輕量化汽車用鋁合金結構件的擠壓模具及擠壓工藝的制作方法

本發明屬于鋁合金型材制造領域，尤其是涉及一種輕量化汽車用鋁合金結構件的擠壓模具及擠壓工藝。

背景技術：

近年來，國內鋁擠壓行業在高速發展的同時，工業用鋁型材的市場份額逐年增長，汽車行業正向著輕量化、高速安全、節能環保、舒適美觀等方向發展，近年來各種鋁合金擠壓型材在汽車行業對于節能環保，輕量化、提高材料利用率等方面上起到高速發展。市場對復雜截面工業鋁型材的需求量在快速上升，這類型材由于結構復雜，生產難度較大，對模具的要求較高，模具結構設計的合理性是生產過程中的最關鍵問題。

技術實現要素：

為解決上述技術問題，本發明提供一種輕量化汽車用鋁合金結構件的擠壓模具及擠壓工藝，使其生產出滿足使用要求的鋁合金擠壓型材，同時又能降低鋁合金擠壓型材的生產成本目的。

本發明采用的技術方案是：輕量化汽車用鋁合金結構件的擠壓模具，包括上模和與上模匹配的中模，上模表面設有進料槽，進料槽內設有分流孔，上模包括分體上模和兩個圓形舌芯，分體上模和圓形舌芯可拆卸連接。

優選的，分流孔包括第一分流孔，第二分流孔和第三分流孔，第一分流孔設置于進料槽邊緣，第二分流孔設置于進料槽中間，第三分流孔設置于第二分流孔內。

優選的，第二分流孔向下凹陷形成二級進料槽，第三分流孔設置在二級進料槽中。

優選的，第一分流孔包括十個，第二分流孔包括四個，每個第二分流孔均設有兩個第三分流孔。

優選的，上模內側設有柱銷和上螺孔，中模內側設有凹槽和下螺孔，柱銷與凹槽匹配，上螺孔和下螺孔位置對應。

優選的，分體上模內側設有舌芯連接孔，圓形舌芯底部設有舌芯連接柱銷，舌芯連接孔與舌芯連接柱銷通過螺紋匹配連接。

優選的，中模內設有焊合室。

通過輕量化汽車用鋁合金結構件的擠壓模具制備一種新能源鋁合金型材的制備方法，制備步驟如下：

步驟一：去除鋁合金鑄棒的鑄造硬殼和表面氧化層，將處理好的鋁合金鑄棒預熱，對預熱好的鋁合金鑄棒噴涂碳粉，然后放入到擠壓機擠壓筒中；

步驟二：對輕量化汽車用鋁合金結構件的擠壓模具加熱；

步驟三：通過擠壓筒內擠壓裝置將鋁合金鑄棒向輕量化汽車用鋁合金結構件的擠壓模具擠壓，鋁合金鑄棒從輕量化汽車用鋁合金結構件的擠壓模具中擠出形成擠壓件；

步驟四：切除擠壓件頭部和尾部，進行在線強制風冷，對風冷后的擠壓件進行矯直，然后進行定尺鋸切；

步驟五：對切割后的擠壓件進行熱處理，處理后形成新能源鋁合金型材。

優選的，步驟一中鋁合金鑄棒預熱為階梯加熱，鑄棒頭部加熱到470-490℃，中部加熱到450-470℃，尾部加熱溫度為440-460℃，擠壓筒預熱溫度為450-470℃，步驟二中模具加熱溫度為450-470℃。

優選的，步驟五中熱處理條件為160-180℃，處理時長為6-10h。

本發明具有的優點和積極效果是：本發明提供的分流組合擠壓模具，對各分流孔結構均勻分配流量設計形成，使金屬流動速度和流量均勻，減輕模具受力，保證了產品的力學性能和外觀形位公差要求，避免了在生產過程中出現力學性能差、平面和角度超差等缺陷。

這種結構提高了模具的整體強度，減小了模具的彈性變形，同時也使型材的各個部位的供料均勻合理，分流孔供料時的金屬流對模芯產生的作用力相互得到有效平衡，模芯的彈性變形現象得到了極大的改善，使中間進料孔與外圍進料孔的進料面積比例趨于合理。

在現有設備電火花機床無法加工的情況下，故將模具的上模設計成分體組合結構，將模芯中兩個圓之間加工不到的位置，拆分開單獨加工，縮短了模具制作周期，而且降低了成本，提供生產效率。

