我想知道铝合金挤压模具的结构是哪样的

是铝合金压铸模具.

铝合金车轮挤压铸造工艺

上海交通大学 洪慎章 曾振鹏

摘 要 采用挤压铸造代替压力铸造生产铝合金车轮，不仅克服了压铸件内部容易形成气孔和氧化夹杂的缺陷，而且提高了成品率及材料利用率。介绍了铝合金车轮挤压铸造的模具结构及设计参数，分析了挤压铸造的工艺参数及选择依据。

关键词：铝合金车轮 挤压铸造 模具结构

目前，国内卡丁车(类似碰碰车)都从国外进口，其中铝合金车轮是一个重要零件。过去，国外采用压力铸造生产该铸件，铸件质量差，且成品率低，劳动强度大。针对该铸件的结构特点和性能要求，如何提高其产品质量、降低原材料消耗、节约能源、提高劳动生产率及降低铸件成本，是当前生产中的关键。从研制的情况可知，采用挤压铸造代替压力铸造是今后制造铝合金车轮行之有效的工艺。

1 车轮材料、要求及铸件设计

图1所示为铝合金车轮零件图。车轮不仅有较高的性能要求，而且形状十分复杂。

图1 车轮零件图

车轮材料的化学成分(质量分数)为：1.5%～3.5%的Cu,10.5%～12.0%的Si,＜0.3%的Mg，＜1.0%的Zn，＜0.5%的Mn，＜1.3%的Fe,＜0.5%的Ni,＜0.5%的Sn，其余为Al。力学性能要求：σb＞276 MPa,σs＞115 MPa,σ＞4.4%,HB＞92。

该车轮内外形的尺寸精度较高，都应加放加工余量及余块。按挤压铸造工艺的要求，把形状复杂的车轮零件图设计如图2所示的铸件图。由该图可见，为便于从铸件内孔脱出及简化模具加工，把原来的阶梯轴孔设计成圆柱形中心孔，其直径为�φ30 mm，内壁斜度为3°〔1〕。

图2 车轮铸件图

2 模具结构及设计参数〔1〕

2.1 挤压铸造模具结构

铝合金车轮挤压铸造的模具结构如图3所示。它主要有凸模、右凹模、顶杆镶块和左凹模组成所要求的型腔。左凹模和右凹模分别固定在左凹模定模板和右凹模动模板上，左凹模定模板用螺钉紧固在下模板上，右凹模动模板经过侧缸在导柱上实施开启及闭合。

图3 车轮挤压铸造模具

1.上模板 2.凸模固定板 3.凸 模 4.导 柱 5.右凹模 6.右凹模动模板

7.垫 板 8.下模板 9.顶杆镶块 10.左凹模 11.左凹模定模板

采用2000 kN油压机改装进行挤压铸造，其工作过程是：将定量的合金熔液浇入型槽后，固定在活动横梁上的凸模以一定速度向下挤入型腔，压力达一定数值后保压；铝合金凝固后卸压，凸模通过工作缸的回程向上移动，顶杆镶块通过下顶缸从铸件内向下退出，直到全部脱离铸件之后，再用侧缸开启右凹模，取出铸件。

2.2 模具设计的主要参数

(1) 间隙 凸模与左、右凹模之间的间隙要适当。过小则因凸模与凹模的装配误差而相碰或咬住；过大则合金熔液通过间隙喷出，造成事故；或者在间隙中产生纵向毛剌，减小加压效果，阻碍卸料。合理的间隙与加压开始时间、加压速度、压力大小、工件尺寸及金属材料有关。根据实际生产经验，单边间隙取0.1 mm。

(2) 脱模斜度 合金熔液在凸模压力下凝固成铸件，冷却后紧包在凸模及顶杆镶块上。为了便于凸模及顶杆镶块脱出，故在凸模及顶杆镶块上设有3°的脱模斜度。由于铸件外形呈圆状，且分在左、右两片凹模，只要右凹模向右移动一定距离，铸件就易从左凹模取出，故不必设置脱模斜度。

