铝合金挤压工艺及模具毕业设计

一、绪论
1.1 挤压加工方法
挤压是有色金属、钢铁材料生产与零件成型加工的主要方法之一，也是各种复合材料、粉末材料等先进材料制备与加工的重要方法。

从大尺寸金属铸锭的热挤压开坯、大型管棒型材的热挤压加工至小型精密零件的冷挤压成型，从粉末、颗粒料为原料的复合材料直接固化成型到金属间化合物、超导材料等难加工材料，现代挤压技术得以广泛的应用。

挤压加工的方法主要有正挤压，反挤压，侧向挤压，玻璃润滑挤压，静液挤压，连续挤压。

挤压加工特点是处于强烈的三向压应力状态，这有利于提高金属的塑性变形能力，提高制品的质量，改善制品内部微观组织和性能。

除此以外，挤压加工还具有应用范围广，生产灵活性大，工艺流程简单和设备投资少的特点。

应用挤压加工工艺最多的材料是低熔点的有色合金，如铝及铝合金。

1.2 铝加工行业的分布
中国的铝加工企业主要集中于沿海(广东、福建、浙江、上海、江苏、山东、河北、天津、北京、辽宁)地区，即珠江三角洲(广州一深圳为中心的经济圈)、长江三角洲(上海为中心的经济圈)、环渤海湾地区(京津经济圈)所占比例较大，许多铝加工企业都云集于此三大经济圈。

在珠三角地区，主要集中在佛山地区，其中大沥更是全国，甚至世界地区铝加工业的佼佼者。

1.3铝及铝合金的特点与应用
铝及铝合金具有一系列特性，在金属材料的应用中仅次于钢材而居第二位。

目前全世界铝材的消费量在1800万吨以上，其中用于交通运输（包括铁道车辆、汽车、摩托车、自行车、汽艇、快艇、飞机等）的铝材约占27%，用于建筑装修的铝材约23%，用于包装工业的铝材约占20%。

随着中国经济建设的高速发展，人民生活水平的不断提高，中国的建筑行业发展迅速，包括铝型材在内的建筑装饰材料不断增加。

铝型材的应用已经扩展到了国民经济的各个领域和人民生活的各个层面。

根据铝合金的成分和生产工艺特点,通常分为变形铝合金与铸造铝合金两大类。

变形铝合金也叫熟铝合金，根据据其成分和性能特点又分为防锈铝，硬铝，超硬铝，锻铝和特殊铝等五种。

铝合金比纯铝具有更好的物理力学性能：易加工、耐久性高、适用范围广、装饰效果好、花色丰富。

铝合金分为防锈铝、硬铝、超硬铝等种类，各种类均有各自的使用范围，并有各自的代号，以供使用者选用。

铝合金型材具有强度高、重量轻、稳定性强、耐腐蚀性强、可
塑性好、变形量小、无污染、无毒、防火性强，使用寿命长（可达50—100年），回收性好，可回炉重炼。

多年来世界各国均采用6063铝合金（铝合金近百种）作为门窗框架。

主要是为了该金属表面阳极氧化效果好，开始阳极氧化是白色，后进一步改变电解质才达到古铜色，这两种主体颜色在国内用了十多年。

表1：铝合金化学成分(Chemical Composition Limits wt%): GB/T3190-1996：
本设计选用6063铝合金,由于其强度高，质量轻，加工性能好，在退火状态下，该合金有优良的耐蚀性及物理机械性能，是一种可以时效强化的AL-Mg-Si系合金，广泛应用于基础性建筑行业以及一些机械制造业。

6063合金中的主要合金元素为镁与硅，具有加工性能极佳、优良的可焊接性、挤出性及电镀性、良好的抗腐蚀性、韧性，易于抛光、上色膜，阳极氧化效果优良，是典型的挤压合金。

广泛应用于建筑型材、灌溉管材、供车辆、台架、家具、升降机、栅栏等用的管、棒、型材。

表2：6063 室温下的机械性能（Mechanical & Physical Properties）:
表3：6063铝合金随温度变化的力学性能
从表可以看出随着温度的升高抗拉强度和屈服强度逐渐变小，伸长率增大。

