李 鵬，鄒 靜

（東北輕合金有限責(zé)任公司，黑龍江 哈爾濱150060）

　　摘要：分析小型腔懸臂空心型材分流組合模設(shè)計(jì)與制造特點(diǎn)，著重介紹其配合成型加工及型芯曲面電火花成型加工的工藝過(guò)程。

　　關(guān)鍵詞：懸臂空心型材；分流組合模；成型加工；基準(zhǔn)

　　小型空心鋁合金型材一般用舌型模擠壓較合適，然而舌型模的制造工藝和擠壓操作較復(fù)雜，尤其是復(fù)雜截面空心型材的模具，制造難度更大?？紤]到所擠鋁合金的擠壓性能較好，便于擠壓操作等因素，把小型空心型材模具設(shè)計(jì)為平面分流組合模是一個(gè)好的嘗試，這樣會(huì)降低模具的制造難度。模具的型芯結(jié)構(gòu)不同其平面分流組合模的制造工藝也不相同。模具設(shè)計(jì)更應(yīng)考慮到制造工藝的可實(shí)施性，以利于提高模具制造質(zhì)量。

　　1 型材截面結(jié)構(gòu)分析

　　型材SSL-3是一個(gè)電器元件上使用的插件，結(jié)構(gòu)如圖1所示。該型材形狀復(fù)雜，各部位壁厚差較大，最小壁厚為0.38 mm，最大處為2.74 mm；型材空心部位直徑為Φ3.2 mm，尺寸較小，在擠壓過(guò)程中，型芯在受到周?chē)痪鶆虻慕饘倭鲃?dòng)的沖擊，變形勢(shì)必偏離原來(lái)的位置，而使不均勻的型材壁厚產(chǎn)生較大的尺寸偏差。因此，確保型芯強(qiáng)度以使其不產(chǎn)生位移，在設(shè)計(jì)中至關(guān)重要；型材實(shí)心部位有懸臂，其舌比為4，大于安全系數(shù)3。在擠壓時(shí)，由于懸臂處受正壓力較大，懸臂處根部受到較大的剪切力，使模具塌陷斷裂，此處不宜做實(shí)心模具設(shè)計(jì)，需設(shè)計(jì)為分流組合結(jié)構(gòu)，以改善懸臂處受力狀況。

圖1 SSL-3型材截面

　　2 空心型材模具制造工藝分析

　　空心型材模具根據(jù)其型芯結(jié)構(gòu)的不同，大致可分為三套制造工藝過(guò)程：配合加工、分體成型加工和配合成型加工。

　?。?）配合加工工藝。其上模型芯是按下模型孔配合定位，鉗工手工銼修成型的加工。這種方法適合加工型芯形狀規(guī)則且簡(jiǎn)單的模具。生產(chǎn)效率高，加工精度一般，尤其適合方形型芯模具的加工。

　?。?）分體成型加工工藝。分別以上模、下模的模具中心為基準(zhǔn)，用電火花成型加工型芯、用線(xiàn)切割加工型孔。加工中，下模中心需要加工一個(gè)不小于Φ8mm的工藝孔，如果型孔在模具中心處的尺寸小于工藝孔的直徑時(shí)，不宜采用此工藝方法。此工藝具有加工精度高，上、下?；Q性好的特點(diǎn)，但生產(chǎn)效率低，適合型芯形狀不規(guī)則或曲面型芯的復(fù)雜型材模具的生產(chǎn)。

　?。?）配合成型加工工藝。把型芯規(guī)則的一個(gè)面或多個(gè)面與下模型孔配合加工好，作為型芯不規(guī)則面或曲面的加工基準(zhǔn)，再用電火花成型加工型芯不規(guī)則面或曲面。該方法適合具有部分規(guī)則面的復(fù)雜型芯的模具加工。不需要加工工藝孔，尤其適合小型芯復(fù)雜型材或扁寬多孔型材模具的加工。

　　SSL-3型材模具型孔中心處小于Φ8mm，不適合分體成型加工，而空心部位又是圓形，型芯不宜用手工修銼成型，所以不能用配合加工工藝。該模具只能按適合配合成型加工工藝方法設(shè)計(jì)。

　　3 型材模具設(shè)計(jì)

　　根據(jù)型材截面結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和平面分流組合模具制造工藝可實(shí)施性分析，模具設(shè)計(jì)如下：

