毕业设计--推拉窗中空光企铝型材挤压模具设计(含外文翻译）

推拉窗中空光企铝型材挤压模具设计摘 要本次设计主要阐述地弹门光企的挤压模具结构设计过程。设计中分析了挤压模具及地弹门光企的根本结构特点，分析其加工工序，结合工件的产量和模具设计的复杂程度，确定了生产过程的各个详细的工艺参数及生产流程。设计重点阐述了模具的结构设计过程，选择800吨的挤压设备，选用4Cr5MoSiV1作为模具材料，并确定采用平面分流模、模孔数为4、模孔为中心对称分布、模孔外形尺寸的修正及模孔工作带长度并对其进行了强度校核；考虑添加了模孔形状类似分流孔的导流模，计算了锭坯尺寸、挤压比和挤压力。最后对挤压工具进行了设计，根据全部零件的结构设计选用适宜的磨具尺寸，其中涉及挤压筒的设计，挤压筒采用三层的结构形式；选择内外套的配合形式及各项尺寸，并进行强度校核；挤压轴的设计，主要有挤压轴的结构形式及具体尺寸；挤压垫片设计，主要有尺寸选取及强度校核。最后绘制出各局部图纸。关键词：推拉窗中空光企、挤压模具，平面分流模，分流孔、导流模 HOLDS THE PIECE THE PUNCH HOLES TO FALL THE MATERIAL THE CURVING RAMMING MOLD DESIGN ABSTRACTThis design mainly expounds the transition of stamping mould designFirst, a simple analysis of the design of the development of stampingforming process and the main characteristics of punch forming, stamping and the main structure characteristics, and then from thetitle of basic structure, the author analyzes the processing procedure. Combined with production and die design of workpiece, decided to adopt the complexity of punch, blanking, bend a deputy multi-position progressive, and using CAXA, CAD design of mold design and drawingThe mould design focuses on process of structural design. First to mould process parameter, the main part of the work related pictures, the main parts of mould structure design, including the workpiece parts, components and parts, the direction positioning unloader device etc, according to the design of structure design of all parts of the mould seat and appropriate design, mould handle is briefly analyzed the blank shape, size, and layout, cutting plate punching process scheme, the number of nature, and sequence, the process of the work force, the calculation and design and tolerance of the mould pressing equipment selection.KEY WORDS: Stamping,Progressive die,Punching, Blanking, Bending目录前言1第一章挤压件结构工艺性分析31.1产品图及其分析31.2 铝及铝合金的特点31.3挤压工艺的制定6挤压工艺流程6挤压工艺及工艺参数条件确实定6铸锭的加热温度7挤压筒预热9模子预热9挤压温度9挤压速度9工模具的润滑10模具材料11切压余12淬火12冷却12切头尾12时效12外表处理121.4挤压设备及坯料的选择13坯料尺寸确定13挤压力的计算14第二章 导流模的设计16第三章 平面分流模的设计173.1平面分流模的结构及特点17平面分流模的结构17平面分流模的特点183.2模组尺寸确定193.3组合模相关参数确实定20扇形面积确实定：20分流孔位置确实定21分流孔的形状223.4分流桥22分流桥的形状23分流桥高度确实定233.5焊合室243.6模子内形尺寸确实定253.7 模孔工作带273.8 模芯的设计28上模凸台设计29定位设计和螺钉的选择293.9模子强度校核29第4章 挤压工具设计324.1挤压筒的结构设计32挤压筒内径的选择32挤压筒长度的选择32挤压筒配合公盈之确定344.1.5 挤压筒的热装配354.2挤压轴的设计35挤压轴的结构形式354.2.2 挤压轴尺寸确实定364.2.3 挤压轴强度校核384.3 挤压垫片设计394.3.1 挤压垫材料选择394.3.2 垫片尺寸确实定394.4 挤压垫片强度校核404.5 其他挤压工具设计414.5.1 模支承41第5章 装配图42结论43谢 辞44参考文献45外文资料翻译46前言挤压是有色金属、钢铁材料生产与零件成型加工的主要方一，也是各种复合材料、粉末材料等先进材料制备与加工的重要方法。