【正文】 擠壓軸的設(shè)計(jì) 擠壓軸的結(jié)構(gòu)形式 擠壓軸的結(jié)構(gòu)形式與擠壓機(jī)主體設(shè)備的結(jié)構(gòu)、擠壓筒的形狀和規(guī)格、擠壓方法、擠壓產(chǎn)品種類以及擠壓過程的力學(xué)狀態(tài)等諸因素有關(guān)，一般可洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 36 分為以下幾類： 。其優(yōu)點(diǎn)是加工容易，操作簡(jiǎn)單，模具和內(nèi)襯端面所受的單位壓力都比較小，不容易壓碎和變形。他們的配合要保證模子在模座靠緊擠壓筒內(nèi)襯后能夠準(zhǔn)確的位于擠壓筒中心線 上和防止金屬?gòu)呐浜厦媪鞒觥? 表 41 幾種擠壓筒的最佳過盈值 擠壓筒結(jié)構(gòu) 配合直徑 /mm 過盈值 雙層套 200?300 310?500 510?700 ? ? ? 三 層套 800~1130 1600~1810 ~ ~ 四 層套 13130 1500 1810 ~ ~ ~ 擠壓筒的熱裝配 裝配時(shí)將外套加熱，使其內(nèi)徑產(chǎn)生膨脹，然后裝入內(nèi)套，待冷卻后兩套之間緊密配合，并產(chǎn)生熱裝應(yīng)力，熱裝產(chǎn)生的應(yīng)力就是預(yù)應(yīng)力。但，過盈值過小，不能有效降低等效應(yīng)力值，對(duì)圓柱形筒有時(shí)會(huì)產(chǎn)生脫套。 （ 1） 應(yīng)該力求使每層套中的等效應(yīng)力 “ ?”最大值盡可能接近，且不超過材料的許用應(yīng)力值（ H13 鋼在 450?C 時(shí)為 1000PMPa）； （ 2） 合理的過盈值與擠壓筒的比壓、厚度、層次等因素有關(guān)，擠壓筒的比壓越大，過盈值也應(yīng)選大些。圓錐形襯套（錐度一般為 oo3 ~5 ）便于更換，損壞時(shí)易于從擠壓筒中退出，甚至在有的擠壓機(jī)上可以直接裝上或卸下內(nèi)套，而不需要將外套從擠壓筒支架內(nèi)取出，這可大大節(jié)省停工時(shí)間，提高生產(chǎn)效率，但錐面不易加工，其平直度難保證。 =125mm 代入計(jì)算得， d0=125mm， d1=178mm，d2=286mm， d3=500mm 因此所設(shè)計(jì)的三層套擠壓筒見 圖 41 所示 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 34 圖 41 三層套擠壓筒 擠壓筒配合公盈之確定 在中小型擠壓機(jī)上主要采用圓柱形內(nèi)套， 20MN 以上的擠壓機(jī)采用圓錐形內(nèi)套，最近幾年來大型擠壓機(jī)上也普遍采用圓柱形內(nèi)套。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式，各層套筒在式（ 42）范圍內(nèi)較合適。擠壓筒各層襯套厚度尺寸一般靠經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)初步確定，然 后再進(jìn)行強(qiáng)度校核，一般 2 層擠壓筒內(nèi)襯套比 3 層的要厚的多，這對(duì)擠壓溫度高和速度快的重金屬有利，因?yàn)檫@樣可以使其溫度峰值平緩，有利于提高材料的耐回火的能力。一般情況下， L 筒 用下式確定： L 筒 = Lmax+L+t+s （ 41） 式中 Lmax— 鑄錠最大長(zhǎng)度，對(duì)型棒材（實(shí)心錠）為（ 3?4） D 筒 ；對(duì)管材（ 空心錠）?。?2?3） D 筒 ； L— 鑄錠穿孔時(shí)，金屬向后倒流所增加的長(zhǎng)度， mm； t— 模子進(jìn)入擠壓筒的深度， mm s— 擠壓墊片厚度，一般取（ ?） D 筒 ， mm,小型擠壓機(jī)取上限， 大擠壓機(jī)取下限。 根據(jù)前一章錠坯與設(shè)備的選擇，可知該型材斷面外接圓最大直徑 D 外=120mm，擠壓設(shè)備為 800t 的擠壓機(jī)，擠壓筒的內(nèi)徑為 125mm。擠壓筒的最小直徑應(yīng)保證工具的強(qiáng)度，特別是擠壓軸的強(qiáng)度，在一般情況下，擠壓軸所受的單位壓力不應(yīng)超過 800?1000Mpa，個(gè)別情況下最高可允許 1300?1500Mpa，同時(shí)受到擠壓工具材料性能和使用壽命和限制。冷擠壓管材時(shí)，則要求 P 比 為 1200Mpa 以上。 在擠壓鋁及鋁合金的型、棒材時(shí)，一般要求 P 比 為 350?500Mpa。 D 筒 的最大值應(yīng)保證作用在擠壓墊片上的單位擠壓力 P 比 不低于被擠壓材料的變形抗力。 分流孔間的最短距離 B 為 40mm，則 F=Bx 上H =40 60=2400 2mm 分流橋端面上受的總壓力為 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 31 Qq =p S 橋 = = 代入公式有 : τ ＝ Qq / Fq=≤ 500MPa 故強(qiáng)度符合要求。 C 下，對(duì)于 4Cr5MoSiV1 取 [σ b]＝ 1000MPa 代入數(shù)據(jù)得： Hmin＝ 86[（ 2 1000） ]1/2 Hmin≈ 由于上模 厚度 H 上 ＝ 60mm＞ ，故符合要求 2）分流孔道抗剪強(qiáng)度的校核 τ ＝ Qq / Fq ≤ [τ ] Qq—— 分流橋面上的總壓力； Fq—— 分流橋受剪應(yīng)力的總面積； [τ ]—— 許用剪應(yīng)力，τ ＝ (～ ) [σ b]， 450～ 500176。 