　　模具外形、流日、焊合室以及型孔尺寸均按普通分流組合模設(shè)計(jì)。按用戶(hù)要求設(shè)計(jì)外形為Φ150mm×105mm，上模厚度為55mm，型芯處厚度為80mm；下模厚度為50mm；導(dǎo)流口外圓為Φ90mm，且四流口均布；四個(gè)模橋?qū)挾染鶠?8mm；焊合室深度為16mm。型孔尺寸A按公式A＝A₀＋0.01A₀+M給出（A₀為型材尺寸；0.01為6063合金的收縮系數(shù)；M為型材尺寸的正偏差）。型孔工作帶長(zhǎng)度見(jiàn)圖2所示。

圖2 下模及型孔工作帶示意圖

　　模具懸臂處做一小芯與下模型孔研合，而不采用小型芯支承懸臂處結(jié)構(gòu)，是為了使型芯有一個(gè)規(guī)則的加工基準(zhǔn)面，為加工Φ3.2mm型芯提供加工基準(zhǔn)。所以，其規(guī)則型芯長(zhǎng)度為21mm，型芯上側(cè)3mm寬與型孔上面壓合，長(zhǎng)度為15.8mm留有0.2mm間隙，在擠壓時(shí)模橋彈性變形后正與型孔上面研合，以防從研合縫隙中流進(jìn)金屬。如圖3所示。

圖3 上模及型芯結(jié)構(gòu)

　　因?yàn)?Phi;3.2mm的圓形型芯尺寸小，為了避免其受力不均勻時(shí)產(chǎn)生變形，增大型芯強(qiáng)度，盡量使型芯長(zhǎng)度短些。不按常規(guī)分流模型芯設(shè)計(jì)，使型芯伸出型孔工作帶長(zhǎng)度1mm，而是使型芯長(zhǎng)度伸入型孔1mm～2mm。所以，圓型芯長(zhǎng)度為18mm，其中Φ3.2mm的長(zhǎng)度只有6mm，其余為錐形過(guò)渡，如圖3所示。

　　4 工藝實(shí)施

　　上模加工工藝流程：車(chē)削外圓、止口及型芯處→按胎鉆螺絲孔及銷(xiāo)釘孔→劃型芯及流口形狀線(xiàn)→排鉆流口→銑流口及型芯外形→熱處理→精車(chē)止口及端面→平磨上模平面→鉗工與下模配合銼修規(guī)則型面并配研合縫處→電火花成型加工圓形型芯及型芯間根部空刀→鉗工砂光并與下模裝配。

　　下模加工工藝流程：車(chē)削外圓、止口及焊合室處→按胎鉆螺絲孔及銷(xiāo)釘孔→劃型孔及焊合室形狀線(xiàn)→銑焊合室形狀→熱處理→精車(chē)止口及端面→平磨下模底平面→線(xiàn)切割型孔→電火花加工型孔空刀→鉗工砂光型孔工作帶并與上模裝配。

　　在上述工藝流程中，加工的關(guān)鍵是電火花成型加工圓形型芯，對(duì)這個(gè)過(guò)程作如下詳細(xì)說(shuō)明：

　?。?）成型加工的電極如圖4所示。用8mm厚紫銅板做電極，不加工面要留有間隙1mm。電極外周邊加工粗糙度要達(dá)到Ra0.8μm以上，以使加工準(zhǔn)確找正。

　　（2）電火花成型加工的基準(zhǔn)是鉗工已加工好的型面，如圖4中所示位置，在電火花機(jī)床上用千分表找正使模具坐標(biāo)系與機(jī)床坐標(biāo)系重合，然后，用機(jī)床的微火花放電功能實(shí)現(xiàn)對(duì)中，使電極中心與模具中心重合后加工。

圖4 成型電極

　?。?）在DX45NC電火花成型機(jī)床上精加工型芯，要保證加工粗糙度Ra0.8μm以上，并使其放電加工過(guò)程穩(wěn)定、電極損耗小、加工成型好。其主要的電規(guī)準(zhǔn)是（檔位）：峰值電流Ip為5；脈沖寬度Ton為15；脈沖間隔Toff為1。

　　5 結(jié)束語(yǔ)

　　SSL-3模具經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)與制作上的統(tǒng)籌安排，由于設(shè)計(jì)的合理，使制造工藝簡(jiǎn)單易行，且有效地保證模具制造質(zhì)量。模具在擠壓過(guò)程中克服了小型芯的變形，又改善了懸臂實(shí)心型材處的受力狀況，一次上機(jī)生產(chǎn)出合格的型材。開(kāi)辟了小型復(fù)雜型材模具設(shè)計(jì)制造的新思路。

