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本文在介绍了大型铝合金型材的特点之后，着重讨论各种大型材的模具结构、尺寸设计以及模具制造与试模修理等方面的关键问题。根据生产实践并结合作者本人长期生产经验与研究成果，分析了几种典型复杂铝合金型材模具的设计和试生产情况，有较好的实用价值。
随着现代化经济的高速发展，铝合金型材正向着大型化、薄壁扁宽化、尺寸高精度化、形状复杂化的方向发展。由于铝型材本身具备诸多优点，它的应用范围已拓展到航空航天、交通运输、机械制造和电子电力等各个部门。也由于大型型材可带来巨大的经济和社会效益，各大铝业公司都争先恐后地购进大型挤压机和加大资金投人生产大型铝合金型材。
一、大型铝合金挤压型材的特点
界定大型型材一般是根据它的外形尺寸或断面积大小：(1）型材的宽度或外接圆直径大于mm；(2）型材的断面积大于20cm2；(3）型材交货长度大于10m。诸如薄壁扁宽且宽厚比W=L/t2B1＞的型材，见图1-a；多孔中空复杂断面型材，见图1-b;加强筋高度H＞80mm的中空型材，见图1-C；壁厚差较大、中空带实心的大断面型材，见图1-d；空心部分位于型材边缘的型材，见图1-e等。类似这些典型型材的模具模腔形状和相关尺寸都相当繁杂，挤压时的温度场、速度场和应力应变场难于控制，所以模具的设计、制作和维修都具有一定的难度。
二、典型大型材的模具设计及举例
2.1薄壁扁宽型材（图1-a）的模具设计
2.1.1图1-a型材的工艺特点
①该型材宽厚比较大：W=/2.4=；②薄壁t0=2.4mm常规条件下的薄壁扁宽型材，当宽度为mm时，壁厚t0一般不小于2.8mm。③该型材材料为合金，选用36MN挤压机，在?mm挤压筒上生产，其挤压比λ=83。2.1.2画1-a型材的模具设计方案，见图2。
2.1.3本例模子设计方案的特点
①本例型材采用分流焊合挤压法生产。在型材模子的前面加一个分流宽展模（3孔两桥），将金属分成3股金属流，然后在分流宽展模的桥下与型材模前面的导流槽组成的上下焊合室内重新焊合。特点是金属得到合理分配、可均衡金属流动的不均匀性，由于两个桥的存在，模子强度较好、同时也达到宽展的目的。采用分流焊合挤压法生产扁宽型材，模孔处金属流动的均匀性比导流板平模挤压法为好。
②分流宽展模的各要素设计。为改善金属焊合质量，分流孔的大小及分布、分流比K分与的取值、焊合室的深度h焊、宽展角β，都应与一般分流模的设计相同。不同之处是分流桥设计窄而短（宽23mm，高50mm)，这可大大降低挤压力。
③模孔壁厚尺寸t=2.4+0.2=2.6mm（即名义尺寸＋上偏差），模孔制作精度为0～0.05mm。2.1.4上机试模使用效果模子上机试生产，型材成形较好，由于两个桥的作用，模孔未出现大的弹性变形量，挤压出的制品也无大的波浪、弯曲、扭拧等缺陷，只有轻微的平面间隙。经辊压矫形后平面间隙即合乎技术标准。
2.2多孔复杂断面空心型材的模子设计（见图1-b)
2.2.1图1-b型材的特点
①本例型材有大小不等、形状各异的9个孔；
②型材有8条斜形加强筋，筋条的壁厚（2.4mm）小于周边壁厚（2.7mm)，斜筋处的模孔金属流动阻力较大、难以填充均匀；
③（型材的外接圆较大（?36mm)，且整体断面较复杂。2.2.2图1-b型材模子设计方案，见图3。
2.2.3本例型材的模子设计特点
①分流孔布置及大小的确定1）根据型材外形特征，10个分流孔与型材成几何相似性布置；2）分流孔的大小根据两个原则确定：一是金属填充对应模孔所需金属量的多少，但尽量保证各部分的分流比K分值基本相等（或者型材断面积稍大部分的K分值略低于其它部分的K分值），以便于金属均衡流动；二是金属进人各个分流孔的阻力不宜相差太大，即各个分流孔面积之间不能相差太大。