(3) 排气 在左、右两片凹模完全闭合后，合金熔液因缓慢地浇入型腔，型腔中气体可基本排出。挤压铸造时，留在凸模导向部分的少量气体，通过凸模与凹模之间的间隙排出。

(4) 模具材料 挤压铸造是在一定的压力和一定的温度下进行的，不存在像压铸模那样受到金属液的冲刷。工作压力比压铸时高，只要求模具在高温下有一定的抗压强度即可。另外，为了防止与合金熔液接触的模具表面产生热疲劳裂纹，左右凹模、凸模及顶杆镶块均采用3Cr2W8V合金模具钢制造，热处理后硬度为HRC48～52，型腔表面进行软氮化处理。

3 挤压铸造的工艺参数

挤压铸造是铸锻结合的工艺，其生产工艺过程是：合金的熔化、模具的准备(清理、预热、喷涂润滑剂)、金属的浇注、液态金属的加压、压力的保持、压力的去除及铸件的取出等。

为保证铸件质量，须合理选择工艺参数〔1～2〕。

(1) 比压 压力大小对铸件的物理力学性能、铸造缺陷、组织、偏析、熔点及相平衡等都有直接影响。所以确定成形必须的单位压力是很重要的。如果比压过小，铸件表面与内在质量都不能达到技术指标；比压过大，对性能的提高不十分明显，还容易使模具损坏，且要求较大合模力的设备。挤压铸造试验是在2 000 kN油压机上进行的。试验证明，适合于本铝合金车轮挤压铸造的比压应在50～60 MPa范围内选取。

(2) 加压开始时间 从车轮挤压铸造试验的结果来看，其加压开始时的间隔时间过长，铸件的强度及伸长率降低。现用的开始加压时间是3～5 s，较为合适。

(3) 加压速度 挤压铸造要求一定的加压速度，在可能情况下，以加压速度快一点为好。加压速度快，则凸模能很快地将压力施加于金属上，便于成形、结晶和塑性变形。但也不宜过快，否则会使部分合金熔液的表面产生飞溅及涡流，使铸件产生缺陷，以及在凸、凹模之间的间隙中流出过多的合金熔液，形成难以去除的纵向毛刺。因此，必须使凸模缓慢地压入液态金属中。由于使用的油压机工作进给速度较慢，故利用工作行程的速度进行压制。

(4) 保压时间 压力保持时间主要取决于铸件厚度，在保证成形和结晶凝固条件下，保压时间以短为好。但是保压时间过短，则铸件内部容易产生缩孔，如果保压时间过长，则会延长生产周期，增加变形抗力，降低模具使用寿命。考虑本车轮的壁厚情况，挤压铸造的保压时间选用12 s左右。

(5) 模具预热温度 模具若不预热，合金熔液注入型腔后会很快凝固，导致来不及加压；但预热温度也不能过高，否则会延长保压时间，降低生产率，同时也不利于喷涂润滑剂。对本车轮挤压铸造模具的预热温度为200～300℃，通常是用煤油喷灯进行加热。

(6) 合金浇注温度 浇注温度过高或过低都对合金成形有明显影响。过低，合金极易凝固，所需单位压力大；过高，易产生缩孔。必须指出，挤压铸造合金的浇注温度要比砂型浇注温度高。一般希望把浇注温度控制在比较低的数值，因为挤压铸造时希望消除气孔、缩孔和疏松。在浇注温度低时，气体易于从合金熔液内部逸出，极少留在金属中，易于消除气孔。此外，也可减少缩孔形成机会，同时由于浇注温度较低，金属溢出较少，可减少毛刺。对本车轮挤压铸造的浇注温度选用720～740℃为最合适。

(7) 润滑剂 润滑剂的作用是保护模具，提高铸件表面质量和便于从模具内取出铸件。采用机油石墨润滑剂，即5%的200～300目的石墨粉加入到95%机油中，搅拌均匀即可。用喷枪喷涂在模具型腔表面上，其厚度为0.05～0.1 mm，过厚会影响铸件表面质量。

