一種管內外帶有螺旋形翅片型材的擠壓模具的製作方法
2024-02-18 23:49:15
本發明涉及一種擠壓模具的加工領域，尤其是一種管內外帶有螺旋形翅片型材的擠壓模具。
背景技術：
散熱器通過熱傳導、輻射、對流把熱量散熱出來，供人們生產、生活使用，但傳統的散熱器熱效率低、外觀粗陋、笨重，逐步被淘汰。一種採用擠壓成型的鋁合金熱交換器由於重量輕，造型美觀、換熱效率高而被大量選用。但是，在這些散熱器的翅片為直線型，雖然工藝簡單，卻存在影響熱交換率的問題。帶有螺旋形散熱翅片的散熱器熱交換率高、散熱效果好，本公司於2013年09月03日申報並獲權的201310394344.0《一種帶有螺旋形翅片的鋁合金散熱器型材的生產方法》只能生產加工螺旋形翅片在管外部的型材，不能生產管內外均帶有螺旋形翅片的型材，尤其是因管內外均帶有螺旋形翅片型材的生產模具由於工藝複雜，技術含量與開發成本高等原因，至今沒有廠家研發。
技術實現要素：
本發明的目的是提供一種管內外帶有螺旋形翅片型材的擠壓模具，該模具可以擠壓管內外翅片為螺旋形的散熱器型材，模具生產方法科學，加工精度高，產品質量好。
本發明解決其技術問題所採用的技術方案是：由保護模、上模、下模組成的管內外帶有螺旋形翅片型材擠壓模具，其特殊之處是保護模型腔為螺旋形，並繞著模具的軸線旋轉，其截面形狀由入口向出口不斷擴大；上模型腔入口與保護模型腔出口對接，其截面形狀、圓周分布位置、尺寸全部相同，上模型腔由螺旋形型腔段與直筒形型腔段組成，螺旋形型腔段設在入口端，直筒形型腔段設在出口端，上模的下端面設有抗變形凹坑；下模在模具中央加工一個較大的通孔，通孔直徑比下模工作帶最小內接圓直徑小10㎜。
保護模型腔繞著模具軸線的旋轉角度為10°～100°。
上模直筒形型腔段長度佔上模型腔總長度的10%～15%，其餘為螺旋形型腔段長度。
上模的螺旋形型腔的扭轉角度與保護模型腔的扭轉角度差值不超過±5%。
一種管內外帶有螺旋形翅片型材擠壓模具的加工方法是：使用細化處理的H13模具鋼經由鍛造後作為毛坯，毛坯經過粗車、劃線、鑽孔、排孔、數控銑、熱處理、精車、精磨、數控精銑、電穿工作帶、拋光等工序製成，其特殊之處在於：
1、保護模型腔螺旋加工時，按其由入口向出口不斷擴大的截面形狀以及繞著模具的軸線旋轉角度，對模具的入、出口分別進行加工，然後向中心對接，按設計程序將模具傾斜一定角度，加工各個型腔及死區部位，用電火花清角，用樣板檢驗型腔的旋轉角度和截面形狀，再人工修整去除電加工痕跡，然後精銑型腔，去除型腔內氧化皮；
2、上模型腔加工時，確保入口與保護模型腔出口對接，加工出口面的模芯外圓和端面以及端面的抗變形凹坑，再用設計程序加工出口面的直筒形型腔及模芯根部的上模空刀，最後翻轉工件從入口面加工型腔剩餘部分，將模具的入口面翻轉成一定角度後，加工螺旋形型腔部分與死區，再經拋光而成；
3、下模工作帶加工時，在模具中央加工一個直徑比工作帶最小內接圓直徑小10㎜的通孔，保證下模工作帶的尺寸精度和粗糙度，檢驗每個散熱翅片的齒形，用電極加工下模工作帶的高度差，焊合室加工時依照工作帶的內接圓確定工作中心，同時以平面上的定位點確定工件的擺放位置，在出口面加工下模空刀，按照空刀形狀使用電腦編程後用數控銑加工，保證空刀部位精度和粗糙度。
本發明的設計合理，加工工藝簡單適用，製造出來的內外帶有螺旋形翅片型材擠壓模具，經生產試用，擠壓出的型材質量好，成材率高。
附圖說明
1、圖1是本發明結構示意圖。
2、圖2是圖1的左視圖。
3、圖3是用本發明擠壓加工的型材圖。
圖中：1、保護模；2、上模；3、下模；4、下模空刀；5、上模空刀；6、抗變形凹坑；7、下模工作帶；8、焊合室；9、上模型腔；10、保護模型腔；11、入口面；12、上模工作帶。
具體實施方式
在圖1～3中，本發明涉及一種由保護模（1）、上模（2）、下模（3）組成的管內外帶有螺旋形翅片型材擠壓模具，其保護模型腔（10）為螺旋形，並繞著模具的軸線旋轉，旋轉角度為10°～100°其截面形狀由入口向出口不斷擴大；上模型腔（9）入口與保護模型腔（10）出口對接，其截面形狀、圓周分布位置、尺寸全部相同，上模型腔為螺旋形與直筒形相結合的結構，直筒形型腔段長度佔上模型腔總長度的10%～15%，其餘為螺旋形型腔段，螺旋形型腔段設在入口端，直筒形型腔段設在出口端，上模（2）下端面設有抗變形凹坑（6）；下模（3）在模具中央加工一個較大的通孔，通孔直徑比工作帶最小內接圓直徑小10㎜。上模的螺旋形型腔段的旋轉角度與保護模型腔的旋轉角度差值不超過±5%。
