【文章內(nèi)容簡介】 1所示。上下模組裝后裝入模支承中，為了保證模具的強度，減少或消除模子變形，有時還要配備專用的模墊和環(huán)。在陽模上有分流孔、分流橋和模芯。分流孔是金屬通往型孔的通道。分流孔是入口小、出口大的喇叭形，以減少金屬流動阻力。分流橋是支承模芯的。模芯用來成形型材內(nèi)腔。在陰模上有焊合室，?？仔颓唬ぷ鲙Ш涂盏?。焊合室是把分流孔流出來的金屬匯集在一起重新焊合起來形成以模芯為中心的整體坯料，由于金屬不斷聚集，靜壓力不斷增大，直至擠出?？住Ｄ？仔颓坏墓ぷ鲙Р糠执_定型材的外部尺寸和形狀以及調(diào)節(jié)金屬的流速，而空刀部分是為了減少摩擦，使制品能順利通過，免遭劃傷，以保證表面質(zhì)量?？盏兜男问讲煌芍苯佑绊懙侥＞吖ぷ鲙У膹姸?。定位銷是用來進行上下模的裝配定位，而聯(lián)結(jié)螺釘是把上下模牢固地聯(lián)結(jié)在一起，使平面分流模形成一個整體，便于操作，并可增大強度。此外，按分流橋的結(jié)構(gòu)不同，平面分流組合模又可分為固定式和可拆式的兩種。帶可拆式分流橋的模具又稱之為叉架式分流模，用這種形式的模子，可同時擠壓多根空心制品。圖2—1分流組合模結(jié)構(gòu)1—陽模；2—定位銷；3—陰模模具的外形尺寸是指模子的外接圓直徑D模和H模以及外形錐角。模具外形尺寸主要由模具的強度確定，同時，還應該考慮系列化和標準化，以便于管理和使用。具體來說，應根據(jù)擠壓機的結(jié)構(gòu)形式擠壓力、擠壓筒的直徑、型材在模子工作平面上的布置、?？淄饨訄A的直徑、型材斷面上是否有影響模具和整套工具強度的因素等來選擇模具外形尺寸。為了保證模具所必須的強度，推薦用以下的公式來確定模具的外接圓直徑：D?！郑ā〥筒 () 式中 D?！＞叩耐饨訄A直徑； D筒—擠壓筒的內(nèi)徑。模具的H模取決于制品的形狀、尺寸和擠壓力，擠壓筒的直徑以及模具和模架的結(jié)構(gòu)等。在保證模具組件（模子+模墊+墊環(huán)）有足夠的強度的條件下，模具厚度應盡量薄，規(guī)格盡量少，以便于管理和使用。一般情況下，對于中小型擠壓機H摸可取25～80mm，對于80MN以上的大型擠壓機，H?？扇?0～150mm。模子的外形錐度有正錐的和倒錐的兩種，帶正錐的模子在裝模時順著擠壓方向放入模支承里。以便于裝卸，錐度不能太小，但錐度過大澤模架靠緊擠壓筒時，模子容易從模支承中掉出來，因此一般取1176。30′～4176。帶倒錐體模子在操作時，逆著擠壓方向裝到模支承中，器外圓錐度為3176?！?5176。，一般情況下可取6176?！?0176。，為了便于加工，在椎體的尾部一般加工出10mm左右的止口部分。第三章 典型散熱器擠壓模具設計擠壓模具是金屬從模孔中擠出并獲得?？讛嗝嫘螤詈统叽绲臄D壓工具。擠壓模對擠壓制品的質(zhì)量、產(chǎn)量及成品率等有重要意義。鋁合金在擠壓過程中的變形是在模具內(nèi)進行的，材料處于三向壓應力狀態(tài)，有利于提高材料的塑性變形能力。這對于擠壓形狀較復雜的鋁合金散熱器來說尤為重要。同時，擠壓還可以消除鋁合金鑄錠中的氣孔、疏松和縮孔等缺陷，提高材料的可成形性，改善產(chǎn)品的性能。由于擠壓加工突出的優(yōu)點，這使其成為生產(chǎn)鋁合金型材主要加工方式。而在鋁合金型材擠壓加工工藝中，首先是擠壓模具的設計。 太陽花散熱器是一款常用的電腦散熱器，如圖3—1所示。從圖中可看出，此型材截面的外形尺寸為φ90 的圓形，在它的周圍均布有52根圓弧型齒，每根齒前端又分出2根叉齒，,而實心部位的厚度達到了42mm。