【正文】 在設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)型材斷面各部分厚度差異，將其分成若干區(qū)段 :Fl、 F F?，如圖 3— 15所示： 圖 3— 15 壁厚不等的 T字型材斷面 可按以下公式計(jì)算?？坠ぷ鲙чL(zhǎng)度： 112212 fS fShh ??? 。對(duì)于外形尺寸較小，對(duì)稱性較好，各部分壁厚相等或近似相等的簡(jiǎn)單型材而言，?？赘鞑糠值墓ぷ鲙Э扇∠嗟然蚧鞠嗟鹊拈L(zhǎng)度，依金屬種類、型材品種和形狀不同，一般可取 2～ 8mm。 36 圖 3— 14 梳子型模具?？壮叽? 37 （ 3）工作帶長(zhǎng)度設(shè)計(jì) 工作帶是設(shè)計(jì)型材模具最重要的幾何參數(shù)之一，它直接影響著制品的質(zhì)量，如刀彎、扭擰、波浪、麻點(diǎn)等缺陷幾乎都是由工作帶的設(shè)計(jì)與制造不合理引起的。但對(duì)于各部分壁厚相差懸殊，特別是對(duì)于遠(yuǎn)離擠壓筒中心的薄壁部分，由于受到強(qiáng)烈拉力作用產(chǎn)生 較大的非接觸變形而使壁厚變得更?。ǔ洳粷M），故薄壁處增加一定的裕量，對(duì)壁厚比較大的薄壁型材，由于中間部分流動(dòng)較快，易產(chǎn)生非接觸變形而變薄，故中部?？壮叽鐟?yīng)較邊緣處增厚 ～ 。設(shè)計(jì)?？壮叽鐣r(shí)，影響?？壮叽绲囊蛩?有很多，主要有擠壓制品的材料、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?？讜r(shí)不能急轉(zhuǎn)彎而引起的非接觸變形，制品拉矯直時(shí)的斷面尺寸收縮等因素。如圖 3— 13所示。因?yàn)榻饘俚牧鲃?dòng)特性是靠近擠壓筒中心部位的金屬流動(dòng)快 , 遠(yuǎn)離中心逐漸減慢；型材壁厚越大 , 即模孔尺寸越大 , 則金屬流動(dòng)就越快。為了防止型材由于自重而產(chǎn)生扭擰和彎曲，應(yīng)將型材大面朝下，增加型材的穩(wěn)定性 (圖 3— 12d) 圖 3— 12復(fù)雜不對(duì)稱單孔型材?？撞贾? 總之，單孔型材模孔的布置，應(yīng)盡量保證型材各部分金屬流動(dòng)均勻，在x 軸上下方和 y 軸左右方的金屬供給量應(yīng)盡可能相近，以改善擠壓條件，提高產(chǎn)品的質(zhì)量，同時(shí)，也應(yīng)考慮模具的強(qiáng)度和壽命，盡可能使用通用模具。同時(shí)，很難保證型材各個(gè)部位的流動(dòng)速度均勻，還要制造通道移位的專用工藝設(shè)備 (模墊、壓型嘴、導(dǎo)向裝置等 ) [1]。 圖 3— 9軸對(duì)稱型 材?？椎牟贾? 在擠壓橫斷面尺寸對(duì)于一個(gè)坐標(biāo)軸相對(duì)稱的型材時(shí)，如果其緣板的厚度相等或彼此相差不大時(shí)，那么模孔的配置應(yīng)使型材的對(duì)稱軸通過(guò)模子的一個(gè) 33 坐標(biāo)軸，而使型材斷面重心位于另一個(gè)坐標(biāo)軸上，如圖 3— 10 所示。橫斷面不對(duì)稱的型材，此種型材對(duì)稱性差。根據(jù)對(duì)于坐標(biāo)軸的對(duì)稱程度可將型材分成三類 :斷面對(duì)稱于兩個(gè)坐標(biāo)軸的型材，此種型材對(duì)稱性好 。為了保證模具的強(qiáng)度，應(yīng)設(shè)計(jì)形狀和散熱 器形狀相似的模墊和模具配合使用，強(qiáng)化模具強(qiáng)度。擠壓筒內(nèi)徑為 130mm. 31 圖 3— 8 梳子型散熱器產(chǎn)品截面圖 32 梳子型散熱器擠壓模具整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案 對(duì)于梳型散熱器這種復(fù)雜截面的型材，如果采用平面摸直接擠壓，很難生產(chǎn)出合格的產(chǎn)品，而且極易是模具報(bào)廢。 根據(jù)對(duì)此散熱器的結(jié)構(gòu)分析，得知生產(chǎn)該散熱器所選用擠壓機(jī)噸位應(yīng)不宜太大、擠壓筒比壓應(yīng)適中，否則工作帶的懸臂容 易，壓塌模具極容易破損。