从大尺寸金属铸锭的热挤压开坯、大型管棒型材的热挤压加工至小型精密零件的冷挤压成型，从粉末、颗粒料为原料的复合材料直接固化成型到金属间化合物、超导材料等难加工材料，现代挤压技术得以广泛的应用。挤压加工的方法主要有正挤压，反挤压，侧向挤压，玻璃润滑挤压，静液挤压，连续挤压。挤压加工特点是处于强烈的三向压应力状态，这有利于提高金属的塑性变形能力，提高制品的质量，改善制品内部微观组织和性能。除此以外，挤压加工还具有应用范围广，生产灵活性大，工艺流程简单和设备投资少的特点。应用挤压加工工艺最多的材料是低熔点的有色合金，如铝及铝合金模具是利用其特定形状去成型具有一定的形状和尺寸制品的工具。在各种材料加工工业中广泛的使用着各种模具。例如金属铸造成型使用的砂型或压铸模具、金属压力加工使用的锻压模具、冷压模具等各种模具。对模具的全面要求是：能生产出在尺寸精度、外观、物理性能等各方面都满足使用要求的公有制制品。以模具使用的角度，要求高效率、自动化操作简便；从模具制造的角度，要求结构合理、制造容易、本钱低廉。模具影响着制品的质量。首先，模具型腔的形状、尺寸、外表光洁度、分型面、进浇口和排气槽位置以及脱模方式等对制件的尺寸精度和形状精度以及制件的物理性能、机械性能、电性能、内应力大小、各向同性性、外观质量、外表光洁度、气泡、凹痕、烧焦、银纹等都有十分重要的影响。其次，在加工过程中，模具结构对操作难以程度影响很大。在大批量生产塑料制品时，应尽量减少开模、合模的过程和取制件过程中的手工劳动，为此，常采用自动开合模自动顶出机构，在全自动生产时还要保证制品能自动从模具中脱落。另外模具对制品的本钱也有影响。当批量不大时，模具的费用在制件上的本钱所占的比例将会很大，这时应尽可能的采用结构合理而简单的模具，以降低本钱。现代生产中，合理的加工工艺、高效的设备、先进的模具是必不可少是三项重要因素，尤其是模具对实现材料加工工艺要求、塑料制件的使用要求和造型设计起着重要的作用。高效的全自动设备也只有装上能自动化生产的模具才有可能发挥其作用，产品的生产和更新都是以模具的制造和更新为前提的。由于制件品种和产量需求很大，对模具也提出了越来越高的要求。因此促进模具的不断向前开展。模具主要类型有：冲模、锻摸、塑料模、压铸模、粉末冶金模、玻璃模，橡胶模、陶瓷模等。除局部冲模以外的的上述各种模具都属于腔型模，因为他们一般都是依靠三维的模具形腔是材料成型。挤压模具所涉及的工艺繁多，包括机械设计制造，塑料，挤压加工，金属材料，铸造凝固理论，塑性加工，玻璃等诸多学科和行业，是一个多学科的综合，其复杂程度显而易见。 通过对模具专业的学习，掌握了常用材料在各种成型过程中对模具的工艺要求，各种模具的结构特点及设计计算的方法，以到达能够独立设计一般模具的要求。在模具制造方面，掌握一般机械加工的知识，金属材料的选择和热处理，了解模具结构的特点，根据不同情况选用模具加工新工艺。毕业设计能够对以上各方面的要求加以灵活运用，综合检验大学期间所学的知识。第一章 挤压件结构工艺性分析1.1产品图及其分析本次设计的产品是推拉窗中空光企铝型材，其截面如以下图所示： 图图1-1产品截面图表1-1：所设计中空光企的相关尺寸名称型号壁厚单重kg/m光企76061.0mm0.48本材料是6060铝合金，截面是空心型材，给定的数据有壁厚1 mm，5231.5及截面形状，其他根据实际情况自行拟定制品的截面积：0.481000/2.7177.78mm2模孔外接圆直径60.81.2 铝及铝合金的特点铝及铝合金具有一系列特性，在金属材料的应用中仅次于钢材而居第二位。目前全世界铝材的消费量在1800万吨以上，其中用于交通运输包括铁道车辆、汽车、摩托车、自行车、汽艇、快艇、飞机等的铝材约占27%，用于建筑装修的铝材约23%，用于包装工业的铝材约占20%。随着中国经济建设的高速开展，人民生活水平的不断提高，中国的建筑行业开展迅速，包括铝型材在内的建筑装饰材料不断增加。铝型材的应用已经扩展到了国民经济的各个领域和人民生活的各个层面。铝合金比纯铝具有更好的物理力学性能：易加工、耐久性高、适用范围广、装饰效果好、花色丰富。铝合金分为防锈铝、硬铝、超硬铝等种类，各种类均有各自的使用范围，并有各自的代号，以供使用者选用。 铝合金型材具有强度高、重量轻、稳定性强、耐腐蚀性强、可塑性好、变形量小、无污染、无毒、防火性强，使用寿命长可达50100年，回收性好，可回炉重炼。