李 鹏，邹 静

（东北轻合金有限责任公司，黑龙江 哈尔滨150060）

　　摘要：分析小型腔悬臂空心型材分流组合模设计与制造特点，着重介绍其配合成型加工及型芯曲面电火花成型加工的工艺过程。

　　关键词：悬臂空心型材；分流组合模；成型加工；基准

　　小型空心铝合金型材一般用舌型模挤压较合适，然而舌型模的制造工艺和挤压操作较复杂，尤其是复杂截面空心型材的模具，制造难度更大。考虑到所挤铝合金的挤压性能较好，便于挤压操作等因素，把小型空心型材模具设计为平面分流组合模是一个好的尝试，这样会降低模具的制造难度。模具的型芯结构不同其平面分流组合模的制造工艺也不相同。模具设计更应考虑到制造工艺的可实施性，以利于提高模具制造质量。

　　1 型材截面结构分析

　　型材SSL-3是一个电器元件上使用的插件，结构如图1所示。该型材形状复杂，各部位壁厚差较大，最小壁厚为0.38 mm，最大处为2.74 mm；型材空心部位直径为Φ3.2 mm，尺寸较小，在挤压过程中，型芯在受到周围不均匀的金属流动的冲击，变形势必偏离原来的位置，而使不均匀的型材壁厚产生较大的尺寸偏差。因此，确保型芯强度以使其不产生位移，在设计中至关重要；型材实心部位有悬臂，其舌比为4，大于安全系数3。在挤压时，由于悬臂处受正压力较大，悬臂处根部受到较大的剪切力，使模具塌陷断裂，此处不宜做实心模具设计，需设计为分流组合结构，以改善悬臂处受力状况。

图1 SSL-3型材截面

　　2 空心型材模具制造工艺分析

　　空心型材模具根据其型芯结构的不同，大致可分为三套制造工艺过程：配合加工、分体成型加工和配合成型加工。

　　（1）配合加工工艺。其上模型芯是按下模型孔配合定位，钳工手工锉修成型的加工。这种方法适合加工型芯形状规则且简单的模具。生产效率高，加工精度一般，尤其适合方形型芯模具的加工。

　　（2）分体成型加工工艺。分别以上模、下模的模具中心为基准，用电火花成型加工型芯、用线切割加工型孔。加工中，下模中心需要加工一个不小于Φ8mm的工艺孔，如果型孔在模具中心处的尺寸小于工艺孔的直径时，不宜采用此工艺方法。此工艺具有加工精度高，上、下模互换性好的特点，但生产效率低，适合型芯形状不规则或曲面型芯的复杂型材模具的生产。

　　（3）配合成型加工工艺。把型芯规则的一个面或多个面与下模型孔配合加工好，作为型芯不规则面或曲面的加工基准，再用电火花成型加工型芯不规则面或曲面。该方法适合具有部分规则面的复杂型芯的模具加工。不需要加工工艺孔，尤其适合小型芯复杂型材或扁宽多孔型材模具的加工。

　　SSL-3型材模具型孔中心处小于Φ8mm，不适合分体成型加工，而空心部位又是圆形，型芯不宜用手工修锉成型，所以不能用配合加工工艺。该模具只能按适合配合成型加工工艺方法设计。

　　3 型材模具设计

　　根据型材截面结构特点和平面分流组合模具制造工艺可实施性分析，模具设计如下：

　　模具外形、流日、焊合室以及型孔尺寸均按普通分流组合模设计。按用户要求设计外形为Φ150mm×105mm，上模厚度为55mm，型芯处厚度为80mm；下模厚度为50mm；导流口外圆为Φ90mm，且四流口均布；四个模桥宽度均为18mm；焊合室深度为16mm。型孔尺寸A按公式A＝A₀＋0.01A₀+M给出（A₀为型材尺寸；0.01为6063合金的收缩系数；M为型材尺寸的正偏差）。型孔工作带长度见图2所示。

图2 下模及型孔工作带示意图

　　模具悬臂处做一小芯与下模型孔研合，而不采用小型芯支承悬臂处结构，是为了使型芯有一个规则的加工基准面，为加工Φ3.2mm型芯提供加工基准。所以，其规则型芯长度为21mm，型芯上侧3mm宽与型孔上面压合，长度为15.8mm留有0.2mm间隙，在挤压时模桥弹性变形后正与型孔上面研合，以防从研合缝隙中流进金属。如图3所示。