壁厚較懸殊，齒距小，懸臂大的散熱片，如果模具設(shè)計(jì)不合理，截面上各部分的金屬在擠出模孔時(shí)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(bào)廢，模具也極容易損壞。 梳子型散熱器模具設(shè)計(jì) 梳子型散熱器產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分析 梳子型散熱器其截面圖如 3— 8 所示。 2） 2]= 104N F 橋 =4 24 90=8640mm2 τ =Q 橋 /F 橋 = 104247。 （ 2）分流孔道抗剪應(yīng)力的校核： 30 τ =Q 橋 /F 橋 ≤ [τ ] () 式中 Q 橋 — 分流橋端面上所承受的總壓力， MN； F 橋 — 分流橋受剪切的總面積， mm2； [τ ]— 模具材料在工作溫度下的許用剪切應(yīng)力， [τ ]=（ ～ ） [σb],對(duì) 3Cr2W8V 鋼在 450～ 500℃時(shí)取 [σb]=1000MPa；對(duì) 4Cr5MoSiV1 鋼取 [σb]=900MPa。 （ a）分流橋彎曲 應(yīng)力的校核（按兩端固定，均勻載荷的簡(jiǎn)支梁計(jì)算，校對(duì)模子厚度 H）： ][2m in bPlH ??? () 式中 Hmin— 分流橋的最小高度； l— 分流橋的寬度（兩危險(xiǎn)斷面之間的距離）； P— 擠壓機(jī)最大的比壓，即單位壓力， MPa； [σb]— 模具材料在工作溫度下的許用應(yīng)力，在 450～ 500℃下，對(duì)3Cr2W8V 取 [σb]=1000MPa；對(duì) 4Cr5MoSiV1 取 [σb]=900MPa。 （ 13）模具強(qiáng)度的校核 分流組合模在擠壓時(shí)承受載荷最不利的情況發(fā)生在分流孔和焊合室尚未進(jìn)入金屬，以及金屬充滿分流孔和焊合室開(kāi)始流出?？變蓚€(gè)時(shí)候，其主要破壞形式是：分流橋因受彎曲應(yīng)力而被破壞和分流孔處在危險(xiǎn)斷面被剪斷。 擠壓比的公式如下： λ = S 筒 /S 型 () 29 式中 λ — 擠壓比； S 筒 — 擠壓筒的橫截面積 (mm2)； S 型 — 型材橫斷面面積 (mm2)。然后根據(jù)設(shè)備能力、擠壓方法、合金種類、制品質(zhì)量要求、組織性能要求及 ?？讛?shù)來(lái)確定擠壓比。 由于電火花加工放電腐蝕產(chǎn)生 0～ 的間隙，導(dǎo)致空刀設(shè)計(jì)尺寸比實(shí)際模具的空刀尺寸要小，這個(gè)因素在設(shè)計(jì)空刀時(shí)也是要考慮的重要方面。合理地設(shè)計(jì)模孔空刀，既可以保證 模具強(qiáng)度，又不至于出現(xiàn)劃傷和堵?，F(xiàn)象。空刀的作用就是為了在盡量減少對(duì)型材摩擦力的前提下，增加模具工作帶的強(qiáng)度和剛度。太陽(yáng)花散熱片?？坠ぷ鲙чL(zhǎng)度設(shè)計(jì)如圖 3— 7 所示。為避免上述問(wèn)題，銑電極時(shí)將 處銑到齒底，然后再用磨針將電極每?jī)蓚€(gè)齒根中間磨削到 ，這樣才能將齒根的工作帶過(guò)渡好 [18]。根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，將齒底工作帶的長(zhǎng)度設(shè)計(jì)成 。齒底壁厚大，且位于擠壓筒中心位置，為阻礙該部位的金屬流速工作帶應(yīng)該加長(zhǎng)。因?yàn)楸↓X處壁厚是 ,厚齒部位壁厚是 ,經(jīng)過(guò)計(jì)算可得厚齒部位工作帶長(zhǎng)度是 。通常齒很高且壁厚懸殊的散熱片的齒部工作 帶是該壁厚 ～ 倍，此處將它設(shè)計(jì)成 。 齒尖部分壁厚薄，是整個(gè)型材最難出料的部分，是設(shè)計(jì)整個(gè)型材工作帶的基礎(chǔ)。下面分別介紹散熱片工作帶的設(shè)計(jì)要點(diǎn) ： （ a）齒部工作帶的設(shè)計(jì)：由于散熱片的齒比較長(zhǎng)，而且每根齒又分出兩根叉齒，所以在設(shè)計(jì)齒部工作帶時(shí)，不能設(shè)計(jì)成一個(gè)長(zhǎng)度。 （ c）?？追至鳂蛘诒蔚那闆r及分流孔的大小和分布。 （ b）型材壁厚對(duì)金屬流速的影響。擠壓時(shí)金屬的流動(dòng)特 性是靠近擠壓筒中心部位的金屬流動(dòng)快 ,遠(yuǎn)離中心逐漸減慢。 