【正文】 在設(shè)計時根據(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 可按以下公式計算模孔工作帶長度： 112212 fS fShh ??? 。對于外形尺寸較小，對稱性較好，各部分壁厚相等或近似相等的簡單型材而言，?？赘鞑糠值墓ぷ鲙Э扇∠嗟然蚧鞠嗟鹊拈L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）工作帶長度設(shè)計 工作帶是設(shè)計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、麻點等缺陷幾乎都是由工作帶的設(shè)計與制造不合理引起的。但對于各部分壁厚相差懸殊，特別是對于遠離擠壓筒中心的薄壁部分，由于受到強烈拉力作用產(chǎn)生較大 的非接觸變形而使壁厚變得更薄（充不滿），故薄壁處增加一定的裕量，對壁厚比較大的薄壁型材，由于中間部分流動較快，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)計模孔尺寸時，影響?？壮叽绲囊蛩赜泻?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，因金屬在流入模孔時不能急轉(zhuǎn)彎而引起的非接觸變形，制品拉矯直時的斷面尺寸收縮等因素。如圖 3— 13所示。因為金屬的流動特性是靠近擠壓筒中心部位的金屬流動快 , 遠離中心逐漸減慢；型材壁厚越大 , 即?？壮叽缭酱?, 則金屬流動就越快。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)雜不對稱單孔型材模孔布置 總之，單孔型材?？椎牟贾?，應(yīng)盡量保證型材各部分金屬流動均勻，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，也應(yīng)考慮模具的強度和壽命，盡可能使用通用模具。同時，很難保證型材各個部位的流動速度均勻，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軸對稱型材模 孔的布置 在擠壓橫斷面尺寸對于一個坐標(biāo)軸相對稱的型材時，如果其緣板的厚度相等或彼此相差不大時，那么?？椎呐渲脩?yīng)使型材的對稱軸通過模子的一個 33 坐標(biāo)軸，而使型材斷面重心位于另一個坐標(biāo)軸上，如圖 3— 10 所示。橫斷面不對稱的型材，此種型材對稱性差。根據(jù)對于坐標(biāo)軸的對稱程度可將型材分成三類 :斷面對稱于兩個坐標(biāo)軸的型材，此種型材對稱性好 。為了保證模具的強度，應(yīng)設(shè)計形狀和散熱器形狀相似的模墊和模具配合使用，強化模具強度。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)計方案 對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，而且極易是模具報廢。 根據(jù)對此散熱器的結(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)計不合理，截面上各部分的金屬在擠出?？讜r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廢，模具也極容易損壞。 梳子型散熱器模具設(shè)計 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 3Cr2W8V 鋼在 450～ 500℃時取 [σb]=1000MPa；對 4Cr5MoSiV1 鋼取 [σb]=900MPa。 （ a）分流橋彎曲應(yīng)力 的校核（按兩端固定，均勻載荷的簡支梁計算，校對模子厚度 H）： ][2m in bPlH ??? () 式中 Hmin— 分流橋的最小高度； l— 分流橋的寬度（兩危險斷面之間的距離）； P— 擠壓機最大的比壓，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3Cr2W8V 取 [σb]=1000MPa；對 4Cr5MoSiV1 取 [σb]=900MPa。 （ 13）模具強度的校核 分流組合模在擠壓時承受載荷最不利的情況發(fā)生在分流孔和焊合室尚未進入金屬，以及金屬充滿分流孔和焊合室開始流出?？變蓚€時候，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?？?數(shù)來確定擠壓比。 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)計尺寸比實際模具的空刀尺寸要小，這個因素在設(shè)計空刀時也是要考慮的重要方面。合理地設(shè)計?？卓盏?，既可以保證模具 強度，又不至于出現(xiàn)劃傷和堵模現(xiàn)象。空刀的作用就是為了在盡量減少對型材摩擦力的前提下，增加模具工作帶的強度和剛度。太陽花散熱片?？坠ぷ鲙чL度設(shè)計如圖 3— 7 所示。為避免上述問題，銑電極時將 處銑到齒底，然后再用磨針將電極每兩個齒根中間磨削到 ，這樣才能將齒根的工作帶過渡好 [18]。根據(jù)實踐經(jīng)驗，將齒底工作帶的長度設(shè)計成 。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。因為薄齒處壁厚是 ,厚齒部位壁厚是 ,經(jīng)過計算可得厚齒部位工作帶長度是 。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)計成 。 齒尖部分壁厚薄，是整個型材最難出料的部分，是設(shè)計整個型材工作帶的基礎(chǔ)。下面分別介紹散熱片工作帶的設(shè)計要點： （ a）齒部工作帶的設(shè)計：由于散熱片的齒比較長，而且每根齒又分出兩根叉齒，所以在設(shè)計齒部工作帶時，不能設(shè)計成一個長度。 （ c）?？追至鳂蛘诒蔚那闆r及分流孔的大小和分布。 （ b）型材壁厚對金屬流速的影響。擠壓時金屬的流動特性是靠近擠壓筒中心部位的金屬流 動快 ,遠離中心逐漸減慢。 26 更重要的是在型材擠壓時 , 定徑帶的長短是調(diào)整金屬流動速度的關(guān)鍵因素 , 工作帶長度設(shè)計不當(dāng) ,型材各部分流出?？