1 模具设计优化
挤出速度与不良料温的关系。 设备挤压力极限曲线代表设备能力的最大挤压力曲线。 合金极限曲线代表铝合金开始裂纹的冶金极限。 两条曲线之间的阴影区域代表铝合金挤压可以选择的加工工艺参数范围。 交点代表最大挤出速度vm 和相应的最佳出口温度。 由于每种牌号的铝合金都有一定的固相线温度，当出口温度接近合金的固相线温度时，型材表面就会开始出现粗糙的纹路，甚至裂纹等缺陷。 如果想要不断提高挤压速度，只能通过减小挤压力和降低挤压过程中产生的温升来优化模具设计。
1.1扩大饲养面积
基于分流比K的计算公式
在公式：
F碗-锭面积，mm；
F点分流孔面积，mm
F——焊接室面积，mm2；
F型型材截面积，mm。
分流比K的大小直接影响挤压力的大小：分流比越大，越有利于金属的流动和焊接，所需的挤压力越小； 反之，分流比越小，所需的挤压力越大。 提高分流比、降低挤压系数最有效的方法是增加分流孔的总面积，降低挤压料压力。
优化前的模具设计方案如图2a和b所示。
模具导流孔总面积小，铝合金通过导流孔时挤压力大。 通过大幅扩大分流孔入口总面积，优化后的模具如图2c和d所示。 优化后，模具内分流板分流孔总面积较优化前增加了65%。 经过优化的模具，挤压时产生的挤压力大大降低，挤压速度显着提高。
1.2 减少导流孔数量
尽可能减少分流孔的数量，增加分流孔的总面积，以减少铝合金流过分流孔时产生的摩擦阻力，这样可以减少挤压时因摩擦而产生的温升。 如图3所示，为“一模两孔”结构。 优化前的设计方案如图3a和b所示：7。
分流孔布局中的每个分流孔均能对型材各部位进行均匀喂料，供给材料，挤压顺利进行。 由于该方案分流孔数量较多，总摩擦面积较大，因此铝合金通过模具型腔时会产生大量摩擦热，导致出口型材温度迅速升高。 如果进一步提高挤压速度，型材会因温度过高而损坏。 优化计划。 优化后，分流孔总周长减小了17.9%，大大减少了铝合金与模腔之间的摩擦表面积，显着提高了型材挤压速度。 经过优化的模具挤出的型材产品表面光泽好，无毛刺。 优化前后挤出速度对比如表2所示。
1.3 缩短工作带
铝合金在挤压过程中通过模具工作带表面时需要克服的摩擦力是挤压力的重要组成部分。 根据摩擦力计算公式，摩擦力与工作带的长度成正比。 因此，在设计工作带时，在满足工作带本身强度的同时，应尽可能缩短工作带的长度，以减少摩擦。 同时，工作带尽量不要有过渡或减少过渡，充分体现工作带作为“校准带”的功能，尽量避免用工作带来调节的常见想法。设计工作中的流量。 图4a、b所示为优化前的工作带方案。 根据型材各部分的壁厚和距模具中心的距离，采用不同长度的工作带来调节型材各部分的流量，以达到均衡的流出效果。 模具工作带的长度一般为2mm～8mm，最长可达20mm。 优化后采用的“等径带”方案：所有工作带设置为相同长度。 长度值根据型材尺寸和壁厚而定，在2.5mm~3.5mm范围内取值。 通过前置不等长流量调节室代替传统的工作带进行流量调节，大大降低了挤压摩擦力，大大提高了型材挤压速度。
1.4 减薄上模厚度
根据模桥高度弯曲应力标定公式和剪切应力标定公式，模具的强度与模具厚度和模桥宽度成正比。 模具越厚，模具强度越高。 但增加模具厚度会导致铝合金流经模具型腔的路径变长，从而导致挤压力和摩擦温度急剧升高。 通过合理减小上模厚度和模桥宽度，减小挤压力。 挤压力的减小也为减薄上模的厚度留下了空间。 模具厚度优化前后的挤出速度如表3所示。
1.5 模桥截面优化
理想流体流动示意图。 根据流体力学理论模型，铝合金被视为不可压缩流体。 铝合金通过模桥时产生的流动阻力主要由两部分组成。 第一部分是铝合金切向应力作用在模桥表面引起的摩擦阻力。 第二部分是铝合金的边界层分离。 由于模桥根部材料形成的压力差而产生的压力差。
可以大大减少铸锭受挤压时对模具型腔的粘附压力，并且锥尖形模桥可以保证铝熔体流过模桥后，能够在模桥下方快速焊接，避免了铝熔体在模桥下的变形。边界层的分离也降低了粘性压力阻力。 根据生产现场数据统计，采用图6d模桥截面的模具挤出速度最快。
2 模具制造