多年来世界各国均采用6063铝合金铝合金近百种作为门窗框架。主要是为了该金属外表阳极氧化效果好，开始阳极氧化是白色，后进一步改变电解质才到达古铜色，这两种主体颜色在国内用了十多年表1-2：铝合金化学成分(Chemical Composition Limits wt%): GB/T3190-1996：牌号SiFeCuMnMgCrZnTi其他元素Al备注每种合计60630.20.60.350.10.10.40.90.10.10.10.050.15余量LD3160050.60.90.350.10.10.40.60.10.10.10.050.15余量60610.40.80.71.050.40.150.81.20.10.30.250.150.050.15余量Ld3060820.71.30.50.10.41.00.61.20.20.20.10.050.15余量本设计选用6063铝合金,由于其强度高，质量轻，加工性能好，在退火状态下，该合金有优良的耐蚀性及物理机械性能，是一种可以时效强化的AL-Mg-Si系合金，广泛应用于根底性建筑行业以及一些机械制造业。6063合金中的主要合金元素为镁与硅，具有加工性能极佳、优良的可焊接性、挤出性及电镀性、良好的抗腐蚀性、韧性，易于抛光、上色膜，阳极氧化效果优良，是典型的挤压合金。广泛应用于建筑型材、灌溉管材、供车辆、台架、家具、升降机、栅栏等用的管、棒、型材。从表可以看出随着温度的升高抗拉强度和屈服强度逐渐变小，伸长率增大。表1-3：6063室温下的机械性能Mechanical & Physical Properties:合金状态弹性 模量E/MPa剪切模量G/MPa抗拉 强度Rm/屈服强度Rp/伸长率/%泊松系数u布氏硬度HB密度/6063淬火自然时效71002700145186120.3160-732.69表1-4：6063铝合金随温度变化的力学性能合金状态温度T/抗拉强度/屈服强度/伸长率/%6063淬火+人工时效1501421332020562454026031247531523178037016141051.3挤压工艺的制定挤压工艺流程金属制品是经假设干个工序制作出来的，每个工序按一定顺序连接起来，就形成了工艺。工艺要在一定条件下完成，有特定的工艺参数。挤压工艺流程：铸锭加热挤压切压余淬火冷却切头尾 切定尺 时效外表处理包装入库挤压工艺及工艺参数条件确实定应考虑挤压温度、挤压速度、润滑、模具种类形状、形状等、切压余、切头尾、淬火、冷却、等多方面的因素，合理地选择工艺或参数。挤压工艺参数确定时，应综合考虑金属与合金加工时的可挤压性和对制品质量的要求尺寸与形状的允许偏差，外表质量，组织与性能等，以满足提高成品率与生产率的需要。铸锭的加热温度 使坯料具有优越的三向压应力状态，但由于变形不均匀性导致金属沿锭坯断面的流速差，会发生大的纵向拉应力，甚至引起制品产生周期性外表裂纹。为了保持挤压制品的整体性，挤压塑性变形区的温度必须与金属塑形最好的温度范围相匹配。塑性变形区温度取决于坯料和工具的加热温度、变形热以及被周围介质所吸收的热量。挤压速度越大，被周围介质吸收的热量就越小，那么塑性变形区的温度就越高；反之亦然。在一定的变形程度下，要么选择适宜的预热温度，要么选择适宜的变形速度，都可以使塑性变形区的温度保持在规定的范围内。当变形速度较小时，必须提高预热温度；而变形速度较大时，那么必须降低预热温度。在挤压铝合金时，挤压温度较低400-500，挤压速度较慢，而且铝合金的导热性很高，所以在计算塑变区的温度场时必须考虑由于挤压金属的热传导和金属与挤压工具之间的热交换而引起的温度变化。挤压时的温度条件确定挤压的温度制度时，应考虑以下一些因素：分析合金的塑性图与状态图，了解合金最正确塑性温度范围和相变情况，防止在多相和相变温度下变形。挤压过程温度条件的特点、影响温度条件变化的因素和调节方法以及温升情况。尽可能地降低变形抗力以减小挤压力和作用在工具上的载荷。保证最大的金属流出速度。保证温度不超过该合金的临界温度，以免塑性降低产生裂纹。保证挤压时金属不粘结工具，恶化制品外表质量。保证挤压制品的温度分布均匀、尺寸精度高、组织均匀和力学性能最正确。 表1-5：常用铝合金的温度速度规程合金制品温度/平均流出速度/mmin-1锭坯挤压筒2A142A122A502A80、2A70、5A02、7A401050A、10353A215A05、5A066A02、6063、6061圆棒、方棒、六角棒及通用型材38044038044038044032043035043039044039044040045043051036044036044036044035040033040036043036043048044040048012.513.53631512402502010012315、6063合金可到达1202A12一般用途型材、高负载型材、空心型材、大头型材、壁板38046043046042047036044040044040045012.50.820.51.22A11一般用途型材330460360440137A40等断面型材、大头型材、壁板3704503904403604303904400.820.515A02、2A03、5A05、5A06、5B06型材、壁板4204804004600.6160636063、6A02、 6A02装饰型材空心建筑型材，重要用途型材320500400510490510300450380460460480到120860、6063合金可达100315在确定挤压时的最正确温度时，还应该考虑铸锭的冶金学特点：如结晶组织的特点、合金化学成分的波动、金属间化合物的特点，以及坯料的疏松程度、气体和其他的非金属与金属杂志的含量等。