挤压模具设计与制造改

D同
Do
0.1(n2)
式中：D0——筒径 n——模孔数 u——径验系数 取二.五~二.八 n多取下限 Do大取上限 一般取u =二.六
第三节 型材模设计
•轻合金型材可分为普通型材和特殊型材两大类特殊型材主要 指变断面型材、空心型材和壁板型材等普通型材主要是指各种 形状规格和各种用途的实心型材普通型材主要用单孔或多孔的 平面模来进行挤压在挤压断面形状比较复杂不对称性很强或型 材各处的壁厚尺寸差别很大的型材时往往由于金属流出模孔时 的速度不均匀而造成型材的扭拧、泼浪、弯曲及裂纹等废品因 此为了提高挤压制品的质量在设计型材模具时除了要选择有足 够强度的模具结构以外还需要考虑模孔的配置模孔制造尺寸的 确定和选择保证型材端面各个部分的流动速度均匀的方法并且 还由于许多型材的断面失去中心对称性而且锭断面与型材断面 没有相似性同时有的型材各部分的壁厚也不相同所以金属流动 很不均匀型材模设计就是要解决金属流动不均匀性和模子强度 的问题
此外在确定模孔数目的时还应考虑模子的强度为保证制 品性能均匀可按下式确定：
n Fo
F1
式 中 n——模孔数 Fo——挤压筒断面积 F一——一个制品的断面积
——平均延伸系数据挤压机吨位挤压筒
大小和合金变形抗力大小一般取 =一0~五0
二排列原则： 多孔模挤压金属流动比单孔模均匀但
若排列不当使挤压出的制品长短不一增 加几何废料排列在同一个同心圆上
•图一-一一 型材端面分区示意图
即：
Z2
h1 F 2
h2
Z1
F1
h1 F1Z 2 常用：
h2 F2 Z1
h 1 b 1经验公式
一、调整金属流动不均匀的措施
一、调整模孔位置 型材的横断面形状和尺寸是合理配置模孔的重要
因素之一根据对于坐标轴的对称程度可将型材分为三类 ：一 横断面对称于两个坐标轴的型材此种型材
对称性最好； 二 断面对称于一个坐标轴的型材此种型材的
对称性次之； 三横断面不对称性的型材此种型材对称性差 一在设计单孔模具时对于有两个对称轴的型材将其中心 置在模子中心上如图一-七所示
•图一-七 轴对称型材模孔的配置
二对只有一个对称轴的型材并且缘板厚度相差不大其重心要 与 模子中心重合 模孔的布置如图一-八所示
•
图一-八 对称于一个坐标轴而缘板厚度比不大的型材模模孔的布置
三虽然有一个对称轴但壁厚差很大和不对称的型材应使型材 的重心相对于模子中心作一定距离的偏移应尽可能地使难于 流动的壁厚较薄的部位靠近模子中心尽量使金属在变形时的 单位静压力相等图一-九
并且各模孔之间的距离一般为二0~五0mm
300500
40-50
三、采用不等长定径带
这是模子设计中的重要一环即利用定径带的长短不 同来调整各部分的金属流速显然长的阻力大流速慢；短处 阻力小流速快 一当型材断面壁厚不等时
如果采用等长定径带显然壁厚处因阻力小而流速快； 壁薄处阻力大而流速慢这时就利用定径带的长度不同来调 整金属流速其原则是：壁厚处定径带长度大于壁薄处即： 比周长大的部分定径带长度小于比周长小的部分如图一一一
第一章 挤压模具设计
第一节 模具的基本知识
铝型材挤压模具已发展到下列种类： 一平面模：生产实心型材的整体模 二分流模：包括挤压舌型模组合的平面舌型模分流组合模 均用于挤压空心型材 三分瓣模：挤压变断面型材 四流体冷却模：其中包括水冷模和其它液体氨或气体冷却 模提高模具寿命 五宽展模：用小挤压筒挤压大型材 六导向模导流模：挤压形状较复杂的型材时常用
三模孔定径带直径dd的确定：模孔直径
在确定模孔尺寸时要考虑：