1.4挤压工模具的材料
表4：常用挤压工具钢化学成分
本设计选用模具材料为4Cr5MoSiV1，又称H13钢。

钢中碳化物类型有623C M 、C M 6。

钒在钢中起回火时二次硬化作用；Cr 、Mo 、W 、V 能提高钢抗回火软化能力，保持高温下的强度、韧度；硅提高钢的回火稳定性和抗热疲劳能力。

铬和硅还能提高抗氧化和抗烧蚀性。

表5：常用挤压工具钢及其机械性能：
二、总设计过程概论
2.1 挤压工艺流程
金属制品是经若干个工序制作出来的，每个工序按一定顺序连接起来，就形成了工艺。

工艺要在一定条件下完成，有特定的工艺参数。

挤压工艺流程：铸锭加热→挤压→切压余→淬火→冷却→切头尾→切定尺→时效→表面处理→包装入库
2.2挤压工艺及工艺参数条件的确定
应考虑挤压温度、挤压速度、润滑、模具（种类形状、形状等）、切压余、切头尾、淬火、冷却、等多方面的因素，合理地选择工艺或参数。

1）铸锭的加热温度
6063铝的最高允许加热温度为550℃，下限温度为320℃，为了保证制品的组织，性能，表面质量，为了降低变形抗力，挤压时锭坯的加热温度不宜过高，应尽量降低挤压温度。

一般取490～530℃。

2）挤压筒预热
模具的成分多为合金钢，由于导热性差，为避免产生热应力，挤压前挤压筒要预热，为保证挤压制品的质量，并且具有良好的挤压效应，挤压筒温度可取400℃～450℃。

可采用通电自行预热。

3）模子预热
避免急热，延长模具寿命，应对模具进行预热。

4）挤压温度
热挤压时，加热温度一般是合金熔点绝对温度的0.75～0.95倍，挤压过程中温度最好控制在500℃左右。

6）挤压速度
考虑金属与合金的可挤压性，制品质量要求及设备的能力限制，本设计的挤压速度取
m in
/
0.2
~
8.0m
V=
锭，m in
/
80
~
60m
V≤
流出。

7）工模具的润滑
因本设计采用热挤压，故不采用润滑。

8）模具
模具应具有足够的耐高温疲劳强度和硬度，较高的耐回火性及耐热性，足够的韧性，低的热膨胀系数和良好的导热性，可加工性，及经济性，本设计采用4Cr5MoSiV1作为模具的材料，热处理的硬度为HRC48～52。