如此壁厚相差懸殊，齒距小，懸臂大的散熱器，如果模具設計不合理，截面上各部分的金屬在擠出模孔時就越容易以不同的速度流出，從而造成型材的扭擰、波浪、彎曲以及裂紋等缺陷而報廢，模具也極容易損壞。因此，散熱片模具進行優(yōu)化設計變得尤為重要。根據(jù)對此散熱器的分析，得知生產(chǎn)該散熱器所選用擠壓機噸位應不宜太大、擠壓筒比壓應適中，否則工作帶的懸臂容易，壓塌模具極容易破損。這里擬選用的的擠壓機噸位為：1250T。擠壓筒內(nèi)徑為180mm。 圖3—1太陽花散熱器產(chǎn)品截面圖對于太陽花散熱片這種復雜截面的型材，如果采用平面模直接擠壓，很難生產(chǎn)出合格的產(chǎn)品，而且極易使模具報廢。根據(jù)金屬在擠壓筒中的流動規(guī)律可知，金屬在心部的流動速度比旁邊的流動速度大，在厚壁處的流動速度比薄壁處的流動速度大[5][6]。而太陽花散熱片中間的厚度比齒部的厚度大很多，因此中間金屬的流速比齒部的流速大很多。只通過改變工作帶的長度來調(diào)節(jié)擠壓時金屬的流速是不夠的，極易在齒片的根部產(chǎn)生拉應力，使工作帶產(chǎn)生彎曲變形。其次，由于齒部工作帶的懸臂又長又薄，采用直接擠壓將在工作帶上產(chǎn)生很大的擠壓力，使工作帶的懸臂壓塌。根據(jù)上述分析結(jié)果，將模具設計成分流組合模結(jié)構(gòu)[7]。分流組合模具有普通平面分流模的功能及優(yōu)點，其主要特點是：（1）按斷面形狀進行一次金屬流量預分配。擴大靠近擠壓筒邊緣的分流面積，使之呈扇形按一定的范圍向中心縮小過渡，以適應中心部分金屬重新焊合速度的需要。分流孔邊部沿模子直徑方向呈一定角度擴展，以加快齒尖的流速，便于在分流空間上為二次填充擠壓創(chuàng)造條件[8]。（2）上模的中心部位對下?？讘冶鄄糠值恼谏w，能夠減少金屬流出?？字皩δ？椎臎_擊力及在模端面上形成的拉應力，從而改善了模具懸臂部分的受力條件，懸臂根部危險截面上的應力減小，提高了模具的強度。（1）分流孔分流模的分流孔其形狀、斷面尺寸、數(shù)目及不同的排列方式都直接影響到擠壓制品的質(zhì)量、擠壓力和模具的使用壽命，對于每一特定的產(chǎn)品必須設計特定的分流孔。分流孔的形狀有很多種，主要有圓形、腰子形、扇形及異形等。在設計時需根據(jù)產(chǎn)品的形狀來選擇，盡量保持分流孔和產(chǎn)品截面形狀的幾何相似性。通常情況下，方管、矩形或斷面復雜的型材取扇形或異形孔；管材和斷面形狀簡單的型材取圓形或腰子形；而扁、寬型材或空心壁板多取矩形或弧形分流孔。分流孔的數(shù)目主要根據(jù)制品的外形尺寸，斷面形狀，模孔的排列位置等來確定。一般來說分流孔的數(shù)量越多，金屬的流速越均勻，但同時也會增大擠壓力，增加焊合線的數(shù)量[9]。為了減少擠壓力，提高焊縫質(zhì)量或制品的外形尺寸較大，想擴大分流比又受到模子強度的限制時，分流孔可做成斜形，一般說來，其內(nèi)斜度為1～3度，外錐度取3～6度[10]。分流孔在模子平面上的合理布置，對于平衡金屬流速，減少擠壓力，促進金屬的流焊合，提高模具壽命等都有一定的影響。對于對稱性較好的空心制品來說，此時金屬流動較為均勻，而且擠壓力最小，模具強度較高，對于非對稱空心型材或異形管材來說，應盡量保證各部分的分流比基本相等，或者型材斷面積稍大部分的K分值略低于其它部分的K分值，以利于金屬均衡流動，此外，分流孔的布置應盡量與制品保持幾何相似性[11]。為了保證金屬的合理流動及模具強度和產(chǎn)品質(zhì)量，分流孔不能布置的過于靠近擠壓筒或模具的邊緣，但是為了保證金屬的合理流動及模具的壽命，分流孔也不宜布置的過于靠近擠壓筒附近。 