【正文】 內(nèi)部組織，特別是在控制空心制品的焊縫組織和力學(xué)性能方面，分流孔的大小、數(shù)量和形狀及分布位置，焊合腔的形狀和尺寸，模芯的結(jié)構(gòu)等起著決定性的作用。擠壓墊片、擠壓筒和模子的結(jié)構(gòu)形狀與尺寸及表面質(zhì)量，對控制產(chǎn)品的粗晶環(huán)和縮尾、成層等缺陷也有一定的作用。 （ 5）工模具的結(jié)構(gòu)形狀 與尺寸對金屬的流變、擠壓溫度 速度場、應(yīng)力 應(yīng)變場等有很大的影響，從而對提高生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量和減少能耗有重大作用。 （ 6）合理的工模具設(shè)計對提高其裝卸與更換速度，減少輔助時間，改善勞動條件和保證生產(chǎn)安全等方面意義重大。 （ 7）新型的模具結(jié)構(gòu)，對于開發(fā)新產(chǎn)品、新工藝，研制新材料和新設(shè)備，不斷提高擠壓技術(shù)起著很大的作用。如扁擠壓筒、舌型模、組合模、多層預(yù)緊應(yīng)力模、變斷面模等。 （ 8）高比壓優(yōu)質(zhì)圓擠壓筒和扁擠壓筒及特種型材模和異形管材模的設(shè)計與制造技術(shù)是鋁合金擠壓生產(chǎn)的核心和關(guān)鍵技術(shù)，其技術(shù)含量在整個畢業(yè)設(shè)計（論文） 鋁合金邊封型材擠壓 模具設(shè)計 9 擠壓 技術(shù)中占有很大的比例。 （ 9）對于中等批量的擠壓產(chǎn)品，工模具的成本占總成本的 30%左右，如將其使用壽命提高 5～ 10 倍，則產(chǎn)品的成本可大幅度下降。 因此，在鋁擠壓界廣泛流傳的一句口號：產(chǎn)品是生命，設(shè)備是基礎(chǔ)，模具是關(guān)鍵，工藝是保證。 、 鋁型材擠壓模具技術(shù)發(fā)展概況 在金屬壓力加工中，決定某一擠壓方法是否經(jīng)濟可行，主要取決于下列三個方面，即產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率和工模具壽命，而工模具往往是工藝決策的關(guān)鍵因素。因此，擠壓用工模具的發(fā)展實際上伴隨擠壓技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展。 鋁合金擠壓技術(shù)發(fā)展的初期，由 于擠壓機能力小，結(jié)構(gòu)簡單，產(chǎn)品形狀單一而且尺寸較小，所變形合金較軟，所以模具一般為結(jié)構(gòu)形狀極為簡單，尺寸較小的圓狀平面模，工具的結(jié)構(gòu)形狀也較為簡單。當(dāng)時的模具多用普通工具鋼，采用一般的機械加工方法制造。隨著鋁合金擠壓材向大型化、復(fù)雜化、精密、多規(guī)格、多用途方面發(fā)展，對擠壓工模具提出了越來越高的要求。不僅出現(xiàn)了像平面分流組合模、寬展模具、保護模、變斷面模等多種新型結(jié)構(gòu)的模具，成功地研制出多種 σb 達 1500MPa 以上的高級耐熱高強度工模具材料，而且開發(fā)了多種大型的基本擠壓工具，這些工具便于裝卸，先進可靠，但結(jié) 構(gòu)形狀復(fù)雜，尺寸規(guī)格大，難于設(shè)計制造。如 200MN 臥式擠壓機上的大型特種組合型材模具，模具組尺寸為φ 1800 500mm，重達 10t,需 15t 高強而熱合金鋼坯，其設(shè)計、制造、使用和維修都十分復(fù)雜。 畢業(yè)設(shè)計（論文） 鋁合金邊封型材擠壓 模具設(shè)計 10 我國模具開發(fā)制造水平與國外相比仍存在很大的差距，比國際先進水平至少落后 10 年，特別是在大型、精密、復(fù)雜、長壽命模具的制造上存在很大困難，這也成為制約我國制造業(yè)發(fā)展的瓶頸。表 11 列出了國內(nèi)外擠壓模具設(shè)計制造的發(fā)展水平和主要差距 [3]。 