1、挤压模具设计,邓小民,课程简介,本课程以铝合金挤压模具设计为例，介绍挤压模具设计的基本方法、思路。主要内容包括：概述，挤压模具用材料选择，普通型材模、舌型模、分流模、宽展模、导流模、保护模的设计方法，模具修正方法等。,1、概述所谓挤压，就是对放在挤压筒内的金属锭坯从一端施加外力，强迫其从特定的模孔中流出，获得所需要的断面形状和尺寸的制品的一种塑性成型方法。,挤压方法适合于各种金属材料的塑性成型，特别适合于有色金属材料的挤压成型，其中最典型的是铝合金型材的挤压成型。挤压模具设计的任务，就是根据制品的断面形状和尺寸的具体要求，设计能够生产出合格制品的模具，且符合经济利益原则。主要内容：铝合金挤压模
2、具设计,1.1铝合金型材分类目前，铝合金挤压型材的品种规格大约有50000种以上，其断面是非常复杂的，有各式各样。其特点是：绝大多数断面是不对称的；型材断面与锭坯断面不相似；型材断面各部位壁厚差大；多数带有各种形状的半空心、空心等。其结果造成金属流动不均匀，挤压制品出现弯曲、扭拧、波浪、尺寸不合格、裂纹等各种缺陷；易造成模具的早期失效及损坏。,不同的铝型材企业，对所挤压的铝合金型材有自己不同的分类表示方法。按照原冶金部标准化研究所1984年出版的“铝及铝合金、镁合金挤压型材图册”，挤压型材按形状或用途共分为十大类，分别在XC后面用1、2、3、4、5、6、7、8、9、0表示。在17类型材中，根据
3、型材的断面形状及特点，又分为若干个目。在同一目中，按型材形状又分为若干组，一个图形即为一组，依自然顺序排列。,XC1角形型材 XC2丁字型材 XC3槽形型材 XC4Z字型材 XC5工字型材 XC6航空用型材 XC7电子工业用型材 XC8民用型材 XC9其他专用型材 XC0空心型材,（1）XC1角形型材，下分5个“目” XC11直角型材 XC12锐角型材 XC13钝角型材 XC14圆头角型材 XC15异形角型材,XC112 XC121 XC131 XC141 XC1510,（2）XC2丁字型材，下分6个“目” XC21直丁字型材 XC22斜丁字型材 XC23双丁字型材 XC24圆头丁字型材 XC
4、25异形丁字型材 XC26专用异形丁字型材,XC211 XC221 XC231 XC246 XC254,（3）XC3槽形型材，下分7个“目” XC31普通槽形型材 XC32凸边槽形型材 XC33弯边槽形型材 XC34圆头槽形型材 XC35异形槽形型材 XC36叉形槽形型材 XC37燕尾槽形型材,XC311 XC321 XC331 XC344,XC353 XC362 XC373,（4）XC4Z字型材，下分5个“目” XC41等边等壁Z字型材 XC42等边不等壁Z字型材 XC43不等边等壁Z字型材 XC44圆头Z字型材 XC45异形Z字型材,XC411 XC421 XC434 XC441 XC45
5、2,（5）XC5工字型材，下分5个“目” XC51等边等壁工字型材 XC52等边不等壁工字型材 XC53不等边不等壁工字型材 XC54圆头工字型材 XC55异形工字型材,XC511 XC521 XC531 XC541 XC551,（6）XC6航空用型材，下分7个“目” XC61边条、铰链型材 XC62尾刃、窗框等型材 XC63管夹型材 XC64大梁型材 XC65变断面型材 XC66异形型材 XC67毛坯型材,XC611 XC621 XC637 XC649,XC6571,XC6571,XC66601 XC673,（7）XC7电子工业用型材，下分8个“目” XC71边框型材 XC72骨架型材 XC
