轻量化汽车用铝合金结构件的挤压模具及挤压工艺的制作方法

本发明属于铝合金型材制造领域，尤其是涉及一种轻量化汽车用铝合金结构件的挤压模具及挤压工艺。

背景技术：

近年来，国内铝挤压行业在高速发展的同时，工业用铝型材的市场份额逐年增长，汽车行业正向着轻量化、高速安全、节能环保、舒适美观等方向发展，近年来各种铝合金挤压型材在汽车行业对于节能环保，轻量化、提高材料利用率等方面上起到高速发展。市场对复杂截面工业铝型材的需求量在快速上升，这类型材由于结构复杂，生产难度较大，对模具的要求较高，模具结构设计的合理性是生产过程中的最关键问题。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明提供一种轻量化汽车用铝合金结构件的挤压模具及挤压工艺，使其生产出满足使用要求的铝合金挤压型材，同时又能降低铝合金挤压型材的生产成本目的。

本发明采用的技术方案是：轻量化汽车用铝合金结构件的挤压模具，包括上模和与上模匹配的中模，上模表面设有进料槽，进料槽内设有分流孔，上模包括分体上模和两个圆形舌芯，分体上模和圆形舌芯可拆卸连接。

优选的，分流孔包括第一分流孔，第二分流孔和第三分流孔，第一分流孔设置于进料槽边缘，第二分流孔设置于进料槽中间，第三分流孔设置于第二分流孔内。

优选的，第二分流孔向下凹陷形成二级进料槽，第三分流孔设置在二级进料槽中。

优选的，第一分流孔包括十个，第二分流孔包括四个，每个第二分流孔均设有两个第三分流孔。

优选的，上模内侧设有柱销和上螺孔，中模内侧设有凹槽和下螺孔，柱销与凹槽匹配，上螺孔和下螺孔位置对应。

优选的，分体上模内侧设有舌芯连接孔，圆形舌芯底部设有舌芯连接柱销，舌芯连接孔与舌芯连接柱销通过螺纹匹配连接。

优选的，中模内设有焊合室。

通过轻量化汽车用铝合金结构件的挤压模具制备一种新能源铝合金型材的制备方法，制备步骤如下：

步骤一：去除铝合金铸棒的铸造硬壳和表面氧化层，将处理好的铝合金铸棒预热，对预热好的铝合金铸棒喷涂碳粉，然后放入到挤压机挤压筒中；

步骤二：对轻量化汽车用铝合金结构件的挤压模具加热；

步骤三：通过挤压筒内挤压装置将铝合金铸棒向轻量化汽车用铝合金结构件的挤压模具挤压，铝合金铸棒从轻量化汽车用铝合金结构件的挤压模具中挤出形成挤压件；

步骤四：切除挤压件头部和尾部，进行在线强制风冷，对风冷后的挤压件进行矫直，然后进行定尺锯切；

步骤五：对切割后的挤压件进行热处理，处理后形成新能源铝合金型材。

优选的，步骤一中铝合金铸棒预热为阶梯加热，铸棒头部加热到470-490℃，中部加热到450-470℃，尾部加热温度为440-460℃，挤压筒预热温度为450-470℃，步骤二中模具加热温度为450-470℃。

优选的，步骤五中热处理条件为160-180℃，处理时长为6-10h。

本发明具有的优点和积极效果是：本发明提供的分流组合挤压模具，对各分流孔结构均匀分配流量设计形成，使金属流动速度和流量均匀，减轻模具受力，保证了产品的力学性能和外观形位公差要求，避免了在生产过程中出现力学性能差、平面和角度超差等缺陷。

这种结构提高了模具的整体强度，减小了模具的弹性变形，同时也使型材的各个部位的供料均匀合理，分流孔供料时的金属流对模芯产生的作用力相互得到有效平衡，模芯的弹性变形现象得到了极大的改善，使中间进料孔与外围进料孔的进料面积比例趋于合理。

在现有设备电火花机床无法加工的情况下，故将模具的上模设计成分体组合结构，将模芯中两个圆之间加工不到的位置，拆分开单独加工，缩短了模具制作周期，而且降低了成本，提供生产效率。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是分体上模结构示意图；