太陽花散熱片型材橫截面比較簡單，為中心對稱結(jié)構(gòu)圓形，但其壁厚差相差懸殊，為利于擠壓金屬均勻流動，提高模具強度和管材焊合性能，分流孔選用4個分流孔，形狀為扇形，呈90176。角均勻分布，如圖3—2所示。分流孔外切圓直徑取φ150mm,內(nèi)切圓直徑的選取46mm,比散熱片齒根外徑大 4mm,這樣設計能使齒根部位的工作帶遮敝在導流模的模橋之下，減小擠壓時金屬對齒根部位的正壓力。圖 3—2 太陽花散熱器模具分流孔尺寸及布置圖（2）分流比分流比是指各分流孔的斷面積（ΣF分）與擠出制品斷面積（ΣF型）之比，一般用 K 表示:K=ΣF分/ΣF型 （）分流比的大小直接影響金屬流動阻力的大小、制品的成型和焊合質(zhì)量。K 值越小，擠壓時變形阻力越大，對模具的使用和擠壓生產(chǎn)是不利的，一般認為，在保證模具足夠強度的前提下，K 值盡量取大值，有利于金屬的流動和焊合[12]。在一般情況下，對于生產(chǎn)空心型材，取K=10～30；對于管材，取K=5～15.散熱器橫斷面積：F型=單個分流孔面積：F分=分流孔總面積：ΣF分=4=擠壓模分流比：K=ΣF分/F型=（3）分流橋分流橋的結(jié)構(gòu)和尺寸對金屬的流動速度、焊合質(zhì)量、擠壓力大小和模子強度等都有明顯的影響。分流橋?qū)挾忍?，將減小分流比，增加受壓面積，使擠壓力增加，因此，會降低模具強度和焊縫的質(zhì)量，但可改善金屬流動的均勻性[13]。分流橋的高度太大(即上模厚度)則金屬通過分流道時間過長，磨擦阻力增加，擠壓力明顯增大。雖然模具承受剪切的面積增大，但由于擠壓力增加，易出現(xiàn)“擠不動”的現(xiàn)象，降低模具壽命。分流橋?qū)挾菳的確定，從加大分流比，降低擠壓力方面來考慮，B應小些；但從改善金屬流動的均勻性來考慮，B應大些；?？滓鼙环至鳂蛘诒巍８鶕?jù)大量散熱片模具設計經(jīng)驗，這里將分流橋?qū)挾菳設計為 24mm。（4）分流橋的形狀分流橋的截面形狀主要有矩形，矩形倒角的和水滴形的三種。采用矩形截面分流橋時，金屬在橋下形成一個死區(qū)，不利于金屬流動與焊合。矩形倒角截面和水滴形（或近似水滴形）截面的分流橋有利于金屬的流動與焊合，而且便于模具加工，因此，在強度允許的條件下，應盡量采用這兩種截面的分流橋。太陽花散熱片分流橋的截面形狀設計如圖 3—3 所示。圖 3—3 太陽花散熱器模具分流橋的尺寸及截面形狀圖（5）分流橋高度的確定保證模具強度條件下越小越好，以降低擠壓力和節(jié)約模具鋼材，一般在設計時根據(jù)強度計算確定：應該按照兩端固定的均布載荷梁校核其彎曲強度。 （）式中 Hmin—分流橋的最小高度，mm；l—分流橋兩個危險斷面之間的長度，mm；P擠壓機最大比壓，即單位壓力，MPa；[σb]—模具材料的許用應力，MPa；H13模具鋼在450～500℃時，許用應力[σb]取解900MPa。（6）模芯這款太陽花散熱片是實心型材，所以分流橋下的模芯不起成型作用。因為太陽花散熱片中間厚度比齒部大很多，且位于擠壓筒中心部位。只通過增加工作帶的長度不足以阻礙金屬的流速，所以在這里設計一個假模芯用來調(diào)節(jié)金屬的流速。設計此模芯時，為利于金屬的焊合，可將模芯設計成10176。左右的角度。模芯的芯頭加工一個小凸臺，對金屬起阻礙作用，模芯的結(jié)構(gòu)設計如圖 3—4 所示。為使金屬能在此處很好的焊合，模芯與下模模面之間相距 15mm。