一制品冷却后的收缩量由于金属的不同温度不同尺寸不同其线 膨胀率也不同 二考虑制品的公差 模孔的直径并不等于制品的直径应根据下式求出：
棒材：d d= dm + kdm +ε
式中：d d——模孔直径 dm——制品名义尺寸
K ——经验系数它是考虑了各种影响影孔尺寸的因素后的综合 系数见表一-一所示
ε——正偏差
管材：dd = dm + kd m+ 0.0四S S——管材壁厚
图一-一 综合收缩系数K取值
四出口直径dc
为防止制品出定径带被划伤表面故dc比dd大三~五mm但差值 不能太大否则会影响模子强度定径带与出口过渡部分可做成二0~ 四五°的斜面一般锥模用二0°平模用四五°也可用圆弧连接防 止粘结制品表面质量好见图一-四 图一-四 定径带直径和出口带直径的配合
在挤压铝合金时若过于靠近边缘或中心致使 各孔本身流速差而产生裂纹如：图一-六 模孔 过于靠近边缘和中心产品出现的情况
模孔太靠近边缘引起外侧裂纹
模孔太靠近中心引起内侧裂纹
影响各孔流速主要有两个因素 一、各孔金属供应体积大小显然供应体积大挤出制品 就 长； 二、各孔所处位置的阻力显然阻力大流速慢制品短；阻力小 流速快制品长 所以为使金属流速均匀应将各模孔布置在一同心圆上并使相 互间的孔距相等同心圆大小按下列经验公式计算
mm 六外形尺寸具有通用性已经基本系列化P二七七-模具外形 标准尺寸表
第二节 多孔模设计
在生产小直径棒材和断面较小或断面轴对称性较差 的型材时为了改善金属流动的均匀性降低挤压系数提高 生产效率常采用多孔模挤压 一模孔数目的选择
模孔数目主要根据制品的大小和挤压机的吨位大小 来决定若棒材直径在φ三0~二0以下孔数常用二~六个多 达一二个孔数过多常因出模孔后互相扭绞在一起和擦伤 增加废品量和给操作带来困难
a
b
图一-一0 多孔型材模的配置方
案
a—错误；b—正确
一壁厚部分靠近模子边缘壁薄部分靠近模子中心 二模孔边缘离模子边缘的距离一般取D筒×一0~一五%见表一-二所示
挤压筒 直径
85-95
115-130 150-200 220-280
最小距 离
10-15
15-20
20-25
30-40
表一-二 挤压筒直径与最小距离的关系
四、挤压工模具尚待解决的问题
一应加强变形金属与工模具之间相互作用的理论研究总结其内在 联系的规律如变形金属对工模具的力学作用物理化学作用工模具 的结构对流体动力学、挤压、产品组织性能热力学、摩擦与润滑 等的影响 二切实做好工模具材料的研制工作尤其要按使用条件研制专用材 料目前虽然在材料方面有很大发展但尚未取得突破性的进展因此 在模具材料方面还应加强研究 三加强对模具设计部门的管理成立模具制造公司加强技术集中规 模效益 四应开阔挤压工模具的视野从思想上破除传统观念开拓为适应各 种新的挤压技术有待研制新型的模具结构系统 总之提高工模具的使用寿命缩短制模周期、改善模具质量降低模 具成本是高速度发展挤压技术方面急待解决的重要问题
二、挤压模具的发展概况
•在金属压力加工中决定某一挤压方法是否 可行主要取决下列三个方面：即产品质量 尺寸、内外表面质量、性能生产效率和工 模具寿命而工模具往往是工艺决策的关键 因素因此挤压用工模具的发展实际是伴随 挤压技术的发展而发展
三 工模具的设计与制造水平概述
一般说来模具结构设计的工艺要求主要包括以下内容： 一模孔形状和尺寸 二模子工作带的形状与长度 三模孔出口与入口端的圆角半径 四模角和从挤压筒表面到模子表面的过渡区 五促流角和阻碍角 六型腔在模子平面上的布置 七模孔数及其分布 八分流组合模 模桥和舌芯的形状和尺寸、分流孔的数 目、大小、形状与分布焊合腔的形状与体积等.
