铝合金挤压模具技术

▪ 挤压模结构要素
B 定径带长度h定和直径d定 定径带又称工作带，是模子中垂直模子工作端面并用以保证挤 压制品的形状、尺寸和表面质量的区段。 定径带直径d定是模子设计中的一个重要的基本参数，设计d定 大小的基本原则是：在保证挤制出的制品冷却状态下不超出图 纸规定的制品公差范围的条件下，尽量延长模具的使用寿命。 定径带长度h定应根据挤压机的结构形式（立式或卧式)、被挤 压的金属材料、产品的形状和尺寸等因素来确定
铝合金挤压装备与工模具
目录
挤压设备 挤压筒与挤压垫 挤压模具（模具分类、模具结构、模具
材料、模具设计原则、模具制造工艺等）
5.1 挤压设备
❖加热炉 ❖挤压机 ❖辅助机构
❖加热炉
➢燃料炉：油炉和煤气炉
特点：加热效率高、成本低、投资少中小企业采用； 炉温不易控制、劳动条件差、自动化程度低
➢电阻加热炉：炉温易于控制，加热质量好，占地面积
少，劳动条件好，自动化程度较高；加热效率较低、成 本高、投资大
➢感应加热炉：主要使用50Hz工频感应加热炉。加热速
度快，体积小，耗电少，自动化程度高
燃料炉
电阻加热炉
感应加热炉
挤压机 ❖ 按结构形式分：立式挤压机和卧式挤压机 ❖ 按传动方式分：机械式挤压机、油压机、水压机 ❖ 按穿孔系统分：不带穿孔系统的挤压机、内置式穿
5.3.2 挤压模具结构
模芯
双孔模
5.3.2 挤压模具结构 新结构模具--蝶形模
蝶形模
蝶形模使用性能
▪ -大大提高了模芯的抗弯性能； ▪ -模芯弹性失效减少； ▪ -减小了铸锭的突破挤压力； ▪ -温度和工作压力减少； ▪ -挤压速度提高50%，因而大大提高生产率。 ▪ 蝶形模（Butterfly Die™.）的优秀结构适用于用
结摩擦，一般采用带凸缘（工作带）的垫片。
5.2.2 挤压垫
5.2.2 挤压垫
5.3 挤压模具
5.3.1 挤压模具分类
（1）按模孔压缩区断面形状可以分为：平流模、锥形模、流 线行模和双锥模等
5.3.1 挤压模具分类
（2）按被挤压的产品品种可分为棒材模、普通实心 材模、壁板模、变断面型材模和管材模、空心型材模 等。 （3）按模孔数目可分为单孔模和多孔模。 （4）按挤压方法和工艺特点可分为热挤压模、冷挤 压模、静液挤压模、反挤压模、连续挤压模、水冷模 、宽展模、卧式挤压机用模和立式挤压机用模。
选择挤压模具材料需考虑因素
为提高铝合金型材产品质量，降低挤压生产成本，提高挤压模 具使用寿命，应根据挤压型材品种、型材形状规格、产量大小、工 模具工作条件以及钢材本身的工艺性能等方面情况，选择性价比高 的工模具材料。选择挤压工模具材料时一般考虑以下四个方面的因 素： （1）被挤压金属或合金的性能。挤压生产时，不同的金属或合金具 有不同的物理-化学性能，不同的挤压工艺条件和不同的温度-速度 规范，因此，挤压工模具材料应根据被挤压金属和合金的特性来选 择。 (2)产品形状，规格和品种。不同的产品形状，规格和品种，要求不 同的工模具材料特性。挤压圆管、圆棒等形状简单型材时， 5CrNiW，5CrMnMo等中等强度的钢材或者强度更低的钢材既能满 足工模具材料要求；挤压形状复杂的空心型材时，需选用3Cr2W8V 和4CrSMoSiVl等较高级的钢材来制造工模具。
立式挤压机可以 生产出壁厚均匀的 薄壁管材，其运动 部件和出料方向与 地面垂直，占地面 积小，到要求建筑 较高的厂房和很深 的地坑，只适用于 小型挤压机。
5.1.1 正向挤压机
▪ 卧式挤压机
目前管、棒、型 材挤压普遍采用卧 式油压挤压机。挤 压机按其用途分为 单动挤压机和双动 挤压机。其中单动 挤压机是国际上最 普遍使用的挤压机。
（2）按内套的整体性，可分为整体内套和组合内套。在组合 内套中又分为圆柱形组合、锥形组合、分瓣组合三种。
（3）按内腔形状分为圆形、扁形和其他形状。
5.2.2 挤压垫
在挤压筒内将挤压杆与锭坯隔开并传递挤压力用 的挤压工具。其作用是减少挤压杆端面的磨损，隔离 锭坯对挤压杆的热影响。
▪ 挤压垫的结构形式 在挤压铝合金时，为了减少挤压垫片与金属之间粘
孔挤压机、外置式穿 孔挤压机 ❖ 按模具装置分：
