铝合金型材挤压模具设计与维修.ppt
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1、u 模具设计基础u 实心模设计精要u 修模12大手法u 导流模设计精要u 设计与修模实例分析2021/9/251模具設計首要重點在流量控制流量控制。如何掌握鋁錠經高溫成固融狀態,再受高壓下的流動情形,就是設計者的功力所在。流量控制可藉由以下三項作調整變化:1)模罩Plate 初步的進料導流分配2)培林Bearing 控制鋁料擠出成形的關鍵3)修模Modify 調整快慢/偏轉的最後機會2021/9/252出料出料平模(實心模)由以下三種功能結構:1)模罩(Plate)承接擠錠 配合料型作流量控制。2)模面(Die)由培林控制 實際成型所在。3)墊模(Backer)節省Die 鋼料用量及加強模面的
2、 支撐強度。逃孔逃孔培林培林2021/9/253PLPLBABADieDie定位銷定位銷與模套固定與模套固定PinPin2021/9/254模罩控制進料流量第一關,模罩設計的優劣,決定能否順利擠出的先決條件,影響度30%控制進料流量的模罩模罩的設計首重流量分配2021/9/255培林取段設計控制鋁料能均勻平穩地擠出,也是模具設計的主要關鍵,影響度40%取段用碳極控制出料快慢的培林2021/9/256修模試模後依據料頭的快慢/偏轉程度,進行修改模罩/培林作最佳化細部微調,影響度30%。#5510試模料頭各種修模用銼刀2021/9/257 A.促流促流(relieving bearing)B.阻流
3、阻流(chocking)鋁流向鋁流向鋁流向鋁流向 最常見的修模方法如下最常見的修模方法如下:2021/9/258 在圖的在圖的A和和B中顯示如何去修正形擠型中顯示如何去修正形擠型在在A中所看到的中所看到的,我們所討論形擠型是因為它的邊腳的速度較上端的快我們所討論形擠型是因為它的邊腳的速度較上端的快很多而擠出來的很多而擠出來的,為了要改正這種流速的不平衡為了要改正這種流速的不平衡,我們必須以圖我們必須以圖B中所示用放快中所示用放快的方法來使流速慢的塑型面修短而使流速加快的方法來使流速慢的塑型面修短而使流速加快在通道邊腳在通道邊腳的快流的快流AB擠型擠型模模邊腳移動太快造成波浪邊腳移動太快造成波浪
4、塑型面塑型面Die bearing慢流慢流塑型面修短而塑型面修短而使流速加快使流速加快2021/9/259如果腳如果腳(legs)上上金屬流速不對金屬流速不對,不論是進去或出來不論是進去或出來,修模者將依他所想要那個腳修模者將依他所想要那個腳(legs)所要運動的方向安排所要運動的方向安排阻塞阻塞(choke)和釋放和釋放(relief)的位置的位置.見圖見圖 A.B.C.D.AB擠型擠型腳向內腳向內CD擠型擠型腳向外腳向外現象現象:對策對策:修為腳向內縮修為腳向內縮修為腳向外開修為腳向外開2021/9/2510逃孔距离:放电电极未对准时造成逃孔距离不足,将导致型材出料后摩擦到逃孔距离:放电电
5、极未对准时造成逃孔距离不足,将导致型材出料后摩擦到 逃孔壁,甚至造成拖料逃孔壁,甚至造成拖料/塞模。需以滚刀加大逃孔距离。塞模。需以滚刀加大逃孔距离。2021/9/2511引流:当局部出现供料不足时使用,常见使用在螺丝孔引流:当局部出现供料不足时使用,常见使用在螺丝孔/双空心双空心 中柱中柱 等部位。注意等部位。注意螺丝孔的工作带需抛光洁净,不是螺丝孔的工作带需抛光洁净,不是 一味挖大引流。一味挖大引流。2021/9/2512模具抛光过程是考究钳工平准能力,避免抛成导角模具抛光过程是考究钳工平准能力,避免抛成导角2021/9/2513阻流:局部减缓出料,或配合促流用在解决平面凹阻流:局部减缓出