常用铝合金挤压时锭坯的加热温度表所示，可供制定工艺和设计模具时参考。由表1-5知，6063铝合金的最高允许加热温度为510，下限温度为300，对于此题，为了保证推拉窗中空光企铝型材制品的组织性能、外表质量，降低挤压加工时的变形抗力，挤压时锭坯的加热温度不宜过高，应尽量降低挤压温度。一般取450-500。挤压筒预热模具的成分多为合金钢，由于导热性差，为防止产生热应力，挤压前挤压筒要预热，为保证挤压制品的质量，并且具有良好的挤压效应，挤压筒温度可取400450。可采用通电自行预热。模子预热 防止急热，延长模具寿命，应对模具进行预热。挤压温度 热挤压时，加热温度一般是合金熔点绝对温度的0.750.95倍，挤压过程中温度最好控制在500左右。挤压速度挤压时的速度有三种：挤压速度j，表示挤压机柱塞、挤压杆和挤压垫的移动速度；金属流出速度i，表示金属流出模孔时的速度， i = j；变形速率，即单位时间内变形量变化的大小。挤压时的速度与温度是联系在一起的。一般来说，提高挤压速度会造成锭坯的温度升高，因此要降低锭坯的加热温度。热加工的目的是为了利用金属材料在高温下屈服强度下降这一现象来实现大的变形量。但是，如果锭坯原始温度和挤压速度导致制品出口温度接近该合金的固相线温度时，那么外表将产生裂纹、粗糙，质量变坏。图9-10为挤压速度与出口温度之间的关系曲线。图中给出了两条极限曲线：一条表示设备能力的最大挤压力曲线；另一条表示合金制品开裂的冶金学极限。在两条曲线之间的交点上，提供了理论上最大挤压速度和相应的最正确出口温度。应强调的是，这个最正确值只是从挤压速度角度出发，不一定能满足制品的物理-冶金性能要求。在确定常规挤压时的实际金属流出速度时，可在挤压温度的根底上综合考虑材料与工艺参数如金属变形抗力与塑性、挤压力、流动不均匀的特性、工模具结构形式及预热条件以及设备条件等因素。表1-5给出了常用的铝合金挤压各种型材的锭坯、挤压筒加热温度和平均的流出速度。对于本设计题目而言，考虑金属和合金的可挤压性，制品质量要求及设备的能力限制，本设计的挤压速度取V锭=0.82/min、V流出=6080m/min。工模具的润滑在许多加工过程中，润滑的作用很多，挤压加工一次变形量很大，金属与模具接触面上的单位正压力极高相当于金属变形抗力的3-10倍，甚至更高。变形金属的外表更新作用加剧，从而使金属粘结模具的现象严重。因此，挤压时润滑剂的作用是尽可能地使外表干摩擦转变为边界摩擦。这不仅提高了制品外表质量和模具的使用寿命，而且由于降低了模具对金属的冷却作用，使金属流动不均匀性减少，挤压能耗降低。使用平模热挤压型材与棒材时，平模工作面与挤压筒壁交接处存在一个环形的死区，可有效地阻止锭坯外表上的氧化物、夹杂与灰尘进入制品外表，故不允许涂抹润滑剂。但是，挤压钛及钛合金材料时那么必须润滑，这是由于新生的未经氧化的外表金属粘结模具很严重，致使挤出的制品外表上形成较深的划痕与擦伤。采用锥模挤压棒材时，可以进行润滑。此时，为防止锭坯的不良外表进入制品外表，可机械车削除去加热前的锭坯表皮或冷挤锭坯表皮。挤压型材与棒材时，均不润滑挤压垫，以防缩尾形成。采用润滑挤压法时，润滑剂涂抹部位一般限于挤压筒壁、平模工作面和模孔。使用锥模挤压管材时，穿孔针的摩擦作用可使金属的流动较为均匀。因此，不管是否有穿孔操作，均应润滑冷却穿孔针。挤压厚壁管时，亦不允许润滑挤压垫。当使用组合模挤压空心型材与管材时，为了保证接缝质量，绝对不允许润滑。综上所述，对于本设计题目而言，不采用润滑。 模具材料型材挤压时对模具材料的要求：(1). 高的强度和硬度，挤压模具一般在高比压条件下工作，因此，模具材料要求高温下有高的强度和韧性，以防过早地一般为550以下产生退火和回火现象。在常温和高温下具有高的冲击韧性和断裂韧性值，以防止模具在低应力条件下或冲载荷作用下产生脆断。通常模具材料在常温下应大于1500MPa。在工作温度下，挤压工具材料的不应低于1000MPa。(2). 高导热性和稳定性，能迅速地从模具的工作外表散发热量，防止被挤压工件和模具本身产生局部过烧或损失应有的机械强度，具有小的膨胀系数和良好的抗蠕变性能。在高温下有抗氧化稳定性，不易产生氧化皮。(3). 高的耐磨性，在长时间的高温高压和润滑条件不良的情况下，外表有抵抗磨料磨损的能力，特别是在挤压铝合金时，有抵抗因金属的“粘结作用而磨损模具外表的能力。(4). 良好的淬透性，以确保模具的整个断面特别是大型模具的横断面有高且均匀的力学性能。并具有一定的抗腐蚀性和良好的渗氮特性。(5). 