图3 上模及型芯结构

　　因为Φ3.2mm的圆形型芯尺寸小，为了避免其受力不均匀时产生变形，增大型芯强度，尽量使型芯长度短些。不按常规分流模型芯设计，使型芯伸出型孔工作带长度1mm，而是使型芯长度伸入型孔1mm～2mm。所以，圆型芯长度为18mm，其中Φ3.2mm的长度只有6mm，其余为锥形过渡，如图3所示。

　　4 工艺实施

　　上模加工工艺流程：车削外圆、止口及型芯处→按胎钻螺丝孔及销钉孔→划型芯及流口形状线→排钻流口→铣流口及型芯外形→热处理→精车止口及端面→平磨上模平面→钳工与下模配合锉修规则型面并配研合缝处→电火花成型加工圆形型芯及型芯间根部空刀→钳工砂光并与下模装配。

　　下模加工工艺流程：车削外圆、止口及焊合室处→按胎钻螺丝孔及销钉孔→划型孔及焊合室形状线→铣焊合室形状→热处理→精车止口及端面→平磨下模底平面→线切割型孔→电火花加工型孔空刀→钳工砂光型孔工作带并与上模装配。

　　在上述工艺流程中，加工的关键是电火花成型加工圆形型芯，对这个过程作如下详细说明：

　　（1）成型加工的电极如图4所示。用8mm厚紫铜板做电极，不加工面要留有间隙1mm。电极外周边加工粗糙度要达到Ra0.8μm以上，以使加工准确找正。

　　（2）电火花成型加工的基准是钳工已加工好的型面，如图4中所示位置，在电火花机床上用千分表找正使模具坐标系与机床坐标系重合，然后，用机床的微火花放电功能实现对中，使电极中心与模具中心重合后加工。

图4 成型电极

　　（3）在DX45NC电火花成型机床上精加工型芯，要保证加工粗糙度Ra0.8μm以上，并使其放电加工过程稳定、电极损耗小、加工成型好。其主要的电规准是（档位）：峰值电流Ip为5；脉冲宽度Ton为15；脉冲间隔Toff为1。

　　5 结束语

　　SSL-3模具经过设计与制作上的统筹安排，由于设计的合理，使制造工艺简单易行，且有效地保证模具制造质量。模具在挤压过程中克服了小型芯的变形，又改善了悬臂实心型材处的受力状况，一次上机生产出合格的型材。开辟了小型复杂型材模具设计制造的新思路。

李 鹏，邹 静

（东北轻合金有限责任公司，黑龙江 哈尔滨150060）

　　摘要：分析小型腔悬臂空心型材分流组合模设计与制造特点，着重介绍其配合成型加工及型芯曲面电火花成型加工的工艺过程。

　　关键词：悬臂空心型材；分流组合模；成型加工；基准

　　小型空心铝合金型材一般用舌型模挤压较合适，然而舌型模的制造工艺和挤压操作较复杂，尤其是复杂截面空心型材的模具，制造难度更大。考虑到所挤铝合金的挤压性能较好，便于挤压操作等因素，把小型空心型材模具设计为平面分流组合模是一个好的尝试，这样会降低模具的制造难度。模具的型芯结构不同其平面分流组合模的制造工艺也不相同。模具设计更应考虑到制造工艺的可实施性，以利于提高模具制造质量。

　　1 型材截面结构分析

　　型材SSL-3是一个电器元件上使用的插件，结构如图1所示。该型材形状复杂，各部位壁厚差较大，最小壁厚为0.38 mm，最大处为2.74 mm；型材空心部位直径为Φ3.2 mm，尺寸较小，在挤压过程中，型芯在受到周围不均匀的金属流动的冲击，变形势必偏离原来的位置，而使不均匀的型材壁厚产生较大的尺寸偏差。因此，确保型芯强度以使其不产生位移，在设计中至关重要；型材实心部位有悬臂，其舌比为4，大于安全系数3。在挤压时，由于悬臂处受正压力较大，悬臂处根部受到较大的剪切力，使模具塌陷断裂，此处不宜做实心模具设计，需设计为分流组合结构，以改善悬臂处受力状况。

图1 SSL-3型材截面

　　2 空心型材模具制造工艺分析

　　空心型材模具根据其型芯结构的不同，大致可分为三套制造工艺过程：配合加工、分体成型加工和配合成型加工。

　　（1）配合加工工艺。其上模型芯是按下模型孔配合定位，钳工手工锉修成型的加工。这种方法适合加工型芯形状规则且简单的模具。生产效率高，加工精度一般，尤其适合方形型芯模具的加工。

