铝合金型材挤压模具设计与维修

制造者可控制的因素-1
模具设计完成便藉由车∕钻∕铣∕磨∕EDM等加工步骤，制造出 实际模具。以下介绍制造加工的影响： 1) 模具加工尺寸精度 1-1)中心线的变异 一个模具往往因变换加工方式，在各种加工机间拿上拿下 ，每换一种加工机就要重新校定中心线，而产生精度变异
1-2)手动加工机∕生手熟练度也都影响尺寸精度的误差。 1-3)CNC自动综合加工机可有效实现设计者的流量控制。
挤型
A
慢流
在通道边脚 的快流
模
B
塑型面 Die bearing
塑型面修短而 使流速加快
边脚移动太快造成波浪
修正方法及原理介绍-2
如果脚(legs)上金属流速不对,不论是进去或出来,修模者将依他所想要那个脚 (legs)所要运动的方向安排阻塞(choke)和释放(relief)的位置. 见图A. B. C. D.
平模介绍
平模(实心模)由以下三种功能结构： P
D
B
1) 模罩 (Plate) ─承接挤锭 配合料型作流量控制。
2)模面 (Die) ─由培林控制 实际成型所在。 3)垫模 (Backer) ─节省Die 钢料用量及加强模面的 支撑强度。
培林
出料
逃孔
实心模图示-有模套
与模套固定Pin
定位销
BA
Die
修模技巧3—平工作带
模具抛光过程是考究钳工平准能力，避免抛成导角
修模技巧4—阻流
阻流：局部减缓出料，或配合促流用在解决平面凹/凸形 及开脚问题时用之。
修成阻流后的工作带
修模技巧5—促流
促流：局部加快出料，或配合阻流用在解决平面凹/凸形 及开脚问巧6—焊补档块
取段设计要领
培林取段设计 ─ 控制尺寸及形状。模面(Die)为实际承受挤压力 及培林所在，在整套模中应选用最好的钢料。 取段原则有下列主要5点： 1) 由培林最短处开始设计，一般在最薄料的端点处 最小厚度(0.5mm) ≦培林 ≦ 最大厚度*3 (25mm↓) 2)由外向中心设计 最外围因压力最小通常进料不足，因此要先考虑外围的取段 3)配合模罩的流量控制 培林长短控制出料快慢，并与供料流量息息相关 4)中间的取段最后决定 中间压力最大容易满足供料，因此留在最后决定 5)每隔10mm 〜15mm向内增加段差1mm 此为内外圈压力差与培林的关系曲线
焊补档块：局部/大部位出现过度供料时使用，常见使用在解决 大面波浪部位,或整面焊贴可解决凹/凸形问题。
修模技巧7—扩大供料
扩大供料：大部位出现供料不足时使用,常见用在导流模扩孔用之。
修模技巧8—点焊
点焊：局部出现过度供料时使用，常见使用在解决端部波浪 或开脚问题时用之。
修模技巧9—存料坑
存料坑:局部出现供料不足时使用，常见使用在端点部位用之。
#5510试模料头
各种修模用锉刀
修正方法及原理介绍
最常见的修模方法如下:
A.促流(relieving bearing) B.阻流(chocking)
铝流向
铝流向
修正方法及原理介绍-1
在图的A和B中显示如何去修正ㄇ形挤型
在A中所看到的,我们所讨论ㄇ形挤型是因为它的边脚的速度较上端的快
很多而挤出来的,为了要改正这种流速的不平衡,我们必须以图B中所示用放快 的方法来使流速慢的塑型面修短而使流速加快
修模技巧10—切工作带
切工作带：局部出现供料不足时使用，常见使用在端点部位用之。
有切除
未切除
修模技巧11—返修加工1
返修加工：如需线割/电火花等精准加工,或大加工量时， 可送回模具制造厂返修。
修模技巧11—返修加工2 焊补螺孔
局部放大 放电加工后
修模技巧12—存料室打光面
解决多孔料长短(5：4以内),或开脚问题
制造者可控制的因素-2
2)模具表面的平行度∕垂直度 2-1) 模具在各加工过程中产生的内应力，会经由热处理释放 出来，而造成表面平行度变异。 2-2)线切割必需待热处理后才进行加工，以避免因热处理的 平行度变异，而造成尺寸变异。 2-3)热处理后应以磨床将模具上下表面加以磨平后，再进行 EDM加工，以增进培林尺寸精度。 3)模具钢料硬度及韧性 3-1)模具加工完成后，需经过热处理过程，将钢料硬度提升 由HRC 35到50± 2度。 3-2)热处理后在韧性方面也得到改善，强化了耐热疲劳，及 高温强度。