抗激冷、激热的适应能力，以抗高热应力和防止模具在连续性、反复、长时间使用中产生热疲劳裂纹。另外，抗反复循环应力性能强，即要求高的持久强度，防止过早疲劳破坏。(6). 良好的工艺性能，材料易于熔炼、锻造、加工和热处理。所用的模具材料在国内应易获取，价廉物美。结合本设计题目和表1-5，模具应具有足够的耐高温疲劳强度和硬度，较高的耐回火性及耐热性，足够的韧性，低的膨胀系数和良好的导热性，可加工性，及经济性，故本设计可采用4Cr5MoSiV1作为模具的材料，热处理的硬度为HRC4047。切压余本设计视挤压设备而定，一般2030mm，要控制质量，切去缩尾等缺陷。淬火本工艺过程中，制品挤出后可通过设置风扇对制品进行吹风来到达风淬固溶强化的目的，或采用喷水雾的方法。冷却直接露置在空气中冷却，到达自然时效的目的。切头尾一般挤压制品的头部和尾部都存在缺陷，为了不影响制品的性能，要进行切头尾的工作。切头尾的量可以是300500mm或5001000mm，本次设计头尾各切300mm。时效 时效处理可以分为两种：自然时效和人工时效。自然时效即让挤压制品在空气中停放；人工时效对6xxx系铝合金可在180240下保温68h。外表处理为了提高制品的耐蚀性和抗疲劳性等，可以对其进行外表处理。外表处理一般有：阳极氧化、着色、喷粉、喷涂、电泳、抛光等。1.4挤压设备及坯料的选择坯料尺寸确定表1-6：常用挤压设备设备吨位500T800T1630T挤压筒直经(mm)95125187挤压截面积(mm)70851226627451锭坯尺寸90270/320120400/450178540/600/660冷床长(m)263244填充系数K1.1141.0851.104压余厚(mm)202530最大挤压比97.48273.6加工范围最大外接圆直径 (mm)6595147挤一根最小制品断面积()72150372 由于制品的截面积：0.481000/2.7177.78mm2模孔外接圆直径60.8根据加工范围要求=158.72mm2,及有500T、800T可选。可以初选择800T的挤压机设备挤压筒直径D。=125mm铸锭直径计算：按间隙值计算Dp=Do-D 铝型材挤压机的按间隙D取310，这里取D=5mm Dp=Do-D =125-5 =120mm锭坯尺寸=120400mm挤压比G=63.58挤压力的计算根据挤压力经验系数公式：-0.8)为挤压力，单位N；为挤压筒内直径，单位；为制品的当量直径，单位；为材料在挤压温度下的变形抗力，单位MPa；可由下表查得。表1-7: 6063铝合金随温度变化的力学性能合金状态温度抗拉强度屈服强度伸长率6063淬火+人工时效150142133202056245402603124753152317803701614105从表中可以看出随着温度的升高抗拉强度和屈服强度逐渐变小，伸长率增大。由外推法得出500时的变形抗力为12。所以 =4117.78/1/2=15.05-0.8) =4596.56KN换算成吨位： 469.04TP额定吨位800T，设备选择符合要求，即所选设备理论可行第二章 导流模的设计采用导流模的方法无论是对空心型材、半空心型材或实心型材都是适用的。特别是对于异常复杂的型材来说，采用普通型材模具无法挤压生产时，采用导流模不仅能实现挤压，而且可使模具使用寿命延长几十倍。导流模根本结构形式有两种：一种是蒋导流模和型材模分开制造然后再组装成一个整体；另一种是将导流模和型材模加工成一个整体。采用导流模挤压铝合金时，铸锭墩粗后，首先通过导流模模孔产生预变性，金属进行第一次分配，形成与型材相似的坯料。然后通过模孔再进行第二次变形，挤压出合格的各种端面的形状。采用导流模挤压可以增加坯料与型材的几何相似性，便于控制金属分配与流动：当挤压型材壁厚差很大时能起调节金属流速的作用，使壁薄、形状复杂、难度大的型材容易成型。导流模的设计原那么是要有利于金属的预分配和调整金属流速。一般来说导流模的轮廓尺寸应比型材的外形轮廓尺寸大515mm；导流孔的深度可取1530mm，导流孔的入口最好做成315的导流角导流模腔的各点应均匀圆滑过渡，外表光洁，以减少摩擦阻力2。该中空光企导流模设计成，如图2-1所示:图2-1：导流模设计图第三章 平面分流模的设计3.1平面分流模的结构及特点平面分流模的结构分流组合模是由阳模上模、阴模下模、定位销、连接螺钉四局部组成，如图21所示。上下模组装后装入模支承中，为了保证模具的强度，减少或消除模子变形，有时还要配备专用的模垫和环。在阳模上有分流孔、分流桥和模芯。分流孔是金属通往型孔的通道。分流孔是入口小、出口大的喇叭形，以减少金属流动阻力。分流桥是支承模芯的。模芯用来成形型材内腔。在阴模上有焊合室，模孔型腔，工作带和空刀。焊合室是把分流孔流出来的金属聚集在一起重新焊合起来形成以模芯为中心的整体坯料，由于金属不断聚集，静压力不断增大，直至挤出模孔。模孔型腔的工作带局部确定型材的外部尺寸和形状以及调节金属的流速，而空刀局部是为了减少摩擦，使制品能顺利通过，免遭划伤，以保证外表质量。空刀的形式不同，可直接影响到模具工作带的强度。定位销是用来进行上下模的装配定位，而联结螺钉是把上下模牢固地联结在一起，使平面分流模形成一个整体，便于操作，并可增大强度。