型材模具设计

一、模孔布置

1.模具的外形尺寸

①模具外形D

挤压制品的最大外接圆直径D w是群定模具外径的一个主要参数。也可以根据挤压筒内径D t来确定该挤压筒所允许的制品的外接圆直径D w,即：

D w=（0.80~0.85）D t

所以D w=（0.80~0.85）D t=（0.80~0.85）×200=160~170mm

取D w=160mm

对于较复杂的断面形状，包括薄壁或难挤压金属型材，模具外径的最小值可按以下经验公式确定：

D min=（1.45~1.60）D w

所以D min=（1.45~1.60）D w=（1.45~1.60）×160=232~256mm

取D=250mm

②模具厚度H模具厚度H应根据被挤压合金的变形抗力（即挤压力）的大小来考虑。在保证模具组件（模具、模垫、垫环等）有足够的强度的条件下，模具的厚度应尽量减薄，规格应尽量减少。但为了安装和调整方便，模具的厚度尺寸应尽可能系列化，便于管理和使用，一般模具的厚度按下述数值（单位：mm）选用：

20,25,30,40,50,60,70,80,90,100,110

在挤压机设计时，通常选取单位压力位1000MPa时的挤压筒D t作为基本参数来确定模具的厚度，其关系为：

H=（0.12~0.22）D t

所以H=（0.12~0.22）D t=0.12~0.22）×200=24~44mm

取H=40mm

2.模孔的合理配置

单孔挤压时的模孔布置

①具有两个以上对称轴的型材，型材的重心布置在模子中心

②具有一个对称轴，如果断面壁厚差不大，应使型材的对称轴通过模子的

一个坐标轴，使型材断面的重心位于另一个坐标轴上。

③对于非对称的型材和壁厚差别很大的型材，将型材重心相对模子中心偏移一定距离，且将金属不易流动的壁薄部位靠近模子中心，尽量使金属在变形时的单位静压力相等。

④壁厚差不太大，但断面较复杂的型材，将型材断面外接圆的圆心布置在模子中心。对于挤压比很大，金属流动困难或流动很不均匀的某些型材，可采用平衡模孔或增加工艺余量的方法。

因为所要设计的模具只具有一个对称轴，且断面壁厚差不大，符合第二种情况，则应使型材的对称轴通过模子的一个坐标轴，使型材断面的重心位于另一个坐标轴上。模孔布置如下图所示：

二、设计工作带长度

在设计某一型材模时，由于部分壁厚均匀，故不能采用等长的工作带，而采用不等长工作带来达到调整金属流速的目的。其原则是型材断面厚壁处的工作带长度应大于薄壁出的工作带长度，即比周长（面积与周长之比）大的部分工作带长度要小于比周长小的部分的工作带长度，这样就可以利用工作带的摩擦阻力差别对各部分金属的流速的影响来实现调速的母的。

对于宽厚小于30的型材或最大宽度小于挤压筒内径1/3的型材，可以按以下算式计算模孔的工作带长度。

h1/h2 = s1/s1

或h1/h2 = z2/z1

式中：h1、h2—截面F1、F2处工作带长度；

s1、s2—截面F1、F2处壁厚；

z1、z2—截面F1、F2处的比周长。

计算时，先根据经验给出型材壁最薄处的工作带长度h1，再计算出壁厚出的h2。

挤压机能力/MN 122.5 49 34.3 15.794~19.8 5.88~12.25 模孔工作带最小长度/mm 5~10 4~8 3~6 2.5~5 1.5~3 模孔空刀尺寸/mm 3 2.5 2 1.5~2 0.5~1.5

则所要设计的模具各部分的工作带如下图F1、F2、F3、F4

把型材断面按壁厚尺寸不同分成4个部分，计算各部分的工作带长度。由上表可得型材壁最薄处的工作带长度h F1的范围为2.5~5mm，取h F1=5mm，由以上公式计算可得h F2=6mm，h F3=h F4=9.3mm.

按上述计算方法确定了不同壁厚处的工作带长度后，还需按同心圆规则进行修正，最终确定距离模子中心不同部位的工作带长度。

同心圆规则：

a、先以整个型材断面上金属最难流出处为基准点，该处的工作带长度一般可取该处型材壁厚的1.5 ~ 2倍。

b、与基准点相邻区段的工作带长度可为基准点的工作带长度加上1㎜。同心圆规则图示：

c、当型材壁厚相同时，与模子中心距离相等处其工作带长度相同；由模子中

心起，每相距10㎜（同心圆半径）工作带长度的增减数值可按下表进行确定。

d、当型材壁厚不相同时，模孔工作带长度的确定除应遵循上述规则外，

还需依靠设计者的经验进行恰当确定。

模孔工作带长度增减值

型材断面壁厚 1.2 1.5 2.0 2.5 3.0 10

每相距10mm（同心圆半

0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 1.1

径）工作带长度增减值

依据复合同心圆规则，结合上述计算，设计型材模孔各部位工作带长度

模孔各部位的工作带长度为：

三、设计导流腔

在型材模孔入口处设计一个与型材断面形状相似的导流腔。导流腔的轮廓尺寸比型材的外形轮廓尺寸大10~15mm；导流腔的深度按照挤压筒大小不同一般取10~30mm；导流腔的入口做成3°~15°的角度；导流腔各部位采用圆滑过渡。

四、型材模孔尺寸设计

取系数k=0.007，各部位具体尺寸如下：

①外形61±0.74的模孔尺寸为0.74+（1+0.007）×61=62.167，取62.2。

②外形28.5±0.69的模孔尺寸为0.69+（1+0.007）×28.5=29.390取29.4

③外形63±0.74的模孔尺寸为0.74+（1+0.007）×63=64.181，取64.2。

④外形91±0.91的模孔尺寸为0.91+（1+0.007）×91=92.547，取92.5。

⑤外形74±0.81的模孔尺寸为0.81+（1+0.007）×74=75.328，取75.3。

⑥外形103±0.91的模孔尺寸为0.91+（1+0.007）×103=104.631，取104.6。

⑦外形71±0.81的模孔尺寸为0.81+（1+0.007）×71=72.307，取72.3。

⑧外形62±0.74的模孔尺寸为0.74+（1+0.007）×62=63.174，取63.1。

⑨外形72±0.81的模孔尺寸为0.81+（1+0.007）×72=73.314，取73.3。

⑩外形26±0.53的模孔尺寸为0.53+（1+0.007）×26=26.712，取26.7。

⑾外形8±0.50的模孔尺寸为0.50+（1+0.007）×8=8.556，取8.6。

⑿外形6±0.50的模孔尺寸为0.50+（1+0.007）×6=6.542，取6.5。

⒀外形5±0.50的模孔尺寸为0.50+（1+0.007）×5=5.525，取5.5+。

⒁型材中所有半径为R3的圆角的模孔尺寸为0.30+（1+0.007）×3=3.321，取R3.3。

⒂型材中所有半径为R1.5的圆角的模孔尺寸为0.15+（1+0.007）×1.5=1.661取R1.7。

型材模孔尺寸如下图（括号外为型材尺寸，括号内为模孔尺寸）：