图3是圆形舌芯结构示意图；

图4是分体上模与圆形舌芯装配示意图；

图5是上模外侧结构示意图；

图6是上模中模装配二维图；

图7是型材结构示意图。

图中：

1、上模2、中模3、圆形舌芯

4、分体上模5、上螺孔6、舌芯连接柱销

7、柱销8、舌芯连接孔9、第一分流孔

10、第二分流孔11、第三分流孔12、分流桥

13、焊合室14、模芯

具体实施方式

下面结合附图对本发明的一个实施例做出说明。

如图1-7所示，本发明涉及一种轻量化汽车用铝合金结构件的挤压模具及挤压工艺。

轻量化汽车用铝合金结构件的挤压模具，包括上模和与上模匹配的中模，由于模具设计较为复杂，上模中两个圆形舌芯之间距离较近，在现有设备电火花机床无法加工的情况下，故将模具的上模设计成分体组合结构，上模包括分体上模和两个圆形舌芯，将分体上模和两个圆形舌芯拆分开用数控加工中心单独加工，分体上模和圆形舌芯可拆卸连接，分体上模内侧设有舌芯连接孔，圆形舌芯底部设有舌芯连接柱销，舌芯连接孔与舌芯连接柱销通过螺纹匹配连接，这样的结构既缩短了模具制作周期，又降低了成本，提高了生产效率。

上模内侧设有柱销和上螺孔，中模内侧设有凹槽和下螺孔，柱销与凹槽匹配，上螺孔和下螺孔位置对应，柱销与凹槽、上螺孔与下螺孔均包括两套，上模和中模通过柱销与凹槽定位，通过螺栓穿过对应的螺孔紧固连接，将上模和中模装配连接为整体结构。中模内设有焊合室，对分流后的铝料进行压力焊合。

上模表面设有进料槽，进料槽内设有分流孔，连接各个分流孔的表面形成分流桥，分流孔包括第一分流孔，第二分流孔和第三分流孔，第一分流孔设置于进料槽边缘，共包括10个，第二分流孔设置于进料槽中间，包括4个，4个第二分流孔两两相对排列，且孔径较大，孔型呈条状，第二分流孔向下凹陷形成二级进料槽，第三分流孔设置于第二分流孔内二级进料槽中，每个第二分流孔均设有2个第三分流孔，第三分流孔位于第二分流孔的两端，在模具挤压过程中，棒料经加热后先通过外面均匀分布的10个第一分流孔，再通过4个第二分流孔，经由第二分流孔再通过8个第三分流孔分流供料，挤压出最终型材。与常规设置4个分流孔相比，增加了分流孔的数量，在保证模具强度的前提下，获得了最佳金属流动均匀性，解决了各个模芯位置的供料平衡问题，使模芯受力平衡，型材各部位流速均匀，改善了模具应力分布状态，提高了模具使用寿命。从而使流动金属在焊合室里具有足够的静水压力。模具中设置为进料槽和二级进料槽的结构进行阶梯式分流，最终均匀分流到中间开的八个小分流孔供料，目的是防止挤压力过大，出现闷车现象。

模具的工作过程是：铝棒加热到约480℃后，在挤压杆的压力下，首先接触上模表面，经过上模的各级分流孔，铝棒变形为14股铝料，中心的4股铝料再通过压力变为8股，然后铝料通过中模的焊合室重新焊合，中模中部设有孔型，中模上的孔型成型型材的外围轮廓，上模分流桥内侧设有型芯，上模上的型芯成型型材的内腔轮廓，后经过中模空刀，挤出最终的初型材，再经焊合室对分流后的铝料进行压力焊合，形成最终挤压型材。

通过轻量化汽车用铝合金结构件的挤压模具制备一种新能源铝合金型材的制备工艺匹配上述模具，其制备步骤如下：

步骤一：去除铝合金铸棒的铸造硬壳和表面氧化层，将处理好的铝合金铸棒预热，对预热好的铝合金铸棒喷涂碳粉，然后放入到挤压机挤压筒中；

步骤二：对轻量化汽车用铝合金结构件的挤压模具加热；

步骤三：通过挤压筒内挤压装置将铝合金铸棒向轻量化汽车用铝合金结构件的挤压模具挤压，铝合金铸棒从轻量化汽车用铝合金结构件的挤压模具中挤出形成挤压件；

步骤四：切除挤压件头部和尾部，进行在线强制风冷，对风冷后的挤压件进行矫直，然后进行定尺锯切；

步骤五：对切割后的挤压件进行热处理，处理后形成新能源铝合金型材。

具体制备步骤包括：

1)铸棒表面处理，使用在线剥皮机去除铸棒的铸造硬壳和表面氧化层，避免影响型材质量。

2)对铝合金铸棒进行预热处理，预热方式为阶梯加热，铸棒头部加热到470-490℃，中部加热到450-470℃，尾部加热温度为440-460℃，将其放入到挤压机的挤压筒中，挤压筒温度450-470℃。