圖 3—4 太陽花散熱器模具模芯結(jié)構(gòu)設計圖（7）焊合室焊合室是金屬流匯合焊接之處，其形狀，入口方式和尺寸大小，對于金屬流動，焊接質(zhì)量，擠壓力的大小及尺寸精度都都有很大的影響。只有當焊合室橫斷面面積與制品斷面積之比較大時，才能保證建立起足夠大的靜壓力使焊縫牢固[14]。焊合室形狀與型材外型大體相似，這樣可以使金屬流動更加均勻。常用的焊合室截面形狀有圓形和蝶形兩種，當采用圓形焊合室時，在兩分流孔之間會產(chǎn)生一個十分明顯的死區(qū)，這不但會增大擠壓阻力，而且會影響焊縫質(zhì)量。而采用碟形焊合室則有利于消除這種死區(qū)，提高焊縫質(zhì)量。為了消除焊合室邊緣與?？灼矫嬷g的接合處的死區(qū)，可采用大圓角(R=5～20mm)，或?qū)⒑负鲜业娜肟谔幾龀?～15176。左右的角度，同時，在與蝶形焊合室對應的分流橋根部也做成相應的凸臺，這樣就可以改善金屬的流動，減少擠壓阻力。因此，應盡量采用這種蝶形截面的焊合室。焊合室一般設計在下模(陰模)上，也可以設計在上模(陽模)上，有時也有在上、下模設計各半的情況。為了獲得高強度的焊縫，在焊合室中必須建立一個超過擠壓金屬屈服強度 10～20 倍高的靜水壓力[15][14]。當分流孔形狀、個數(shù)及排列方式確定后，焊合室的斷面形狀和大小也基本上確定，如圖 3—5 所示。 圖 3—5太陽花散熱器模具焊合室形狀及尺寸通常焊合室斷面積如果太小，則擠壓力增加，擠壓成形穩(wěn)定性也差。確定焊合室的高度時，必須考慮擠壓機噸位、型材擠壓比(即型材特點)、模芯強度以及橋的結(jié)構(gòu)(焊合點應在焊合室平面之上)等因素。焊合室太淺，焊合力不足易導致焊合不良，同時也會限制擠壓速度的提高；太深又會影響模芯穩(wěn)定性，易出現(xiàn)壁厚不均現(xiàn)象[16]。在實踐中可按擠壓筒尺寸選取焊合室高度，經(jīng)驗值如表3—1所示。擠壓比小，則焊合室高度應取上限或稍大些；模芯小和擠壓比大，則可下限或稍小一些。，為增加焊合程度，提焊縫質(zhì)量，取h焊=25mm。表3—1焊合室高度的經(jīng)驗值擠壓筒的直徑/mm焊合室的高度/mm115～13015～18150～18520～25200～23025～30280以上40（8）?？壮叽鐪蚀_地確定?？讕缀纬叽?，這對獲得尺寸精確的制品起著決定性的作用。設計模孔尺寸時，影響?？壮叽绲囊蛩赜泻芏啵饕袛D壓制品的材料、形狀、尺寸及其橫斷面的尺寸公差，制品和模具的熱膨脹系數(shù)，工作帶在載荷作用下產(chǎn)生的畸變，由于不均勻變形引起的拉縮變形，因金屬在流入模孔時不能急轉(zhuǎn)彎而引起的非接觸變形，制品拉矯直時的斷面尺寸收縮等因素。工作帶尺寸的設計要保證產(chǎn)品尺寸在冷狀態(tài)下不超過所規(guī)定的偏差范圍，同時要最大限度地延長模具的使用壽命，通常用綜合裕量系數(shù)考慮各種因素對制品尺寸的影響，模子外形的?？壮叽缫话阋韵率酱_定[1]：A=A0(1＋K) （）式中 A—型材外形的?？壮叽鏼m；A0—型材外形的名義尺寸mm；K—?？椎脑Ａ肯禂?shù)，～ 。型材的壁厚?？壮叽缈砂匆韵鹿竭M行計算: B=B0+△ () 式中 B—型材壁厚的?？壮叽鏼m；B0—型材壁厚的名義尺寸mm；△—型材壁厚模孔尺寸增量，對于鋁合金，當B03mm時，△=：當B03mm時，△=。散熱器?？壮叽缈筛鶕?jù)上述原則設計，但在設計時有兩點需要考慮：①太陽花散熱片的齒部較長，所以在齒長度方向上的放量應比異型材放量大。②散熱片在擠壓拉伸過程中受齒部弧度因素的影響會發(fā)生沿齒圓弧內(nèi)側(cè)彎曲現(xiàn)象，導致外徑縮小，所以在放量時要加大其外徑尺寸。