本發明使用細化處理的H13模具鋼經由鍛造後作為毛坯，毛坯經過粗車、劃線、鑽孔、排孔、數控銑、熱處理、精車、精磨、數控精銑、電穿工作帶、拋光等工序製成，可以加工出相對於軸線不斷旋轉的型腔，使得鋁合金材料在起始階段就處於旋轉狀態，材料在通過工作帶時再利用工作帶的高度差進一步加大旋轉趨勢，直至生產出符合設計方案的管內外帶有螺旋形翅片的型材。
保護模（1）設計有八個型腔，在平面上均布，每個型腔之間有承壓橋連接，保護模起到提前將鋁合金材料進行分流、改變流動軌跡，並且分擔上模承受來自擠壓機的正向擠壓力。可以用小筒徑擠壓機加工大截面型材，並且起到保護上模的作用。保護模的型腔設計成由入口向出口不斷擴大的截面形狀，並且型腔繞著模具的軸線按照10°～100°旋轉。在加工時，從入口面（11）與出口面分別加工，向中心對接。使用三軸聯動數控銑工具機，在每個面加工型腔的同時，距離每個型腔的邊緣5mm部位加工定位點，並且記錄每個定位點的坐標，供餘下加工工序定位使用。由於型腔是螺旋形的，即使採用從每個面分別加工然後對接的加工方案，仍舊有加工死區的存在。此時需要使用萬能迴轉工作檯，將模具傾斜成一定角度，然後使用程序分多次加工各個型腔。機械加工的死區部位，最後使用電加工的電火花成型工序進行清角，使用樣板對型腔的旋轉角度和截面形狀進行檢驗。電加工後增加鉗工人工修整工序，去除電加工留下的痕跡，防止硬化層的存在影響模具熱處理效果。模具熱處理過程中需要進行三次回火，以消除內應力。之後進行精銑型腔工序，去除型腔內所有氧化皮。
上模同樣設計有八個型腔，以及負責鋁合金材料最終成形的模芯、上模工作帶（12），型腔之間同樣有承壓橋連接。鋁合金材料進入上模型腔（9）後進一步的向外側擴展，流動軌跡進一步改變，使得材料擴展到更大的截面積，直到材料經過模芯工作帶部位強制使得鋁合金材料成形。上模型腔（9）入口與保護模型腔（10）出口對接，無論圓周分布位置還是截面形狀、尺寸全部相同。使得材料流經保護模和上模結合點時不發生明顯變化。上模型腔做成螺旋形與直筒形相結合的結構，在距離出口端保留一段直的型腔，並且螺旋形型腔的扭轉角度與保護模型腔的扭轉角度差值不超過±5%，防止材料流入上模後發生過度扭轉或扭轉趨勢不足，兩種情況都會影響型材成材後的尺寸精度；上模直的型腔長度佔上模型腔總長度的10%～15%。上模加工時先用車床加工出口面的模芯外圓和端面，以及端面的抗變形凹坑（6）。使用數控銑工具機用程序加工出口面的型腔，分別使用φ32和φ12刀具加工。加工型腔後用φ80X15-R3專用刀具加工模芯部位根部的上模空刀（5）。最後翻轉工件從入口面加工型腔剩餘部位。再使用萬能迴轉工作檯，將模具的入口面翻轉成一定角度，使用數控銑工具機分多次加工型腔螺旋部位。機械加工死區參照保護模的加工工藝。熱處理後精加工時，模芯的工作帶（12）高度差（即工作帶長度）遵循快流速對應短工作帶，慢流速對應長工作帶。按照型材的旋轉方向確定流速快慢再確定工作帶長短。工作帶長短交接處圓滑過渡。加工工作帶時使用線切割按照型材截面圖加工1:1的銅電極，然後電火花工序使用電極精加工工作帶表面，至少加工兩次，以保證工作帶精度。再使用空刀電極，加工工作帶的長度。電極需要做成1/4圓環形狀，便於電極與工件互相定位。最後工作帶經過鉗工拋光，上模加工完成。
下模設計有焊合室（8）、檔臺、下模工作帶（7）、助流角、阻礙角、以及下模空刀（4）。並且焊合室（8）入口設計成具有一定傾斜角度，逐步增大焊合壓力；檔臺連同助流角、阻礙角進一步的平衡模具內部各部位的材料的流動速度，在材料成型階段，上模、下模的工作帶部位互相對應，共同擔負材料成形、定形的任務。下模的外圓和厚度按照常規加工方式進行加工，在加工下模工作帶（7）時在模具中央加工成一個較大的通孔，通孔直徑比工作帶最小內接圓直徑單邊小10mm左右，這樣可以預防模具精加工工作帶時模具變形過大。加工工作帶時需要使用慢走絲工具機進行多次加工，至少做到切1修3，以保證工作帶的尺寸精度和粗糙度。工作帶形狀加工完成後使用檢驗樣板檢測每個散熱齒的齒形。然後按照1:1的比例切工作帶高度差銅電極，電火花工序使用電極加工下模的工作帶高度差，高度差的長短選取原則遵循上模工作帶高度差的原則。焊合室（8）使用數控銑床精加工，表面粗糙度達到1.6um以上，並且加工時必須依照工作帶的內接圓來確定工件的中心，同時以平面上的定位點確定工件的擺放位置。在出口面加工下模空刀（4），按照空刀的形狀使用電腦軟體編程後用數控銑工具機加工，加工時使用整體合金銑刀。保證空刀部位精度和粗糙度。整套模具在加工製作過程中，必須將電火花、線切割加工後的表面痕跡去除掉，防止加工表面材料發生脆化，影響正常使用。