3)铸棒喷碳粉，将加热后的铸棒喷涂碳粉，防止铸棒加热后与模具粘连。

4)模具加热，通过远红外加热炉对模具均匀适速加热，避免了快速加热而引起的模具开裂问题，模具加热温度450-470℃。

5)在线挤压：挤压筒内的挤压装置以3～4m/min的挤压速度向模具进行，对铝合金铸棒进行挤压，将铝合金铸棒从产品中的模具中挤出，形成挤压件。

6)将铝合金的头部和尾部切除，由于挤压制品前端变形程度小，力学性能偏低，制品尾端在挤压末期形成缩尾，所以需要切除头部和尾部。

7)在线风冷，挤压型材进行在线强制风冷，型材出模孔后，使用牵引机牵引在给予挤压制品一定的张力同时与其流出速度同步移动，杜绝型材出模孔后扭弯现象等缺陷。

8)牵引矫直，将挤压成型的型材的固定在拉伸矫直机上进行矫直，进行形状微调整。

9)定尺锯切对矫直后的型材进行定尺锯切，切割出符合要求的型材件。

10)时效处理，对切割后的型材进行热处理，合金经过挤压在线淬火后，只是得到溶质为mg和si的过饱和固溶体，此时的力学性能不达标必须经过时效处理才能达标，因此需要对型材进行人工时效处理，时效温度160-180℃，时效时间6-10h。

其中，选用36mn挤压机，模具材料选用h13电渣模具钢，铸棒选用al6063铝合金，直径为305mm，铸锭长度850mm，挤压比为19.6。

对形成的新能源铝合金型材进行抗拉强度、屈服强度和伸长率的测试，测试结果如表1所示。

表1

通过检测结果能够看出，经本发明方法制备所得的新能源铝合金型材在抗拉强度、屈服强度和伸长率上均明显优于普通型材，通过本发明方案制得的型材质地更均匀，强度更佳，使用寿命更长。

实施例1

通过轻量化汽车用铝合金结构件的挤压模具制备一种新能源铝合金型材的制备工艺具体制备步骤包括：

1)铸棒表面处理，使用在线剥皮机去除铸棒的铸造硬壳和表面氧化层，避免影响型材质量。

2)对铝合金铸棒进行预热处理，预热方式为阶梯加热，铸棒头部加热到480℃，中部加热到460℃，尾部加热温度为450℃，将其放入到挤压机的挤压筒中，挤压筒温度460℃。

3)铸棒喷碳粉，将加热后的铸棒喷涂碳粉，防止铸棒加热后与模具粘连。

4)模具加热，通过远红外加热炉对模具均匀适速加热，避免了快速加热而引起的模具开裂问题，模具加热温度460℃。

5)在线挤压：挤压筒内的挤压装置以3～4m/min的挤压速度向模具进行，对铝合金铸棒进行挤压，将铝合金铸棒从产品中的模具中挤出，形成挤压件。

6)将铝合金的头部和尾部切除，由于挤压制品前端变形程度小，力学性能偏低，制品尾端在挤压末期形成缩尾，所以需要切除头部和尾部。

7)在线风冷，挤压型材进行在线强制风冷，型材出模孔后，使用牵引机牵引在给予挤压制品一定的张力同时与其流出速度同步移动，杜绝型材出模孔后扭弯现象等缺陷。

8)牵引矫直，将挤压成型的型材的固定在拉伸矫直机上进行矫直，进行形状微调整。

9)定尺锯切对矫直后的型材进行定尺锯切，切割出符合要求的型材件。

10)时效处理，对切割后的型材进行热处理，合金经过挤压在线淬火后，只是得到溶质为mg和si的过饱和固溶体，此时的力学性能不达标必须经过时效处理才能达标，因此需要对型材进行人工时效处理，时效温度170℃，时效时间8h。

