【文章內容簡介】 構的優(yōu)化，正在準備建立專家?guī)炫c數據庫，開發(fā)蓄力設計軟件[6]。在CAD／CAM/CAE技術上，國外普遍應用了CAD／CAM技術從二維向三維發(fā)展，開發(fā)了大量的平面模和組合模及其他結構模具的應用軟件且商品化。而國內已開發(fā)出平面模和平面分流模的二維實用軟件及導流模應用軟件，正向三維推進。但適用性和實用程度不高[4]。 建筑型材的模具設計經濟發(fā)展，人民生活水平日益提高，民用建筑鋁合金型材也不斷發(fā)展，其品種和數量快速增長。目前，鋁合金型材發(fā)展之迅猛，而民用建筑型材是鋁合金型材加工的一大分支，世界上已建成上千條民用建筑型材生產線，其生產有著一系列的特點[3]：　　民用建筑鋁合金型材多采用6063鋁合金生產，6063鋁合金質輕，塑性好，工藝成形性好，表面處理性能也較好?！　′X合金民用建筑型材品種多，應用范圍廣，現在世界上的民用建筑型材可以適用不同的用途、不同的規(guī)格的門窗系列和其他建筑，其橫截面面積、外接圓直徑等均尺度范圍廣。生產出的民用建筑鋁合金型材壁薄，斷面形狀十分復雜，變化多樣，相關尺寸精度要求高，加工難度大，多為超高精度的薄壁型材。建筑鋁型材中大多數為空心制件，空心型材與實心型材的比例大約為1:1，其中以異形孔為多，甚至為多孔異形簿壁空心制品。建筑鋁合金型材通常要求可以通用、互換，并且具有一定的裝飾性，這樣有助于減少型材的品種，便于提高型材的精度要求和表面光潔度要求等。究其原因，即一組建筑型材配合面多，裝配尺寸多，裝飾面多，進而可以組裝成不同的門窗系列或其他的建筑結構。6063鋁合金民用建筑型材模具設計除了遵循普通模具的設計原則外，尚具有如下特點：（1） 擠壓機（擠壓筒）的最佳比壓范圍為450700MPa；（2） 擠壓系數的最佳范圍為5090；（3） 最佳比壓和系數可通過擠壓機、擠壓筒、擠壓工藝參數、鑄錠長度以及模孔孔數來調節(jié)。 建筑鋁合金型材模具設計重點與難點擠壓模具設計不同于一般的機械零件設計，而是介于機械加工與壓力加工之間的一種工藝性設計。對于模具設計者需確定的因素是擠壓機的結構，模子的結構和外形尺寸，模子材料，?？讛岛蛿D壓系數，制品的形狀、尺寸及允許的公差，模孔的形狀、方位和尺寸，?？椎氖湛s量、變形撓度、定徑帶與阻礙系統(tǒng)的確定，以及擠壓時的應力應變狀態(tài)等等[7]。鋁合金門窗系列型材，因為它的寬度比較的寬而壁厚比較薄，寬厚比大，尺寸精度及形位尺寸精度的要求嚴格，截面形狀越復雜，其擠壓過程中變形的不均勻性就越顯著，加之截面上各部分的金屬在擠出模孔時流速不同等特點，使得擠壓成型有著極大的困難。如果不具備扁擠壓筒，而選擇圓擠壓筒進行生產時，每種規(guī)格的產品模子需寬展很大的角度，在產品擠壓的生產中，不時的會出現平面間隙大、中間波浪、周期性的停止痕、兩端面尺寸超負差等缺陷。既影響產品質量，也影響模具壽命[8]。為解決這些問題，在設計前，擬定合理的工藝流程和選擇最佳的工藝參數，綜合分析影響模具效果的各種因素，是合理設計擠壓模具的必要和充分條件。只有工模具的設計合理，才可以充分地發(fā)揮材料應該具有的效能。如果模具的設計本身不能保證具有足夠的剛度和強度，則必然會導致模具因為過載而早期的失效。正確設計模具結構，應該保證在正常的使用條件下，沒有產生應力集中和沖擊破裂的可能。在設計模具時，應盡量使各部分受力均勻，注意避免尖角、內凹角、壁厚差懸殊等，以免產生過大的應力集中，引起熱處理變形、開裂和使用過程中脆性破裂或早期熱裂。