②焊合室深度h焊选择的主要原则：一是要保证焊缝质量及模孔斜筋厚度的均匀填充；二是要保证芯头的强度和稳定性，所以，焊合室深度要选择合适。因为本例型材外接圆较大（φmm)，需在80MN挤压机上采用φmm挤压筒、φmm的模子生产，所以焊合室深度选择h焊=mm。
③焊合室的断面形状：下模焊合室内沿各桥墩划线加工成梯形，形成二级焊合室，以增加金属的焊合强度。
2.2.4上机试模使用效果
①本型材模具是从国外购进，由于模具的材料选择及设计、制作都很到位，所以模子上机挤压出的制品合格率很高。
②众所周知，任何一个好的作品都是由各个环节努力合作的产物。挤压技术本是一项集体作业，特别是对一个外形形状较复杂的中空型材的生产，单凭好的模子还不够，还特别需要合理的挤压工艺和有经验的操作技工配合，本例型材的合金状态为AT6，制品流出模孔后需经喷水雾冷却固溶，由于型材多孔且壁厚不等，冷却速度出现不同步，容易出现变形。由于挤压技工根据制品的出料情况及时调节水阀和风阀的压力，使制品冷却速度均衡，减小制品各部位的冷却速度差，避免了制品弯曲、波浪等缺陷的产生。
2.3多孔、高加强筋型材的模子设计（图1-C)
2.3.1图1-C型材的特点
①本例型材属扁形、中孔较大的空心型材，长mm，高88mm，内有3条高80mm，厚3.5mm的加强筋，制品筋条的中心部位会产生尺寸偏小现象；
②型材为合金，该合金的可挤压性是合金的60％左右，成形难度较大。2.3.2图1-c型材模子设计方案，见图4。
2.3.3图2-c模子设计特点
①分流孔的布置。由于本例型材基本以X、Y轴成对称形，所以分流孔的布置也以X、Y轴为对称形；由于该型材属外形尺寸较大的扁宽形状（宽＝mm、高87mm)，两端头的分流孔的宽展角β＝18.4°，宽展率35％。
②为使3条高80×3.5mm的加强筋的模孔有足够的金属填充，从模子的中心部位开3个阶梯分流孔，金属可直接进人导流孔，引流孔尺寸的确定原则是：在保证模子芯头强度及稳定性的前提下，导流孔的面积尽可能大一些；另外，导流槽的尺寸、角度要合适，过渡部位要圆滑。
③为使焊合室内流动金属有足够大的静水压力，焊合室的深度h焊取33mm，并加工成梯形，进一步增强其焊合质量。
④模孔尺寸的确定：由于该型材属外形尺寸较大的扁宽形状，宽向收缩较大，因此其宽向收缩系数取值要大于1%，高向收缩系数值取1％。
2.3.4上机试模使用效果
①第一次试模是使用合金挤压，出料很好。
②第二次试模用合金发现中间3条加强筋尺寸偏小，而且加强筋出现撕裂现象，分析原因后将中心部位分流孔的第二阶层由原来的深50mm改为深70mm；模芯的导流孔由原来的高10×10mm改为20×l6mm，使金属填充充足；导流孔两端头的导流槽加宽、过度区打磨圆滑，使金属很顺利的流人导流孔。
③第三次上机试压，发现制品尺寸仍偏小，于是再从设计图纸上寻找原因。经计算，发现分流比4B3K分＝9.8，偏小。分流比过小会引起制品尺寸偏小，必须加大各个分流孔尺寸，使分流比（K分＝15.2）足够大。然后再上机试模，制品尺寸精度合乎图纸设计要求。
三、大型铝合金挤压模的加工制作
就质量而言，铝型材挤压模具需达到三高一低，即高的热处理硬度值和高的表面硬度值、高的尺寸精度、高的强度和低的表面粗糙度。模具的制作主要由机械加工、电加工成型；经热处理提高模子整个基体的硬度；再经过钳工研磨、抛光后组装完成。一套模具要经过十几道工序，多个优秀技工的精雕细啄才能做成。以下，阐明一下模具加工的要点。