26 更重要的是在型材擠壓時(shí) , 定徑帶的長(zhǎng)短是調(diào)整金屬流動(dòng)速度的關(guān)鍵因素 , 工作帶長(zhǎng)度設(shè)計(jì)不當(dāng) ,型材各部分流出?？椎乃俣染筒痪鶆?, 擠壓出的制品會(huì)產(chǎn)生扭擰、彎曲、平面間隙大等缺陷 [17]。由于工作帶對(duì)金屬流動(dòng)起阻礙作用，增加工作帶長(zhǎng)度可以增大摩擦阻力，使向該處流動(dòng)的供應(yīng)體積中的流動(dòng)靜壓力增大，迫使金屬 向阻力小的部位流動(dòng)，從而使型材整個(gè)斷面上金屬流量趨于均勻。 圖 3— 6太陽(yáng)花散熱器模具?？自O(shè)計(jì)尺寸 （ 9）?？坠ぷ鲙? 工作帶是模具的有效工作部分，主要是用來(lái)穩(wěn)定擠壓制品的形狀和尺寸。②散熱片在擠壓拉伸過(guò)程中受齒部弧度因素的影響會(huì)發(fā)生沿齒圓弧內(nèi)側(cè)彎曲現(xiàn)象，導(dǎo)致外徑縮小，所以在放量時(shí)要加大其外徑尺寸。 型材的壁厚?？壮叽缈砂匆韵鹿竭M(jìn)行計(jì)算 : B=B0+△ () 式中 B— 型材壁厚的?？壮叽?mm； B0— 型材壁厚的名義尺寸 mm； △ — 型材壁厚模孔尺寸增量，對(duì)于鋁合金，當(dāng) B03mm 時(shí)，△ =：當(dāng) B03mm 時(shí)，△ =。設(shè)計(jì)?？壮叽鐣r(shí)，影響?？壮叽绲囊蛩赜泻芏?，主要有擠壓制品的材料、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(shí)不能急轉(zhuǎn)彎而引起的非接觸變形，制品拉矯直時(shí)的斷面尺寸收縮等因素。因?yàn)榇四＞叩臄D壓比只有 ，為增加焊合程度，提焊縫質(zhì)量，取 h 焊 =25mm。在實(shí)踐中可按擠壓筒尺寸選取焊合室高度，經(jīng)驗(yàn)值如表 3— 1 所示。確定焊合室的高度時(shí)，必須考慮擠壓機(jī)噸位、型材擠壓比 (即型材特點(diǎn) )、模芯強(qiáng)度以及橋的結(jié)構(gòu) (焊合點(diǎn)應(yīng)在焊合室平面之上 )等因素。 23 當(dāng)分流孔形狀 、個(gè)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。焊合室一般設(shè)計(jì)在下模 (陰模 )上，也可以設(shè)計(jì)在上模 (陽(yáng)模 )上，有時(shí)也有在上、下模設(shè)計(jì)各半的情況。左右的角度，同時(shí)，在與蝶形焊合室對(duì)應(yīng)的分流橋根部也做成相應(yīng)的凸臺(tái)，這樣就可以改善金屬的流動(dòng)，減少擠壓阻力。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。焊合室形狀與型材外型大體相似，這樣可以使金屬流動(dòng)更加均勻。 圖 3— 4 太陽(yáng)花散熱器模具模芯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(duì)于金屬流動(dòng)，焊接質(zhì)量，擠壓力的大小及尺寸精度都都有很大的影響。模芯的芯頭加工一個(gè)小凸臺(tái)，對(duì)金屬起阻礙作用，模芯的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖 3— 4 所示。設(shè)計(jì)此模芯時(shí)，為利于金屬的焊合，可將模芯設(shè)計(jì)成 10176。因?yàn)樘?yáng)花散熱片中間厚度比齒部大很多，且位于擠壓筒中心部位。 ][2m in bPlH ??? （ ） 式中 Hmin— 分流橋的最小高度， mm； l— 分流橋兩個(gè)危險(xiǎn)斷面之間的長(zhǎng)度， mm； P擠壓機(jī)最大比壓，即單位壓力， MPa； [σb]— 模具材料的許用應(yīng)力， MPa； H13 模具鋼在 450～ 500℃時(shí)，許用應(yīng)力 [σb]取解 900MPa。太陽(yáng)花 散熱片分流橋的截面形狀設(shè)計(jì)如圖 3— 3 所示。采用矩形截面分流橋時(shí)，金屬在橋下形成一個(gè)死區(qū)，不利于金屬流動(dòng)與焊合。