(8) 冷却 挤压铸造卸压后，一般应立即脱模，故铸件的出模温度较高。为了防止高温的铸件空冷时在薄壁与厚壁的交界处产生裂纹，应将出模后的铸件立即放入砂堆中，待冷却到150℃以下时再取出空冷。

4 结 论

在汽车、摩托车及自行车等交通工具零件生产中，世界各国逐渐用铝合金代替钢质材料的系统工程研究是今后长时间需要解决的问题。铸造技术和热锻技术有机结合，形成先进的挤压铸造成形工艺，在技术上和经济上明显优于压力铸造工艺。它特别适合于形状复杂、带有多孔或台阶形状类零件的成形，是一种具有较宽的适用性、较大推广价值及很有发展前途的工艺。

模具用铝板需要的铝板一般是高强度可热处理的合金，需要有良好机械性能，可使用性，并且易于加工。根据模具的用途以及特点，铝板还需具有抗腐蚀性能和抗氧化性能。在1-8系的铝板中，用于模具制造的铝板主要包括中等硬度的5/6系合金和较强硬度的2/7系合金。5系是以镁为主要合金元素的铝合金，又称镁铝合金，其合金状态主要包括O态、HXX和HXXX态。6系铝板是添加了Al-Mg-Si元素的挤压合金，目前全世界有70%以上的铝挤压加工材是用6系合金生产的。5083铝板属于热轧铝板系列。明泰铝业生产的5083铝板，采用连铸连轧的加工工艺，具有良好的成形加工性能、抗蚀性、焊接性，氧化深加工性能，是模具制作用铝板的最好选择。明泰铝业6061铝板经热处理预拉伸工艺后，其强度虽不能与2XXX系或7XXX系相比，但其镁、硅合金特性多，具有良好的加工性能、优良的焊接特点。而且其电镀性、抗腐蚀性强、韧性高及加工后不变形、材料致密无缺陷及易于抛光、上色膜容易、氧化效果极佳。6082铝板的O和T4状态适用于弯曲和成型的场合，其T5和T6状态适用于良好机械加工性的要求的模具。6082铝板抗腐蚀性和耐磨性都比较好。具有良好的加工性能、优良的焊接特点。而且其电镀性、抗腐蚀性强、韧性高及加工后不变形、材料致密无缺陷，也可用于罐车车体等对成品性能要求比较高的产品中。以上合金铝板中具有中等强度，良好的抗腐蚀性，可焊接性，可广泛应用于要求有一定强度的各种工业磨具结构件。

二.选择合适的挤压机进行生产。在挤压生产之前，型材截面的尺寸根据型材截面的复杂性，壁厚和挤压系数确定，以确定挤压机的吨位。

三.合理选择铸锭和加热温度，均匀化铸锭，严格控制挤压铸锭的合金成分。该公司要求铸锭粒度符合高等标准，以提高可塑性和降低各向异性。当铸锭中存在气体，气孔，松散结构或中心裂纹时，挤压过程中气体的突然释放与“射击”类似，因此模具的部分工作带突然加载并再次加载，形成当地巨大的冲击负荷。它对模具有很大的影响。

四.优化挤压工艺，延长模具寿命。在挤压生产中，必须采取合理的措施来确保模具的微观结构并采用合适的挤压速度。在挤压过程中，挤压速度通常应控制在25mm/s以下。当挤压速度太快时，金属流动将难以均匀，这将加速模具工作带的磨损。合理选择挤压温度。挤压温度为模具加热温度为，这取决于锭子的温度和铝棒的温度。如果铝棒的温度太低，则挤压力可能增加或车辆可能被窒息。模具在应力集中部分易于局部轻微弹性变形或裂缝，导致模具的早期刮削。如果铝棒的温度太高，则金属结构会软化，从而粘附在模具工作带的表面上或甚至堵塞模具（在严重的情况下，模具在高压下会塌陷）。铸锭的均匀加热温度在460-520℃是合理的，并且铸件是均匀的。铸锭的合理加热温度为430-480℃。

