【文章內(nèi)容簡介】 計要求 型材是擠壓的主要產(chǎn)品，隨著航空工業(yè)和其他工業(yè)部門的飛速發(fā)展，特別是建筑工業(yè)及民用事業(yè)的發(fā)展，對鋁合金型材的要求不僅數(shù)量增加、規(guī)格擴大、品種增多，而且其形狀日見復雜，并廣泛用來制造承受重載的整體結(jié)構(gòu)件 。 鋁合金型材可分為普通型材和專用型材兩大類 。 專用型材主要指變截面型材，空心型材和壁板型材等 。 普通型材主要是指各種形狀規(guī)格 和各種用途的實心型材 。 普通型材的應用最廣，品種規(guī)格多，是常用的鋁合金型材 。 普通型材主要用于單孔或多空的平面模來進行擠壓 。 在擠壓斷面形狀比較的復雜，非對稱性很強或型材各處的壁厚尺寸差別很大的型材時，往往由于金屬流出?？椎乃俣炔痪鶆蚨斐尚筒牡呐Q、波浪、彎曲及裂紋等廢品，因此，為了提高擠壓制品的質(zhì)量，在設計型材模具時，除了要選擇有足夠強度的模具結(jié)構(gòu)以外，還需要考慮?？椎呐渲?[7]，?？字圃斐叽绲拇_定和選擇保證型材斷面各個部位的流動速度均勻的設計 。 鋁型材擠壓模具壽命的高低 ,與模具的結(jié)構(gòu)形狀及幾何尺寸有很大關(guān)系 。 實踐表明 ,擠壓模具的結(jié)構(gòu)尤其是模具厚度和分流孔的位置，形狀和大小以及分流橋等對模具的壽命影響很大 。 模具幾何形狀影響材料 流動和工件 模具界面的壓力分布 ,而且接觸壓力對失效機理有強烈的影響 。 生產(chǎn)空心型材用的平面分流組合模一般是由上模 (陽模 ),下模 (陰模 ),定位銷 ,聯(lián)結(jié)螺釘四部分組成 。 在上模上有分流孔，分流橋和模芯 ,分流孔是金屬通往型孔的通道 ,分流橋是支承模芯 (針 )的支架 ,而模芯 (針 )用來形成型材內(nèi)腔的形狀和尺寸 。 在下模上有焊合室，模孔型腔，工作帶和空刀 。 焊合室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 ,直至擠出模孔 。 模孔型腔的工作帶部分確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 。 3 分流組合 模具各個部分設計 借助 proe 的鋁型材模具設計 8 分流組合模 [8]的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)有分流孔的形狀 、 大小和分布 、 分流橋 、 模芯 、焊合室 、 工作帶等 ,這些因素對產(chǎn)品的質(zhì)量和模具壽命均有重大影響 ,必須認真計算和慎重選 擇。 擠壓機的選擇 圖 2型材斷面的圖 從圖 12可以得知該型材斷面的外接圓直接約為 210mm，取直接 D1=230mm,可以通過查下面的表格數(shù)據(jù)獲得擠壓筒的直徑 D=320mm，選擇的擠壓筒噸位為35MN。 表 1 部分模具外形標準尺寸表 擠壓機 /MN 擠壓筒直徑 /mm D1 20 Φ 170,Φ 200 Φ 198 35 Φ 270, Φ 320, Φ 370 Φ 230,Φ 330 50 Φ 300,Φ 360,Φ 420 Φ 270,Φ 306,Φ 360 模具材料的選擇 熱擠壓模具是在高溫 (450℃ — 550℃ )、 高壓 (700Mpa1200Mpa)環(huán)境下作業(yè) ,并要 承受周期載荷的作用。因此 ,要求熱擠壓模具必須具有高溫下的各種良好性借助 proe 的鋁型材模具設計 9 能 [9],如硬度、強度、熱穩(wěn)定性、耐沖擊性、熱疲勞性、抗變形等性能。為此 ,用于擠壓鋁合金型材的模具材料必須具備下列條件： 1．高強度和高硬度值。熱擠壓模具一般在高比壓條件下工作 ,在擠壓鋁合金時 ,要求模具材料在常溫下 240。b 大于 1500Mpa。 2．高耐熱性。即在高溫 (擠壓鋁合金時的工作溫度為 500℃ 左右 )下 ,有抵抗機械負荷的能力而不過早地 (一般為 550℃ 以下 )產(chǎn)生退火和回火現(xiàn)象。生產(chǎn)經(jīng)驗表明 ,在工作溫度下 ,熱擠壓模具材料的 240。