1)分流橋彎曲應(yīng)力校核 Hmin＝ L [p/σ b])]1/2，式中 : Hmin—— 分流橋的最小高度 L—— 分流橋兩個(gè)危險(xiǎn)斷面的長(zhǎng)度，經(jīng)計(jì)算 L＝ 86mm p—— 作用在擠壓墊片上的單位壓力 p＝ P/F0＝ [σ b] —— 模具材料在溫度下的許用應(yīng)力。因此在設(shè)計(jì)中應(yīng)對(duì)強(qiáng)度進(jìn)行校核。 螺釘采用內(nèi)六角圓柱頭螺釘 M10, 長(zhǎng)度為 60mm，所選用的螺釘規(guī)格為 GB/ 內(nèi)六角圓柱頭螺釘。而下模的凸臺(tái)高度為 5mm,寬為 2mm,設(shè)置在下模的邊緣部分，用于與上模裝配定位。成型部分以上的部分要造成圓角，這樣有利于焊合質(zhì)量提高 。由于本設(shè)計(jì)中的模芯寬度為 40mm,大于 20mm，故采用凸臺(tái)式 。因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)型材的壁厚為 1mm，所以采用組合空刀結(jié)構(gòu)，空刀 出口處比模孔寬 ， 如下圖： 圖 39：?？诳盏? 模芯的設(shè)計(jì) 模芯相當(dāng)于擠壓針，其定徑區(qū)決定于制品的內(nèi)腔形狀和尺寸，它的結(jié)洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 29 構(gòu)直接影響模芯強(qiáng)度、金屬的焊合質(zhì)量和模具的加工方式。由于本設(shè)計(jì)的擠壓形材材料是 6063，查經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)可得， r=～ ，取 . 另外，模具工作帶出口處要留有模口空刀， 以防止劃傷制品表面。的錐度，以利改善焊縫質(zhì)量。 （ 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。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。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。 壁厚的尺寸 kT =0T +? =1＋ = ㎜ 上模的尺寸（舌芯）根據(jù)下模尺寸減去制品壁厚的尺寸來確定， kH? = kH 2kT == kB? = kB 2kT == ?？坠ぷ鲙? 工作帶是模具的有效工作部分，主要是用來穩(wěn)定 擠壓制品的形狀和尺寸。當(dāng) oB ≤ 3mm 時(shí)， ? =；當(dāng)oB ≥ 3mm 時(shí)， ? = mm。形狀為圓形如圖： 圖 37：焊合室形狀 模子內(nèi)形尺寸的確定 由于擠壓比 ? =81＜ max? ，故不需要多孔 擠壓 工件如圖所示 : 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 圖 38：擠壓件圖 （ 1）?？椎耐庑纬叽纾ㄖ感筒牡膶捙c高） AK：由公式 按經(jīng)驗(yàn)公式： 10)1( ???? AKAk 式中： kA —— 模孔尺寸， mm 0A —— 制品外形的名義尺寸， mm K—— 經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，一般取 ～ ，由于本設(shè)計(jì)是對(duì) 6063 合金，由下表取 K= 1? —— 型材外形尺寸的正偏差，這里為 0。 焊合腔的高度有著重要意義，當(dāng)焊合室太淺時(shí)，由于摩擦力太小不能建立起足夠的反壓力，使焊合壓力不足，導(dǎo)致焊合不良，但太深又會(huì)影響模芯的穩(wěn)定性，易出現(xiàn)空心制品壁厚不均勻現(xiàn)象，同時(shí)還會(huì)降低成品率。 焊合室是金屬集聚并焊合的地方，焊合腔的容 積越大，焊合腔的截面積與制品斷面之比越大，則焊合腔所建立起來的靜水壓力就越大，金屬在焊合腔中停留的時(shí)間就越長(zhǎng)，因而，焊接的質(zhì)量就越高。 C 下，對(duì)于4Cr5MoSiV1 取 [σ b]＝ 1000MPa 代入數(shù)據(jù)得： Hmin＝ 86[（ 2 1000） ]1/2 Hmin≈ 焊合室 焊合室的形狀和大小對(duì)焊縫的質(zhì)量有很大的影響。截面形狀設(shè)計(jì)如 圖 3— 6 所示 圖 36：模橋示意圖 分流橋高度的確定 保證模具強(qiáng)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(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)強(qiáng)度計(jì)算確定：應(yīng)該按照兩端固定的均布載荷梁校核其彎曲強(qiáng)度。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。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(yīng)小些；但從改善金屬流動(dòng)的均勻性來考慮， B 應(yīng)大些；?？