【文章內(nèi)容簡介】 越遠，則此處的定徑帶應越短，當用定徑帶仍難于控制流速時，對于形狀特別復雜，壁厚很薄，離中心很遠的部分可采用促流角或采用導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，設計合理的模具結構和外形之外，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雜的模具可用有限元法求解。 9 模具設計的技術條件及基本要求 模具的結構、形狀和尺寸設計計算完畢以后，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，配合表面應達 Ra=～ m，工作帶表面達 Ra=～ m，表面應進行氮化處理、磷化處理或其它表面強化處理，如多元素共滲處理及化學熱處理等。 （ 4）有良好的對中性、平行度、直線度和垂直度，配合面的接觸率應大于 80%。 （ 5）模具無內(nèi)部缺陷和表面缺陷，一般應進行超聲波探傷和表面質(zhì)量檢查后才使用。 （ 6）工作帶變化處及模腔分流孔過渡區(qū)、焊合腔中的拐接處應圓滑均勻過渡不得出現(xiàn)棱角。 擠壓模典型結構要素的設計 模角 模角α是擠壓模設計中的一個最基本的參數(shù)，它是指模子的軸線與模面之間所構成的夾角。模角α在擠壓過程 中起著十分重要的作用，其大小對擠壓制品的表面質(zhì)量與擠壓力都有很大的影響。平模的模角α等于 90176。，其特點是在擠壓時形成較大的死區(qū)，可阻止鑄錠表面的雜質(zhì)、缺陷、氧化皮等流到制品的表面上，可獲得良好制品表面，但在擠壓某些易于在死區(qū)產(chǎn)生斷裂的金屬與合金時，會引起制品表面上出現(xiàn)分層、起皮和小裂紋。采用平模擠 壓時，消耗的擠壓力較大，模具容易產(chǎn)生變形，使?？鬃冃』蛘邔⒛＞邏簤?，特別是擠壓某些高溫高強的難變形合金時，上述現(xiàn)象更為明顯。從減少擠壓力，提高模具使用壽命的角度來看，應使用錐形模。根據(jù)模角α與擠壓力的 10 關系，當α =45176?！?60176。時，擠壓力出現(xiàn)最小值。但當α =45176。～ 50176。時，由于死區(qū)變小，鑄錠表面的雜質(zhì)和臟物可能被擠出?？锥鴲夯破返谋砻尜|(zhì)量。因此，擠壓鋁合金用錐形模的模角應大于 50176。，一般可取 55176?！?65176。應該指出，隨著擠壓條件的改變，合理模角也會發(fā)生變化。 為了兼顧平面模和錐形模的優(yōu)點，出現(xiàn)了平錐模和雙錐模。雙錐模的模角為：α 1=60176?！?65176。，α 2=10176?！?45176。，但在擠壓鋁合金時，為了提高擠壓速度，最好取α 2=10176?！?13176。此外，還采用流線模、平流線模和碗形模等，這些模子的模角是連續(xù)變化的。 定 徑帶長度和直徑 定徑帶又稱工作帶，是模子中垂直模子工作端面并用以保證擠壓制品的形狀、尺寸和表面質(zhì)量的區(qū)段。定徑帶直徑 d 定 與實際所擠壓的制品直徑并不相等，設計 d 定 大小時，其基本原則是：在保證擠壓出的制品在冷卻狀態(tài)下不超出圖紙規(guī)定的制品公差范圍的條件下，盡量最大限度地延長模具的使用期限。影響制品尺寸的因素很多，如溫度、模具材料和被擠壓金屬的材 料，制品的形狀和尺寸，拉伸矯直量以及模具變形情況等，在設計模具定徑帶直徑時，通常用一裕量系數(shù) C1來考慮各種因素對制品尺寸的影響。 定徑帶長度 h 定 也是模具設計中的重要基本參 數(shù)之一。定徑帶長 h 定 度過短，制品尺寸難于穩(wěn)定，易產(chǎn)生波紋、橢圓度、壓痕壓傷等廢品，同時，模子易磨損，會大大降低模具的使用壽命。定徑帶長度 h 定 過長時，會增大金屬的摩擦阻力，從而增大擠壓力，且易于粘結金屬，使制品的表面出現(xiàn)劃傷、毛刺、麻面、波浪等缺陷。 出口直徑或出口喇叭錐 模子的出口部分是保證制品能順利通過模子并保證高表面質(zhì)量的重要參數(shù)。若模子出口直徑 d 出 過小，則易劃傷制品表面，甚至會引起堵模，但出口直徑 d 出 過大，則會大大削弱定徑帶的強度，引起定徑帶過早地變形、壓塌，明顯地降低模具的使用壽命。因此， 在一般情況下，出口帶尺寸應比定徑帶尺寸大 3～ 6mm，對于薄壁管或變外徑管材的模子此值可適當增大。為了增大模子的強度和延長模具的使用壽命，出口帶可做成喇叭錐。出口喇叭 11 角（從擠壓型材離開定徑帶開始）可取 1176。 30′～ 10176。（此值受錐形端銑刀角度的限制）。特別是對于壁厚小于 2mm 而外形十分復雜的型材模子，為了保證模具的強度，必須做成喇叭出口。有時為了便于加工，也可設計成階梯形的多級喇叭錐。為了增大定徑帶的抗剪強度，定徑帶與出口帶之間可以 20176。～ 45176。的斜面或以圓角半徑為 ～ 3mm 的圓弧過渡。 入口圓 角 模子的入口圓角是指被擠壓金屬進入定徑帶的部分，即模子工作端面與定徑帶形成的端面角。制作入口圓角 r 入 可防止低塑性合金在擠壓時產(chǎn)生表面裂紋和減少金屬在流入定徑帶時的非接觸變形，同時也減少在高溫下擠壓時模子棱角的壓塌變形 [1]。但是，圓角增大了接觸摩擦面積，事能引起擠壓力增高。模子入口圓角 r 入 值的選取與金屬的強度、擠壓溫度和制品尺寸、模子結構等有關。擠壓鋁及其合金時，端面入口角應取銳角，但近來也有些廠家，在平面模入口處做成 r 入 =～ 的入口圓角；在平面分流組合模的入口做成 r 入 =～ 5mm 的圓 角。 確定采用平面和分流模的原則 鋁型材擠壓分流模和平模是按照被擠壓產(chǎn)品的品種來區(qū)分的。