此外，按分流桥的结构不同，平面分流组合模又可分为固定式和可拆式的两种。带可拆式分流桥的模具又称之为叉架式分流模，用这种形式的模子，可同时挤压多根空心制品。1 阳模；2阴模；3螺纹孔；4定位销孔图31分流组合模结构平面分流模的特点平面分流组合模的工作原理与桥式舌型模一样，也是采用实心铸锭，在挤压机挤压力的作用下，金属在经过分流孔时被劈成几股金属流，聚集于焊合室(模腔)，在高温、高压、高真空的模腔内又重新被焊合，然后通过模芯与模子所形成的间隙流出，形成符合一定尺寸要求的管材或空心型材。平面分流组合模是在桥式舌型模的根底开展起来的，实质是桥式舌型模的一个变种，即把突桥改成为平面桥，所以又称为刀式舌型模。这种形式的模子在近年来获得了迅速的开展，并广泛地用于在不带独穿孔系统的挤压机上生产各种规格和形状的管材和空心型材，特别是民用建筑型。平面分流组合模的主要优点是:1可以挤压双孔或多孔的内腔十分复杂的空心型材或管材，也可以同时生产几根空心制品，所以生产效率高，这一特点是桥式舌型模很难实现的。2可以挤压悬臂梁很大，用平面模很难生产的半空心型材。3模具易于组合，互换性高，本钱较低。4易于别离残料，操作简单，辅助时间短，可在普通的型棒挤压机上用普通的工具完成。挤压周期短，同时残料短，成品率高。5可实现连续挤压，根据需要截取任意长度的制品。6可以改变分流孔的数目、大小和形状，使断面形状比较复杂、壁厚差较大，难以用工作带、阻碍角和促流角等调节流速的空心型材很好成形。7可以用带锥度的分流孔，实现在小挤压机上挤压外形较大的空心制品，而且能保证有足够的变形量。但是，平面分流组合模也有一定的缺点：1制品外表焊缝较多，可能会影响制品的组织和力学性能，不适宜内部受压的军工用部件。2要求模子的加工精度较高，特别是对于多孔空心型材，上下模要求严格对中。3与平面模和桥式舌型模相比，变形阻力较大，所以挤压力一般比平面模高30%40%，比桥式舌型模高15%20%。因此目前只限于生产一些纯铝，铝锰系、铝-镁-硅系等软铝合金。为了用平面分流组合模挤压强度较高的铝合金，可在阳模上加一个保护模，以减少模桥的承压力。4残料别离不干净，有时会影响产品质量，而且不便于修模3.2模组尺寸确定结构简图如图3-2图3-2：主要结构尺寸标注根据前面计算，从表3-1选取表3-1：模组尺寸设备吨位500T800T1630T12H160180190210250240310350340H1203030H2809090100110150H3506050606080根据前面的计算，从上表选取：H2=100 H3= 60 H1=30 1=210 2=250 H=240 模子外形尺寸简图3-3和表3-2的数据可以确定=165 =175 =12 =30因为本设计采用孔道式分流组合模，下模起到模垫的作用，所以不需要设计模垫。所以=+=100故：取60mm 40mm。表3-2挤压模具的尺寸设备吨位500T800T1630Td1/d2135/1452025165/1752530250/2603040h11212131213图3-3 模子外形尺寸3.3组合模相关参数确实定扇形面积确实定：分流比是指分流孔的总面积与挤出制品断面积之比，一般用来表示： 分流比的大小直接影响到金属流动阻力的大小、制品的成形和焊合质量。值越小，那么挤压时变形阻力越大，这对模具的使用和挤压生产都是不利的。一般，在保证模具有足够强度前提下值应尽量选取大一些，这样有利于金属的流动与焊合。对于挤压空心型材取=1030；对于挤压管材取=1030。本设计初步取=10。分流孔的面积F分K. F型=10177.78=1777.8mm2且分流孔面积的大小相同故F分=888.9mm2分流孔位置确实定1 应保证分流孔最大外接圆直径比设备可加工范围的孔最大外接圆直径小5mm。本设计设备的可加工最大外接圆直径为95,故分流孔最大外接圆直径90mm2 综合各因素考虑，暂时先取其外接圆直径为80mm3 确定a，的大小如图图3-4：分流孔位置确定图其中a,b为模孔与模腔的最小距离，依据经验a,b一般取38，本设计取a/b相等取a=b=4.25 图3-5此题初定为120o由h=31.5/2+4.25=20,H=86/2=40，有几何公式S扇=1/2H2-h2tan由此计算出扇形的面积为981.87mm2，此时的分流比K=F分/F型=1054.472/177.78=11.05.此数值符合K=1030， 因此取120o符合要求，同时得出本设计的分流比为K=11.05。分流孔的形状分流孔由一定的倾斜锥度，这样可以改善焊缝的质量，孔道锥面与其轴线的夹角为24，本设计取33.4分流桥 分流桥的结构和尺寸对金属的流动速度、焊合质量、挤压力大小和模子强度等都有明显的影响。分流桥宽度太大，将减小分流比，增加受压面积，使挤压力增加，因此，会降低模具强度和焊缝的质量，但可改善金属流动的均匀性。分流桥的高度太大(即上模厚度)那么金属通过分流道时间过长，磨擦阻力增加，挤压力明显增大。虽然模具承受剪切的面积增大，但由于挤压力增加，易出现“挤不动的现象，降低模具寿命。