滓鼙环至鳂蛘诒巍７至鳂虻母叨忍?(即上模厚度 )則金屬通過分流道時(shí)間過長(zhǎng)，磨擦阻力增加，擠壓力明顯增大。 分流橋 分流橋的結(jié)構(gòu)和尺寸對(duì)金屬的流動(dòng)速度、焊合質(zhì)量、擠壓力大小和模子強(qiáng)度等都有明顯的影響。～ 4176。本設(shè)計(jì)設(shè)備的可加工最大外接圓直徑為 Φ 95,故分流孔最大外接圓直徑 ≤ Φ 90mm （ 2） 綜合各因素考慮，暫時(shí)先取其外接圓直徑為 Φ 80mm （ 3） 確定 a，α 的大小如圖 圖 34： 分流孔位置確定圖 其中 a,b 為?？着c模腔的最小距離， 依據(jù)經(jīng)驗(yàn) a,b 一般取 3～ 8 ㎜，本設(shè)計(jì)取 a/b 相等取 a=b= ㎜ 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 α 圖 35 本題初定 α為 120o 由 h=+=20,H=86/2=40，有幾何公式 S 扇 =1/2H2α h2tanα 由此計(jì)算出扇形的面積為 ，此時(shí)的分流比 K=∑ F 分 /F 型 = 2/= K=10～ 30， 因此α取 120o 符合要求，同時(shí)得出本設(shè)計(jì)的分流比為 K=。本設(shè)計(jì)初步取 K =10。一般，在保證模具有足夠強(qiáng)度前提下 K 值應(yīng)盡量選取大一些，這樣有利于金屬的流動(dòng)與焊合。 表 32 擠壓模具的尺寸 設(shè)備噸位 500T 800T 1630T d1/d2 Φ 135/Φ 14520～ 25 Φ 165/Φ 17525～ 30 Φ 250/Φ 26030～ 40 h1 12 12～ 13 12～ 13 d2h1 圖 33 模子外形尺寸 組合模相關(guān)參數(shù)的確定 扇形面積的確定： 分流比是指分流孔的總面積（ 分A? ）與擠出制品斷面積（ 型A ）之比，一般用 K 來表示： 型分AAK ?? 分流比的大小直接影響到金屬流動(dòng)阻力的大小、制品的成形和焊合質(zhì)量。 （ 4）殘料分離不干凈，有時(shí)會(huì)影響產(chǎn)品質(zhì)量，而且不便于修模 模組尺寸確定 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如 圖 32 圖 32： 主要結(jié)構(gòu)尺寸標(biāo)注 根據(jù)前面計(jì)算，從 表 31 選取 表 31： 模組尺寸 設(shè)備噸位 500T 800T 1630T Φ 1 Φ 2 H Φ 160 Φ 180 190 Φ 210 Φ 250 240 Φ 310 Φ 350 340 H1 20 30 30 H2 80～ 90 90～ 100 110～ 150 H3 50～ 60 50～ 60 60～ 80 根據(jù)前面的計(jì)算，從上表選?。? H2=100 H3= 60 H1=30 Φ 1=210 Φ 2=250 H=240 模子外形尺寸簡(jiǎn) 圖 33 和 表 32 的數(shù)據(jù)可以確定 1d =Φ 165 ㎜ 2d =Φ 175 ㎜ 1h =12 ㎜ 2h =30 ㎜ 因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)采用孔道式分流組合模，下模起到模墊的作用，所以不需要設(shè)計(jì)模墊。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。 （ 2）要求模子的加工精度較高，特別是對(duì)于多孔空心型材，上下模要求嚴(yán)格對(duì)中。 （ 7）可以用帶錐度的分流孔，實(shí)現(xiàn)在小擠壓機(jī)上擠壓外形較大的空心制品，而且能保證有足夠的變形量。 （ 5）可實(shí)現(xiàn)連續(xù)擠壓，根據(jù)需要截取任意長(zhǎng)度的制品。 （ 4）易于分離殘料，操作簡(jiǎn)單，輔助時(shí)間短，可在普通的型棒擠壓機(jī)上用普通的工具完成。 （ 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。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(dú)穿孔系統(tǒng)的擠壓機(jī)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。 1— 陽模； 2— 陰模 ； 3— 螺紋孔； 4— 定位銷孔 圖 3— 1 分流組合模結(jié)構(gòu) 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 平面分流模的特點(diǎn) 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(shí)心鑄錠，在擠壓機(jī)擠壓力的作用下，金屬在經(jīng)過分流孔時(shí)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。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?？盏兜男问讲煌芍苯佑绊懙侥＞吖ぷ鲙У膹?qiáng)度。焊合室是把分流孔流出來的金屬匯集