1、1借助 pro/e的铝型材模具设计摘要介绍铝合金型材挤压平面分流组合模 1设计中模具结构的选择,系统地分析了平面分流组合模分流孔的布置、分流桥的结构，以及模芯焊合室工作带等重要参数的确定方法。另外借助 pro/e在复杂分流组合模具设计中的有限元分析 2功能，来分析挤压模具在工作中是否出现应力集中，变形程度和疲劳寿命，并对不合理的部分进行设计分析 3满足使用性能。实践表明, P ro/e 在实际应用中，更加智能性的完成了模具的设计工作, 更加促进了模具的改进。关键词： 铝合金型材,挤压模具,有限元分析AbstractThe introduce of aluminum profiles extru
2、sion mold structure in the plane porthole die design and systematically analysis of the plane the porthole die diversion hole arrangement and the bridging structure, as well as other important parameters of the mold core and welding chamber.What is more ,using the function of finite element analysis
3、 of pro/e can help people analyzethe trouble of the extrusion die if there is a stress concentration, the degree of deformation or fatigue life ,at the same time ,which help people make a decision to optimize the design and meet the use of performances. This study focusing on pro / e in the complex
4、porthole mold design shows that pro / e is a more intelligent completion of the design of the mold, and more promote the improvement of the mold.2Keywords：Aluminum alloy, Extrusion die, Finite element analysis 3目录1绪论 .11.1铝型材挤压概述 .11.1.1 铝合金型材分类 .11.1.2 挤压种类及基本方法 .11.1.3 型材挤压模具分类 .11.1.4 分流组合模热挤压过程
5、.11.2挤压模具在挤压过程中的关键作用 .11.3影响热挤压模具寿命的主要因素 .12模具结构要素设计要求 .13分流组合模具各个部分设计 .13.1挤压机的选择 .13.2模具材料的选择 .13.3挤压比的选择计算 .13.4分流比的选择计算 .13.5分流孔的总体设计 .13.5.1 分流孔的形状 .143.5.2 分流孔的断面尺寸 .13.5.3 分流孔的数目与布置 .13.6分流桥的设计 .13.7模芯的设计 .13.8焊合室的设计 .13.9模孔尺寸的设计计算 .13.10 模孔工作带长度的确定 .13.11 模孔空刀结构设计 .13.12 强度校核 .14结论 .1致谢 .1参考
6、文献 .11绪论1.1铝型材挤压概述1.1.1铝合金型材分类5目前,铝合金挤压型材的品种规格大约有 5万种以上,可以根据以下 3个基本特征进行分类：根据第一个特征,铝合金型材分为通用型材和专用型材。根据第二个特征,通用型材一般可分为 4组:直角型材、斜角型材、带圆角和圆弧的型材、回头型材。考虑到第二个和第三个特征,专用型材可分为 4组:空心型材、变断面型材壁板型材和建筑型材。空心型材可分为 4小组:具有一个圆形孔的;具有一个方形孔或矩形孔的;具有一个异形孔的;具有两个或多个异形孔的空心型材。此外,按型材的合金状态与力学性能不同,还可分为一般强度型材和高强度型材。1.1.2 挤压种类及基本方法1
7、.挤压种类1）按毛坯的温度不同分类6冷挤压:在室温中对毛坯进行挤压。温挤压:将毛坯加热到金属再结晶温度以下某个适当的温度范围内进行挤压。热挤压:将毛坯加热至金属再结晶温度以上的某个温度范围内进行挤压。2）按毛坯材料种类不同分类有色金属挤压:被挤毛坯材料为有色金属及其合金。黑色金属挤压:被挤毛坯材料为黑色金属及其合金。2. 挤压的基本方法根据挤压时金属流动方向与凸模运动方向之间的关系,将常见的挤压方法分为如下几种：正挤压:挤压时,金属的流动方向与凸模的运动方向相一致。正挤压又分为实心件正挤压和空心件正挤压。反挤压:挤压时,金属的流动方向与凸模的运动方向相反。复合挤压:挤压时,毛坯一部分金属的流动
8、方向与凸模的运动方向相同,而另一部分金属的流动方向则与凸模的运动方向相反。减径挤压:是一种变形程度比较小的变态正挤压法,毛坯断面仅有轻度缩减。径向挤压:挤压时,金属的流动方向与凸模的运动方向相垂直。径向挤压法又分为离心式和内心式径向挤压两种。7墩挤复合法:是将局部锻粗和挤压结合在一起的加工方法。1.1.3 型材挤压模具分类铝型材挤压模具的种类很多,一般按如下形式分类:1.按模孔压缩区断面形状可分为:平模、锥形模、平锥模、流线形模和双锥模等。2.按被挤压的产品品种可分为棒材模、普通实心型材模、壁板模、变断面型材模和管材模、普通管材模、空心型材模等。3.按模孔数目可分为单孔模和多孔模。4.按挤压方