根據(jù)大量散熱片模具設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，這里將分流橋?qū)挾?B 設(shè)計(jì)為 24mm。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(dòng)” 的現(xiàn)象，降低模具壽命。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(huì)降低模具強(qiáng)度和焊縫的質(zhì)量，但可改善金屬流動(dòng)的均勻性 [13]。 20 K 值越小，擠壓時(shí)變形阻力越大，對(duì)模具的使用和擠壓生產(chǎn)是不利的，一般認(rèn)為，在保證模具足夠強(qiáng)度的前提下， K 值盡量取大值，有利于金屬的流動(dòng)和焊合 [12]。分流孔外切圓直徑取φ 150mm,內(nèi)切圓直徑的選取 46mm,比散熱片齒根外徑大 4mm,這樣設(shè)計(jì)能使齒根部位的工作帶遮敝在導(dǎo)流模的模橋之下，減小擠壓時(shí)金屬對(duì)齒根部位的正壓力。 太陽(yáng)花散熱片型材橫截面比較簡(jiǎn)單，為中心對(duì)稱結(jié)構(gòu)圓形，但其壁厚差 19 相差懸殊，為利于擠壓金屬均勻流動(dòng)，提高模具強(qiáng)度和管材焊合性能，分流孔選用 4個(gè)分流孔，形狀為扇形，呈 90176。對(duì)于對(duì)稱性較好的空心制品來(lái)說(shuō)，各分流孔的中心圓直徑應(yīng)大于或于 筒 ，此時(shí)金屬流動(dòng)較為均勻，而且擠壓力最小，模具強(qiáng)度較高，對(duì)于非對(duì)稱空心型材或異形管材來(lái)說(shuō)，應(yīng)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(dòng)，此外，分流孔的布置應(yīng)盡量與制品保持幾何相似性 [11]。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(kuò)大分流比又受到模子強(qiáng)度的限制時(shí)，分流孔可做成斜形，一般說(shuō)來(lái)，其內(nèi)斜度為 1～ 3度，外錐度取 3～ 6 度 [10]。 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(lái)確定。在設(shè)計(jì)時(shí)需根據(jù)產(chǎn)品的形狀來(lái)選擇，盡量保持分流孔和產(chǎn)品截面形狀的幾何相似性。 太陽(yáng)花散熱器分流組合模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) （ 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(duì)于每一特定的產(chǎn)品必須設(shè)計(jì)特定的分流孔。分流孔邊部沿模子直徑方向呈一定角度擴(kuò)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]。分流組合模具有普通平面分流模的功能及優(yōu)點(diǎn)，其主要特點(diǎn)是： （ 1）按斷面形狀進(jìn)行一次金屬流量預(yù)分配。其次，由于齒部工作帶的懸臂又長(zhǎng)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。而太陽(yáng)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。 17 圖 3— 1太陽(yáng)花散熱器產(chǎn)品截面圖 太陽(yáng)花散熱器擠壓模具整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案 對(duì)于太陽(yáng)花散熱片這種復(fù)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(bào)廢。這里擬選用的的擠壓機(jī)噸位為： 1250T。因此，散熱片模具進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)變得尤為重要。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