【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 在擠壓外接圓大的復(fù)雜形狀斷面型材時(shí)，要考慮模孔輪廓不能太靠近擠壓筒壁，以免制品出現(xiàn)分層缺陷。多孔模擠壓時(shí)，還應(yīng)考慮各模孔間的最小距離，既保證各模孔間的流動(dòng)速度均勻，又要考慮擠壓模的強(qiáng)度。計(jì)算錠坯直徑時(shí)，應(yīng)綜合考慮擠壓筒直徑的問(wèn)題。錠坯直徑的計(jì)算有多種方法，我們就按間隙值計(jì)算： （21） （22）式中，、分別為錠坯外徑與空心錠內(nèi)徑（mm）；Do、do分別為擠壓筒直徑與穿針孔直徑（mm）。在金屬鋁的實(shí)心型材擠壓中擠壓筒與錠坯的間隙ΔD一般取310mm，在空心擠壓中Δd一般取48（mm）。本課題是實(shí)心型材擠壓，所以選取ΔD=5mm，則=955=90mm所以本課題選取的錠坯直徑=90mm。 計(jì)算擠壓比擠壓時(shí)的擠壓比是很重要的指標(biāo)，擠壓比太小不符合工藝的經(jīng)濟(jì)性，則會(huì)超過(guò)設(shè)備的承受能力，不能實(shí)現(xiàn)擠壓過(guò)程。本設(shè)計(jì)中鋁合金錠坯的直徑=90mm，則擠壓比G， （23） ==可得=﹥G=﹥=10，所以所選取的擠壓比在工藝上可行，在經(jīng)濟(jì)上劃算。 計(jì)算擠壓力影響擠壓力的因素很多，主要有金屬的化學(xué)成分與組織性能、擠壓溫度、擠壓速度、擠壓系數(shù)（變形程度）、工模具的形狀結(jié)構(gòu)、表面接觸摩擦條件、成品形狀與尺寸，以及錠坯的形狀、尺寸與表面狀態(tài)。熱擠壓力常用的計(jì)算方法有公式計(jì)算法和圖解計(jì)算法，圖解計(jì)算法方便實(shí)用，但是數(shù)據(jù)由于缺乏某些金屬的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)而阻礙了其適用的廣泛性。公式計(jì)算法雖然不是很精確，但是能夠提供工程上可以使用的參數(shù)數(shù)值。熱正擠壓是擠壓力的計(jì)算公式為 （24）式中 P——正壓力，N；——擠壓筒內(nèi)直徑，mm；d——制品的當(dāng)量直徑，mm；——材料在擠壓溫度下的變形抗力，MPa；查表13，并由外推法得出500℃時(shí)的變形抗力為12MPa。 (25) == mm所以 = =1878227 N換算成噸位約為191T，P=191T＜額定噸位500T，設(shè)備選擇符合要求。 模具材料的選用 型材擠壓對(duì)模具材料的要求高的強(qiáng)度和硬度 擠壓模具一般在高比壓條件下工作，因此，模具材料要求高溫下有高的強(qiáng)度和韌性，以防過(guò)早的（一般為550℃以下）產(chǎn)生退火和回火現(xiàn)象。通常模具材料在常溫下的應(yīng)大于1500MPa。在工作溫度下，擠壓工具材料的不應(yīng)低于650MPa，模具材料的不應(yīng)低于1000MPa。高導(dǎo)熱性和穩(wěn)定性 能迅速地從模具的工作表面散發(fā)熱量，防止被擠壓工件和模具本身產(chǎn)生局部過(guò)燒或損失應(yīng)有的機(jī)械強(qiáng)度，具有小的膨脹系數(shù)和良好的抗蠕變性能。在高溫下具有抗氧化穩(wěn)定性，不易產(chǎn)生氧化皮。高的耐磨性 在長(zhǎng)時(shí)間的高溫高壓和潤(rùn)滑條件不良的情況下，表面有抵抗磨料磨損的能力，特別是在擠壓鋁合金時(shí)，有抵抗因金屬的“粘結(jié)”作用而磨損模具表面的能力。良好的淬透性 以確保模具的整個(gè)斷面有均勻的力學(xué)性能。并且有一定的抗腐蝕性和良好的滲氮特性。抗激冷、激熱的適應(yīng)能力 以抗高熱應(yīng)力和防止模具在連續(xù)、反復(fù)、長(zhǎng)時(shí)間使用中產(chǎn)生熱疲勞裂紋。