铝合金型材冲压加工工艺及模具设计

铝合金型材冲压加工工艺及模具设计

王泰来 

山东济钢型材有限公司 250100

摘要：铝合金的类型繁多，其中包括非热处理型、热处理型以及热处理型。这些类型的特点是其强度、加工性能、耐腐蚀性都有所差异，因此在选择合适的铝合金时，必须考虑到它们的特点。文章讨论了铝合金的不同种类、特性、储存和运输方式，并探讨了其在冲压工艺的应用。

关键词：铝合金型材；冲压加工工艺；模具设计

引言：由于铝合金的轻量化、出色的散热特性、容易加工、耐腐蚀和经济实惠，已经成为许多领域的首选材料。许多铝合金材料都需要经历一系列的精密加工才能达到所需的质量标准，其中包括热处理和二次加工。而在大规模生产中，这些二次加工常常会使用冲压技术来完成。

一、铝合金型材冲压加工工艺特点

随着产品的需求变化，铝合金型材的断面形状也会有所差异，但大多数都是薄壁结构。散热器是一种高嵴片状（或枝叶状、轮辐状）零件。当进行大规模生产时，铝合金型材的制造过程包括：首先，将型材进行一次精确的断裂，然后进行剖沟，最后进行冲压。与普通金属板材不同，铝合金型材的冲压过程需要特别注意以下几点：

（一）被加工件采取特别的保护措施

由于铝合金的软度比其他金属更高，为了避免型材变形，在冲压加工过程中，必须采取精确、稳定且可靠的定位措施，例如安装定位套。此外，还需要采用弹性压料装置，以确保被加工的产品能够在受到限制的条件下继续运动。

（二）选择合理的工艺参数

在冲裁过程中，为了获得更高的精度，刀具的刃口必须更加锋利，而且与传统的封闭式冲裁相比，其间隙也会更加紧凑。

（三）留有足够的变形区

在铝合金冲压加工过程中，由于变形区的存在，会对产品质量造成严重的影响，因此必须在相关工艺中留出足够的空间，以减少变形带来的潜在危害。

二、铝合金型材冲压加工工艺分析

（一）铝合金料垛的板料分张

由于钢板本身具有磁性，为了更好地将其分离，常常会使用磁性分张器将板料的磁化，使得它们之间的磁性极性保持一致，从而实现对板料的有效分离。鉴于铝合金板材料的非磁性特征，无法通过磁力来进行分割，在制造铝合金板时，采用磁力分割是一项极具挑战的工艺，而且目前仍然是一个棘手的问题。

当前，许多制造商都开始采用吹气式分张装置来完成铝合金拆垛过程，提高生产效率，有效地减少人工操作。在未来的生产中，吹气的形式和压力值是非常关键的。因此，这些技术参数应被视为重要的设备指标。目前，许多冲压工厂都会使用连续吹气，吹气压力至少0.6MPa。如果条件允许，还可以使用增压模式，以获得更好的生产效果。

为了提高机床设备的利用率，一般铝合金板冲压线都配备了钢板生产功能。通过将气刀与磁性分张器相结合，能够更准确地控制气嘴与板料之间的间隙，提高铝合金板材的分割效率[1]。相对于气刀，锯齿分割的效率更高，能源消耗也更少，然而由于铝合金板材质较为柔软，当锯齿与其接触时，会产生大量的破裂，从而使得板料表面受到严重的损坏。为了确保机械分张的准确性，必须配备在线清洗机。然而，由于锯齿机械分张装置与磁性分张器的结合比较困难，而且清洗效率也不及前者，所以应用范围相对较小。

（二）铝合金材料保存与运输

1.铝合金材料保存

目前，大多数铝合金板的制造商都来自海外，这使得采购和运输过程变得更加复杂，从而提出了更严格的质量标准。发霉是一种普遍存在的铝合金板材料损坏的症状，其特征表现为表面出现大量的细小的斑痕，这会对产品的质量造成极大的损害。在保存物品的时候应该特别注意可能导致这种缺陷的原因。第一，为了避免铝合金板受潮，仓库内的湿度应该控制在70%以下，应该安装一个特殊的除湿设备，以及一个可以有效阻隔外界空气的设施；此外，还应该确保墙壁和屋顶的高度气密性；第二，为了确保仓库的安全，每个仓库都应该配备温湿度计、实体温度计或简易结露计，以便及时准确地检测出结露的发生情况；第三，为了防止铝合金板表面受到酸、碱等腐蚀性物质的侵蚀，应定期检查并采取有效措施；第四，为了确保仓库的卫生，应当定期进行清洁；第五，昆虫的侵入是导致这一缺陷出现的关键因素，因此应当全年采取防虫措施。

2.铝合金制件运输

为了确保安全，必须特别注意铝合金板的搬运，由于铝合金板的表面比钢板柔软，必须使用特殊的工具（如支架和工装），并且避免将它们放置在一起。

三、模具设计要点

（一）合理选择冲压方向

在二次加工铝合金型材时，应根据其嵴片状特征，采用不同的冲裁方向，并且在凸凹模的设计上要求更高。为了确保模具的质量和使用寿命，从上到下进行冲压，以避免由于凹模刃口过薄导致的损坏。此外，针对较大的嵴片，也可以选择特殊形状的冲头来实现更好的冲压效果。

（二）设计精确的定位和导向装置

冲压加工是机械加工的重要组成部分，提高产品的精度，保证前面机械加工工艺部分的尺寸精度，从而使得产品的质量更加稳定可靠。模具必须具备精确的定位和导向装置，特别是对于电器散热器的冲裁加工，由于其非冲压尺寸精度要求较高（一般为±o.13），在实际生产中，采用弹性推件和压料装置，以防止冲压过程中的变形，并保证工件始终紧贴在定位基准面上。为了确保各个运动部件的准确性，必须使用辅助导柱。

（三）设计可靠的卸料和压件装置

为了确保型材的稳定性，必须在模具中安装一个可靠的卸料和压件系统，通常包括一个卸料板，位于冲头固定板的底部，牢牢地锁住导向块。通过在上模座上钻孔，可以将卸料板与上垫板连接起来，并由弹簧驱动，从而实现等高螺钉或等高套筒的运动，有效地提高卸料板的使用效率，并减少安装成本[2]。

（四）选择合理的模具结构形式

无论是正装还是倒装，都会极大地影响冲压加工的效率和最终的产品质量，需要采取一些措施来改善上模的空间，比如增加卸料装置的数量，减少上模的尺寸，提高生产效率。因此，使用倒装模具的优势在于其易操作性。

结论：在进行铝合金型材冲压加工时，应特别关注防止型材变形和保持适当的冲裁间隙，并且要确保冲压的正确方向，以确保卸料、定位、防止反弹、导向和预压的准确性。通常模具的结构包括：上下支撑块、冲击部位的固定块、卸载块、弹性部件装置和防反装置。为了确保冲压质量，除了常用的导柱以外，会配备4个辅助导柱，以便更好地指引模具中的运动零件。

参考文献

[1]张建.铝合金板材冲压成形的模具回弹补偿[J].模具技术,2016(06):50-54.

[2]魏春谊,唐士东.铝合金车身冲压件模具结构特点和工艺设计[J].汽车工艺与材料,2016(08):17-23+26.