國際先進水平 國內(nèi)先進水平 設(shè)計理論和方法 普遍采用動態(tài)熱分析與熱模擬 及有限元和電子計算機分析技術(shù)，研發(fā)了多種新結(jié)構(gòu)模具及設(shè)計軟件，建立了巨型數(shù)據(jù)庫與專家?guī)?，正在研發(fā)零試模技術(shù) 基本采用傳統(tǒng)方法，開始研究和開發(fā)新理論、新方法，開始重視新結(jié)構(gòu)模具研發(fā)與軟件開發(fā) 新結(jié)構(gòu)大型工具 廣泛采用高比壓的優(yōu)質(zhì)圓、扁擠壓筒，固定擠壓墊，快速換模裝置及高效反擠壓工具 開始研發(fā)扁擠壓工具和固定擠壓墊及快速更換裝置 模具材料 以 H13 鋼及改進型鋼為主，采用電渣重熔、爐外在線精煉，開始研制陶瓷高溫和粉末合金等新型模具材料 以 H13鋼替代 3Cr2W8V 鋼， H13 鋼的冶金質(zhì)量逐步提高，同時 開始開發(fā)新型模具材料和陶瓷材料 模具加工技術(shù) 機加工、電加工和熱加工水平很高，機床的 NC/CNC 程度達 95%以上，加工中心基本普及實現(xiàn)全線自動化生產(chǎn) 推行機 電 熱綜合加工方法，傳統(tǒng)的手工加工法仍占相當(dāng)大的比重 ，機床的 NC/CNC程度為 50%左右，加工中心開始應(yīng)用 熱處理技術(shù) 普遍推廣預(yù)處理、真空和保護氣氛熱處理工藝。開發(fā)出了等溫淬火、多級淬火和多次回火等新工藝 傳統(tǒng)熱處理法占 60%以上，開始采用真空、保護氣氛熱處理工藝，并開始研發(fā)新熱處理工藝 表面處理技術(shù) 普遍采用各種表面處理技術(shù)，可 處理窄縫（ ）?？?，表面硬度可達 2500～ 4000HV 開發(fā)并正在推廣幾種有效的表面處理技術(shù)，可處理 以上的窄縫，模表面硬度可達 2021～ 2500HV 生產(chǎn)方式及專業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化程度 高度專業(yè)化集約化生產(chǎn)，專業(yè)化標(biāo)準(zhǔn)化程度達 85%～ 95% 多采用大而全、小而全生產(chǎn)方式，專業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化程小于 50% 模具平均使壽 命與質(zhì)量 平面模： 30～ 50t/每模以上 組合模： 20～ 25t/每模以上 一次上機合格率： 70%左右 平面模： 8～ 20t/每模左右 組合模： 5～ 15t/每模左右 一次上機合 格率： 50%左右 畢業(yè)設(shè)計（論文） 鋁合金邊封型材擠壓 模具設(shè)計 11 表 11 國內(nèi)外擠壓模具設(shè)計制造的發(fā)展水平和主要差距 、 論文的主要研究內(nèi)容 模具可以說是產(chǎn)品生產(chǎn)的心臟，其設(shè)計的好壞直接影響到擠壓型材的質(zhì)量及效率（外形尺寸、壁厚公差、強度、表面外觀），為了得到穩(wěn)定的質(zhì)量，就必須使模具工作帶的型材斷面金屬流速達到一致。模具設(shè)計上的重點是要充分考慮到直接擠壓的特性（材料流速不一致）和工具內(nèi)的復(fù)雜流動性，在保證模具強度的同時，盡量使得最終擠壓成型出口的每個位置金屬流速保持一致。 本文通過對 鋁合金邊封型材 結(jié)構(gòu)的分析，在分析和總結(jié)大量實踐經(jīng)驗的基礎(chǔ)上， 詳細探討了實際擠壓模具設(shè)計與制造的方法和關(guān)鍵點。文章從鋁合金邊封型材 擠壓模具的整體設(shè)計到模具各個結(jié)構(gòu)的設(shè)計一一作了詳細論述，同時還講述了擠壓工藝和擠壓模具材料熱處理工藝。 型材擠壓模具設(shè)計技術(shù) 、 型材模具的設(shè)計原則及步驟 ： 、 擠壓模具設(shè)計時應(yīng)考慮的因素 ： 在設(shè)計擠壓模具時，除了應(yīng)參考機械設(shè)計所需遵循的原則以外，尚需考慮熱擠壓條件下的各種工藝因素，其中包括由設(shè)計者本身確定的因素、模子制造者確定的因素和由擠壓生產(chǎn)者確定的因素。 （ 1）由模子設(shè)計者確定的因素。擠壓機的結(jié)構(gòu)，壓型嘴的選擇或設(shè)計 ，模子的結(jié)構(gòu)和外形尺寸，模子材料，?？讛?shù)和擠壓系數(shù)，制品的形狀、畢業(yè)設(shè)計（論文） 鋁合金邊封型材擠壓 模具設(shè)計 12 尺寸及允許的公差，?？椎男螤?、方位和尺寸，模孔的收縮量、變形撓度、定徑帶與阻礙系統(tǒng)的確定，以及擠壓時的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)等。 （ 2）由模子制造者確定的因素。模子尺寸和形狀的精度，定徑帶和阻礙系統(tǒng)的加工精度，表面粗糙度，熱處理硬度，表面滲碳、脫碳及表面硬度變化情況，端面平行度等。 （ 3）由擠壓生產(chǎn)者確定的因素。模具的裝配及支承情況，鑄錠、模具和擠壓筒的加熱溫度，擠壓速度，工藝潤滑情況，產(chǎn)品品種及批量，合金及鑄錠質(zhì)量，牽引情況，拉矯力及拉伸量，被擠壓 合金及鑄錠規(guī)格，產(chǎn)品出模口的冷卻情況，工模具的對中性，擠壓機的控制與調(diào)整，導(dǎo)路的設(shè)置，輸出工作臺及矯直機的長度，擠壓機的噸位和擠壓筒的比壓，擠壓殘料長度等。 在設(shè)計前，擬訂合理的工藝流程和選擇最佳的工藝參數(shù)，綜合分析影響模具效果的各種因素，是合理設(shè)計擠壓模具的必要和充分條件。 、 模具設(shè)計的原則與步驟 ： 在充分考慮了影響模具設(shè)計的各種因素之后，應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品的類型、工藝方法、設(shè)備與模具結(jié)構(gòu)來設(shè)計模腔形狀和尺寸，但是，在任何情況下，模腔的設(shè)計均應(yīng)遵循如下的原則與步驟 [1]: （ l)確定設(shè)計模腔參數(shù) 設(shè)計正確的擠壓型材圖，擬訂合理的擠壓工藝，選擇適當(dāng)?shù)臄D壓筒尺寸，擠壓系數(shù)和擠壓力，決定?？讛?shù)。這一步是設(shè)計擠壓模具的先決條件，可由擠壓工藝人員和設(shè)計人員根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)場的設(shè)備條件、工藝規(guī)程和大型基本工具的配備情況共同研究決定。 畢業(yè)設(shè)計（論文） 鋁合金邊封型材擠壓 模具設(shè)計 13 （ 2）?？自谀Ｗ悠矫嫔系暮侠聿贾? 所謂合理布置就是將單個或多個模孔，合理地分布在模子平面上，使之在保證模子強度的前提下獲得最佳金屬流動均勻性。單孔的棒材、管材和對稱良好的型材模，均應(yīng)將模孔的理論重心置于模子中心上，各部分壁厚相差懸殊和對稱性很差的產(chǎn)品，應(yīng)盡量保證模子平面 x 軸和 y 軸的上 下左右的金屬量大致相等，但也應(yīng)考慮金屬在擠壓筒中流動特點，使薄壁部分或難成形處盡可能接近中心，多孔模的布置主要應(yīng)考慮?？椎臄?shù)目、模子強度 (孔間距及模孔與模子邊緣的距離等 )，制品的表面質(zhì)量、金屬流動的均勻性等問題。一般來說，多孔模應(yīng)盡量布置在同心圓周上，盡量增大布置的對稱性 (相對于擠壓筒的 x軸和 y軸 )，在保證模子強度的條件下 (孔間距應(yīng)大于 20～ 50mm，模孔距模子邊緣應(yīng)大于 20～ 50mm)，模孔間應(yīng)盡量緊湊和盡量靠近擠壓筒中心 (離擠壓筒邊緣應(yīng)大于 10～ 40mm)。 （ 3）模孔尺寸的合理計算 計算?？壮叽鐣r， 主要考慮被擠壓合金的化學(xué)成分，產(chǎn)品的形狀，公稱尺寸及其允許公差，擠壓溫度及在此溫度下模具材料與被擠壓合金的熱膨脹系數(shù)，產(chǎn)品斷面上的幾何形狀的特點及其在擠壓和拉伸矯直時的變化，擠壓力的大小及模具的彈性變形情況等因素。