李 劍

（廣東興發(fā)鋁業(yè)（江西）有限公司，宜春 336000）

0 前言

隨著建筑行業(yè)的快速發(fā)展，鋁模板正在快速取代傳統(tǒng)的木質模板。與木質模板相比，鋁模板具有施工速度快、建筑強度高、多次施工尺寸精度一致、可回收重復利用等諸多優(yōu)點，正在為廣大建筑施工企業(yè)所認可。據(jù)中國模板腳手架協(xié)會統(tǒng)計，截止到2020年8月，全國鋁合金模板市場保有量約7 800萬平米（含非標模板）。全國共有各類鋁模板生產(chǎn)、租賃企業(yè)800余家，其中規(guī)模以上企業(yè)300余家[1]。如按每平米模板折合重量約25 kg計算，全國鋁模板型材用量需求接近1 500 kt。

隨著鋁模板生產(chǎn)、租賃市場的迅猛發(fā)展，各企業(yè)的鋁模板產(chǎn)品規(guī)格、尺寸卻不完全相同，各鋁模板租賃企業(yè)也都有各自的鋁模板產(chǎn)品系列，且互不兼容。鋁型材生產(chǎn)企業(yè)只有針對不同客戶的鋁模板產(chǎn)品分別定制開模生產(chǎn)，致使生產(chǎn)成本大幅增高。隨著各施工企業(yè)需求的逐步提高，更高精度、更高強度以及免預拼裝的鋁模板產(chǎn)品開始陸續(xù)推出，鋁模板市場開始對舊型號、舊系列產(chǎn)品陸續(xù)進行淘汰。然而，各鋁型材生產(chǎn)企業(yè)都閑置了大量舊型號的鋁模板模具，因此如何將這些舊型號鋁模板模具處理再利用，成為鋁型材企業(yè)降低生產(chǎn)成本的重要課題。

本文在市場分析的基礎上，以幾種較為常見且用量最大的廢舊鋁模板模具為例，以節(jié)約模具成本、減少模具鋼材消耗為目標，制定了一系列模具重復改造再利用的方法，為有效解決廢舊鋁模板模具的閑置、淘汰及循環(huán)利用等問題探索一條可行方案。

1 改造分析及其工藝流程

1.1 局部尺寸不同的改造

鋁模板系統(tǒng)一般由U型拼裝主板、C型轉角以及其他加強附件構成，其中U型拼裝主板和C型轉角的用量約占整個鋁模板產(chǎn)品系統(tǒng)80%以上的份額。

圖1（a）所示為寬150 mm舊型號的U型拼裝主板，產(chǎn)品側部封邊高度一般為63.5 mm，然而當前市場的產(chǎn)品已基本更新為圖1（b）所示的側部封邊高度為65 mm的新型號。按照常規(guī)處理方式，舊型號模具只能報廢。由于庫存的舊型號模具狀態(tài)仍然良好，經(jīng)分析認為，新、舊型號的鋁模板外形尺寸差異不大，不同處僅為圖1（c）所示的1、2、3、4等處，而其他部位尺寸完全相同。

圖1 U型拼裝主板模具改造

故在此分析基礎上定出此類模具的改造工藝流程為：模具加溫→對圖1（c）中1、2、3、4處的?？状蚱驴凇押浮磮D1（b）中的新型號尺寸重新線切割?？祝╓EDM-LS）→電火花機（EDM）電蝕工作帶→重新拋光→質檢檢驗→合格入倉。

由于鋁模板型材模具外徑尺寸普遍較大，如果直接對模具進行堆焊，易使模具局部產(chǎn)生過熱，導致應力集中而出現(xiàn)開裂。故要求堆焊前，模具必須在箱式電阻爐內加溫至300 ℃保溫2 h；同時將專用H13焊絲加溫至150 ℃并保溫1 h，然后再進行堆焊處理。這樣既有利于焊接質量的提升，同時也避免了模具開裂[2-3]。

1.2 外形、局部尺寸均不同的改造

如圖2所示，圖2（a）為舊型號C型轉角模板模具，圖2（b）為新型號C型轉角模具，新、舊型號不僅在外形尺寸上不同，且局部形狀也不同。主要不同處如圖3（c）中1、2、3、4等處所示。經(jīng)過設計人員對新、舊型號模具進行流速分析與強度校核，確認可以將舊模具通過堵焊、重新線切割等方式改造成新型號模具，且不會影響改造后的新模具的強度要求，也不會影響后續(xù)生產(chǎn)的型材強度及表面質量。

圖2 C型轉角模板模具改造

改造工藝流程為：模具加溫→對圖2（a）中Ⅰ處舊?？走M行封焊→對圖2（c）中2、3、4處重新線切割模孔（WEDM-LS）→由加工中心（CNC）按圖2（d）重新銑焊合室與導流模入料口→電火花機（EDM）電蝕工作帶→重新拋光→質檢檢驗→合格入倉。

改造后的模具實物見圖3。

圖3 改造后的C型轉角鋁模板模具

1.3 實心主板改為帶空腔主板

圖4（a）所示的舊型號為實心拼裝主板，而當前市場已經(jīng)基本換代為圖4（b）所示的兩側帶空心管腔的新一代高精度鋁模板產(chǎn)品。與第一代產(chǎn)品相比，由于兩側設計成空心管腔，新型鋁模板具有裝配垂直度高、強度好、施工面接縫小等優(yōu)點。此類鋁模板寬度達到500 mm，模具外徑達到700 mm，屬于超寬鋁型材產(chǎn)品，模具費用極高。舊型號模具為平面模，而新型號模具為組合分流模，新、舊型號模具結構完全不同。通過對新、舊型號模具圖紙進行對比分析，并由模具設計人員重新校核強度，最終通過計算機軟件模擬成形分析確認可以對此類舊模具進行改造。