附圖說明

圖1是本發明的結構示意圖；

圖2是分體上模結構示意圖；

圖3是圓形舌芯結構示意圖；

圖4是分體上模與圓形舌芯裝配示意圖；

圖5是上模外側結構示意圖；

圖6是上模中模裝配二維圖；

圖7是型材結構示意圖。

圖中：

1、上模2、中模3、圓形舌芯

4、分體上模5、上螺孔6、舌芯連接柱銷

7、柱銷8、舌芯連接孔9、第一分流孔

10、第二分流孔11、第三分流孔12、分流橋

13、焊合室14、模芯

具體實施方式

下面結合附圖對本發明的一個實施例做出說明。

如圖1-7所示，本發明涉及一種輕量化汽車用鋁合金結構件的擠壓模具及擠壓工藝。

輕量化汽車用鋁合金結構件的擠壓模具，包括上模和與上模匹配的中模，由于模具設計較為復雜，上模中兩個圓形舌芯之間距離較近，在現有設備電火花機床無法加工的情況下，故將模具的上模設計成分體組合結構，上模包括分體上模和兩個圓形舌芯，將分體上模和兩個圓形舌芯拆分開用數控加工中心單獨加工，分體上模和圓形舌芯可拆卸連接，分體上模內側設有舌芯連接孔，圓形舌芯底部設有舌芯連接柱銷，舌芯連接孔與舌芯連接柱銷通過螺紋匹配連接，這樣的結構既縮短了模具制作周期，又降低了成本，提高了生產效率。

上模內側設有柱銷和上螺孔，中模內側設有凹槽和下螺孔，柱銷與凹槽匹配，上螺孔和下螺孔位置對應，柱銷與凹槽、上螺孔與下螺孔均包括兩套，上模和中模通過柱銷與凹槽定位，通過螺栓穿過對應的螺孔緊固連接，將上模和中模裝配連接為整體結構。中模內設有焊合室，對分流后的鋁料進行壓力焊合。

上模表面設有進料槽，進料槽內設有分流孔，連接各個分流孔的表面形成分流橋，分流孔包括第一分流孔，第二分流孔和第三分流孔，第一分流孔設置于進料槽邊緣，共包括10個，第二分流孔設置于進料槽中間，包括4個，4個第二分流孔兩兩相對排列，且孔徑較大，孔型呈條狀，第二分流孔向下凹陷形成二級進料槽，第三分流孔設置于第二分流孔內二級進料槽中，每個第二分流孔均設有2個第三分流孔，第三分流孔位于第二分流孔的兩端，在模具擠壓過程中，棒料經加熱后先通過外面均勻分布的10個第一分流孔，再通過4個第二分流孔，經由第二分流孔再通過8個第三分流孔分流供料，擠壓出最終型材。與常規設置4個分流孔相比，增加了分流孔的數量，在保證模具強度的前提下，獲得了最佳金屬流動均勻性，解決了各個模芯位置的供料平衡問題，使模芯受力平衡，型材各部位流速均勻，改善了模具應力分布狀態，提高了模具使用壽命。從而使流動金屬在焊合室里具有足夠的靜水壓力。模具中設置為進料槽和二級進料槽的結構進行階梯式分流，最終均勻分流到中間開的八個小分流孔供料，目的是防止擠壓力過大，出現悶車現象。

模具的工作過程是：鋁棒加熱到約480℃后，在擠壓桿的壓力下，首先接觸上模表面，經過上模的各級分流孔，鋁棒變形為14股鋁料，中心的4股鋁料再通過壓力變為8股，然后鋁料通過中模的焊合室重新焊合，中模中部設有孔型，中模上的孔型成型型材的外圍輪廓，上模分流橋內側設有型芯，上模上的型芯成型型材的內腔輪廓，后經過中模空刀，擠出最終的初型材，再經焊合室對分流后的鋁料進行壓力焊合，形成最終擠壓型材。

通過輕量化汽車用鋁合金結構件的擠壓模具制備一種新能源鋁合金型材的制備工藝匹配上述模具，其制備步驟如下：

步驟一：去除鋁合金鑄棒的鑄造硬殼和表面氧化層，將處理好的鋁合金鑄棒預熱，對預熱好的鋁合金鑄棒噴涂碳粉，然后放入到擠壓機擠壓筒中；

步驟二：對輕量化汽車用鋁合金結構件的擠壓模具加熱；

步驟三：通過擠壓筒內擠壓裝置將鋁合金鑄棒向輕量化汽車用鋁合金結構件的擠壓模具擠壓，鋁合金鑄棒從輕量化汽車用鋁合金結構件的擠壓模具中擠出形成擠壓件；

步驟四：切除擠壓件頭部和尾部，進行在線強制風冷，對風冷后的擠壓件進行矯直，然后進行定尺鋸切；

步驟五：對切割后的擠壓件進行熱處理，處理后形成新能源鋁合金型材。

具體制備步驟包括：

1)鑄棒表面處理，使用在線剝皮機去除鑄棒的鑄造硬殼和表面氧化層，避免影響型材質量。

2)對鋁合金鑄棒進行預熱處理，預熱方式為階梯加熱，鑄棒頭部加熱到470-490℃，中部加熱到450-470℃，尾部加熱溫度為440-460℃，將其放入到擠壓機的擠壓筒中，擠壓筒溫度450-470℃。