3.1模具的热处理工序
①好的模具钢是决定模子使用寿命的主要因素，而热处理将是模具制作中的关键工序。铝合金挤压模多采用H13钢，因为这种钢材具有高的抗回火能力和高温使用的稳定性。模具热处理是高温淬火“+”多次回火的过程。大型材模子的热处理硬度应稍低于中、小型模子的硬度（＞?mm的模子硬度达到HRCB～50即可），对大型材模具来说，淬火的高温温度保温时间不可太长（一般按0.5～0.7分/mm计算），时间长了容易产生过热，晶粒粗大，降低模子强度。回火保温时间需适当加长（一般按2分/mm)，可使组织充分稳定并提高其韧性，成品模具应增加一道去应力回火工序，消除电加工、机加工产生的应力。
②大型模具在热处理前需经手工打磨由机加工产生的棱角，使各过渡部位圆滑些，避免高温淬火时产生应力集中开裂。
③为确保材料质量和避免加工风险，模块钢在粗车两平面后需经超声波探伤检测，在未发现夹杂、裂纹、疏松、气孔和偏析瘤等缺陷后再继续加工。3.2模子抛光、装配是模子制作的收尾工序，尤为重要。它的工作包括：
①锉平、抛光模孔工作带；
②打磨、抛光分流孔、分流桥、焊合室、导流孔表面；
③配装模子组件，保证模孔尺寸精度，并确保型材流出模孔后畅通。
一些国内老企业和国外的模具制造业很注重这道工序，从事这项工作的工人技师大都有几年的钳工“功力”和一定程度的制模理论知识，他们每拿到一套模子后都当作一件艺术品进行雕琢，经他们的手抛制出的模子工作带平整、光洁、平行度和垂直度水平很高，看上去模子很完美，只要模子设计方案不错，一般一次上机合格率都较高。相对于那些“多做快装”的粗糙品来说，节约了大量的试模费、修模费和时间。
四、模子的修理与氮化
①对于较大型材的模子来讲，影响制品成型的因素绝大部分是由金属的供流情况决定的。修模技工一般从调节金属的供流着手，如分流孔大小、焊合室的级数和焊合室的形状。其修模手段是电火花机和铣床，然后辅以钳工修整。加阻、减阻工作带一般只对中、小型模子和型材局部的不成型起作用。
②修理大型材模子的顺序：应该先修平工作带，在修平工作带无效果的情况下再对分流孔加阻或减阻，尽量不要在焊合室内烧焊，因为烧焊会降低模孔周围工作区的硬度，且焊疤也会对流动金属造成应力，制品表面产生变形条纹。
③试模合格后的模子要及时进行表面强化处理（氮化后的表面硬度达到HV-之间），提高其表面的光洁度和抗磨能力。值得注意的是两次氮化之间需定量生产，如出材过多，会把模子定径带的氮化层拉掉或拉成沟槽，影响制品表面质量；如出材过少连续氮化，会产生过氮化（定径带产生脱皮），所以要求模子管理员要掌握模子的使用全过程和把握模子的氮化适度。
5总结
(1）对于、、、A等合金型材的挤压，因它们的可挤压性较以拓3合金差些，它们的挤压比（λ）仅取合金的60％左右，因此模孔工作带的长度（h带）相对要取短些；分流模的分流比（K分）相对要取大些；
(2）大型模子的制造成本较高，模块钢在粗车后需经超声波探伤检测，只有未发现夹杂、裂纹、疏松、气孔等缺陷后再继续加工；
(3）为了降低挤压力、扩大分流比、提高焊合质量，分流孔随金属流动方向可做成内斜2°～4°，外锥度3°～6°，这样可降低挤压力10％左右；
(4）设计一分流模时，在保证金属供流充足的情况下，尽量设计桥墩，来减短桥的跨度；在保证模子强度的条件下，尽量使模子减薄，降低挤压力。
(5）铝型材挤压模的设计、制作、使用、维修是一个集体作业过程，是一项系统工程，需要各方面的人员很好地相互配合操作才能得到良好的效果。
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