2)理想的料头外观 2-1下方应比上方微快出料。 2-2料厚处应先出料以带出料薄处。 2-3若料薄处先出料，将会因带不动 料厚处而导致塞模。 2-4扁宽料型两边易发生进料不足现象，料头反要中间稍慢。
其它因素-P2/2
3)铝锭品质 铝挤棒须经过均质处理，使铝棒中合金均匀分布、结晶颗粒 细致、消除浇铸热应力，有利挤出成型及产能提升。 4)人员熟练度及经验判断 4-1尽管上述已提出各种量化参数，人员的熟练度及经验判断， 对于铝挤型这项生产工艺，仍是具有相当重要的影响因素。 4-2例证1：一位经验丰富的挤压机维修师傅，可以从设备运转 的声音，判断出某个零件出问题，或即将损坏而预先调整∕ 订零件，将维修停机时间减至最少。 4-3例证2：同一个挤型不会有唯一的设计方法，也不会有哪家 挤型厂永远是最快试模成功，或100%开模成功的保证。
设计者可控制的因素-1
模具设计虽有各种组合变化，但交互运用的基本方法仍有共通性 ，以下作逐一介绍： 1) 模孔数目 1-1)挤压比= 盛锭筒截面积 (理想值：20~60) 出料挤型截面积 1-2)挤型越小∕薄会造成挤压比越高，模具所承受的相对压力 也就越大，容易造成金属疲劳及挤速偏低情形。 1-3)当挤压比>90，可设计成多孔式出料来降低压力，并提高 倍数的产能。
设计者可控制的因素-2
2)进料孔形状 模罩控制进料的流量分配，因此形状的设计应配合料型作出 加大∕紧缩∕偏移等变化。
NG─容易造成流量集中到 料厚的底部快速出料；细薄 的叶片供料不足无法出料， 最后因不能同时挤出而导致 塞模。严重时钢料扭曲变形 或断裂。
OK─底部及中间减少供料， 两端加大供料空间，可以调整 流量往两边分布，以取得整体 均匀挤出的效果。
引起裙形的外泄
引起裙形的外泄( Cause of flare )
与模面接触的盛锭筒若封闭的不适当,将会使得挤锭倒挤,或者
是模子与盛锭筒之间及其周圍产生裙状外泄(俗称:开花)
盛锭筒 挤锭
盛锭筒 衬垫
裂缝挤型 挤型
挤杆 裙状物 压块
垫模 模子
其它因素-P1/2
1)模具的维护及保养 为达到模具最大的使用寿命，提供最高的生产效率，模具在 入库前应先清除残铝，将培林面磨光滑后涂上防锈油，确保 下次生产时的使用状况。
设计者可控制的因素-3
3)摆放位置 模具挤压的受力会由中心往外递减，因此设计一开始就要 考虑摆放位置，使得供料流往细薄处，以取得均匀挤出。
60% 80% 100%
NG ─料厚处太近中心 OK ─料薄处先受力 造成立即挤出；料薄处 供料，易取得与料厚 供料不足易导致塞模。 处同时出料的均衡。
设计者可控制的因素-4
实心模设计范例1
下图为一基础设计范例，首先探讨模罩─进料流量控制。 两边转角处因摩擦力增加而拖慢出料， NG
需作扩口设计，以增加供料来加快挤出
缩口设计， 减少供料， 避免太快挤出
OK
距压力中心最远，作扩口设计，以增加供料来加快挤出
5)拉直伸长量 5-1料型呈凸形时，只要拉到抖直即可。 5-2料型呈凹形时，须在铝料抖直后再多拉5 〜10cm，应视 实际尺寸判断拉直量。
挤压者可控制的因素-P3/3
6)锭长设定 6-1挤锭长度的设定应配合挤出长度的需求，以避免切除 多余长度的浪费，范围在350mm〜800mm。 6-2工业挤型铝料每支挤出总长度一般可达30 〜 40 M/支。 6-3太阳花系列铝料因考虑拉直变形量，每支挤出总长度 一般只能达3.5 〜 4.0 M/支。 7)锭尾残料尺寸控制 7-1通常设定为1〞，以节省过多浪费。 7-2为了确保氧化铝不会挤入模具，而造成铝料表面粗糙， 此时才会增加锭尾为1.5 〞〜 2 〞。 7-3上述如进料孔设计到最大外接圆，或客户特别要求表面 精细度时会增加锭尾。
4)朝向方位 料型的朝向主要在考虑挤出成形后，是否会磨损客户需要的 重要面而作转向调整。 4-1)底平面通常是接触热源的 重要面，改为叶片朝下， 可防止底面磨损∕碰伤。