锁键式、滑动模座式、 回旋模座式
挤压机的分类及应用
挤压机 ❖ 模座：用于组装模具。
纵动式、横动式供 锭机构：直线式、回转式 ❖ 挤压垫与压余分离装置 ❖ 制品牵引机构 ❖ 锯切装置 ❖拉矫装置转动式、 联合式
5.1.1 正向挤压机
立式挤压机
在普通的四孔模上，这很容易用计算机辅助设计 （CAD）系统进行设计，并能得到传统结构的挤 压模难以达到的表面质量。
蝶形模与常规模挤压压力比较
多孔模
多孔模即一模多孔，即可以一次挤压出很多根型材产品， 与单孔模相比有以下优势：
(1)提高挤压产品的生产效率；在挤压速度相同的情况下， 多孔模具较单孔模具的生产效率成倍提高，大大降低了生产 成本。
液氮的冷却通道布置应尽量保证模具表面上冷却介质均匀分配。目 前，最理想的冷却通道布置是在模子本体上直接机加工出来，但由于技 术相当复杂，实时控制比较难，很难实现氮冷介质的均匀分配，至今未 见到在工业应用上有良好的效果。因此，在一般工业应用中，大多采用 在专用模垫上机加工出冷却通道的方法。冷却通道布置示意图如图2。
上述分类方法是相对的，往往是一种模具同时具有上述分类方法 中的几种特征。此外，一种模具形式又可根据具体的工艺特点、产品 形状等因素分成几个小类，如棒模又可分为圆棒模、方棒模、六角棒 模和异形棒模
5.3.2 挤压模具结构
挤压模具包括模子、模垫、穿孔针等，是直 接参与金属塑性成形的工具。期特点是品种规 格多，结构形式多，需经常更换，工作条件极 为恶劣，消耗量很大。因此，应千方百计提高 模具寿命，减少消耗，降低成本。
▪ 挤压模结构要素
C 出口直径d出或出口喇叭锥 模子的出口部分是保证制品能顺利通过模字并保证高表面质量
的重要参数。若模子出口直径d出过小，则易划伤制品表面，甚至 引起堵模，但出口直径d出过大，则会大大削弱定径带的强度，引 起定径带过早地变形、压塌、明显地降低模具的使用寿命。
D 入口圆角r λ 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
▪ 后拉式
中间梁固定，前后梁是通过4根张力柱连成一个整体的活动 梁框架。
5.1.3 冷挤压机
辅助机构
热剪机：用于将加热后的长锭按要求剪切成定尺短锭 热剥皮机：用于反向挤压前，将已加热好的铸锭表皮 剥去 挤压机机后辅机：包括淬火装置、中断锯、牵引机、 固定出料台、出料运输机、提升移料机、冷床、张力 矫直机、张力矫直输送装置、贮料台、锯床输送辊道、 成品锯、定尺台、检查台
5.1.2 反向挤压机
▪ 挤压筒剪切式
挤压筒剪切式的特点是前梁和后梁固定，通过4根 张力柱连成一个整体，在挤压筒移动梁（也称挤压筒 座）上，安设有压余剪切装置。
5.1.2 反向挤压机 ▪ 挤压筒剪切式
5.1.2 反向挤压机 ▪ 中间框架式
用于正反两用挤压机，其特点是前梁和后梁固定，通过四 根张力柱连接成一个整体。在前梁和挤压筒移动梁之间安设有 压余剪切用的活动框架，剪刀就设置活动框架上。
(5)抗激冷、激热适应能力。防止工模具在长时间周期循环挤压生产过程 中过早产生热疲劳裂纹。 (6)良好的淬透性。确保工模具整个断面有高且均匀的力学性能，特别是 大型工模具。 (7)抗反复循环应力性能强。防止过早出现疲劳破坏，要求有高的持久强度。 (8)高导热性。防止高温挤压过程中被挤压坯料和工模具产生局部过烧或 机械强度损失。 (9)具有良好的抗蠕变和可氮化性能。 (10)具有一定的抗腐蚀性和小的膨胀系数。 (11)工模具材料在国内应较易获得，并符合经济原则，即价廉物美。 (12)良好的工艺性能。即工模具材料容易熔炼、锻造、机加工和热处理。
卧式挤压机
5.1.2 反向挤压机
反向挤压机按挤压方法分为正、反两用和专用反向两种型 式，每种又可分为单动（不带独立穿孔装置）和双动（带独 立穿孔装置）两种。反向挤压机按其本本体结构大致可分为 三大类：挤压筒剪切式、中间框架式和后拉式。现代反向挤 压机采用预应力张力柱结构，普遍采用快速更换挤压轴和模 具装置、挤压筒座“X”型导向，横轴移动滑架快速锁紧装置， 设有穿孔针情理装置已经模环清理装置。