6、料,或配合促流用在解决平面凹/凸形凸形 及开脚问题时用之。及开脚问题时用之。修成阻流后的工作带修成阻流后的工作带2021/9/2514促流:局部加快出料,或配合阻流用在解决平面凹促流:局部加快出料,或配合阻流用在解决平面凹/凸形凸形 及开脚问题时用之。及开脚问题时用之。修成修成促促流后的工作带流后的工作带2021/9/2515焊补档块:局部焊补档块:局部/大部位出现过度供料时使用,常见使用在解决大部位出现过度供料时使用,常见使用在解决 大面波浪部位大面波浪部位,或整面焊贴可解决凹或整面焊贴可解决凹/凸形问题。凸形问题。2021/9/2516扩大供料:大部位出现供料不足时使用扩大供料:大部位出现
7、供料不足时使用,常见用在导流模扩孔用之。常见用在导流模扩孔用之。2021/9/2517点焊:局部出现过度供料时使用,常见使用在解决端部波浪点焊:局部出现过度供料时使用,常见使用在解决端部波浪 或开脚问题时用之。或开脚问题时用之。2021/9/2518存料坑存料坑:局部出现供料不足时使用,常见使用在端点部位用之。局部出现供料不足时使用,常见使用在端点部位用之。2021/9/2519有切除有切除未切除未切除切工作带:局部出现供料不足时使用,常见使用在端点部位用之。切工作带:局部出现供料不足时使用,常见使用在端点部位用之。2021/9/2520返修加工:如需线割返修加工:如需线割/电火花等精准加工电
8、火花等精准加工,或大加工量时,或大加工量时,可送回模具制造厂返修。可送回模具制造厂返修。2021/9/2521焊补螺孔焊补螺孔局部放大局部放大放电加工后放电加工后2021/9/2522解决解决多多孔料长短孔料长短(5:4以内以内),或开脚问题或开脚问题2021/9/2523模具設計者固然要分配好流量控制,但應進一步了解各項影響模具性能表現的因素,以達到設計與實際擠出相符合的理想。影響擠型模性能表現的因素,可分以下4大項來說明:v 設計者可控制的因素 模孔數目位置培林長度鋼種選用v 制造者可控制的因素 加工尺寸精度培林面光潔度鋼料硬度及韌性v 擠壓者可控制的因素 作業溫度 錠長/擠壓速度拉直伸長
9、量v 其它因素 鋁錠品質人員熟練度模具的維護保養2021/9/2524模具設計雖有各種組合變化,但交互運用的基本方法仍有共通性,以下作逐一介紹:1)模孔數目模孔數目 1-1)擠壓比=(理想值:2060)盛錠筒截面積出料擠型截面積出料擠型截面積1-2)擠型越小薄會造成擠壓比越高,模具所承受的相對壓力 也就越大,容易造成金屬疲勞及擠速偏低情形。1-3)當擠壓比90,可設計成多孔式出料來降低壓力,並提高 倍數的產能。2021/9/25252)進料孔形狀進料孔形狀 模罩控制進料的流量分配,因此形狀的設計應配合料型作出 加大緊縮偏移等變化。NG 容易造成流量集中到料厚的底部快速出料;細薄的葉片供料不足無
