一、工模具在擠壓生產(chǎn)中的重要地位
在現(xiàn)代化的大生產(chǎn)中，工具和模具對實現(xiàn)整個擠壓過程有著十分重要的意義。模具使用壽命是評價某一擠壓方法或擠壓工藝經(jīng)濟可行的決定因素，工模具的設計與制造品質(zhì)是實現(xiàn)擠壓生產(chǎn)高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、低耗、高效、低成本的重要保證之一。具體表現(xiàn)在以下幾方面。
(1)合理的工模具結(jié)構(gòu)是實現(xiàn)任何一種擠壓工藝過程的基礎，在目前的條件下，還不能想象無擠壓筒、無模具的擠壓工藝。
(2)模具是保證產(chǎn)品成形，具有正確形狀、尺寸和精度的基本工具。
(3)工模具是保證產(chǎn)品內(nèi)外表面質(zhì)量最重要的因素之一。
(4)合理的工模具結(jié)構(gòu)、形狀和尺寸，在一定程度上可控制產(chǎn)品的內(nèi)部組織和力學性能，特別是在控制空心制品的焊縫組織和力學性能方面，分流孔的大小和形狀以及其分布位置，焊合腔的形狀和尺寸，模芯的結(jié)構(gòu)等起著決定性的作用。擠壓墊片、擠壓筒和模子的結(jié)構(gòu)形狀與尺寸，對控制產(chǎn)品的粗晶環(huán)和縮尾、成層等缺陷也有一定的作用。
(5)工模具的結(jié)構(gòu)形狀與尺寸對擠壓時金屬的流變、擠壓溫度一速度場、應力一應變場等有很大影響，從而對提高生產(chǎn)效率、產(chǎn)品品質(zhì)和減少能耗有重大作用。
(6)合理的工模具設計對提高其裝卸與更換速度，減少輔助時間，改善勞動條件和保證生產(chǎn)安全等方面意義重大。
(7)新型的工模具結(jié)構(gòu)，對于開發(fā)新產(chǎn)品、新工藝，研制新材料和新設備，不斷提高擠壓技術(shù)水平起著很大作用。如扁擠壓筒、舌型模、組合模、多層預緊應力模、變斷面模等。
(8)高比壓優(yōu)質(zhì)圓擠壓筒和扁擠壓筒及特種型材模和異形管材模的設計與制造技術(shù)是鋁合金擠壓生產(chǎn)的核心和關(guān)鍵技術(shù)，其技術(shù)含量占整個擠壓技術(shù)的比例很高。
(9)對于中等批量的擠壓產(chǎn)品，工模具的成本往往占擠壓總成本的30％以上。如將其使用壽命提高5～10倍，則產(chǎn)品的成本可大幅度下降。
二、擠壓工模具技術(shù)的發(fā)展水平與趨勢
1．鋁擠壓工模具技術(shù)發(fā)展概況
隨著鋁合金擠壓材向大型化、復雜化、精密化、多品種、多規(guī)格、多用途方向發(fā)展，對擠壓工模具提出了越來越高的要求。不僅出現(xiàn)了像平面分流組合模、寬展模、保護模、變斷面模等多種新型結(jié)構(gòu)的模具，研制成功了多種抗拉強度(σb)達1500 MPa以上的高級耐熱高強度工模具材料，而且發(fā)展了多種大型的基本擠壓工具，這些工具便于裝卸，先進可靠，但結(jié)構(gòu)形狀復雜，尺寸規(guī)格大，難于設計和制造。如200 MN臥式擠壓機上配備的口300 mm×1600 mm×2500 mm扁擠壓筒，由三層襯套紅裝而成，外徑為Φ3000 mm，凈重達l40 t，需要250余噸高級合金鋼坯，采用先進的設計理論和計算方法，使用大型的專用設備和最先進的加工方法才能制造出來，而且設計加工周期往往長達一年，耗資l000萬元以上。與口300 mm×l600 mm扁擠壓筒配套的扁擠壓軸、扁擠壓墊片、扁壓套、扁壓型嘴等大型扁擠壓工具，也要求結(jié)構(gòu)新穎、裝卸方便才能滿足生產(chǎn)形狀復雜的大型整體寬薄壁板型材的要求。