9）切压余
本设计视挤压设备而定，一般20～30mm，要控制质量，切去缩尾等缺陷。

10）淬火
本工艺过程中，制品挤出后可通过设置风扇对制品进行吹风来达到风淬（固溶强化）的目的，或采用喷水雾的方法。

11）冷却
直接露置在空气中冷却，达到自然时效的目的。

12）切头尾
一般挤压制品的头部和尾部都存在缺陷，为了不影响制品的性能，需要进行切头尾的工
作。

切头尾的量可以是300～500mm 或500～1000mm ，本次设计头尾各切300mm 。

13）切定尺
本次设计取每根制品6m 长作为切定尺的标准。

14）时效
时效处理可以分为两种：自然时效和人工时效。

自然时效即让挤压制品在空气中停放； 人工时效对6xxx 系铝合金可在180～240℃下保温6～8h 。

15）表面处理
为了提高制品的耐蚀性和抗疲劳性等，可以对其进行表面处理。

表面处理一般有：阳极氧化、着色、喷粉、喷涂、电泳、抛光等。

16）包装入库
将铝合金成品进行包装入库。

三、实心型材模设计
3.1所要设计的实心型材制品
（1）已知：要求本制品的形状和尺寸及公差如下
图1 U 型材截面
牌号XC311-5（U 型）
制品的截面积2
2
4.113134.1mm cm F ==制
制品材料为6063，制品挤一米的重量m kg G /315.0=
模孔外接圆直径mm D 18.28132522=+=
外
(2)现有设备
表6
3.2选坯和选设备
选择挤压筒直径D 0是一个最核心的问题，有以下的选择原则： 1）保证产品表面质量原则
C '≥1K （C '为模孔距筒内表面的距离，1K 为经验数据，可取15、20、30） 2）保证挤压模强度的原则 3）保证产品内在质量的原则
4）经济上的优化原则－生产成本最低；成材率最大；产量最高
模孔外接圆直径外D =28.18mm ，制品的截面积制F ＝113.42mm ，根据加工范围要求（制F =113.4mm 2≥m in 制F ,及外D =28.18mm ≤max D 外）所以只有500T 可用，按成才率最高的原则，进一步优化，计算如下表所示：
最后选择成才率最高的81.8％方案1
即：选择500T 的挤压机设备，挤压筒内径D0=Φ95mm 锭坯尺寸为：Dd ×Ld=Φ90×270mm λ=62.48
3.3挤压力的计算
根据挤压力经验系数公式，
b D d
D
P σ2)8.0(
775.11-= P ——挤压力, N D ——挤压筒内直径，mm
d ——制品的当量直径，mm ；（π制F d 4=）
b σ——材料在挤压温度下的变形抗力，MPa ；查表3，并由外推法得出500℃时的变形抗力为12MPa 。

所以d=π制F 4=π4.1134⨯=12.02mm
P=b D d
D
σ2)8.0(
775.11- =1295)8.002
.1295
(
775.112⨯⨯-⨯
=2564895N
换算成吨位：约262T
P=236T＜额定吨位500T，设备选择符合要求，即理论技术可行
3.4实心型材模具体结构设计
模组的结构如下图
图2 模组的结构
1.模子
2.模垫
3.前环
4.后环
5.保护垫板
6.前机架
7.模座
8.模套 9.剪刀 10.挤压筒
对于不同吨位的挤压机，下图中的主要结构尺寸都是配套设置的，可以从有关资料中查得。

模组的主要结构尺寸如图3
模组尺寸如下表
表7模组尺寸
挤压模具的尺寸如下表
表8挤压模具的尺寸
3.5 实心模尺寸数据设计
（1）选坯和选择设备
根据前面的计算 选500T 挤压机
挤压筒内直径0D =95㎜ 锭坯尺寸：Dd ×Ld=Φ90×320mm 挤压比λ=62.48
（2）模组及模子尺寸外形的计算
图3模组主要结构尺寸标注
模组主要结构尺寸确定
根据前面计算，从表7选取
H=190mm 1H =20mm 2H =80mm 3H =55mm 1∅＝Φ160mm 1∅＝Φ180mm 模子外形尺寸的确定（如下图4）
图4 模子外形尺寸
依据表8的数据可以确定
1d =Φ135㎜ 2d =Φ145㎜ 1h =12㎜ 2h =25㎜
（3）模孔几何尺寸的确定
挤压比λ=62.48＜max λ，故不需要多孔挤压。

①模孔的外形尺寸（指型材的宽与高）A K ：由公式
11(1)k m A A C =++∆
式中：m A ——型材的名义尺寸，mm
1C ——裕量系数，见《金属塑性加工学》，冶金工业出版社，P67表5－1锻
铝取0.007~0.010，本设计取0.010
1∆——型材外形尺寸的正偏差，mm
②型材的壁厚的尺寸S K 由公式
22k m S S C =++∆
式中：m S ——型材壁厚的名义尺寸，mm
2∆——型材壁厚的正偏差，mm
2C ——裕量系数，对铝合金取0.05～0.15，其中壁薄的取下限，厚壁
取上限。

本设计取0.1
③计算得出几何尺寸:
模孔外型尺寸： 长度方向25±0.45mm 尺寸
k B =m B (1+ 1C ）+1∆
=32×（1＋0.01）+0.45
=25.7mm
宽度方向13±0.45mm 尺寸
k H =m H (1+1C ）+1∆
=13×（1＋0.01）+0.45
=13.58mm
壁厚的尺寸 22k m S S C =++∆
=2.4＋0.1＋0.2 =2.7㎜
型材的圆角及圆弧没有偏差要求，故可按名义尺寸设计 由于这种型材在挤压的过程中有并口现象，角度取91°
制造偏差为 0.02
0.05--㎜，主要尺寸如下图
图5 模孔几何尺寸
（4）孔形在模子端面位置的确定
由于本型材为等壁厚的型材，故型材的重心与模子的中心重合。