李 鵬，鄒 靜

（東北輕合金有限責(zé)任公司，黑龍江 哈爾濱150060）

　　摘要：分析小型腔懸臂空心型材分流組合模設(shè)計(jì)與制造特點(diǎn)，著重介紹其配合成型加工及型芯曲面電火花成型加工的工藝過(guò)程。

　　關(guān)鍵詞：懸臂空心型材；分流組合模；成型加工；基準(zhǔn)

　　小型空心鋁合金型材一般用舌型模擠壓較合適，然而舌型模的制造工藝和擠壓操作較復(fù)雜，尤其是復(fù)雜截面空心型材的模具，制造難度更大?？紤]到所擠鋁合金的擠壓性能較好，便于擠壓操作等因素，把小型空心型材模具設(shè)計(jì)為平面分流組合模是一個(gè)好的嘗試，這樣會(huì)降低模具的制造難度。模具的型芯結(jié)構(gòu)不同其平面分流組合模的制造工藝也不相同。模具設(shè)計(jì)更應(yīng)考慮到制造工藝的可實(shí)施性，以利于提高模具制造質(zhì)量。

　　1 型材截面結(jié)構(gòu)分析

　　型材SSL-3是一個(gè)電器元件上使用的插件，結(jié)構(gòu)如圖1所示。該型材形狀復(fù)雜，各部位壁厚差較大，最小壁厚為0.38 mm，最大處為2.74 mm；型材空心部位直徑為Φ3.2 mm，尺寸較小，在擠壓過(guò)程中，型芯在受到周?chē)痪鶆虻慕饘倭鲃?dòng)的沖擊，變形勢(shì)必偏離原來(lái)的位置，而使不均勻的型材壁厚產(chǎn)生較大的尺寸偏差。因此，確保型芯強(qiáng)度以使其不產(chǎn)生位移，在設(shè)計(jì)中至關(guān)重要；型材實(shí)心部位有懸臂，其舌比為4，大于安全系數(shù)3。在擠壓時(shí)，由于懸臂處受正壓力較大，懸臂處根部受到較大的剪切力，使模具塌陷斷裂，此處不宜做實(shí)心模具設(shè)計(jì)，需設(shè)計(jì)為分流組合結(jié)構(gòu)，以改善懸臂處受力狀況。

圖1 SSL-3型材截面

　　2 空心型材模具制造工藝分析

　　空心型材模具根據(jù)其型芯結(jié)構(gòu)的不同，大致可分為三套制造工藝過(guò)程：配合加工、分體成型加工和配合成型加工。

　　（1）配合加工工藝。其上模型芯是按下模型孔配合定位，鉗工手工銼修成型的加工。這種方法適合加工型芯形狀規(guī)則且簡(jiǎn)單的模具。生產(chǎn)效率高，加工精度一般，尤其適合方形型芯模具的加工。

　?。?）分體成型加工工藝。分別以上模、下模的模具中心為基準(zhǔn)，用電火花成型加工型芯、用線(xiàn)切割加工型孔。加工中，下模中心需要加工一個(gè)不小于Φ8mm的工藝孔，如果型孔在模具中心處的尺寸小于工藝孔的直徑時(shí)，不宜采用此工藝方法。此工藝具有加工精度高，上、下?；Q性好的特點(diǎn)，但生產(chǎn)效率低，適合型芯形狀不規(guī)則或曲面型芯的復(fù)雜型材模具的生產(chǎn)。

　?。?）配合成型加工工藝。把型芯規(guī)則的一個(gè)面或多個(gè)面與下模型孔配合加工好，作為型芯不規(guī)則面或曲面的加工基準(zhǔn)，再用電火花成型加工型芯不規(guī)則面或曲面。該方法適合具有部分規(guī)則面的復(fù)雜型芯的模具加工。不需要加工工藝孔，尤其適合小型芯復(fù)雜型材或扁寬多孔型材模具的加工。

　　SSL-3型材模具型孔中心處小于Φ8mm，不適合分體成型加工，而空心部位又是圓形，型芯不宜用手工修銼成型，所以不能用配合加工工藝。該模具只能按適合配合成型加工工藝方法設(shè)計(jì)。

　　3 型材模具設(shè)計(jì)

　　根據(jù)型材截面結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和平面分流組合模具制造工藝可實(shí)施性分析，模具設(shè)計(jì)如下：