使用分流模擠壓的型材斷面形狀至少含有一個比閉合的框，而平模卻沒有。此外，還有一種辦分流模，此種摸擠壓的型材斷面形狀近似閉合，但留有一個小斷口。半分流模的導流模采用分流孔，模墊則采用平模模墊 [4]。 確定平模還是分流模需要計算舌型比。舌型比是指在懸臂梁部分的懸臂梁的長度 L1與懸臂梁的寬度 L2之比， A是指懸臂梁的面積，在模具強度計算和校核中主要對這部分進行計算。長型比的大小直接影響模具的壽命，所以在懸臂處如果 A/L12（即 L2/L1）的值超過表 21 數(shù)值時，為了保證模具的強度將這半空型材做成分流模： 12 表 21 半空型材做成分流模時 A/L12的值 L1/mm A/L12 ～ ≥ 2 ～ ≥ 3 ～ ≥ 4 ～ ≥ 5 ≥ 6 平面分流組合模的特點與結構 工作原理與特點 平面分流組合模的工作原理與橋式舌型模一樣，也是采用實心鑄錠，在擠壓機擠壓力的作用下，金屬在經(jīng)過分流孔時被劈成幾股金屬流，匯集于焊合室 (模腔 )，在高溫、高壓、高真空的模 腔內(nèi)又重新被焊合，然后通過模芯與模子所形成的間隙流出，形成符合一定尺寸要求的管材或空心型材。平面分流組合模是在橋式舌型模的基礎發(fā)展起來的，實質(zhì)是橋式舌型模的一個變種，即把突橋改成為平面橋，所以又稱為刀式舌型模。這種形式的模子在近年來獲得了迅速的發(fā)展，并廣泛地用于在不帶獨穿孔系統(tǒng)的擠壓機上生產(chǎn)各種規(guī)格和形狀的管材和空心型材，特別是民用建筑型。 平面分流組合模的主要優(yōu)點是 : （ 1）可以擠壓雙孔或多孔的內(nèi)腔十分復雜的空心型材或管材，也可以同時生產(chǎn)幾根空心制品，所以生產(chǎn)效率高，這一特點是橋式舌型模很難實現(xiàn)的。 （ 2）可以擠壓懸臂梁很大，用平面模很難生產(chǎn)的半空心型材。 （ 3）模具易于組合，互換性高，成本較低。 （ 4）易于分離殘料，操作簡單，輔助時間短，可在普通的型棒擠壓機上用普通的工具完成。擠壓周期短，同時殘料短，成品率高。 （ 5）可實現(xiàn)連續(xù)擠壓，根據(jù)需要截取任意長度的制品。 （ 6）可以改變分流孔的數(shù)目、大小和形狀，使斷面形狀比較復雜、壁 13 厚差較大，難以用工作帶、阻礙角和促流角等調(diào)節(jié)流速的空心型材很好成形。 （ 7）可以用帶錐度的分流孔，實現(xiàn)在小擠壓機上擠壓外形較大的空心制品，而且能保證有足夠的變形量。 但是，平面分流組合 模也有一定的缺點： （ 1）制品表面焊縫較多，可能會影響制品的組織和力學性能，不適宜內(nèi)部受壓的軍工用部件。 （ 2）要求模子的加工精度較高，特別是對于多孔空心型材，上下模要求嚴格對中。 （ 3）與平面模和橋式舌型模相比，變形阻力較大，所以擠壓力一般比平面模高 30%～ 40%，比橋式舌型模高 15%～ 20%。因此目前只限于生產(chǎn)一些純鋁，鋁錳系、鋁 鎂 硅系等軟鋁合金。為了用平面分流組合模擠壓強度較高的鋁合金，可在陽模上加一個保護模，以減少模橋的承壓力。 （ 4）殘料分離不干凈，有時會影響產(chǎn)品質(zhì)量，而且不便于修模。 分流組合模的結構 分流組合模是由陽模（上模）、陰模（下模）、定位銷、連接螺釘四部分組成，如圖 2— 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?？?。?？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)結螺釘是把上下模牢固地聯(lián)結在一起，使平面分流模形成一個整體，便于操作，并可增大強度。此外，按分流橋的結構不同，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。 14 圖 2— 1分流組合模結構 1— 陽模； 2— 定位銷； 3— 陰模 模具外形尺寸的確定原則 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)擠壓機的結構形式擠壓力、擠壓筒的直徑、型材在模子工作平面上的布置、模孔外接圓的直徑、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 模 ≈（ ～ ） D 筒 () 式中 D 模 — 模具的外接圓直徑； D 筒 — 擠壓筒的內(nèi)徑。 15 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構等。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?80～ 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?！?15176。，一般情況下可取 6176。～ 10176。，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。 16 第三章 典型散熱器擠壓模具設計 擠壓模具是金屬從?？字袛D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。 太陽花散熱器的模具設計 太陽花散熱器產(chǎn)品結構分析 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φ 90 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，齒片的總長度是 ，齒尖部位的 厚度僅有 ,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