對于型材來說，一般用以下公式進行計算： A=A0+M+（ Ky+Kp+Kt） A0 （ ） 式中 Ao— 型材的公稱尺寸； 畢業(yè)設(shè)計（論文） 鋁合金邊封型材擠壓 模具設(shè)計 14 M— 型材公稱尺寸的允許偏差； Ky— 對于邊緣較長的丁字形、槽型等型 材，考慮由于拉力作用而使型材部分尺寸減少的系數(shù)； Kp— 考慮到拉伸矯直時尺寸縮減系數(shù)； Kt— 管材的熱收縮量； Kt 由下式計算： Kt=tα — t1α 1 （ ） 式中 t 和 t1— 分別為坯料和模具的加熱溫度； α 和 α 1— 分別為坯料和模具的線膨脹系數(shù)。 對于壁厚差很大的型材，其難于成形的薄壁部分及邊緣尖角區(qū)應(yīng)適當(dāng)加大尺寸，對于寬厚比大的扁寬薄壁型材及壁板型材的?？祝蹢l部分的尺寸可按一般型材設(shè)計，而腹板厚度的尺寸，除考慮以上公 式所列的因素外，尚需考慮模具的彈性變形與塑性變形及整體彎曲，距離擠壓筒中心遠近等因素。此外，擠壓速度，有無牽引裝置對?？壮叽缫灿幸欢ǖ挠绊?。 (4)合理調(diào)整金屬的流動速度 所謂合理調(diào)整金屬的流動速度就是在理想狀態(tài)下，保證制品斷面上的每一個質(zhì)點應(yīng)以相同的速度流出?？?。合理調(diào)整金屬流速的方法主要在模子平面上合理布置?？祝M量采用多孔對稱排列，根據(jù)型材的形狀，各部分壁厚的差異和比周長的不同以及距離擠壓筒中心的遠近，設(shè)計不等長的定徑帶。一般來說，型材某處的壁厚越薄，比周長越大，形狀越復(fù)雜，離擠壓筒中心越遠，則此處 的定徑帶應(yīng)越短，當(dāng)用定徑帶仍難于控制流速時，對于形狀特別復(fù)雜，壁厚很薄，離中心很遠的部分可采用促流角或采用導(dǎo)畢業(yè)設(shè)計（論文） 鋁合金邊封型材擠壓 模具設(shè)計 15 料錐來加速金屬的流動。相反，對于那些壁厚大得多的部分或離擠壓筒很近的地方就應(yīng)采用阻礙角進行補充阻礙，以減緩此處的流速。此處，還可以采用工藝平衡孔，工藝余量或者采用前室模、導(dǎo)流模，改變分流孔的數(shù)目、大小、形狀和位置來調(diào)節(jié)金屬的流速。 (5)保證足夠的模具強度 由于擠壓時模具的工作條件是十分惡劣的，所以模具強度是模具設(shè)計中的一個非常重要的問題。除了合理布置?？椎奈恢茫x擇合適的模具材料，設(shè)計合理的模具結(jié) 構(gòu)和外形之外，精確地計算擠壓力和校核各危險斷面的許用強度也是十分重要的。目前計算擠壓力的公式很多，經(jīng)驗公式、初等解析公式雖然精度較低，但由于簡單，具有較好的工程價值：擠壓力的上限解法，由于可用于求解復(fù)雜斷面型材的擠壓變形問題，也有較好的實用價值：對于某些重要的模具或十分復(fù)雜的模具可用有限元法求解。 、 模具設(shè)計的技術(shù)條件及基本要求 ： 模具的結(jié)構(gòu)、形狀和尺寸設(shè)計計算完畢以后，要對模具的加工質(zhì)量、使用條件提出基本要求，這些要求主要是 : （ 1）有適中而均勻的硬度，模具經(jīng)淬火、回火處理后，其硬度值為 HRC40～ 52(根據(jù)模具的尺寸而定，尺寸越大，要求的硬度越低 )。 （ 2）有足夠高的制造精度，模具的形位公差和尺寸公差應(yīng)符合圖紙的要求 (一般負公差制造 )，配合尺寸具有良好的互換性。 （ 3）有足夠高的表面粗糙度，配合表面應(yīng)達 Ra=～ m，工作帶表面達 Ra=～ m，表面應(yīng)進行氮化處理、磷化處理或其它表面強化處理，如多元素共滲處理及化學(xué)熱處理等。 畢業(yè)設(shè)計（論文） 鋁合金邊封型材擠壓 模具設(shè)計 16 （ 4）有良好的對中性、平行度、直線度和垂直度，配合面的接觸率應(yīng)大于 80%。 （ 5）模具無內(nèi)部缺陷和表面缺陷，一般