9、法和工艺特点可分为热挤压模、冷挤压模、静液挤压模、反挤压模、连续挤压摸、水冷模、宽展模、卧式挤压机用模和立式挤压机用模等。5.按模具结构可分为整体模、分瓣模、可卸模、活动模、舌型组合模、平面分流组合模、嵌合模、插架模、前置模、保护模等。6.按模具外形结构可分为带倒锥体的锥形模、带凸台的圆柱形模、带正锥体的锥形模、带倒锥体的锥形-中间锥形压环的模具、带倒锥的圆柱-锥形模、加强式模具等。上述各类分类方法是相对的,往往是一种模具同时具有上述各类分类方法中的几种特征。1.1.4 分流组合模热挤压过程对于空心铝型材的热挤压 4,要使用结构复杂的模具,如平面分流组合模、桥模或星形模。图 1为一空心铝型材平
10、面分流组合模热挤压过程示意图。铝坯锭在工8频炉中加热至指定预热温度后,通过剪切机将长坯料剪切成指定长度的铝锭,再通过送料机械手送入挤压筒中。实心铝锭在挤压机挤压力的作用下,在经过分流孔时被劈成几股金属流,汇集于焊合室(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,而形成符合一定尺寸要求的管材或空心型材。图1 空心型材平面分流组合模热挤压过程示意图1.2挤压模具在挤压过程中的关键作用挤压模具是使铸锭完成最终的塑性变形并获得所需形状的工具,其作用主要体现在以下几个方面:1合理的模具结构是实现任何一种挤压工艺过程的基础。在挤压过程中,挤压筒中的铸锭在挤压轴输出
11、的压力作用下,因承受强烈的三向压应力而产生变形,模具是使金属产生挤压变形和传递挤压力的关键部件,是使金属最后完成塑性变形获得所需形状的工具。在目前的条件下,还不能想象无挤压筒，无模具的挤压工艺。29挤压模具是保证产品形状，尺寸和精度的基本工具。只有结构合理，精度和硬度合格的挤压模具,才能实现产品的成形并具有精确的内外廓形状和断面尺寸。同时,合理的模具和工具(包括模垫，支承环和导路等)设计能保证产品仅有最小的翘曲和扭曲，最小的纵向弯曲和横向波浪度。3模具是保证产品内外表面质量最重要的因素之一。挤压模具本身的表面粗糙度，表面硬度对产品的内外表面粗糙度有着决定性的影响,只有通过精磨抛光 5和氮化处理
12、或表面硬化处理的模具,才能挤压出具有光亮表面的挤压制品,经过表面处理后可获得色调美观，厚度均匀，附着牢固的表面氮化膜。4合理的模具结构，形状和尺寸,在一定程度上可控制产品的内部组织和力学性能,特别是在控制空心制品的焊缝组织与力学性能方面,分流孔的大小和形状及其分布位置，焊合腔的形状和尺寸，模芯的结构等起着决定性的作用。5合理的模具设计与制造能大大提高模具的使用寿命,这对于降低产品成本有着十分重要的意义。因此,合理地设计与制造模具,对于提高生产效率，提高产品的质量,减少能耗等有着重大的意义。1.3影响热挤压模具寿命的主要因素铝型材制品质量的高低,关键取决于挤压模具的设计质量。而模具的使用寿命则是
13、评价挤压生产过程是否经济可行的决定性因素,也是实现挤压生产高效，优质，低耗的最重要保证。综合企业界多年的生产 6实践经验,借鉴大量的同行业资料,可将影响热挤压模具使用寿命的主要因素归列为:模具结构;模具材料;模具的热处理及表面处理工艺;模具的制造工艺(冷加工，热加工与电加工);挤压工艺与使用条件;模具的维护与修理;挤压产品材料特性，形状，规格;模具的科学化管理等。10以上影响热挤压模具使用寿命的各种因素,既互相影响,又互相制约,构成了一个有机整体。因此,应把模具寿命当作一个系统工程的问题对待,抓住并解决关键问题,达到提高模具使用寿命之目的。2模具结构要素设计要求型材是挤压的主要产品，随着航空工
14、业和其他工业部门的飞速发展，特别是建筑工业及民用事业的发展，对铝合金型材的要求不仅数量增加、规格扩大、品种增多，而且其形状日见复杂，并广泛用来制造承受重载的整体结构件。铝合金型材可分为普通型材和专用型材两大类。专用型材主要指变截面型材，空心型材和壁板型材等。普通型材主要是指各种形状规格和各种用途的实心型材。普通型材的应用最广，品种规格多，是常用的铝合金型材。普通型材主要用于单孔或多空的平面模来进行挤压。在挤压断面形状比较的复杂，非对称性很强或型材各处的壁厚尺寸差别很大的型材时，往往由于金属流出模孔的速度不均匀而造成型材的扭拧、波浪、弯曲及裂纹等废品，因此，为了提高挤压制品的质量，在设计型材模具
15、时，除了要选择有足够强度的模具结构以外，还需要考虑模孔的配置 7，模孔制造尺寸的确定和选择保证型材断面各个部位的流动速度均匀的设计。铝型材挤压模具寿命的高低,与模具的结构形状及几何尺寸有很大关系。实践表明,挤压模具的结构尤其是模具厚度和分流孔的位置，形状和大小以及分流桥等对模具的寿命影响很大。模具几何形状影响材料流动和工件-模具界面的压力分布,而且接触压力对失效机理有强烈的影响。生产空心型材用的平面分流组合模一般是由上模(阳模),下模(阴模),定位销,联结螺钉四部分组成。在上模上有分流孔，分流桥和模芯,分流孔是金属通往型孔的通道,分流桥是支承模芯(针)的支架,而模芯(针)用来形成型材内腔的形状和尺寸。在下模上有焊合室，模孔型腔，工作带和空刀。焊合室把分流孔流出来的金属汇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