　　（2）分体成型加工工艺。分别以上模、下模的模具中心为基准，用电火花成型加工型芯、用线切割加工型孔。加工中，下模中心需要加工一个不小于Φ8mm的工艺孔，如果型孔在模具中心处的尺寸小于工艺孔的直径时，不宜采用此工艺方法。此工艺具有加工精度高，上、下模互换性好的特点，但生产效率低，适合型芯形状不规则或曲面型芯的复杂型材模具的生产。

　　（3）配合成型加工工艺。把型芯规则的一个面或多个面与下模型孔配合加工好，作为型芯不规则面或曲面的加工基准，再用电火花成型加工型芯不规则面或曲面。该方法适合具有部分规则面的复杂型芯的模具加工。不需要加工工艺孔，尤其适合小型芯复杂型材或扁宽多孔型材模具的加工。

　　SSL-3型材模具型孔中心处小于Φ8mm，不适合分体成型加工，而空心部位又是圆形，型芯不宜用手工修锉成型，所以不能用配合加工工艺。该模具只能按适合配合成型加工工艺方法设计。

　　3 型材模具设计

　　根据型材截面结构特点和平面分流组合模具制造工艺可实施性分析，模具设计如下：

　　模具外形、流日、焊合室以及型孔尺寸均按普通分流组合模设计。按用户要求设计外形为Φ150mm×105mm，上模厚度为55mm，型芯处厚度为80mm；下模厚度为50mm；导流口外圆为Φ90mm，且四流口均布；四个模桥宽度均为18mm；焊合室深度为16mm。型孔尺寸A按公式A＝A₀＋0.01A₀+M给出（A₀为型材尺寸；0.01为6063合金的收缩系数；M为型材尺寸的正偏差）。型孔工作带长度见图2所示。

图2 下模及型孔工作带示意图

　　模具悬臂处做一小芯与下模型孔研合，而不采用小型芯支承悬臂处结构，是为了使型芯有一个规则的加工基准面，为加工Φ3.2mm型芯提供加工基准。所以，其规则型芯长度为21mm，型芯上侧3mm宽与型孔上面压合，长度为15.8mm留有0.2mm间隙，在挤压时模桥弹性变形后正与型孔上面研合，以防从研合缝隙中流进金属。如图3所示。

图3 上模及型芯结构

　　因为Φ3.2mm的圆形型芯尺寸小，为了避免其受力不均匀时产生变形，增大型芯强度，尽量使型芯长度短些。不按常规分流模型芯设计，使型芯伸出型孔工作带长度1mm，而是使型芯长度伸入型孔1mm～2mm。所以，圆型芯长度为18mm，其中Φ3.2mm的长度只有6mm，其余为锥形过渡，如图3所示。

　　4 工艺实施

　　上模加工工艺流程：车削外圆、止口及型芯处→按胎钻螺丝孔及销钉孔→划型芯及流口形状线→排钻流口→铣流口及型芯外形→热处理→精车止口及端面→平磨上模平面→钳工与下模配合锉修规则型面并配研合缝处→电火花成型加工圆形型芯及型芯间根部空刀→钳工砂光并与下模装配。

　　下模加工工艺流程：车削外圆、止口及焊合室处→按胎钻螺丝孔及销钉孔→划型孔及焊合室形状线→铣焊合室形状→热处理→精车止口及端面→平磨下模底平面→线切割型孔→电火花加工型孔空刀→钳工砂光型孔工作带并与上模装配。

　　在上述工艺流程中，加工的关键是电火花成型加工圆形型芯，对这个过程作如下详细说明：

　　（1）成型加工的电极如图4所示。用8mm厚紫铜板做电极，不加工面要留有间隙1mm。电极外周边加工粗糙度要达到Ra0.8μm以上，以使加工准确找正。

　　（2）电火花成型加工的基准是钳工已加工好的型面，如图4中所示位置，在电火花机床上用千分表找正使模具坐标系与机床坐标系重合，然后，用机床的微火花放电功能实现对中，使电极中心与模具中心重合后加工。

图4 成型电极

　　（3）在DX45NC电火花成型机床上精加工型芯，要保证加工粗糙度Ra0.8μm以上，并使其放电加工过程稳定、电极损耗小、加工成型好。其主要的电规准是（档位）：峰值电流Ip为5；脉冲宽度Ton为15；脉冲间隔Toff为1。

　　5 结束语

　　SSL-3模具经过设计与制作上的统筹安排，由于设计的合理，使制造工艺简单易行，且有效地保证模具制造质量。模具在挤压过程中克服了小型芯的变形，又改善了悬臂实心型材处的受力状况，一次上机生产出合格的型材。开辟了小型复杂型材模具设计制造的新思路。