10、法出料,最後因不能同時擠出而導致塞模。嚴重時鋼料扭曲變形或斷裂。OK 底部及中間減少供料,兩端加大供料空間,可以調整流量往兩邊分佈,以取得整體整體均勻擠出均勻擠出的效果。2021/9/25263)擺放位置擺放位置 模具擠壓的受力會由中心往外遞減,因此設計一開始就要 考量擺放位置,使得供料流往細薄處,以取得均勻擠出。100%100%80%80%60%60%NG 料厚處太近中心造成立即擠出;料薄處供料不足易導致塞模。OK 料薄處先受力供料,易取得與料厚處同時出料的均衡。2021/9/25274)朝向方位朝向方位 料型的朝向主要在考量擠出成形後,是否會磨損客戶需要的 重要面而作轉向調整。4-1)底平
11、面通常是接觸熱源的 重要面,改為葉片朝下,可防止底面磨損碰傷。4-2)L型可順轉45,靠兩支點 來避免平面磨損碰傷。2021/9/25285)收縮裕度收縮裕度 尺寸精度需考量型材熱擠出到冷卻後的縮水量,通常Al-6063 取1%為基本縮水量。6)培林長度培林長度 6-1)培林越長壓力越大,擠出就越慢且鋁料表面度越粗糙而 暗;優點是尺寸穩定度越佳,且模具設計不良時,可以 經由修模來達到補正效果。6-2)培林越短壓力越輕,擠出也越快且鋁料表面度越細緻而 有金屬光澤;缺點是尺寸穩定度變差,易受擠壓溫度及 壓力而改變,且模具設計不良時,無修正培林的裕度。7)鋼種選用鋼種選用 擠型模的鋼材要求高溫強度、
12、耐熱疲勞、高軔性等特性。2021/9/2529模具設計完成便藉由車鑽銑磨 EDM等加工步驟,制造出實際模具。以下介紹制造加工的影響:1)模具加工尺寸精度模具加工尺寸精度 1-1)中心線的變異 一個模具往往因變換加工方式,在各種加工機間拿上拿下 ,每換一種加工機就要重新校定中心線,而產生精度變異 1-2)手動加工機生手熟練度也都影響尺寸精度的誤差。1-3)CNC自動綜合加工機可有效實現設計者的流量控制。2021/9/25302)模具表面的平行度模具表面的平行度垂直度垂直度 2-1)模具在各加工過程中產生的內應力,會經由熱處理釋放 出來,而造成表面平行度變異。2-2)線切割必需待熱處理後才進行加工
13、,以避免因熱處理的 平行度變異,而造成尺寸變異。2-3)熱處理後應以磨床將模具上下表面加以磨平後,再進行 EDM加工,以增進培林尺寸精度。3)模具鋼料硬度及韌性模具鋼料硬度及韌性 3-1)模具加工完成後,需經過熱處理過程,將鋼料硬度提升 由HRC 35 到 502度。3-2)熱處理後在韌性方面也得到改善,強化了耐熱疲勞,及 高溫強度。2021/9/25314)培林的表面光潔度培林的表面光潔度 4-1)正式上線試模前,必須將所有培林面加以砂光磨亮,以 去除因各種加工液造成的氧化銹斑。4-2)越光滑的培林面越能減輕擠壓磨擦力,越能快速擠出而 提升產能,同時對模具的使用壽命也越長。培林銹斑培林銹斑光
14、滑培林光滑培林2021/9/25321)1)工作溫度工作溫度 1-1 6000系鋁合金的熔點為660 C左右,而在560 C 時便會出現 軟化現象,此時黏性大增不利擠出成形。1-2 模具溫度:420 C 500C 1-3 擠錠溫度:450 C 510C 1-4 盛錠筒溫度:350 C 400C 1-5 空心模 實心模的溫度,分別控制在前述的上 下限值。2)2)擠壓速度擠壓速度 2-1 追求高效產能前要先清楚其模具強度所能承受的速度。2-2 一般工業用料:15 25 M/min 2-3 高倍數散熱片:1 3 M/min 2-4 太陽花散熱片:2 4 M/min2021/9/25333)3)擠制條
