工业出版社，1998 .
4 ．肖亚庆等编著，铝加工技术实用手册，M ，北京．冶金工业出版社，2 005 .