b 不應低于 1000Mpa。 3．在常溫和高溫下具有高的沖擊韌性和斷裂韌性值 ,以防止工模具在低應力條件下或在沖擊載荷作用下產(chǎn)生脆斷。 4．高穩(wěn)定性。即在高溫下有高抗氧化穩(wěn)定性 ,不易產(chǎn)生氧化皮。 5．高耐磨性。即在長時間的高溫高壓和潤滑不良等工作條件下 ,表面有抵抗磨料磨損的能力 ,特別是在擠壓輕合金時 ,有抵抗金屬的 /粘結(jié) 0 和模具表面磨損的能力。 6．具有良好的淬透性 ,以確保模具的整個斷面有高且均勻的力學性能。 7．具有抗激冷、激熱的適應能力 ,以防止模具在連續(xù)、反復、長時間使用中產(chǎn)生熱疲勞裂紋。 8．高導熱性。能迅速地從模具工作表面散發(fā)熱量 ,防止被擠壓工件和模具本身產(chǎn)生局部過燒或過多地損失其機械強度。 9．抗反復循環(huán)應力性能強。即要求高的持久強度 ,防止過早疲勞破壞。 擠壓模具材料經(jīng)歷了一個由碳素工具鋼 —— 低合金工具鋼 —— 高合金工具鋼 —— 高級合金模具材料的發(fā)展過程 。 20世紀 80 年代初 ,國內(nèi)多采用 3CrZWSV鋼 ,但是它的韌性低 ,抗疲勞性不好 ,耐磨性不足 ,易導致模具早期失效 。 近幾年來 ,被 4Cr5Mosivl 鋼所取代， 4Cr5MoSiV1 鋼又稱 H13 鋼 ,其化學成分見表 2,高溫力學性能分別見表 3。 與 3Cr2W8V 鋼相比 , 4Cr5MoSiV1 鋼具有以下幾個突出特點：① 化學成分設計合理 ,易采用先進的熔鑄技術(shù) ,從而使鋼材本身質(zhì)量較高 。② 具有好的熱處理特性 ,熱處理工藝穩(wěn)定 ,且有十分好的表面化學熱處理性能 ,組織中含有較多的 Cr， Mo 元素 ,氮化處理時能生成豐富穩(wěn)定的氮化物并彌散分布 。③ 熱處理后 ,具有良好的高溫綜合性能 (特別是韌性，塑性，斷裂韌性 )和較高的熱疲勞抗力 。 因此 ,就延長模具使用壽命而言 ,選用 4Cr5MosiVI 鋼加工模具是比較合適的 。 統(tǒng)計數(shù)字表明 ,用 4Cr5MoSiV1 鋼和 3CrZw8V 鋼制造同種模具 ,前者的使用壽命是后者的 35 倍 。 借助 proe 的鋁型材模具設計 10 表 24Cr5MoSiV1鋼的化學成分 表 % C Cr Mo V Si Mn P Ni Cu Fe 微量 表 3 4Cr5MoSiV1 鋼高溫力學性能 試驗溫度 / ℃ 屈服強度 /Mpa 抗拉強度 /Mpa 斷面收縮率 / % 伸長率 / % 550 902 1058 51 600 960 1117 51 650 980 1078 52 700 451 500 80 擠壓比的選擇計算 為使擠壓型材具有一定的變形量 , 同時又不致于難擠壓 , 選擇合理的擠壓比是很重要的 , 現(xiàn)所采用的擠壓機的擠壓筒直徑為 90mm,型材斷面斷面面積為1587。 0311mm2。 根據(jù)擠壓比計算 公式 (1) F 擠 表示擠壓筒的面積； F 型 表示型材斷面的面積 可得計算結(jié)果： 計算結(jié)果在允許范圍內(nèi)，所以滿足要求。將擠壓比調(diào)整為 51。 借助 proe 的鋁型材模具設計 11 分流比的選擇計算 分流比的大小直接影響到擠壓阻力的大小、制品的成形和焊合質(zhì)量 , 其值愈小時則擠壓時變形阻力愈大 , 對模具的使用和擠壓生產(chǎn)是不利的 , 在保證模強度的前提下 , 選擇大的分流比是有利的 , 一般情況下 , 在生產(chǎn)空心型材時 , 取分流比 K 為 10— 30。 分流比 K就是各個分流空的斷面積 與型材斷面積 之比，即： （ 2） 將 =, =,代入以上公式可得計算結(jié)果：K=15。考慮到分流比越大，越有利于金屬流動與焊合，減少擠壓力，所以在設計模具時選 K=20。 分流孔的總體設計 分流孔 [10]是平面分流模的基本結(jié)構(gòu)部分 ,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