另外，抗反復(fù)循環(huán)應(yīng)力性能強(qiáng)，即要求高的持久強(qiáng)度，防止過(guò)早疲勞破壞。良好的工藝性能 材料易于熔煉、鍛造、加工和熱處理。所用的模具材料在國(guó)內(nèi)應(yīng)易于獲取，價(jià)廉物美。 擠壓模具的材料對(duì)于不同的模具，對(duì)材料的要求也不完全相同，表22列出了幾種常用的擠壓工具鋼；表23列出了幾種工具鋼的機(jī)械性能。表22 常用擠壓工具鋼的成分鋼號(hào)ω(C)/%ω(Si)/%ω(Mn)/%ω(Cr)/%ω(Mo)/%ω(V)/%5CrMnMo~~~~~5CrNiMo~≤~~~4Cr5MoSiV1~~≤~~~表23 常用工具鋼的機(jī)械性能鋼號(hào)溫度℃MPaMPa%%HB熱處理工藝5CrMnMo50078069086302850℃空淬，600℃回火3Cr2W8V50014301304153251100℃油淬，550℃回火4Cr5MoSiV1500120010255691050℃油淬，625℃回火在油中兩小時(shí)55010508555812本設(shè)計(jì)選用模具材料為4Cr5MoSiV1，又稱H13鋼。鋼中碳化物有、。釩在鋼中起回火時(shí)二次硬化作用；Cr、Mo、W、V能提高鋼抗回火軟化能力，保持高溫下的強(qiáng)度韌度；硅提高鋼的回火穩(wěn)定性和抗熱疲勞能力。鉻和硅能提高抗氧化和抗腐蝕性。 模組選擇模組的結(jié)構(gòu)如下圖圖22 模組的結(jié)構(gòu) 對(duì)于不同噸位的擠壓機(jī)，下圖中的主要結(jié)構(gòu)尺寸都是配套設(shè)置的，可以從有關(guān)資料中查得。模組的主要結(jié)構(gòu)尺寸如圖24模組尺寸如下表表24模組尺寸設(shè)備噸位500T800T1630TΦ1Φ2HΦ160Φ180190Φ210Φ250240Φ310Φ350340H1203030H280～9090～100110～150H350～6050～6060～80擠壓模具的尺寸如下表表25擠壓模具的尺寸設(shè)備噸位500T800T1630Td1/d2Φ135/Φ14520～25Φ165/Φ17525～30Φ250/Φ26030～40h11212～1312～13模組及模子尺寸外形的計(jì)算圖23模組主要結(jié)構(gòu)尺寸標(biāo)注模組主要結(jié)構(gòu)尺寸確定根據(jù)前面計(jì)算，從表24選取Φ1=160，Φ2=180，H=190，H1=20，H2=80，H3=55模子外形尺寸的確定（如下圖24）圖24模子外形尺寸根據(jù)表34選取d1=135，d2=145，h1=12，h2=25 型材模設(shè)計(jì) 組合凹模設(shè)計(jì)普通的實(shí)心型材主要用單孔或者多孔的平面模來(lái)進(jìn)行擠壓。由于許多的斷面不對(duì)稱，而且錠坯的斷面與型材的斷面沒(méi)有相似性，且大多數(shù)型材的斷面沒(méi)有相似性，且大多數(shù)的型材各個(gè)部分的壁厚也不相同，使得金屬的流動(dòng)很不均勻，造成型材的扭擰、波浪、彎曲及裂紋等缺陷。因此，為了提高擠壓制品的質(zhì)量，在設(shè)計(jì)實(shí)心型材模具時(shí)，應(yīng)考慮?？椎呐渲?、?？字圃斐叽绲拇_定和選擇，保證型材斷面各個(gè)部位的流動(dòng)速度均勻，并且要選擇足夠強(qiáng)度的模具結(jié)構(gòu)。根據(jù)單位擠壓力的大小，擠壓凹模可采用三種類型（圖25），即：整體式凹模圖a；兩層組合凹模圖b；三層組合凹模圖c。其中左半圖為壓合前，右半圖為壓合后。 a b c 圖25 擠壓凹模的三種結(jié)構(gòu)形式a)整體式凹模 b）兩層組合凹模 c)三層組合凹模擠壓時(shí)，整體式凹模內(nèi)模腔受到變形金屬材料的徑向壓力，這種受力狀況近似于厚壁圓筒承受徑向內(nèi)壓的受力狀態(tài)。