4-2)L型可顺转45° ，靠两支点 来避免平面磨损∕碰伤。
设计者可控制的因素-5
5)收缩裕度 尺寸精度需考虑型材热挤出到冷却后的缩水量，通常Al-6063 取1%为基本缩水量。 6)培林长度 6-1)培林越长压力越大，挤出就越慢且铝料表面度越粗糙而 暗；优点是尺寸稳定度越佳，且模具设计不良时，可以 经由修模来达到补正效果。 6-2)培林越短压力越轻，挤出也越快且铝料表面度越细致而 有金属光泽；缺点是尺寸稳定度变差，易受挤压温度及 压力而改变，且模具设计不良时，无修正培林的裕度。 7)钢种选用 挤型模的钢材要求高温强度、耐热疲劳、高轫性等特性。
PL
流量控制要素-模罩
模罩─控制进料流量第一关，模罩设计的优劣， 决定能否顺利挤出的先决条件，影响度30%
控制进料流量的模罩
模罩的设计首重流量分配
流量控制要素-培林
培林─取段设计控制铝料能均匀平稳地挤出， 也是模具设计的主要关键，影响度40%
取段用碳极
控制出料快慢的培林
流量控制要素-修模
修模─试模后依据料头的快慢/偏转程度，进行修改 模罩/培林作优化细部微调，影响度30%。
制造者可控制的因素-3
4)培林的表面光洁度 4-1) 正式上线试模前，必须将所有培林面加以砂光磨亮，以 去除因各种加工液造成的氧化锈斑。 4-2)越光滑的培林面越能减轻挤压磨擦力，越能快速挤出而 提升产能，同时对模具的使用寿命也越长。
培林锈斑
光滑培林
挤压者可控制的因素-P1/3
1) 工作温度 1-16000系铝合金的熔点为660 ˚C左右 ，而在560 ˚C时便会出现 软化现象，此时黏性大增不利挤出成形。 1-2模具温度：420 ˚C 〜500˚C 1-3挤锭温度：450 ˚C 〜510˚C 1-4盛锭筒温度：350 ˚C 〜400˚C 1-5空心模 ⁄ 实心模的温度，分别控制在前述的上 ⁄ 下限值。 2)挤压速度 2-1追求高效产能前要先清楚其模具强度所能承受的速度。 2-2一般工业用料：15 〜25 M/min 2-3高倍数散热片：1 〜3 M/min 2-4太阳花散热片：2 〜4 M/min
影响挤型模的因素
模具设计者固然要分配好流量控制，但应进一步了解各项 影响模具性能表现的因素，以达到设计与实际挤出相符合 的理想。 影响挤型模性能表现的因素，可分以下4大项来说明： 设计者可控制的因素 ─ 模孔数目∕位置∕培林长度∕钢种选用…… 制造者可控制的因素 ─ 加工尺寸精度∕培林面光洁度∕钢料硬度及韧性…… 挤压者可控制的因素 ─ 作业温度∕ 锭长/挤压速度∕拉直伸长量…… 其它因素 ─ 铝锭质量∕人员熟练度∕模具的维护保养……
模具设计/修模 教学
模具设计基础 实心模设计精要 修模12大手法
导流模设计精要
设计与修模实例分析
流量控制要素
模具设计首要重点在〝流量控制〞。如何掌握铝锭经高温 成固融状态，再受高压下的流动情形，就是设计者的功力 所在。 流量控制可藉由以下三项作调整变化： 1) 模罩Plate ─初步的进料导流分配 2) 培林Bearing ─控制铝料挤出成形的关键 3) 修模Modify ─调整快慢/偏转的最后机会
挤压者可控制的因素-P2/3
3)挤制条件的一致性 3-1在试模OK后，应详细记录挤制条件作为日后生产设定。 3-2一致性的生产条件，有利于问题分析及设计修改依据。 4)牵引机之牵引力量 4-1 牵引机之拉力需配合挤压机的挤出推力，以确保挤出 尺寸与模具尺寸的一致性。 4-2牵引机之拉力过大，会造成尺寸因拉长而变小。 4-3挤压机的推力过大，会造成尺寸因过实而增大。
挤型
A
挤型
B
现象:
脚向外 脚向内
C 修为脚向内缩
D 修为脚向外开
对策:
修模技巧1—逃孔距离
逃孔距离：放电电极未对准时造成逃孔距离不足，将导致型材出料后摩擦到 逃孔壁，甚至造成拖料/塞模。需以滚刀加大逃孔距离。
修模技巧2—引流
引流：当局部出现供料不足时使用，常见使用在螺丝孔/双空心 中柱 等部位。注意螺丝孔的工作带需抛光洁净，不是 一味挖大引流。