分流桥宽度B确实定，从加大分流比，降低挤压力方面来考虑，B应小些；但从改善金属流动的均匀性来考虑，B应大些；模孔要能被分流桥遮蔽。根据大量散热片模具设计经验，这里将分流桥宽度B设计为40mm B=b(320)本设计采用矩形带倒角结构，根据图3-6.分流桥的形状分流桥的截面形状主要有矩形，矩形倒角的和水滴形的三种。采用矩形截面分流桥时，金属在桥下形成一个死区，不利于金属流动与焊合。矩形倒角截面和水滴形或近似水滴形截面的分流桥有利于金属的流动与焊合，而且便于模具加工，因此，在强度允许的条件下，应尽量采用这两种截面的分流桥。截面形状设计如图36 所示图3-6：模桥示意图分流桥高度确实定保证模具强度条件下越小越好，以降低挤压力和节约模具钢材，一般在设计时根据强度计算确定：应该按照两端固定的均布载荷梁校核其弯曲强度。 式中 Hmin分流桥的最小高度，mm；l分流桥两个危险断面之间的长度，mm；P-挤压机最大比压，即单位压力，MPa；b模具材料的许用应力，MPa；在450500C下，对于4Cr5MoSiV1取b1000MPa代入数据得：Hmin86347.74/2 10001/2Hmin35.86mm3.5焊合室焊合室的形状和大小对焊缝的质量有很大的影响。常用的焊合室截面形状有圆形和蝶形两种，为了提高焊缝质量，本次设计采用近似蝶形焊合室，这样有利于消除焊合室边缘与模孔平面之间的结合死区，围绕着分流孔的形状，在恰当的地方加倒圆角，可以采用大圆角R520mm，这里取R=10。焊合室是金属集聚并焊合的地方，焊合腔的容积越大，焊合腔的截面积与制品断面之比越大，那么焊合腔所建立起来的静水压力就越大，金属在焊合腔中停留的时间就越长，因而，焊接的质量就越高。可能采用的挤压速度就越大，当分流孔的形状、数目及分布确定以后，焊合室的断面积也根本上确定，经过计算这里取焊合室的外接圆直径为86mm。焊合腔的高度有着重要意义，当焊合室太浅时，由于摩擦力太小不能建立起足够的反压力，使焊合压力缺乏，导致焊合不良，但太深又会影响模芯的稳定性，易出现空心制品壁厚不均匀现象，同时还会降低成品率。可根据挤压筒的直径来确定焊合室的高度表3-3：焊合室的高度与挤压筒直径的关系 挤压筒直径/mm95130150200200280300350500焊合室高度/mm10152025303540504080本次实际的挤压筒直径=125mm，当=95130mm时，=1015mm，所以本设计取=14mm，直径上的尺寸与上模分流孔相适应，焊合室的形状近似为碟形，主要尺寸如以下图所示，其余圆角局部为R10。形状为圆形如图： 图3-7：焊合室形状3.6模子内形尺寸确实定由于挤压比=81，故不需要多孔挤压工件如下图:图3-8：挤压件图1模孔的外形尺寸指型材的宽与高AK：由公式按经验公式： 式中：模孔尺寸，mm制品外形的名义尺寸，mmK经验系数，一般取0.0070.015，由于本设计是对6063合金，由下表取K=0.01型材外形尺寸的正偏差，这里为0。表3-4：不同金属的裕量系数K 金属种类裕量系数K%金属种类代号裕量系数K%纯铜1.5L1L7、LF2、LF3、LF21、LD2、LD31等1.01.2黄铜1.01.2LF5、LY11、LY12、LD5、LD8、LC4等0.71.0青铜1.7MB1、MB2、MB15等1.01.2高镁合金1.01.22 型材的壁厚的尺寸由经验公式有，式中：模孔壁厚尺寸，mm型材壁厚的名义尺寸，mm型材壁厚的正偏差，mm。当3mm时，=0.1mm；当3mm时，=0.2 mm。3 计算得出几何尺寸:先计算下模：模孔外型尺寸： 长度方向尺寸为52 =5210.010=52.52宽度方向尺寸为31.5 =31.5(10.010) =31.82其它相关尺寸也按照此公式计算。壁厚的尺寸 =+=10.1 =1.1上模的尺寸舌芯根据下模尺寸减去制品壁厚的尺寸来确定，=-2=31.82-2.2=29.62mm=-2=52.52-2.2=50.32mm3.7 模孔工作带 工作带是模具的有效工作局部，主要是用来稳定挤压制品的形状和尺寸。工作带长度是设计型材模孔最重要的几何参数之一，它直接影响着制品的质量。由于工作带对金属流动起阻碍作用，增加工作带长度可以增大摩擦阻力，使向该处流动的供给体积中的流动静压力增大，迫使金属向阻力小的部位流动，从而使型材整个断面上金属流量趋于均匀。定径带过短,模子易磨损,同时会压伤制品,出现压痕、椭圆等；定径带过长,易在定径带上粘结金属, 使制品外表上出现划伤、毛刺、麻面等缺陷, 同时挤压力也将增高。更重要的是在型材挤压时, 定径带的长短是调整金属流动速度的关键因素, 工作带长度设计不当,型材各局部流出模孔的速度就不均匀, 挤压出的制品会产生扭拧、弯曲、平面间隙大等缺陷。为了合理给定工作带长度,应考虑影响工作带长度的三个主要因素：a模孔排列位置对金属流动的影响。挤压时金属的流动特性是靠近挤压筒中心部位的金属流动快,远离中心逐渐减慢。为此,如使金属流动均匀,必须把中心部位的模孔工作带做得厚些,远离中心处逐渐减薄。b型材壁厚对金属流速的影响。型材壁厚越大,即模孔尺寸越大,那么金属流动就越快,此处的工作带应做得厚些。