模孔重心的计算，如下图建立坐标系：
图6模孔几何中心确定
设压力中心为（0x ，0y ）由于U 型截面具有一条对称轴，如图6关于Y 轴称 所以0x =0 ，则压力中心为（0，0y ）
各边中心坐标为：()()0,0,111=y x l ,()()5.6,5.12,222=y x l ,()()13,3.11,333=y x l ,
()()9.8,1.10,444=y x l ,()()4.2,0,555=y x l ,()()9.8,1.10,666-=y x l ,()()13,3.11,777-=y x l , ()()5.6,5.12,888-=y x l
各边长分别为：1l =25mm ，2l =8l =13mm ，3l =7l =2.4mm ，4l =6l =10.6mm ，5l =20.2mm
0y =
8
76543218
877665544332211l l l l l l l l l y l y l y l y l y l y l y l y ++++++++++++++
=
13
4.26.102.206.104.213255
.613134.29.86.104.22.209.86.10134.25.613025+++++++⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯
=4.82
由于制品对称，所以（0x ，
0y ）=（0，4.82）
（5）工作带长度的确定
工作带又称定径带，是用以稳定制品尺寸和保证制品质量的关键部分。

由于是等壁厚型材，故定径带长度h 定各处相等，一般可取2～3.5㎜，生产实践中对铝合金常用3～8㎜， 本次设计取h 定＝4㎜
模角工作带与工作端面的连接都有一个尖棱角，挤压过程中易于出现裂纹和压秃、压
塌等现象从而会改变模孔尺寸，导致难以保证挤压制品的尺寸精度，因此，必须采用过渡圆角半径r 。

（6）出口直径
模子的出口直径一般应比工作带直径大3～5mm ，以防止划伤制品表面，本设计取4mm 。

工作带与出口的过渡部分以圆角半径等于4～5mm 的圆弧连接，或做成20°~45°的斜面。

（7）入口圆角半径
入口圆角半径r 的作用是为了防止低塑性合金在挤压时产生表面裂纹和减轻金属在进入工作带时所产生的非接触变形，也是为了减轻在高温下挤压时模子的入口棱角被压颓而很快改变模孔尺寸用的，但挤压铝合金时不应有入口圆角，而要求保持锐利的角度，一般取r=0.2~0.5mm 。

（8）阻碍角
由于h 定≤10～15㎜，故不采用阻碍角
3.6校核
（1）设备能力的校核
根据前面挤P =262T<500T,即挤压力小于所选设备的吨位。

所以符合要求。

（2）模子强度的校核
对于半空心型材,可以认为是一个悬臂梁突出的舌部，可按下述步骤校核其危险面I-I 处的模子最小厚度。

舌部尺寸如图5所示。

图5
1）求单位挤压力p
0F P p =
=7085
8.91000262⨯⨯=362.40MPa
式中：p ——单位挤压力，MPa
P ——挤压力，N
0F ——挤压筒断面面积，2mm
2）舌部载荷sh pF Q ==sh sh l pb =6.102.2040.362⨯⨯=77597.1N 式中：Q ——作用在舌部的总载荷，N sh F ——舌部的面积，2mm sh l 、sh b ——舌部的长宽尺寸，mm 3）舌部弯曲应力w σ计算
w σ=
W
M w
式中：w σ——舌部弯曲应力，MPa
w M ——弯矩，N ·mm ；w M =Qe =77597.1×
2
6
.10=411264.6 N ·mm （e 为重心至危险断面出的距离）
W ——截面模数，3
mm ；W =6
2H b sh =6252.202
⨯=2104.173mm
（H 为模子高度） 所以w σ=
W M w =17
.21046
.411264=195.8MPa 4）剪切应力τ的计算
τ=
H b Q sh =25
2.201.77597⨯=15
3.7MPa 5）等效应力e σ的计算
e σ=22
)73.1(τσ+w =22)7.15373.1(8.195⨯+=330.21MPa
计算的等效应力e σ应小于工作温度下的模子的材料的屈服强度s σ。