整體式凹模的受力有兩個(gè)特點(diǎn)：，就要從凹模內(nèi)壁處產(chǎn)生裂紋而造成切向開(kāi)裂。，就要從內(nèi)壁處開(kāi)始產(chǎn)生破壞。分析可知，由于組合凹模中的內(nèi)凹模與預(yù)應(yīng)力圈采用過(guò)盈配合，壓入后兩者的接觸面產(chǎn)生接觸預(yù)應(yīng)力，該接觸預(yù)應(yīng)力使內(nèi)凹模上產(chǎn)生切向壓應(yīng)力；而預(yù)應(yīng)力圈產(chǎn)生切向拉應(yīng)力。因此，組合凹模擠壓時(shí)，內(nèi)凹模所產(chǎn)生的切向拉應(yīng)力就被抵消而減小，而預(yù)應(yīng)力圈上所產(chǎn)生的切向拉應(yīng)力就被疊加而增大。這樣，內(nèi)凹模與預(yù)應(yīng)力圈的切向應(yīng)力趨于相同。預(yù)應(yīng)力組合凹模的優(yōu)點(diǎn)有：a、顯著地提高內(nèi)凹模在擠壓時(shí)的承載能力，提高內(nèi)凹模的強(qiáng)度。b、節(jié)省了昂貴的模具鋼。c、由于內(nèi)凹模尺寸小，熱處理容易，提高了模具鋼熱處理的質(zhì)量，同時(shí)小尺寸規(guī)格模具鋼的碳化物偏析情況得到改善，提高了模具鋼的原始材質(zhì)。d、內(nèi)凹模可以采用硬質(zhì)合金，大大地延長(zhǎng)了模具使用壽命。雖然預(yù)應(yīng)力組合凹模具有眾多的優(yōu)點(diǎn)，但是結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，制造麻煩。本設(shè)計(jì)中是鎂合金擠壓力小，尺寸小，考慮成本及各方面因素，最終選用整體式凹模作為本次模具設(shè)計(jì)的凹模形式。確定凹模的結(jié)構(gòu)和工作型腔尺寸時(shí)，要考慮坯料的形狀和尺寸，擠壓件的精度要求，模具的結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度，模具的彈性變形和溫升，模具磨損、壽命和經(jīng)濟(jì)性以及工藝特點(diǎn)和擠壓變形的需要等。擠壓過(guò)程中凹模所受的壓力很大并且壓力的分布不均勻，設(shè)計(jì)凹模時(shí)，必須計(jì)算凹模內(nèi)壁的切向拉應(yīng)力并提出適當(dāng)?shù)募訌?qiáng)措施?？紤]經(jīng)濟(jì)性，內(nèi)凹模由一般工具鋼制成，有足夠的抗拉強(qiáng)度，允許在一定的拉應(yīng)力狀態(tài)下工作。當(dāng)單位擠壓力p≤1100MPa時(shí)，可采用整體式；當(dāng)1100MPa≤p≤1600MPa時(shí)可采用兩層組合凹模（即具有一層預(yù)應(yīng)力圈）。當(dāng)1600MPa≤p≤2500MPa時(shí)可采用三層組合凹模（即具有兩層預(yù)應(yīng)力圈）。本次設(shè)計(jì)的擠壓力P=1878227N，面積為S=178。，則單位擠壓力p， （26）= =由于單位擠壓力比較小，考慮到批量生產(chǎn)，我們采用兩層組合凹模（即具有一層預(yù)應(yīng)力圈）。 ?？椎暮侠聿贾脝慰讛D壓模的?？撞贾? 在設(shè)計(jì)單孔模具時(shí)，當(dāng)型材的斷面有兩個(gè)或兩個(gè)以上的對(duì)稱軸時(shí)，應(yīng)將型材斷面的重心布置在模子中心上，見(jiàn)圖26a；當(dāng)型材斷面只有一個(gè)或者沒(méi)有對(duì)稱以及壁厚相差很大時(shí)，必須將型材的重心相對(duì)于模子的中心做一定的偏移，使難流動(dòng)的部分（薄壁部分）更靠近模子的中心，見(jiàn)圖26b；對(duì)于壁厚雖然相差不大，但斷面形狀較復(fù)雜、對(duì)稱面少的型材，應(yīng)將型材的斷面