　　模具外形、流日、焊合室以及型孔尺寸均按普通分流組合模設(shè)計(jì)。按用戶(hù)要求設(shè)計(jì)外形為Φ150mm×105mm，上模厚度為55mm，型芯處厚度為80mm；下模厚度為50mm；導(dǎo)流口外圓為Φ90mm，且四流口均布；四個(gè)模橋?qū)挾染鶠?8mm；焊合室深度為16mm。型孔尺寸A按公式A＝A₀＋0.01A₀+M給出（A₀為型材尺寸；0.01為6063合金的收縮系數(shù)；M為型材尺寸的正偏差）。型孔工作帶長(zhǎng)度見(jiàn)圖2所示。

圖2 下模及型孔工作帶示意圖

　　模具懸臂處做一小芯與下模型孔研合，而不采用小型芯支承懸臂處結(jié)構(gòu)，是為了使型芯有一個(gè)規(guī)則的加工基準(zhǔn)面，為加工Φ3.2mm型芯提供加工基準(zhǔn)。所以，其規(guī)則型芯長(zhǎng)度為21mm，型芯上側(cè)3mm寬與型孔上面壓合，長(zhǎng)度為15.8mm留有0.2mm間隙，在擠壓時(shí)模橋彈性變形后正與型孔上面研合，以防從研合縫隙中流進(jìn)金屬。如圖3所示。

圖3 上模及型芯結(jié)構(gòu)

　　因?yàn)?Phi;3.2mm的圓形型芯尺寸小，為了避免其受力不均勻時(shí)產(chǎn)生變形，增大型芯強(qiáng)度，盡量使型芯長(zhǎng)度短些。不按常規(guī)分流模型芯設(shè)計(jì)，使型芯伸出型孔工作帶長(zhǎng)度1mm，而是使型芯長(zhǎng)度伸入型孔1mm～2mm。所以，圓型芯長(zhǎng)度為18mm，其中Φ3.2mm的長(zhǎng)度只有6mm，其余為錐形過(guò)渡，如圖3所示。

　　4 工藝實(shí)施

　　上模加工工藝流程：車(chē)削外圓、止口及型芯處→按胎鉆螺絲孔及銷(xiāo)釘孔→劃型芯及流口形狀線(xiàn)→排鉆流口→銑流口及型芯外形→熱處理→精車(chē)止口及端面→平磨上模平面→鉗工與下模配合銼修規(guī)則型面并配研合縫處→電火花成型加工圓形型芯及型芯間根部空刀→鉗工砂光并與下模裝配。

　　下模加工工藝流程：車(chē)削外圓、止口及焊合室處→按胎鉆螺絲孔及銷(xiāo)釘孔→劃型孔及焊合室形狀線(xiàn)→銑焊合室形狀→熱處理→精車(chē)止口及端面→平磨下模底平面→線(xiàn)切割型孔→電火花加工型孔空刀→鉗工砂光型孔工作帶并與上模裝配。

　　在上述工藝流程中，加工的關(guān)鍵是電火花成型加工圓形型芯，對(duì)這個(gè)過(guò)程作如下詳細(xì)說(shuō)明：

　?。?）成型加工的電極如圖4所示。用8mm厚紫銅板做電極，不加工面要留有間隙1mm。電極外周邊加工粗糙度要達(dá)到Ra0.8μm以上，以使加工準(zhǔn)確找正。

　　（2）電火花成型加工的基準(zhǔn)是鉗工已加工好的型面，如圖4中所示位置，在電火花機(jī)床上用千分表找正使模具坐標(biāo)系與機(jī)床坐標(biāo)系重合，然后，用機(jī)床的微火花放電功能實(shí)現(xiàn)對(duì)中，使電極中心與模具中心重合后加工。

圖4 成型電極

　?。?）在DX45NC電火花成型機(jī)床上精加工型芯，要保證加工粗糙度Ra0.8μm以上，并使其放電加工過(guò)程穩(wěn)定、電極損耗小、加工成型好。其主要的電規(guī)準(zhǔn)是（檔位）：峰值電流Ip為5；脈沖寬度Ton為15；脈沖間隔Toff為1。

　　5 結(jié)束語(yǔ)

　　SSL-3模具經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)與制作上的統(tǒng)籌安排，由于設(shè)計(jì)的合理，使制造工藝簡(jiǎn)單易行，且有效地保證模具制造質(zhì)量。模具在擠壓過(guò)程中克服了小型芯的變形，又改善了懸臂實(shí)心型材處的受力狀況，一次上機(jī)生產(chǎn)出合格的型材。開(kāi)辟了小型復(fù)雜型材模具設(shè)計(jì)制造的新思路。