在500℃下,对于4Cr5MoSiV1取s σ=1025Pa 左右。

e σ=543MPa<1025MPa ，故模具强度符合要求。

3.7画图
（见图纸）
四.空心型材模设计
4.1.所要设计的制品
本设计制品为方型管
已知：具体参数为mm H 7.05.44±= mm B 95.094±= mm T 3.02±= 具体如下图所示：
图7 方型管
4.2.选坯核选设备
制品的截面积：制F ＝()()()45.444945.4494-⨯--⨯＝538mm 2 模孔外接圆直径外D ＝225.4494+＝104㎜
根据加工范围要求（制F =538mm 2≥m in 制F ,及外D ≤max D 外）由表6知 可以初选择1630T 的挤压机设备。

按成才率最高的原则，在进一步计算优化，计算列表如下 表9
最后选择成才率最高的86.5％对应的方案2
即选择1630T 的挤压设备
锭坯尺寸为：Dd ×Ld=Φ178X600mm 挤压比λ=51.02
4.3.挤压力的计算
根据挤压力经验系数公式， P=b D d
D
σ2)8.0(
775.11- P ——挤压力, N D ——挤压筒内直径，mm
d ——制品的当量直径，mm ；d=πF 4
b σ——材料在挤压温度下的变形抗力，MPa ；查表3，并由外推法得出500℃时的变形抗力为12MPa
所以d=πF 4=π5384⨯=26.17mm
P=b D d
D
σ2)8.0(
775.11-
=12187)8.017
.26187
(
775.112⨯⨯-⨯ =9255325N
换算成吨位：约944T
P=944T ＜额定吨位1630T ，设备选择符合要求，即理论技术可行
4.4模组及模子外形尺寸确定：
模组尺寸结构简图如前图3所示 根据前面计算，从表7选取
H=340mm 1H =30mm 2H =140mm 3H =70mm 1∅＝Φ310mm 1∅＝Φ350mm 模子外形尺寸简图如前图4依据表8的数据可以确定
1d =Φ250㎜ 2d =Φ260㎜ 1h =13㎜ 2h =40㎜
因为本设计采用孔道式分流组合模，下模起到模垫的作用所以不需要设计模垫。

所以2H =上H +下H =140㎜ 故：取上H ＝80mm
下H ＝60mm 。

4.5.组合模相关参数的确定：
（1)分流孔的选择：
分流孔的个数，方形管成轴对称布置所以取4个。

分流孔的形状一般有圆形、腰子形矩形、扇形等，对于方形管分流孔形状一般为扇形或矩形，本设计采用扇形分流孔，其中尖角倒圆角。

为了减小挤压力，提高焊合质量，或者制品的外形尺寸较大且扩大分流比又受到模芯强度的限制时，可做成内斜度为2°～4°，外锥度为3°～6°的斜形分流孔，这样可以降低挤压力10%左右。

本设计取分流孔内斜度为2°。

（2) 分流孔面积的确定：
因为分流孔面积与制品断面积的比值型分F F ∑∑/＝K,K 即为分流比，一般K 对于空心型材时，取K=10～30。

本设计初步取K=10 分流孔的面积型分F K F ∑=∑=10×538=5380mm 2 且分流孔面积的大小按大型材大孔f /F =小型材小孔f /F
其中, 大孔F 、小孔F ——大、小分流孔的面积, 大型材f 、小型材f ——对应的大、小型材部
分的面积。

因为()小孔大孔分F 2+=∑F F
小型材
大孔
分大型材
大孔F 2F F F F -∑=
所以
2
5.44253802
94⨯-=
⨯大孔
大孔F F
求得大孔F =1826mm 2，小孔F =864mm 2 （3)分流孔位置及尺寸的确定
1）分流孔最外边缘按经验公式 D C D ≤+2外确定，式中外D ——分流孔最外边缘的外接圆直径； D ——挤压筒的直径；C 取mm 20~10。