• 图一-九 对称于一个坐标轴但缘板厚度比比较大的型材 模模孔的布 置
•另外还有其它种类的模孔配置对于缘板宽 厚比虽然不大但截面形状十分复杂的型材应 将型材截面外接圆的中心布置在模子中心线 上对于挤压系数很大挤压有困难或流动很不 均匀的某些型材可采用平衡模孔为了防止型 材由于自重而产生弯曲和扭拧应将型材大面 朝下增加型材的稳定性
二.采用多孔模对称布置
采用多孔模挤压普通型材的目的是为了提高挤压机的生产率 和成品率降低挤压系数和减小挤压力减短挤出长度以适应挤压机 工作台的结构等
多孔型材模模孔数目的选择主要应考虑挤压系数的影响保证 模子强度金属流动的均匀性和制品的表面质量应注意： 应保证有足够大挤压系数；模孔数不宜过多；模子强度等问题 模孔的布置必须遵守中心对称原则而可以不遵守轴对称原则 对于对称面少且小的型材为增加其对称性可采用多孔模对称排列 .如图一-一0布置应注意：
概述
一、 模具的作用:
一模具是保证产品形状、尺寸和精度的基本工具只有结构合理精度和 硬度 合格的模具才能实现产品的成型并具有精确的内外轮廓形状和断面尺寸以 及最小的弯曲度 二模具是保证产品内外表面质量最重要的因素之一模具本身的光洁度、表 面硬度对产品的内外表面光洁度有着决定性的影响只有表面光洁的产品才 能在氧化着色过程中获得色调美观、厚度均匀附着牢固的表面氧化膜和电 解层 三合理的工模具结构形状和尺寸在一定程度上可控制产品的内部组织和力 学性能如用分流组合模挤压空心型材时焊缝的好坏直接影响产品的组织与 性能 四新型的工模具结构对于发展新品种新工艺不断提高挤压技术水平起着很 大的作用如舌型模平面分流组合模的出现使空心制品的挤压进入了一个崭 新的阶段 五合理的工模具设计与制造能大大提高模具的使用寿命从而大大提高经济 效益
五入口圆角 r入
模子的入口圆角是指被挤压金属进入定径带的部分即
模子工作端面与定径带形成的端面角可防止低塑性合金产 生表面裂纹减小金属在流入定径带时的非接触变形减少模 子棱角的压塌变形但增大了接触摩擦面积挤压力增高
模子入口圆角值的选取与金属的强度、挤压温度和制 品尺寸、模子结构等有关铝及铝合金的入口圆角 r入=0.四 ~0.七五mm；铜的入口圆角T H为二~五mmB为四~八
一、模子的种类
一按模孔断面形状分为： 平模、锥形模、平锥模、流线模和双锥模等
定
平模
出
锥形模
平锥模
流线型模
双锥模
图一-一 挤压模的模孔压缩区端面形状
二按其结构形式可分为 一整体模：广泛用于铜、铝挤压棒型材及铜管材 二组合模：由硬质合金或其它材料的模芯与模体热装而 成的模具一般用于钢材和难变形合金的挤压、冷挤压也 应用 三舌形模：根据模具结构的不同可分为桥式舌型模和平 面分流模两种一般用于挤压铝及铝合金内径较小的管材 及形状复杂的空心型材 四可拆卸模：是由数块拼装成一整体的模具用于生产阶 段变断面型材及逐断变断面的型材 除上述外为适应一些专用型材的需要还设计有宽展模、 水冷模、前置模及壁板型材模等
为了兼有平模与锥模的优点可以采用双锥模和平锥模见图一-三
平锥模
双锥模
一般α一=六0~六五° α二=一0~四五°但在挤压铝合金时为了提高挤压速度最好 取α二=一0~一三° 综合上述：棒型材多用平模要求表面质量：一般不经冷加工
管材多用锥模挤压后一般经冷加工
二工作带定径带高度hd
定径带是稳定制品尺寸和保证制品表面质量的部分工作带 太长会增大与金属的摩擦作用增大挤压力易粘结金属使制 品出现划伤、毛刺、麻点等工作带过短磨损快而使制品超 差变椭圆等 hd的长短与制品尺寸和金属性质有关： 据生产经验一般取值为： 紫铜、黄铜、青铜 hd =四~一二mm 白铜、镍合金 hd =三~五mm 铝及铝合金 hd =二~八mm
例:如图一-五 多孔模模孔的布置情况
a-排列适当，流速均匀
b-排列在同一个D同，模孔大的流速快
c-排列过于靠近中心，中间流速小
e-不在一个同心圆上，中间流速大 d-排列过于靠近边缘，中间流速大
在设计时不宜将模孔安置过分靠近模子边缘 否则降低模子强度而且导致死区流动从而影 响制品表面质量出现起皮分层裂口废品
二、挤压模设计中的几个要素
一模角α： α是模子最基本的参数之一α角是指模子轴线 与其工作端面的夹角它对挤压力金属流动均 匀性制品表面的质量有很
平锥模
图一-二 挤压模的结构要素设计图
平模α=九0°其特点：一死区大可阻止铸锭表面的杂质、 缺陷、氧化皮等流到制品的表面上表面质量好；二挤压力 大模孔易变形；三金属流动不均匀缩尾↑ 锥模α=六0~六五° 锥形模可减小挤压力P当α=四五~六0°时挤压力最小但由 于死区很小制品表面质量不好为了改善制品表面质量一般 采用六0~六五° 锥模特点：一挤压力较平模小但表面质量↓；二模孔不易 变形寿命较长； 三金属流动较均匀缩属↓ 对一些高温高强度合金为减少挤压力和延长模子寿命常用 锥模挤压