3)鑄棒噴碳粉，將加熱后的鑄棒噴涂碳粉，防止鑄棒加熱后與模具粘連。

4)模具加熱，通過遠紅外加熱爐對模具均勻適速加熱，避免了快速加熱而引起的模具開裂問題，模具加熱溫度450-470℃。

5)在線擠壓：擠壓筒內的擠壓裝置以3～4m/min的擠壓速度向模具進行，對鋁合金鑄棒進行擠壓，將鋁合金鑄棒從產品中的模具中擠出，形成擠壓件。

6)將鋁合金的頭部和尾部切除，由于擠壓制品前端變形程度小，力學性能偏低，制品尾端在擠壓末期形成縮尾，所以需要切除頭部和尾部。

7)在線風冷，擠壓型材進行在線強制風冷，型材出模孔后，使用牽引機牽引在給予擠壓制品一定的張力同時與其流出速度同步移動，杜絕型材出模孔后扭彎現象等缺陷。

8)牽引矯直，將擠壓成型的型材的固定在拉伸矯直機上進行矯直，進行形狀微調整。

9)定尺鋸切對矯直后的型材進行定尺鋸切，切割出符合要求的型材件。

10)時效處理，對切割后的型材進行熱處理，合金經過擠壓在線淬火后，只是得到溶質為mg和si的過飽和固溶體，此時的力學性能不達標必須經過時效處理才能達標，因此需要對型材進行人工時效處理，時效溫度160-180℃，時效時間6-10h。

其中，選用36mn擠壓機，模具材料選用h13電渣模具鋼，鑄棒選用al6063鋁合金，直徑為305mm，鑄錠長度850mm，擠壓比為19.6。

對形成的新能源鋁合金型材進行抗拉強度、屈服強度和伸長率的測試，測試結果如表1所示。

表1

通過檢測結果能夠看出，經本發明方法制備所得的新能源鋁合金型材在抗拉強度、屈服強度和伸長率上均明顯優于普通型材，通過本發明方案制得的型材質地更均勻，強度更佳，使用壽命更長。

實施例1

通過輕量化汽車用鋁合金結構件的擠壓模具制備一種新能源鋁合金型材的制備工藝具體制備步驟包括：

1)鑄棒表面處理，使用在線剝皮機去除鑄棒的鑄造硬殼和表面氧化層，避免影響型材質量。

2)對鋁合金鑄棒進行預熱處理，預熱方式為階梯加熱，鑄棒頭部加熱到480℃，中部加熱到460℃，尾部加熱溫度為450℃，將其放入到擠壓機的擠壓筒中，擠壓筒溫度460℃。

3)鑄棒噴碳粉，將加熱后的鑄棒噴涂碳粉，防止鑄棒加熱后與模具粘連。

4)模具加熱，通過遠紅外加熱爐對模具均勻適速加熱，避免了快速加熱而引起的模具開裂問題，模具加熱溫度460℃。

5)在線擠壓：擠壓筒內的擠壓裝置以3～4m/min的擠壓速度向模具進行，對鋁合金鑄棒進行擠壓，將鋁合金鑄棒從產品中的模具中擠出，形成擠壓件。

6)將鋁合金的頭部和尾部切除，由于擠壓制品前端變形程度小，力學性能偏低，制品尾端在擠壓末期形成縮尾，所以需要切除頭部和尾部。

7)在線風冷，擠壓型材進行在線強制風冷，型材出模孔后，使用牽引機牽引在給予擠壓制品一定的張力同時與其流出速度同步移動，杜絕型材出模孔后扭彎現象等缺陷。

8)牽引矯直，將擠壓成型的型材的固定在拉伸矯直機上進行矯直，進行形狀微調整。

9)定尺鋸切對矯直后的型材進行定尺鋸切，切割出符合要求的型材件。

10)時效處理，對切割后的型材進行熱處理，合金經過擠壓在線淬火后，只是得到溶質為mg和si的過飽和固溶體，此時的力學性能不達標必須經過時效處理才能達標，因此需要對型材進行人工時效處理，時效溫度170℃，時效時間8h。