通过上述条件制备的型材质地均匀，角度准确，表面平滑，力学性能强，经检测生成的型材其抗拉强度为270mpa，屈服强度为231mpa，伸长率为11.8％，明显高于普通型材，并且制作周期相对较短，生产率成功率非常高，模具模芯损坏程度低，保持了模芯的弹性，大大提高了模具的使用寿命。

实施例2

通过轻量化汽车用铝合金结构件的挤压模具制备一种新能源铝合金型材的制备工艺具体制备步骤包括：

1)铸棒表面处理，使用在线剥皮机去除铸棒的铸造硬壳和表面氧化层，避免影响型材质量。

2)对铝合金铸棒进行预热处理，预热方式为阶梯加热，铸棒头部加热到470℃，中部加热到450℃，尾部加热温度为440℃，将其放入到挤压机的挤压筒中，挤压筒温度450℃。

3)铸棒喷碳粉，将加热后的铸棒喷涂碳粉，防止铸棒加热后与模具粘连。

4)模具加热，通过远红外加热炉对模具均匀适速加热，避免了快速加热而引起的模具开裂问题，模具加热温度450℃。

5)在线挤压：挤压筒内的挤压装置以3～4m/min的挤压速度向模具进行，对铝合金铸棒进行挤压，将铝合金铸棒从产品中的模具中挤出，形成挤压件。

6)将铝合金的头部和尾部切除，由于挤压制品前端变形程度小，力学性能偏低，制品尾端在挤压末期形成缩尾，所以需要切除头部和尾部。

7)在线风冷，挤压型材进行在线强制风冷，型材出模孔后，使用牵引机牵引在给予挤压制品一定的张力同时与其流出速度同步移动，杜绝型材出模孔后扭弯现象等缺陷。

8)牵引矫直，将挤压成型的型材的固定在拉伸矫直机上进行矫直，进行形状微调整。

9)定尺锯切对矫直后的型材进行定尺锯切，切割出符合要求的型材件。

10)时效处理，对切割后的型材进行热处理，合金经过挤压在线淬火后，只是得到溶质为mg和si的过饱和固溶体，此时的力学性能不达标必须经过时效处理才能达标，因此需要对型材进行人工时效处理，时效温度160℃，时效时间10h。

实施例3

通过轻量化汽车用铝合金结构件的挤压模具制备一种新能源铝合金型材的制备工艺具体制备步骤包括：

1)铸棒表面处理，使用在线剥皮机去除铸棒的铸造硬壳和表面氧化层，避免影响型材质量。

2)对铝合金铸棒进行预热处理，预热方式为阶梯加热，铸棒头部加热到490℃，中部加热到470℃，尾部加热温度为460℃，将其放入到挤压机的挤压筒中，挤压筒温度470℃。

3)铸棒喷碳粉，将加热后的铸棒喷涂碳粉，防止铸棒加热后与模具粘连。

4)模具加热，通过远红外加热炉对模具均匀适速加热，避免了快速加热而引起的模具开裂问题，模具加热温度470℃。

5)在线挤压：挤压筒内的挤压装置以3～4m/min的挤压速度向模具进行，对铝合金铸棒进行挤压，将铝合金铸棒从产品中的模具中挤出，形成挤压件。

6)将铝合金的头部和尾部切除，由于挤压制品前端变形程度小，力学性能偏低，制品尾端在挤压末期形成缩尾，所以需要切除头部和尾部。

7)在线风冷，挤压型材进行在线强制风冷，型材出模孔后，使用牵引机牵引在给予挤压制品一定的张力同时与其流出速度同步移动，杜绝型材出模孔后扭弯现象等缺陷。

8)牵引矫直，将挤压成型的型材的固定在拉伸矫直机上进行矫直，进行形状微调整。

9)定尺锯切对矫直后的型材进行定尺锯切，切割出符合要求的型材件。

10)时效处理，对切割后的型材进行热处理，合金经过挤压在线淬火后，只是得到溶质为mg和si的过饱和固溶体，此时的力学性能不达标必须经过时效处理才能达标，因此需要对型材进行人工时效处理，时效温度180℃，时效时间6h。

以上对本发明的三个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。