五.模具必须在挤压的早期阶段进行合理的表面氮化处理。应注意，表面氮化不能一次完成。在模具维修期间，需要进行3-4次重复氮化处理。通常，氮化层的厚度约为0.15mm。清洁模腔，不要留下碱渣或异物。在正常情况下，模具的氮化次数不超过4-5次。应该注意的是，早期的氮化可以通过合适的生产工艺进行氮化，并且氮化的次数不能太频繁，否则工作带很容易分层。6.模具上的工作带必须经过研磨和抛光，工作带通常需要抛光到镜面。必须对模具上的工作带进行研磨和抛光。通常需要对工作带进行抛光，直到在组装之前检查模具的工作带的平直度和垂直度。氮化的质量在一定程度上决定了工作带抛光的平滑度。必须用高压气体和刷子清洁模腔，并且不得有灰尘或异物。否则，很容易将金属流中的工作带拉下，使得挤压型材产品具有表面粗糙度或划线缺陷。

六.当进行挤压生产时，模具保持时间通常为约2-3小时。当使用模具时，必须有模具支撑件，模具套筒和与模具匹配的支撑垫，以避免由于支撑垫的过大内孔而导致的模具出口表面。支撑垫的接触表面太小而不能使模具变形或破裂。

七.使用正确的碱洗（烹饪）方法。在卸下模具后，模具温度为500℃。如果模具温度迅速下降，则模具易于开裂。正确的方法是将模具置于100°-150°C的空气中，然后在卸下模具后将其浸入碱性水中。挤压后，挤压棒在挤压圆筒前退缩，压力保持在挤压圆筒中，然后挤压圆筒后退，同时，模具分流孔中的部分残余铝被拉出压力，然后除去碱。厨师。

八.模具的使用从低到高再低。在模具的中后期使用中，由于模具的性能基本上处在平稳状态，因而可以适度地提升应用强度。在末期，模具的金属架构开始衰退，长久生产服务后疲劳强度，稳定性和韧性开始进到下降曲线。这时，应适当减少模具的使用强度，直至模具报废。

九.抓好挤压生产流程中模具的使用和维护纪录，改善每件模具的跟进纪录，提升挤压加工过程中模具的使用和维护纪录，便于管理。

做戚风蛋糕时，脱模是十分关键的，特别是家庭烘焙，更是注重安全健康卫生的材质，因此，家庭烘焙时，做戚风蛋糕，建议使用带锁扣的活底蛋糕模具，而且是建议选择碳钢的不粘模具。

碳钢：260度高温不释放任何有害健康的元素，是相对比较安全的材质。

不粘涂层：搪瓷、喷涂，这里需要讲述一下，喷涂有两种，一种为油性喷涂（有机硅树脂，这是相对安全的，不含毒素），另一种为水性喷涂（聚四氟乙烯，可以找一下资料，不建议使用）。

在国内，铝制品是最畅销的，皆因于售价便宜，铝合金比铝好一点，但对于碳钢来说，碳钢是略高一层，别的不说，出口的蛋糕模具，都是指定碳钢材质，这个就不说了，

如果不嫌价格贵的，陶瓷的蛋糕模具，确实是安全环保的，比碳钢还要好，只是运输、使用在国内不多适合，有些人会说不粘的涂层，会影响蛋糕爬升，这是造谣的，不存在，只要做过蛋糕的都知道，不粘涂层不影响蛋糕爬升，反而清洗简单，脱模快。

戚风蛋糕

图中这款就是不粘涂层的碳钢材质蛋糕模具，爬升效果是很好的。

一套铝合金压铸模具多少钱？我天天和铝合金压铸模具打交道。一般要求是铝合金压铸模具都有2万多元，当然，30多万一套的铝合金压铸模具我也见过。

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