此外，還應考慮工模具的剛性。解決中間波浪、平面間隙大、兩端面尺寸超負差、周期性的停止痕等缺陷的關鍵取決于模具的結構設計、金屬供流的合理分配、模子強度等等一系列問題。同時為了便于互換、保管和維修，標準化設計也是十分重要的[9]。 提高鋁型材擠壓模具的設計與制造水平是改善產品質量和增強市場競爭力的關鍵所在。擠壓工模具對實現整個擠壓過程有著十分重要的意義。模具的質量和使用壽命是實現鋁合金擠壓生產、高產、低耗、高效、優(yōu)質、低成本的重要保證與關鍵技術之一，在鋁合金型材的擠壓生產占有十分特殊的重要地位。隨著科學技術的進步和國民經濟的高速發(fā)展，鋁合金擠壓工模具產業(yè)和技術有了很大的發(fā)展，達到了相當高的水平。我國的鋁擠壓工模具技術也有了長足進步，但與國際先進水平仍有一定差距。擠壓模具設計涉及的范圍很廣，需多方面考慮[10]。第二章 鋁型材擠壓工藝 鋁型材模具的設計原則 擠壓模具設計時應考慮的因素[3]在設計擠壓模具時，除應該參考的機械設計中需要遵守原則外，還需要考慮在熱擠壓的條件下產生工藝的因素，而其中包括有由設計者的本身確定因素、模子制造者的確定因素以及擠壓生產者的確定因素。（1）從模子的設計者的角度看，擠壓機結構，模具結構及其外形尺寸，模子材料，?？讛狄约皵D壓比，制品形狀和尺寸，?？仔螤?、位置及其尺寸，?？资湛s量、變形的撓度、定徑帶的確定，及擠壓時應力應變的狀態(tài)等是模具設計者確定的。（2）從模子的制造者的角度看，模具的尺寸及形狀精度，定徑帶以及阻礙系統(tǒng)加工精度，表面的粗糙度，熱處理的硬度，表面的滲碳、脫碳和表面硬度的變化情況，端面的平行度等等。（3）從擠壓的生產者的角度看，模具裝配和支承的情況，鑄錠、模子及擠壓筒加熱的溫度，擠壓的速度，工藝潤滑的情況，產品品種和批量，合金和鑄錠的質量，牽引的情況，拉矯力和拉伸量，被擠壓的合金及其鑄錠的規(guī)格，產品的出?？诶鋮s的情況，工模具對中性，擠壓機控制，輸出的工作臺和矯直機長度，擠壓機噸位及擠壓筒比壓，擠壓殘料的長度等等。在設計前，合理的擬訂工藝的流程以及選擇最佳工藝參數，綜合的分析各種影響模具的效果的因素，是設計擠壓模具的合理性所必要及充分條件。 模具設計的原則與步驟[3]在充分分析了影響模具的設計各種因素后，還應該根據產品類型、工藝的方法、設備及模具的結構，設計模腔的形狀及尺寸，但是，在任何的情況下，模腔設計都應該遵循如下的原則及步驟:（l)確定設計的模腔參數設計正確擠壓型材的截面圖，確定擠壓工藝的合理性，選擇適當擠壓筒的尺寸、擠壓比及擠壓力，決定模孔的數目。這一步驟是設計擠壓模具的首要條件，可以由擠壓的工藝人員及設計的人員，根據生產現場設備的條件、工藝的規(guī)程及配備的大型基本工具情況來共同的研究決定。（2）模孔在模具平面上合理的布置所謂合理的布置就是指將單個或者多個?？祝谀＞咂矫嫔虾侠淼胤植?，并在保證模具強度前提下獲得最佳的金屬流動的均勻。單孔管棒材及對稱好的型材的模具，都應該將模孔理論的重心放在模子的中心上，各個部分的壁厚相差大及對稱性非常差的產品，應該盡量的保證模子的平面在坐標軸之間的金屬流量大致的相等，但是也應該考慮到金屬擠壓筒的流動特點，應該使薄壁的部分或者難于成形處接近擠壓筒的中心，多孔模的分布主要是應該考慮到?？讛的?、模具強度，制品表面的質量、金屬的流動均勻性等等問題。（3）模孔尺寸的合理計算計算?？椎某叽鐣r，主要應該考慮到被擠壓合金化學成分，產品形狀，公稱尺寸以及允許的公差，擠壓的溫度和在這個溫度下模子的材料和合金熱膨脹的系數，產品的斷面上幾何形狀特點以及擠壓及拉伸矯直時的尺寸變化，擠壓力大小和模具彈性變形的情況等。 (4)合理的調整金屬流動的速度所謂合理的控制金屬流動的速度就是指在理想的狀態(tài)下，保證制品的斷面上每個質點都應該以同樣速度下流出?？椎?。在模子的平面合理的分布?？资强梢钥刂平饘倭魉俜矫娴暮侠硇?，盡可能的采用多孔的對稱排列，并根據型材形狀，各個部分的壁厚差異，不同的比周長和距擠壓筒的中心距離，設計出不相同長度的定徑帶。通常，型材的某處壁厚越薄，比周長就越大，形狀也就越復雜，距擠壓筒的中心也就越遠，所以定徑帶應該越短，當運用定徑帶還不能控制流速的時候，即對形狀特別的復雜，壁厚非常的薄，距離中心非常遠的部分是可以促流角或者導料錐加快金屬流動。而對那些壁厚非常大的部分或者距擠壓筒非常近的地方，應該用阻礙角來進行補充的阻礙，減緩這部分的金屬流棟。此外，還可以工藝的平衡孔，及工藝的余量或者前室模及導流模，也可以改變了分流孔的數目、大小和形狀及分布調節(jié)了金屬流動性。 (5)保證模具具有足夠的強度因為擠壓時的模具工作條件非常惡劣的，所以模具的強度也就是模具的設計中一個很重要的問題。除合理的分布?？孜恢茫x擇合適模具材料，模具結構設計的合理及外形外，準確的得到擠壓力及校核各個危險斷面許用的強度是十分重要的?，F在用來得到擠壓力公式有很多，例如經驗公式和初等的解析公式等雖然精度不高，但是簡單，且具有一定工程價值。而擠壓力上限解法，是用在求解復雜的斷面型材擠壓變形的問題，同樣也具有較好實用價值。[3]模具結構、形狀及尺寸的設計和計算完畢后，應該要對模子加工的質量、使用的條件提出一些基本的要求，這些要求主要有:（1）具有適中并且均勻的硬度，模具經過淬火、回火處理以后，硬度值是HRC40～52(模具的尺寸越大，所要求硬度也就越低)。（2）具有足夠制造的精度，模子形位的公差及尺寸的公差應該符合圖紙要求(一般是為負公差)，并且配合尺寸應該具有互換性。（3）具有適當的表面粗糙度，配合的表面應該達到Ra=～，工作帶的表面應該達到Ra=～，表面應該進行了氮化處理、磷化處理或者其它的表面強化處理，例如多元素的共滲處理和化學熱處理等。（4）具有一定的對中性、平行度、直線度及垂直度，配合面接觸率應該大于80%。（5）模具無缺陷，一般應該進行超聲波探傷及表面質量的檢查以后才能使用。（6）工作帶的變化處和模腔的分流孔中過渡區(qū)、焊合腔中拐接處應該圓滑過渡，不能出現棱角。鋁型材擠壓分流模和平模是按照被擠壓產品的品種來區(qū)分的。使用分流模擠壓的型材斷面形狀至少含有一個比閉合的框，而平模卻沒有。此外，還有一種辦分流模，此種摸擠壓的型材斷面形狀近似閉合，但留有一個小斷口。半分流模的導流模采用分流孔，模墊則采用平模模墊。確定平模還是分流模需要計算舌型比。舌型比是指在懸臂梁部分的懸臂梁的長度L1與懸臂梁的寬度L2之比，A是指懸臂梁的面積，在模具強度計算和校核中主要對這部分進行計算。長型比的大小直接影響模具的壽命，所以在懸臂處如果A/L12（即L2/L1），為了保證模具的強度將這半空型材做成分流模： 半空型材做成分流模時A/L12的值L1/mmA/L12～≥2～≥3～≥4～≥5≥66063合金是AlMgSi系合金中典型的代表，是具有良好的可擠壓性及可焊接性，是建筑門窗型材首選的材料。6063的特點是在壓力加工溫度速度條件下，塑形的性能及抗蝕性很高，而且沒應力的腐蝕傾向。同樣在焊接時，它的抗蝕性也不會降低。6063合金可產生劇烈的熱處理強化，而且合金中主要的強化相是M