2）分流孔内边缘距离型材外边缘要有一定的距离，分流孔出口边离型材外边缘3～8mm,如避免从上模孔道看到下模空隙。

这里取mm b mm a 6,7==。

由于型材的长宽比大于1.5，故分流孔的外接圆接近椭圆，如图7所示：
图7 分流孔位置及尺寸
（3）扇形分流孔的α和β的确定
在满足 D C D ≤+2外的条件下，取椭圆的长轴为100mm,短轴为80mm 。

由上图可知，mm H h k 20722672=+=+=
，短半轴mm R 402
80==，则分流孔面积为 大孔F h R =⨯-⨯2
tan
360
22α
πα
，求得 107=α
由上图可知，mm B b k 04.546208.9662=+=+=
，长半轴mm R 502
100==，则分流孔面积为 小孔F b R =⨯-⨯2
tan
360
22β
πβ
，求得42.8=β
（4) 分流桥的宽度
分流桥的宽窄和模具的强度以及金属的流量有关，从增大分流比，降低挤压力来考虑，
分流桥的宽度B 应该选择小些，但为了改善金属流动的均匀性，模孔最好受到分流桥的遮蔽，则B 应该选择得宽些。

参考图7的数据可算出桥宽mm B B k 08.1081208.9662=+=⨯+=
本设计中采用倒梯形结构，桥的剖面上大下小。

如下图所示：
图8 分流桥截面
（5).焊合室
常用的焊合室截面形状有圆形和蝶形两种，为了提高焊缝质量，本次设计采用近似蝶形
焊合室，这样有利于消除焊合室边缘与模孔平面之间的结合死区，围绕着分流孔的形状，在恰当的地方加倒圆角，可以采用大圆角R ＝5－20mm 。

焊合室是金属集聚并焊合的地方，焊合腔的容积越大，焊合腔的截面积与制品断面之比
越大，则焊合腔所建立起来的静水压力就越大，金属在焊合腔中停留的时间就越长，因而，焊接的质量就越高。

可能采用的挤压速度就越大，当分流孔的形状、数目及分布确定以后，焊合室的断面积也基本上确定。

焊合腔的高度有着重要意义，当焊合室太浅时，由于摩擦力太小不能建立起足够的反压
力，使焊合压力不足，导致焊合不良，但太深又会影响模芯的稳定性，易出现空心制品壁厚不均匀现象，同时还会降低成品率。

可根据挤压筒的直径来确定焊合室的高度，本次实际的挤压筒直径0D =187mm ，当
0D =190~200mm 时，焊h =20~25mm ，所以本设计取h=24mm ，直径上的尺寸与上模分流孔相适
应，相差3~5mm 。

焊合室的形状近似为碟形，主要尺寸如下图所示，其余圆角部分为R6。

图9 焊合室
4.6.模子内形尺寸的确定
模孔尺寸的确定如下图
图10 模孔尺寸的确定
由于挤压比λ=51.02＜max λ，故不需要多孔挤压
（1）模孔的外形尺寸（指型材的宽与高）A K ：由公式
按经验公式：10)1(∆++=A K A k
式中：k A ——模孔尺寸，mm
0A ——制品外形的名义尺寸，mm
K ——经验系数，一般取0.007~0.015，由于本设计是对6063合金，取K=0.012
1∆——型材外形尺寸的正偏差。

（2）型材的壁厚的尺寸k S 由经验公式有，
∆+=0S S k
式中：k S ——模孔壁厚尺寸，mm
0S ——型材壁厚的名义尺寸，mm
∆——型材壁厚的正偏差，mm 。