為了提高工模具壽命，發(fā)展擠壓技術(shù)，各個國家對工模具的設計、制造、使用和維修等方面都開展了廣泛的研究，并取得了可喜的進展。CAD/CAM技術(shù)已進入實用階段。
隨著科技的進步、電子計算機技術(shù)的飛速發(fā)展和擠壓理論與技術(shù)的提高，鋁合金擠壓工模具設計與制造技術(shù)提高到了一個相當高的水平。表4—1—1列出了國內(nèi)外擠壓工模具技術(shù)的發(fā)展水平和主要差距。
2．鋁擠壓工模具技術(shù)的發(fā)展趨勢
近年來，工模具技術(shù)作為鋁合金擠壓技術(shù)的一個重要方面得到了全世界的普遍重視，不少科學家、專家和工程技術(shù)人員對模具技術(shù)的各個領(lǐng)域進行了全面的系統(tǒng)的深入的分析研究，并獲得了重大的進展。歸納起來，鋁合金模具技術(shù)正向以下幾個方面發(fā)展。
1)開始創(chuàng)立一門獨立的模具學科，形成了一套完整的模具技術(shù)體系。
2)研制新的模具材料與改善熔煉、鑄造、鍛造、加工和熱處理工藝結(jié)合起來，仍然是改進模具材料發(fā)展的方向。如離子氮化處理和表面硬化處理等技術(shù)的出現(xiàn)，使一些普通的模具材料獲得了新的發(fā)展。
3)新結(jié)構(gòu)工模具的設計與研制是發(fā)展擠壓模具技術(shù)中的最有生命力的因素，因此，也是世界各國研究最活躍的課題，如減少應力集中的分瓣扁擠壓筒的研制，大型擠壓軸的鑲拼結(jié)構(gòu)和組合結(jié)構(gòu)，自動裝卸和自動調(diào)心的穿孔系統(tǒng)的設計，TAC反擠壓工具的設計，各種平面分流組合模新型結(jié)構(gòu)的研究等，都被列為許多國家的重要研究課題。
4)隨著擠壓機的大型化，各國對工模具的大型化也正在開展廣泛的研究。
5)簡化工模具的裝配結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)自動化更換與裝卸，縮短輔助時間是實現(xiàn)全機自動化和生產(chǎn)線自動化連續(xù)化的重要方面，正越來越得到擠壓工作者的重視。
6)改善工模具的使用條件、加強工模具的維護和提高模具的修理技術(shù)也是目前提高模具技術(shù)的發(fā)展趨勢之一。如尋求良好的潤滑劑和工藝潤滑條件，用水和液態(tài)氮等降低模溫、補焊和機械拋光等技術(shù)在各國獲得了發(fā)展。
7)應用模擬試驗方法和最新的理論方法來分析擠壓加工中的應力應變狀態(tài)和溫度分布規(guī)律，尋求新的模具結(jié)構(gòu)和校核模具強度也是模具技術(shù)上的重要發(fā)展方向之一。
8)電子計算機技術(shù)普遍用于擠壓模具技術(shù)是最重要最有前途的發(fā)展趨向之一。擠壓模具的電子計算機輔助設計(CAD)是模具優(yōu)化設計的關(guān)鍵技術(shù)，是使模具設計工作由單個的手工的作業(yè)變成連續(xù)的自動化作業(yè)的唯一可靠的途徑，而且能保證設計的模具合理而經(jīng)濟。擠壓模具的電子計算機輔助制造(CAM)是將數(shù)控機床的機加工、數(shù)控電火花一線切割加工、離子氮化處理等工序連續(xù)地自動地進行作業(yè)，是目前最先進最有發(fā)展前途的制模技術(shù)，可以預料，在不久的將來，擠壓模具的電子計算機輔助設計和制造(CAD/CAM)將在鋁合金擠壓技術(shù)中獲得最廣泛的應用。
