王海涛

摘 要 铝合金凭借自身优良的性能成为当下炙手可热的加工材料，为获得合格的铝合金产品，我们有必要对常见的挤压成形模具技术加以探讨。对此，笔者概述了铝合金挤压成形模具技术，并就其应用要点作了进一步分析，以供参考。

关键词 铝合金;挤压成形;模具技术

铝合金产品的生产工艺有轧制和挤压之分，因产品规格多样，尺寸要求严格，断面形状复杂，使得挤压成形方法较为多见，其中模具设计最为关键，与铝合金挤压成形效果密切相关。下面笔者就铝合金挤压成形模具技术展开探讨，希望对促进其健康发展有所助益。

1铝合金挤压成形模具技术概述

铝合金因密度低、强度高、塑性好，而且导热性、导电性、抗蚀性优良，目前已在机械制造、汽车船舶、航空航天等诸多领域中广泛应用，用量仅次于钢材料。但加工生产中的铝合金挤压成形是一个涉及刚塑性、弹塑性、粘塑性等多种变形的、复杂的热力耦合过程，从而使其挤压成形模具设计变得愈加重要，通常需要综合考虑模具设计者、制造者以及生产者确定的因素，包括模具材料、制品形状、尺寸精度、热处理硬度、加热温度、挤压速度等一系列内容，这不仅是合理设计铝合金挤压成形模具的重要基础，也是优化工艺流程和加工参数的充分条件[1]。同时，受铝合金挤压成形模具技术要求的影响，所用的挤压模具也有所不同，其中基材挤压往往需要模套、模具、模具垫、专用支撑以及工装等装置，且模具应涵盖不同的结构和断面形态，如匹配于空心模具的焊合区、分流孔、成型区，适用于热挤压平模的、接近复杂断面形状的导料板等。由此可见，铝合金挤压成形模具技术不仅具有较高的复杂性和技术含量，而且工况十分恶劣，必须根据实际情况加强模具设计与材料选择。

2铝合金挤压成形模具技术的应用要点

无论是从铝合金挤压成形模具的技术流程来看，还是站在挤压加工具体操作的视角，均有明显的非线性特征，加之高温、高压、变形等外在条件的复杂变化，更是加剧了加工难度和风险。因此为充分彰显铝合金挤压成形模具的技术优势，提高产品生产效率与质量，需要切实把握好以下几点：

2.1 优化挤压模具设计

铝合金挤压成形模具设计需要遵循一定的原则和步骤，首先是整合分析设计因素，包括设计者提出的模具材料、结构、孔数及其方位、收缩量等，制造者提出的模具形状和尺寸精度、定径带精度、表面渗碳变化、表面粗糙度等，生产者提出的模具装配与支承，模具与挤压筒的加热温度、工艺润滑、挤压速度，产品批量与品种，挤压残料长度等[2]。其次，确定合理的挤压型材图和工艺流程，以及挤压力、挤压尺寸、模孔数等工艺参数，并在模具平面上合理布置模孔;再者，合理调整金属的流动速度，保证铝合金制品断面上的每一质点流出模孔时速度相同;最后，确保模具具有足够的强度，毕竟铝合金挤压成形的环境非常恶劣。此外，挤压机结构、挤压筒直径、工作带形态、外在作用力等也不容忽视。

2.2 重视模具材料选择

正是由于铝合金挤压成形的过程反应多、环境杂，对模具有着极为严格的要求，至少应满足高的强度、精度、耐磨性、稳定性、导热性、冲击与断裂韧性以及良好的淬透性、抗腐蚀性、抗激冷与激热适应能力等性能要求，而且还要保证经济易获得。因此为延长挤压模具的使用寿命，提高铝合金产品质量，节约挤压生产成本，可基于铝合金形状规格、产量大小、模具加工条件、生产工艺性能等情况确定最合适的模具材料，其中被挤压型材的性能、产品规格形状、设备结构、挤压变形工藝、模具尺寸结构需要加以重点考虑。如局部需要加高压力和挤压温度的热挤压模具，要求模具材质强度高、韧性好，可优先考虑奥氏体合金钢、高温合金等含碳量低的合金钢。

2.3 积极引入技术手段

技术手段在铝合金挤压变形模具技术中的应用是必不可少的，这里提及的技术手段主要是指有限元软件与建模仿真技术。

首先是借助技术软件进行建模。考虑到模具技术难以避免的会受到非线性要素的干扰，简单的凭借实验难以加以量化处理，而在当下建模方案的基础上适当的调整参数，经有限元软件定量处理指定流程，或者模拟铝合金挤压变形中的温度场、应力场、位移场、应变场等情况，以期通过全方位的分析得到仿真数据，结合全面监控提升建模质量，为后续仿真模拟奠定良好的基础。尤其是晶粒流动状态、微结构缺陷等特定类型必须要有精确的结论，并以此优化工艺设计，在一定程度上缩短设计周期，减少潜在的设计缺陷[3]。

其次是进行模拟仿真。由于铝合金挤压成形模具多种多样，且有限元分析软件的格式也不尽相同，因此需要选择与之相适应的模拟算法，一般情况下，针对网格划分较为复杂的情况可选用特定的通用软件，若铝合金制造规模较小，还要考虑网格畸变问题。如针对某铝合金双孔挤压模具设计，在建立其三维几何模型后导入HperMesh软件并检查几何分析中心，随后以欧拉算法作了模拟和运算，即先划分铸锭、上模、下模、焊合室、分流区域等网格，删除体结构保留表面模型，利用云图分布图对模拟所得的物理量分布加以观察，包括金属流动、变形程度、温度差异、焊合质量等，为实际生产提供了有力的数据支持。

再者，若模拟仿真结果显示模具有合理之处需要修改需先进行试模，以免产生不必要的误差，并保留一套样品与后续修正的样品进行比较判断问题是否改善，随后根据修改意见进行修模。

最后是注意一些细节问题，在挤压前检查模温棒温度是否符合挤压要求，是否设置了加温间隙;为防止发生塞模、压塌等情况，可在预热模具后慢压刷油，待其热了之后再喷水;根据铝合金型材模具合理设置挤压速度，以免因过快过急导致出料不畅等等，通过铝合金挤压变形模具的设计、制造、使用等环节的完美连接，提升模具寿命，保证产品质量。

3结束语

总之，铝合金挤压变形模具技术应用较为广泛，但过程复杂，工况恶劣，要想优化模具设计，提高加工精度，延长模具使用寿命，需要格外重视模具材料选择与设计，并借助技术软件加以模拟仿真。但该技术尚不完善，有一定的欠缺，还应该不断加强技术创新和实践操作。

参考文献

[1] 刘奇，赛音，高慧，等.5B70铝合金热挤压成形工艺研究[J].航天制造技术，2019，（5）：17-20.

[2] 贾林.铝合金挤压成形模具技术及研究[J].工程技术研究，2018， （8）：8-9.

[3] 张存生. 复杂铝合金构件挤压成形理论与技术[C].2018年中国铝加工产业年度大会.2018年中国铝加工产业年度大会论文集.济南：山东大学，2018：159-173.