当o B ≤3mm 时，∆=0.1mm ；当o B ≥3mm 时，∆=0.2
mm 。

（3）计算得出几何尺寸:
先计算下模：
模孔外型尺寸： 长度方向尺寸为mm 95.094±
10)1(∆++=B K B k
=90×（1＋0.012）+0.95
=91.78mm
宽度方向尺寸为mm 7.05.44±
10)1(∆++=H K H k
=25×（1＋0.012）+0.7
=26mm
壁厚的尺寸 k T =0T +∆
=2＋0.1
=2.1㎜
上模的尺寸（舌芯）根据下模尺寸减去制品壁厚的尺寸来确定，
k
H '=k H -2k T =45.73-2×2.1=41.53mm k
B '=k B -2k T =96.08-2×2.1=91.88mm 制造偏差取 0.020.05-
-㎜，最终尺寸如下图
图11
4.7模孔工作带长度的确定
组合模的工作带应比一般结构的模子工作带长些，并在其入口方向带1°的锥度，以利
改善焊缝质量。

由于本空心型材制品的对称性较好，外形相对较小，一般可取2～3.5㎜，生产实践中对
铝合金常用3～8㎜，本设计取h g ＝5mm
模角工作带与工作端面的连接都有一个尖棱角，挤压过程中易于出现裂纹和压秃、压塌
等现象从而会改变模孔尺寸，导致难以保证挤压制品的尺寸精度，因此，必须采用过渡圆角
半径r 。

由于本设计的挤压形材材料是6063，查经验数据可得，r=0.4～0.75mm ，取0.5mm.
另外，为了保证工作带部分的抗剪强度，工作带与出口的过渡部分可以作为20︒～45︒的
斜面，或以圆角半径等于4～5mm 的圆弧连接，以增加工作带的厚度。

本设计取14R mm =及
一定的斜面连接。

模子的出口直径一般应比工作带直径大3～5mm ，以防止划伤制品表面，本设计取
mm d d ch ）孔4(+=
4.8.模芯的设计
模芯相当于挤压针，其定径区决定于制品的内腔形状和尺寸，它的结构直接影响模芯
强度、金属的焊合质量和模具的加工方式。

模芯的定径带有锥式、锥台式和凸台式三种，
模芯宽度在b<10mm时，多采用锥式；在10mm<b<20mm时多采用锥台式；在b>20mm时，多采用凸台式。

由于本设计中的模芯宽度为40mm,大于20mm，故采用凸台式。

舌芯长度宜短，稍伸出工作带即可，过长则造成管子偏心，过短则形成椭圆型，对于小型挤压机，一般伸出下模工作带1-3mm，本设计取3mm，模腔外形按空心型材的空心部分确定。

成型部分以上的部分要造成圆角，这样有利于焊合质量提高
R1=5.5mm R2=3mm,t=2.5mm，如下图所示：
图 12
4.9上模凸台设计
上模凸台高取7mm.用于与下模装配定位，用于装配定位。

而下模的凸台高度为5mm,宽为2mm,设置在下模的边缘部分，用于与上模装配定位。

4.10定位设计和螺钉及搬运螺钉的选择
定位方面采用固定销，在上模做一个凸出5mm，Φ8的圆柱，下模作相应的孔来定位，而省去采用定位销，固定销布置时应采用不对称布置。

螺钉采用内六角圆柱头螺钉M10,长度为70mm，按GB70-85标准选取标准件。

搬运螺钉采用吊环螺钉，选用GB825-88-M10.
4.11模子强度校核：
组合模在使用过程中，常因受较高的压力而使桥被压塌和压断，根部还被拉断，而且在舌芯根部和分流孔周围也可能产生裂纹。

因此在设计中应对强度进行校核。

孔道式组合模在工作时承受载荷最不利的情况是分流孔道和焊合室尚未进入金属和
金属充满焊合室以后流出模孔之际，故强度的校核主要是针对模子的分流桥，模桥的弯曲
应力和抗剪强度。