c模孔分流桥遮蔽的情况及分流孔的大小和分布。组合模的工作带应比一般结构的模子工作带长些，并在其入口方向带1的锥度，以利改善焊缝质量。表3-5：模孔工作带的最小长度数值挤压机能力122.549.034.315.919.606.1712.25:模孔工作带的最小长度/mm51048362.551.53模孔空刀尺寸/mm32.521.520.51.5由于本空心型材制品的结构比较简单，外形相对较小，一般可取23.5，生产实践中对铝合金常用38，本设计取h5mm模角工作带与工作端面的连接都有一个尖棱角，挤压过程中易于出现裂纹和压秃、压塌等现象从而会改变模孔尺寸，导致难以保证挤压制品的尺寸精度，因此，必须采用过渡圆角半径r。由于本设计的挤压形材材料是6063，查经验数据可得，r=0.40.75mm，取0.5mm. 另外，模具工作带出口处要留有模口空刀，以防止划伤制品外表。对于平面分流模的孔空刀，当型材壁厚t2mm时，可采用加工容易的直空刀和斜空刀结构；当t2mm时或带有悬臂处可采用组合空刀结构。因为本设计型材的壁厚为1mm，所以采用组合空刀结构，空刀出口处比模孔宽0.5mm，如以下图：图3-9：模口空刀3.8 模芯的设计 模芯相当于挤压针，其定径区决定于制品的内腔形状和尺寸，它的结构直接影响模芯强度、金属的焊合质量和模具的加工方式。模芯的定径带有锥式、锥台式和凸台式三种，模芯宽度在b10mm时，多采用锥式；在10mmb20mm时，多采用凸台式。由于本设计中的模芯宽度为40mm,大于20mm，故采用凸台式。舌芯长度宜短，稍伸出工作带即可，过长那么造成管子偏心，过短那么形成椭圆型，对于小型挤压机，一般伸出下模工作带1-3mm，本设计取3mm，模腔外形按空心型材的空心局部确定。成型局部以上的局部要造成圆角，这样有利于焊合质量提高。R1=5mm R2=3mm,t=1.5mm，如以下图所示： 图3-10：模芯的形状及相关尺寸上模凸台设计上模凸台高取7mm.用于与下模装配定位，用于装配定位。而下模的凸台高度为5mm,宽为2mm,设置在下模的边缘局部，用于与上模装配定位。定位设计和螺钉的选择定位方面采用固定销，在上下模做两个10的定位销孔定位，所选择的圆柱销为GB/T119.2-2000圆柱销，规格为d=10，l=65，c=2.固定销布置时应采用不对称布置。 螺钉采用内六角圆柱头螺钉M10, 长度为60mm，所选用的螺钉规格为GB/T70.1-2000内六角圆柱头螺钉。3.9模子强度校核组合模在使用过程中，常因受较高的压力而使桥被压塌和压断，根部还被拉断，而且在舌芯根部和分流孔周围也可能产生裂纹。因此在设计中应对强度进行校核。孔道式组合模在工作时承受载荷最不利的情况是分流孔道和焊合室尚未进入金属和金属充满焊合室以后流出模孔之际，故强度的校核主要是针对模子的分流桥，模桥的弯曲应力和抗剪强度。1)分流桥弯曲应力校核HminL p/b)1/2，式中:Hmin分流桥的最小高度 L分流桥两个危险断面的长度，经计算L86mm p作用在挤压垫片上的单位压力pP/F04596559.845N/12266=347.74MPab 模具材料在温度下的许用应力。在450500C下，对于4Cr5MoSiV1取b1000MPa代入数据得：Hmin86347.74/2 10001/2Hmin35.86mm由于上模厚度H上60mm35.86mm，故符合要求2分流孔道抗剪强度的校核Qq / Fq Qq分流桥面上的总压力；Fq分流桥受剪应力的总面积；许用剪应力，(0.50.6) b，450500C下，对于4Cr5MoSiV1取b=1000MPa, 所以500600MPaFq=nFn分流孔的数目:为2F以分流孔间的最短距离为长度.以模子厚度为高度所形成的面积,。分流孔间的最短距离B为40mm，那么F=Bx=4060=2400分流桥端面上受的总压力为Qq =pS桥=347.743696.92=1285566.96N代入公式有: Qq / Fq=267.83MPa500MPa故强度符合要求。 第4章 挤压工具设计4.1挤压筒的结构设计挤压筒内径的选择圆挤压筒工作内套的内孔直径D筒主要根据挤压机的能力、前梁结构、挤出制品的允许挤压系数“l的范围，以及被挤压合金变形所需单位压力P比等来确定。D筒的最大值应保证作用在挤压垫片上的单位挤压力P比不低于被挤压材料的变形抗力。 对于给定的挤压机来说，D筒越大那么P比就越小，因而对挤压系数大、断面积小、壁薄、形状复杂的高强、耐热合金制品挤压就越困难。在挤压铝及铝合金的型、棒材时，一般要求P比为350500Mpa。 用舌型模或平面分流组合模挤压形状复杂的空心型材时，那么要求P比为6001100Mpa。冷挤压管材时，那么要求P比为1200Mpa以上。挤压筒的最大D筒还受到挤压机前梁空间的限制，如果前梁的开口空间较小，那么挤压筒的外径就不能过大，因而D筒也就受到限制，否那么会影响挤压筒本身的强度。挤压筒的最小直径应保证工具的强度，特别是挤压轴的强度，在一般情况下，挤压轴所受的单位压力不应超过8001000Mpa，个别情况下最高可允许13001500Mpa，同时受到挤压工具材料性能和使用寿命和限制。 绝大