圖4 實心鋁模板改空心鋁模板

改造工藝流程為：

下模：模具加溫→對圖4（c）所示1、2、3、4各處?？字匦戮€切割（WEDM-LS）→定制一體式阻流臺，并通過氬弧焊焊在模孔附近，如圖4（d）所示→電火花機（EDM）電蝕工作帶→重新拋光。

上模：按圖紙加工新上?！庸ぶ行摹鸁崽幚泶慊稹?、下模合并裝配→質檢入倉。

改造后的模具實物見圖5。

圖5 改造后的帶空心管腔鋁模板模具

1.4 報廢模具重新翻新

由于鋁模板通常為6061鋁合金，金屬變形抗力較6063合金大很多，對模具工作帶等關鍵部位的磨損較普通6063合金更為嚴重。鋁模板擠壓模具報廢原因[4-6]一般為：（1）模具工作帶經(jīng)長時間生產(chǎn)磨損報廢；（2）模具因生產(chǎn)批量大，反復拋光導致?？壮叽绯?；（3）模具開裂或者模孔裂角；（4）上模模橋斷裂。

針對此類報廢的鋁模板模具制定的翻新改造工藝流程為：

在模具開裂或磨損的部位采用加工中心銑出焊接坡口→模具加溫→堆焊→重新線切割?？祝╓EDM-LS）→電蝕工作帶（EDM）→拋光→檢驗入倉。

2 關鍵設備及相關工藝

2.1 焊接

鋁型材擠壓模具所用的鋼材一般采用H13（4Cr5MoSiV1），它具有較好的熱穩(wěn)定性、紅硬性與可切削性。模具制造工藝流程為粗加工→真空淬火+多次回火工藝→精加工。試模合格后還需要進行多次氮化處理以增強模具工作帶的硬度與耐磨性，然后才能投入批量生產(chǎn)[7]。

經(jīng)過對多種焊接工藝進行對比評估，選定鎢極氬弧焊與激光填絲焊接兩種方式進行焊接修復。鎢極氬弧焊具有焊縫美觀、焊接強度高、焊接質量好等優(yōu)點，缺點是焊接過程中容易產(chǎn)生過熱變形；而激光填絲焊接則具有焊接質量好、焊接過程溫度低、不易產(chǎn)生變形等特點。故在模具焊接修復過程中需要根據(jù)兩種焊接方式的不同特點有針對性的選擇。對于大面積、需二次加工的模具修復部位采用鎢極氬弧焊；對二次加工后仍然留有氣孔或細微接縫的缺陷，則選用激光填絲焊接效果較好[8]。

2.2 高精度數(shù)控加工中心（CNC）

由于鋁模板型材的各部位尺寸公差要求極其嚴苛，遠遠高出普通建筑鋁型材的公差要求[9]。故對鋁模板類模具的加工，必須使用高精度的加工中心進行加工方能達到模具的設計使用要求。通常選用3軸/4軸、BT40/BT50主軸系列加工中心進行加工。

2.3 高精度慢走絲線切割（WEDM-LS）

慢走絲線切割采用特制的銅絲單向輸送（不循環(huán)，一次使用）進行放電切割，避免了普通快走絲線切割的鉬絲往復使用磨損帶來的切割精度誤差[10]。通常采用“割一修一”或“割一修二”的工藝對模具進行加工。切割出的模孔精度能控制在±0.01 mm以內，且切割垂直度高，表面粗糙度好。模具切割完畢后只需用400#以上的砂紙進行簡單拋光即可達到Ra 0.4以上的光潔度。

3 使用效果評估

將圖1、圖2和圖3中的閑置報廢模具按照上述幾種工藝進行改造翻新后，再次投入生產(chǎn)使用。經(jīng)過一段時間內多次上機擠壓生產(chǎn)，發(fā)現(xiàn)模具使用正常，沒有出現(xiàn)開裂報廢等現(xiàn)象。對改造后的模具使用壽命、擠壓速度等數(shù)據(jù)進行的統(tǒng)計結果如表1所示。從數(shù)據(jù)中可知，經(jīng)上述工藝修復翻新后的模具完全可以達到新鋼材制造模具的使用效果，大大降低了鋁模板型材的生產(chǎn)費用[11]。

表 1 改造后的模具使用情況

以某公司生產(chǎn)6061鋁模板型材30 kt/a為例，需要消耗專用模具鋼180 t，每年的開模費用在1 000萬元以上。采用上述模具重復改造再利用技術后，不僅盤活了閑置、廢舊/棄模具，而且節(jié)約了大量價格昂貴的模具鋼，開模費用大幅下降80%以上，為企業(yè)節(jié)約了成本。另外檢測結果也證明，采用改造后重復再利用的模具所生產(chǎn)的鋁模板型材的各項技術性能指標完全達到國家規(guī)定要求。

4 結論

通過采用上述幾種改造工藝，成功實現(xiàn)了將舊型號鋁模板模具改造成新型號模具。而且模具后續(xù)生產(chǎn)使用的持續(xù)跟蹤也證明模具改造后完全可以達到新鋼材制造模具的同等水平。隨著鋁模板市場的不斷發(fā)展，鋁模板市場競爭日趨白熱化，采用修復翻新工藝后，鋁型材企業(yè)不僅可以大幅降低鋁模板的生產(chǎn)成本，同時也貫徹了“可持續(xù)發(fā)展”、“低碳環(huán)保”的發(fā)展理念，為國家的經(jīng)濟發(fā)展與生態(tài)文明建設做出了貢獻。