1)分流桥弯曲应力校核 []b p
l H σ2min =
式中: min H ——分流桥的最小高度；mm
l ——分流桥支座间中心距离；mm ；由图7算出
l =96.08+6×2=108.08mm
p ——作用在挤压垫片上的单位压力，MPa
p ＝P/F 0＝9255325N/27451=337MPa
[]b σ——模具材料在工作温度下的许用应力.在450~500℃下,对4Cr5WSiV1取
[]b σ=900MPa
代入数据得 []b p
l H σ2min =
=900233708.108⨯⨯
=46.8mm 由于上模厚度上H ＝80mm ＞46.8mm
故符合要求
2）分流孔道抗剪强度的校核
[]ττ≤⨯=F
n p 式中：[τ] ——许用剪应力[τ]=(0.5~0.6) [b σ],在450~500℃下,对于4Cr5WSiV1取
[b σ]=1200MPa ，所以[τ]＝600～720MPa
P ——分流桥端面上受的总压力，N
N ——分流孔的数目:为4
F ——以分流孔间的最短距离为长度.以模子厚度为高度所形成的面积,2mm 。

由图7测出分流孔间的最短距离B 为13.7mm ，则F=Bx 上H =13.7×80=10962mm ；分流桥端面
上受的总压力为N S p P 25620877603337=⨯=⨯=桥
τ=nF P =1096
42562087⨯ =584MPa<[τ]＝600～720MPa
故强度符合要求
4.12零件图装配图
（见图纸）
五、总结与体会
在袁老师的谆谆教导下，通过两个星期的课程设计，我对模具以及模具设计的一般步骤
有了初步的了解。

原来以为专业知识学得好就能做得好,事实上实践动手能力与书本知识有很大的区别.我
想袁老师之所以会出一个这样的强调动手能力的课程设计,原因也在于此吧!!这样的课程设计可以激发人的主动性和创造性,很好的锻炼人的思维.我们在这两个星期的课程设计中受益匪浅。

经过反复的计算和核对，培养了我们科学严谨的态度。

同时通过这次设计，感受到了老
师在模具知识的丰富以及自己在这方面的欠缺,特别是平面分流组合模方面，还有许多地方要向老师请教,自己觉得异常惭愧。

模具制造技术迅速发展，已成为现代制造技术的重要组成部分。

如模具的CAD/CAM 技
术，模具的激光快速成型技术，模具的精密成形技术，模具的超精密加工技术，模具在设计中采用有限元法、边界元法进行流动、冷却、传热过程的动态模拟技术，模具的CIMS 技术，正在开发的模具DNM 技术以及数控技术等，几乎覆盖了所有现代制造技术。

现代模具制造技术朝着加快信息驱动、提高制造柔性、敏捷化制造及系统化集成的方向发展。

模具在制造业的地位起着不容忽视的作用，甚至关系到国民经济的发展.退一步来讲,对于我们自己挑选的专业,不能根据其重要性或不重要性来决定我们学还是不学,即使本专业一点也不重要,我们也应该努力学习,为促进模具事业的飞跃发展而加倍努力。

在这次课程设计中，不但让我学到了铝合金挤压模具设计的基本知识，还让我把这学期
学的UG 绘图软件应用于其中。

在这次的课程设计中，我不但运用Auto CAD 进行平面的绘图，并且我还运用了UG 软件对设计的平面图转换为三维立体图，使我对学过的知识能够有效地联立起来，这些都是我们实践能力的锻炼。

所以大学开设的课程设计是对我们一种能力
的检验，是培养我们解决实际问题的能力的一种重要途径，我们应该感谢这样难得的锻炼机
会。

由于个人水平的限制及专业知识的有限，设计存在许多疏漏和错误之处，恳请老师指正
教导。

参考文献：
【1】马怀宪.金属塑性加工学.冶金工业出版社，1991.5
【2】李积彬，伍晓华，毛大恒，马建哲.铝型材挤压模具3D设计.北京：冶金工业出版社，2004.8
【3】刘静安，谢建新.金属挤压理论与技术.北京：冶金工业出版社，2001.5
【4】赵云路，唐志玉.铝塑型材挤压成型技术.北京：机械工业出版社，2000，9
【5】刘静安，谢水生.铝合金材料应用与技术开发. 北京：冶金工业出版社，2004.1
【6】张玉龙，赵中魁.实用轻金属材料手册.北京：化学工业出版社，2006.3。