15、件的一致性擠制條件的一致性 3-1 在試模OK後,應詳細記錄擠制條件作為日後生產設定。3-2 一致性的生產條件,有利於問題分析及設計修改依據。4)4)牽引機之牽引力量牽引機之牽引力量 4-1 牽引機之拉力需配合擠壓機的擠出推力,以確保擠出 尺寸與模具尺寸的一致性。4-2 牽引機之拉力過大,會造成尺寸因拉長而變小。4-3 擠壓機的推力過大,會造成尺寸因過實而增大。5)5)拉直伸長量拉直伸長量 5-1 料型呈凸形時,只要拉到抖直即可。5-2 料型呈凹形時,須在鋁料抖直後再多拉5 10cm,應視 實際尺寸判斷拉直量。2021/9/25346)6)錠長設定錠長設定 6-1 擠錠長度的設定應配合擠出長度
16、的需求,以避免切除 多餘長度的浪費,範圍在350mm800mm。6-2 工業擠型鋁料每支擠出總長度一般可達30 40 M/支。6-3 太陽花系列鋁料因考量拉直變形量,每支擠出總長度 一般只能達3.5 4.0 M/支。7)7)錠尾殘料尺寸控制錠尾殘料尺寸控制 7-1 通常設定為1,以節省過多浪費。7-2 為了確保氧化鋁不會擠入模具,而造成鋁料表面粗糙,此時才會增加錠尾為1.5 2。7-3 上述如進料孔設計到最大外接圓,或客戶特別要求表面 精細度時會增加錠尾。2021/9/2535 與模面接觸的盛錠筒若與模面接觸的盛錠筒若封閉的不適當封閉的不適當,將會使得擠錠倒擠將會使得擠錠倒擠,或者或者是模子與
17、盛錠筒之間及其周圍是模子與盛錠筒之間及其周圍產生裙狀外洩產生裙狀外洩(俗稱俗稱:開花開花)引起裙形的外洩引起裙形的外洩(Cause of flare)裂縫擠型裂縫擠型擠型擠型墊模墊模模子模子擠錠擠錠盛錠筒盛錠筒盛錠筒盛錠筒襯墊襯墊擠桿擠桿壓塊壓塊裙狀物裙狀物2021/9/25361)1)模具的維護及保養模具的維護及保養 為達到模具最大的使用壽命,提供最高的生產效率,模具在 入庫前應先清除殘鋁,將培林面磨光滑後塗上防銹油,確保 下次生產時的使用狀況。2)2)理想的料頭外觀理想的料頭外觀 2-1 下方應比上方微快出料。2-2 料厚處應先出料以帶出料薄處。2-3 若料薄處先出料,將會因帶不動 料厚處
18、而導致塞模。2-4 扁寬料型兩邊易發生進料不足現象,料頭反要中間稍慢。2021/9/25373)3)鋁錠品質鋁錠品質 鋁擠棒須經過均質處理,使鋁棒中合金均勻分佈、結晶顆粒 細緻、消除澆鑄熱應力,有利擠出成型及產能提升。4)4)人員熟練度及經驗判斷人員熟練度及經驗判斷 4-1 儘管上述已提出各種量化參數,人員的熟練度及經驗判斷,對於鋁擠型這項生產工藝,仍是具有相當重要的影響因素。4-2 例證1:一位經驗豐富的擠壓機維修師傅,可以從設備運轉 的聲音,判斷出某個零件出問題,或即將損壞而預先調整 訂零件,將維修停機時間減至最少。4-3 例證2:同一個擠型不會有唯一的設計方法,也不會有哪家 擠型廠永遠是
19、最快試模成功,或100%開模成功的保證。2021/9/2538培林取段設計培林取段設計 控制尺寸及形狀。控制尺寸及形狀。模面(Die)為實際承受擠壓力及培林所在,在整套模中應選用最好的鋼料。取段原則有下列主要5點:1)由培林最短處開始設計,一般在最薄料的端點處 最小厚度(0.5mm)培林 最大厚度*3(25mm)2)由外向中心設計 最外圍因壓力最小通常進料不足,因此要先考慮外圍的取段3)配合模罩的流量控制 培林長短控制出料快慢,並與供料流量息息相關4)中間的取段最後決定 中間壓力最大容易滿足供料,因此留在最後決定 5)每隔10mm 15mm向內增加段差1mm 此為內外圈壓力差與培林的關係曲線2
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