空 心 型 材 挤 压 模 具
5.3.3 挤压模具材料
Leabharlann Baidu 铝型材挤压工模具的性能要求 由于铝合金型材挤压生产工模具的工作条件十分恶劣，因此，挤压生
产对工模具的要求非常严格。具体要求如下： (1)高的强度和硬度值。铝合金型材挤压生产时，要求常温下模具材料σb 值大于1500 MPa。 (2)高的断裂韧性和冲击韧性值。在常温和高温工作条件下，要求工模具 具有高的断裂韧性和冲击韧性值，以防止工模具在冲击载荷或低应力条件 下产生脆断。 (3)高的耐磨性。在高温挤压条件下能抵抗机械负荷而不过早地产生退火 和回火现象。在挤压工作温度下，模具材料的σs不应低于1000 MPa。与此 同时，在长时间润滑不良和高温高压的挤压生产条件下，模具表面能抵抗 因金属“粘结”作用而产生的磨损。 (4)高的稳定性，工模具在高温条件下不易产生氧化皮，有抗氧化稳定性。
作端面与定径带形成的端面角。制作入口圆角r λ可防止低塑性合 金在挤压时产生表面裂纹和减少金属在流入定径带时的非接触变 形，同时也减少在高温挤压时模子棱角的压塌变形。但是，圆角 增大了接触摩擦面积，可能引起挤压力增高。
5.3.2 挤压模具结构
分流组合模
实心平模
5.3.2 挤压模具结构
导流孔
导流模
(4)提高成品率；采用多孔模具技术不仅可咀减小挤 压系数，降低挤压力，在压余不变的情况下，通过提高 铸锭长度，可以减少几何废料所占比率来提高型材的成 品率。
多孔分流模
冷却模
现以液氮冷却模具技术加以简单介绍
液氮冷却模具技术是铝型材在挤压时在模具的专用模垫上 加开冷却通道，通过控制系统在设定的通道开度下，液氮通过 冷却通道喷射在模具的表面， 吸收铝棒带来的热量，直接降 低模具温度，使模具温度、型材 出料口温度保持在稳定温度范 围内，达到提高挤压速度的目 的；同时，液氮气化后，体积 膨胀600多倍，将出料口型材周 围的空气排开，形成惰性保护， 提高型材表面光洁度。其技术 基本原理示意图如图1所示。
5.2 挤压筒与挤压垫 5.2.1 挤压筒
容纳锭坯，承受挤压杆传 给锭坯的压力并同挤压杆一 起限制锭坯，使之承受压力 后只能从挤压模孔挤出的挤 压工具。
挤压筒
▪ 挤压筒的结构形式
为了改善受力条件，使挤压筒中的应力分布均匀， 增加承载能力，提高其使用寿命，绝大多数挤压筒是 用两层以上的衬套，以过盈配合，热装组合在一起构 成的。
(2)提高模具寿命；挤压模具的失效形式之一是模孔的磨 损，模具寿命以模孔挤出余属材料的长度来计算，理论上多 孔模具的寿命将成倍提高。
(3)提高模具材料的利用效率，减少模具钢消耗：高强度 耐热模具钢是昂贵模具的材料，国产材料的价格约26000元/ 吨左右，进口材料的价格达到65000元/吨～100000元/吨，多 孔模具技术的采用将大大提高材料的利用效率。
挤压筒衬套的层数应 根据其工作内套的最 大压力来确定。
▪ 挤压筒的加热方式
为了使金属流动均匀和挤压筒免受过于剧烈的热冲击，挤压 筒在工作前应进行预加热，在工作时应保温。目前，一般采用 装在挤压筒衬套中的电感应加热和电阻丝外加热器加热。
▪ 挤压筒工作内套的结构
（1）按工作内套的外表面结构可分为圆柱形、圆锥形和台肩 圆柱形。
5.3.2 挤压模具结构
▪ 挤压模结构要素 A 模角α
模角大小对挤压制品的表面质量与挤压力都有很大影响。平模的模角等 于90°。其特点是在挤压时形成较大的死去，可阻止铸锭表面的杂质、缺 陷、氧化皮等流到制品表面，以获得良好的制品表面。采用平模挤压时消 耗的挤压力较大，模具易产生变形，使模孔变小或将模具压坏。从减少挤 压力、提高模具使用寿命的角度来看，应使用锥形模。
5.3.1 挤压模具分类 （5）按模具结构可分为整体模、分瓣模、可卸模、活动模、舌型组合模、 平面分流组合模、嵌合模、插架模、前置模、保护模等。
a—平面模；b—平面分流组合模；c—叉架式组合模；d—舌形模（桥模）
5.3.1 挤压模具分类 （6）按挤压模具外形结构可分为带倒椎体的锥模、带凸台的 圆柱模、带正椎体的锥模、带倒椎体的锥形—中间椎体压环模 、带倒椎体的圆柱—锥形模、加强模等。