椎乃俣染筒痪鶆?, 擠壓出的制品會產(chǎn)生扭擰、彎曲、平面間隙大等缺陷 [17]。由于工作帶對金屬流動起阻礙作用，增加工作帶長度可以增大摩擦阻力，使向該處流動的供應(yīng)體積中的流動靜壓力增大，迫使金屬向阻力小的部位流動，從而使型材 整個斷面上金屬流量趨于均勻。 圖 3— 6太陽花散熱器模具?？自O(shè)計尺寸 （ 9）模孔工作帶 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。②散熱 片在擠壓拉伸過程中受齒部弧度因素的影響會發(fā)生沿齒圓弧內(nèi)側(cè)彎曲現(xiàn)象，導(dǎo)致外徑縮小，所以在放量時要加大其外徑尺寸。 型材的壁厚?？壮叽缈砂匆韵鹿竭M行計算 : B=B0+△ () 式中 B— 型材壁厚的模孔尺寸 mm； B0— 型材壁厚的名義尺寸 mm； △ — 型材壁厚模孔尺寸增量，對于鋁合金，當(dāng) B03mm 時，△ =：當(dāng) B03mm 時，△ =。設(shè)計?？壮叽鐣r，影響?？壮叽绲囊蛩赜泻芏啵饕袛D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不能急轉(zhuǎn)彎而引起的非接觸變形，制品拉矯直時的斷面尺寸收縮等因素。因為此模具的擠壓比只有 ，為增加焊合程度，提焊縫質(zhì)量，取 h 焊 =25mm。在實踐中可按擠壓筒尺寸選取焊合室高度，經(jīng)驗值如表 3— 1 所示。確定焊合室的高度時，必須考慮擠壓機噸位、型材擠壓比 (即型材特點 )、模芯強度以及橋的結(jié)構(gòu) (焊合點應(yīng)在焊合室平面之上 )等因素。 23 當(dāng)分流孔形狀、個數(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)計在下模 (陰模 )上，也可以設(shè)計在上模 (陽模 )上，有時也有在上、下模設(shè)計各半的情況。左右的角度，同時，在與蝶形焊合室對應(yīng)的分流橋根部也做成相應(yīng)的凸臺，這樣就可以改善金屬的流動，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更加均勻。 圖 3— 4 太陽花散熱器模具模芯結(jié)構(gòu)設(shè)計圖 （ 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，對于金屬流動，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小凸臺，對金屬起阻礙作用，模芯的結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖 3— 4 所示。設(shè)計此模芯時，為利于金屬的焊合，可將模芯設(shè)計成 10176。因為太陽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— 分流橋兩個危險斷面之間的長度， mm； P擠壓機最大比壓，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，許用應(yīng)力 [σb]取解 900MPa。太陽花散熱片分流橋的截面形狀設(shè)計如圖 3— 3 所示。采用矩形截面分流橋時，金屬在橋下形成一個死區(qū)，不利于金屬流動與焊合。根據(jù)大量散熱片模具設(shè)計經(jīng)驗，這里將分流橋?qū)挾?B 設(shè)計為 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”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，會降低模具強度和焊縫的質(zhì)量，但可改善金屬流動的均勻性 [13]。 20 K 值越小，擠壓時變形阻力越大，對模具的使用和擠壓生產(chǎn)是不利的，一般認(rèn)為，在保證模具足夠強度的前提下， K 值盡量取大值，有利于金屬的流動和焊合 [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，減小擠壓時金屬對齒根部位的正壓力。 太陽花散 熱片型材橫截面比較簡單，為中心對稱結(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，提高模具強度和管材焊合性能，分流孔選用 4個分流孔，形狀為扇形，呈 90176。對于對稱性較好的空心制品來說，各分流孔的中心圓直徑應(yīng)大于或于 筒 ，此時金屬流動較為均勻，而且擠壓力最小，模具強度較高，對于非對稱空心型材或異形管材來說，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，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，想擴大分流比又受到模子強度的限制時，分流孔可做成斜形，一般說來，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，?？椎呐帕形恢玫葋泶_定。在設(shè)計時需根據(jù)產(chǎn)品的形狀來選擇，盡量保持分流孔和產(chǎn)品截面形狀的幾何相似性。 太陽花散熱器分流組合模結(jié)構(gòu)設(shè)計 （ 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，對于每一特定的產(chǎn)品必須設(shè)計特定的分流孔。分流孔邊部沿模子直徑方向呈一定角度擴展，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，其主要特點是： （ 1）按斷面形狀進行一次金屬流量預(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太陽花散熱器產(chǎn)品截面圖 太陽花散熱器擠壓模具整體結(jié)構(gòu)設(shè)計方案 對于太陽花散熱片這種復(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，而且極易使模具報廢。這里擬選用的的擠壓機噸位為： 1250T。因此，散熱片模具進行優(yōu)化設(shè)計變得尤為重要。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