通過上述條件制備的型材質地均勻，角度準確，表面平滑，力學性能強，經檢測生成的型材其抗拉強度為270mpa，屈服強度為231mpa，伸長率為11.8％，明顯高于普通型材，并且制作周期相對較短，生產率成功率非常高，模具模芯損壞程度低，保持了模芯的彈性，大大提高了模具的使用壽命。

實施例2

通過輕量化汽車用鋁合金結構件的擠壓模具制備一種新能源鋁合金型材的制備工藝具體制備步驟包括：

1)鑄棒表面處理，使用在線剝皮機去除鑄棒的鑄造硬殼和表面氧化層，避免影響型材質量。

2)對鋁合金鑄棒進行預熱處理，預熱方式為階梯加熱，鑄棒頭部加熱到470℃，中部加熱到450℃，尾部加熱溫度為440℃，將其放入到擠壓機的擠壓筒中，擠壓筒溫度450℃。

3)鑄棒噴碳粉，將加熱后的鑄棒噴涂碳粉，防止鑄棒加熱后與模具粘連。

4)模具加熱，通過遠紅外加熱爐對模具均勻適速加熱，避免了快速加熱而引起的模具開裂問題，模具加熱溫度450℃。

5)在線擠壓：擠壓筒內的擠壓裝置以3～4m/min的擠壓速度向模具進行，對鋁合金鑄棒進行擠壓，將鋁合金鑄棒從產品中的模具中擠出，形成擠壓件。

6)將鋁合金的頭部和尾部切除，由于擠壓制品前端變形程度小，力學性能偏低，制品尾端在擠壓末期形成縮尾，所以需要切除頭部和尾部。

7)在線風冷，擠壓型材進行在線強制風冷，型材出模孔后，使用牽引機牽引在給予擠壓制品一定的張力同時與其流出速度同步移動，杜絕型材出模孔后扭彎現象等缺陷。

8)牽引矯直，將擠壓成型的型材的固定在拉伸矯直機上進行矯直，進行形狀微調整。

9)定尺鋸切對矯直后的型材進行定尺鋸切，切割出符合要求的型材件。

10)時效處理，對切割后的型材進行熱處理，合金經過擠壓在線淬火后，只是得到溶質為mg和si的過飽和固溶體，此時的力學性能不達標必須經過時效處理才能達標，因此需要對型材進行人工時效處理，時效溫度160℃，時效時間10h。

實施例3

通過輕量化汽車用鋁合金結構件的擠壓模具制備一種新能源鋁合金型材的制備工藝具體制備步驟包括：

1)鑄棒表面處理，使用在線剝皮機去除鑄棒的鑄造硬殼和表面氧化層，避免影響型材質量。

2)對鋁合金鑄棒進行預熱處理，預熱方式為階梯加熱，鑄棒頭部加熱到490℃，中部加熱到470℃，尾部加熱溫度為460℃，將其放入到擠壓機的擠壓筒中，擠壓筒溫度470℃。

3)鑄棒噴碳粉，將加熱后的鑄棒噴涂碳粉，防止鑄棒加熱后與模具粘連。

4)模具加熱，通過遠紅外加熱爐對模具均勻適速加熱，避免了快速加熱而引起的模具開裂問題，模具加熱溫度470℃。

5)在線擠壓：擠壓筒內的擠壓裝置以3～4m/min的擠壓速度向模具進行，對鋁合金鑄棒進行擠壓，將鋁合金鑄棒從產品中的模具中擠出，形成擠壓件。

6)將鋁合金的頭部和尾部切除，由于擠壓制品前端變形程度小，力學性能偏低，制品尾端在擠壓末期形成縮尾，所以需要切除頭部和尾部。

7)在線風冷，擠壓型材進行在線強制風冷，型材出模孔后，使用牽引機牽引在給予擠壓制品一定的張力同時與其流出速度同步移動，杜絕型材出模孔后扭彎現象等缺陷。

8)牽引矯直，將擠壓成型的型材的固定在拉伸矯直機上進行矯直，進行形狀微調整。

9)定尺鋸切對矯直后的型材進行定尺鋸切，切割出符合要求的型材件。

10)時效處理，對切割后的型材進行熱處理，合金經過擠壓在線淬火后，只是得到溶質為mg和si的過飽和固溶體，此時的力學性能不達標必須經過時效處理才能達標，因此需要對型材進行人工時效處理，時效溫度180℃，時效時間6h。

以上對本發明的三個實施例進行了詳細說明，但所述內容僅為本發明的較佳實施例，不能被認為用于限定本發明的實施范圍。凡依本發明申請范圍所作的均等變化與改進等，均應仍歸屬于本發明的專利涵蓋范圍之內。