2.1 模具型腔
烧前和烧后加工都必须采用高精度加工中心（CNC），以保证模具型腔内各零件的尺寸精度和良好的光洁度。 3D建模师必须对模具型腔的内部结构有清晰的了解。 模腔内不得有任何棱角、凸台或凸起。 如扁方管模具所示，传统的模具方案（见图7a）故意在宽面模具型腔流入模孔的位置留有“凸台”，以阻碍模具宽面的流速平衡各部分的流速； 高速模具型腔与工头之间的过渡区域必须平滑过渡，模具型腔各部分尽量采用大圆弧过渡，避免出现流动停止的“阻碍”区域。 模腔内壁必须保证良好的表面粗糙度，以利于在挤出过程中形成稳定的层流。
若上模腔内有加强筋用的螺孔或排水槽，应在不影响模体刚性的情况下尽量加长。 模具粗加工完成后，用旋转座刀预磨模具型腔内部的铣痕。 如果可以的话，在精加工前对模具再次进行抛丸处理，使分流孔内部尽可能光滑，这是有帮助的。 减少挤压力，提高挤压速度。
2.2 模孔
线切割（WEDM）主要用于切割模孔。 由于模孔是模具的核心部分，据分析：如果模孔的垂直度超过-2℃，就会形成阻碍金属流动的“阻碍角”，从而产生较大的影响与金属流速有关。 因此，保证模孔的尺寸精度和垂直度至关重要。 慢走丝线切割设备采用特殊的走丝机构，使用特制的铜线单向输送，排出，无需回收。 这样就避免了快走钼丝往复放电磨损造成的切割精度误差，有利于提高模具加工性能。 是提高挤压精度从而提高挤压速度的重要设备。
2.3 材料及热处理
为了尽量减少挤压力，高速挤压模具常采用薄型上模和模桥结构。 因此，它们对材料本身的刚性、弯曲强度和剪切强度有很高的要求。 模具钢必须是高质量的。 对于H13钢，必须严格测试钢的成分。 重要的合金成分如Cr和Va应保持尽可能高的含量。 不良钢材必须用球墨铸铁锻造而成。 不得出现网状或带状碳化物。 否则会影响模具的强度，导致模具开裂而报废。 模具平火应尽量采用真空气平或油平技术，要求装炉量控制在最大装炉量的80%，以保证热处理时模具各部位受热均匀、稳定过程。 有条件时可采用深冷处理。 处理后的模具在-110℃以下进行深冷处理，使钢组织析出细小的碳化物残留物，使残余奥氏体转变为马氏体，可以提高模具的耐磨性。 性能、抗回火稳定性和尺寸稳定性。
3 模具使用与维护
3.1 模具生产和使用过程
每个模具上机前必须将模腔彻底清理干净，不得残留废碱、废铝渣等。 模具工作带的所有部位，特别是拐角或小零件，必须仔细打磨。 上机生产遵循“低温、高速”的生产要求。 铸锭温度一般为425℃~435℃，模具温度选择为450℃~460℃，出口温度为500℃~515℃，可有效满足6063铝合金在线平火及后硬度要求。老化。 需要特别指出的是，型材挤压速度应与铸锭温度的选择相匹配，即挤压速度越高，铸锭温度的选择应越低。 模具在模具炉中加热时间不得超过10小时，否则模具红硬性降低，影响型材成型或降低挤压速度。
3.2模具保养方法
原则上应避免“阻碍”维修方式，尽可能采用“加速”维修方式。 根据挤压模具“三位一体”数字化发展要求，即数字化设计、数字化加工、数字化修模的总体趋势，每次修模前，设计人员应根据前次模具试模结果重新调整设计方案。机器。 ，然后再次进行数字模拟验证，形成模具修复方案，而不是依靠模具维修人员的经验和判断进行修复。 维修过程中，尽量使用加工中心等数字化加工设备，避免采用堆焊、制作阻碍角或用电动磨枪打磨等传统模具修复方法，以免造成模具二次损坏，影响正常使用寿命模具的。
4。结论
1）通过增加模具总人口面积、减少模具分流孔数量、缩短模具定径带长度等，可以减小挤压力，减少挤压过程中产生的摩擦热和剪切热减少。 对比优化前后的模具使用数据证明，优化后的模具能够有效提高挤出速度。
2）要设计和制造能够实现高速挤压的模具，必须抛弃传统的设计和加工思路。 在模具设计和制造之初，就要确立“高速挤压”为前提，而不是用“保持形状”“保证寿命”等传统思想来设计和制造模具。
3）优化的模具必须以“低温、高速”的生产指导思想为基础。 只有根据现场实际生产情况不断调整挤压工艺参数，科学合理地维护氮化模具，才能真正达到高速挤压的目标。