6、73插角型材 XC74联结型材 XC75附件型材 XC76散热型材 XC77整体型材 XC70空心型材,XC711 XC722 XC731 XC747,XC754 XC7610 XC776 XC703,代号XC8、XC9、XC0为无“目”的型材类，在类的后面就是组。如XC81-2，即为第8类、第1组中的第2号型材。 1.2断面形状的复杂性根据断面形状的复杂程度可把型材分成三大类： （1）实心型材（简单）指一般的角材、槽材、工字型材、丁字型材、Z字型材等。,各种实心型材,（2）半空心型材（较复杂）根据型材断面形状分为三级： 级：从开口中心线看左右是对称的。 级：从开口中心线看左右是不对称的。 级
7、：两个半空心型材。,（3）空心型材（复杂）根据断面形状也可分为三级： 级：圆形空心，直径较小，断面对称；或内径较小，外形不对称。 级：除级以外，外接圆大于130 mm，只有1个空心，空心是非圆 形。 级：除、 级以外所有的空心型材，壁厚是均一的，其空心断面是完整 或多孔的，即圆、正方、长方、六角、椭圆、梯形等。,对于半空心和空心型材，级别越高，其断面形状越复杂，可挤压性越差，模具设计的难度就越大。,即便是相同级别的半空心型材或空心型材，断面形状不同，其复杂程度也不一样。因此，除断面复杂性外，还要考虑形状因素F0：型材断面周长S与单位质量W之比（或周长与断面积A之比），即： F0 =S/A=S/
8、W。 如果用C表示型材外接圆直径，则SC/A就是一个反映挤压难易程度的指数，其值越大，型材越难挤压。,1.3 型材断面设计原则 1.3.1 断面大小型材断面大小用外接圆来衡量，外接圆大，所需要的挤压力大。挤压型材的最大外接圆直径一般比挤压筒直径小25 50 mm，挤压空心型材时应更小一些。,1.3.2 挤压比挤压比小，变形量小；挤压比大，所需要的挤压力大。一般，纯铝的挤压比可达300，6063合金可达200，硬铝合金可在2060之间选择。有时也可用变形率表示：=（1-1/）100%通常认为，95%是经济合理的。 1.3.3型材壁厚壁厚与合金的挤压难易程度有关。如6063合金壁厚取1mm时，60
9、61合金就应,取1.5mm、7075合金取2.02.5mm左右时，其挤压的难易程度相近。另外，壁厚选择还与外接圆直径、断面形状等有关。一般情况下，型材的宽厚比（B/t）小于30为宜；当B/t50时，比较难挤压；当B/t100时，属于特别难挤压型材，需要采取特殊措施。,1.3.4型材包围空间面积设计按包围的空间面积与开口宽度平方的比值舌比，即A/W2进行计算，然后与表1-1中的数值对照，比表中数值大的定为半空心型材，小的定为实心型材。,1.3.5 直角间的圆角半径凸出的直角上的过渡半径过小易发生应力集中；凹形的直角在模孔入口处易磨损。一般像6063一类挤压性能良好的合金，其最小圆角半径取R=0.
10、4mm，其它合金取0.6mm。 1.3.6 断面尺寸偏差型材断面尺寸偏差应根据产品的加工余量、使用条件、挤压难易程度、合金牌号、形状特点及所处的部位来确定，通常在有关标准和用户提供的图纸中规定。,2 挤压模具用材料 2.1 挤压工模具的工作条件 (1)承受长时间的高温作用。温度可达550C以上，时间一般为几分钟到几十分钟，甚至数小时。 (2)承受长时间的高压作用。从挤压纯铝所需要的最小单位压力100MPa到某些铝合金空心型材的1000MPa。 (3)承受激冷激热作用。挤压铝合金时，工模具工作和非工作时间的温差可达200 300C以上。,(4)承受反复循环应力作用。大部分工具在挤压时受压应力，在
11、非工作时间突然卸载，应力下降到零；穿孔针在穿孔时受压，在挤压过程中受拉应力作用。 (5)承受偏心载荷和冲击载荷作用。 (6)承受高温高压下的高摩擦作用。 (7)承受局部应力集中的作用。 2.2 挤压工模具材料的合理选择 2.2.1 对工模具材料的要求 (1)高的强度和硬度值。一般要求在常温下其b值应大于1500MPa。,(2)高的耐热性。一般在工作温度(500C)下挤压工具材料的s不应低于650MPa，模具材料的s不应低于1000MPa。 (3)具有高的冲击韧性和断裂韧性值。 (4)在高温下具有高抗氧化稳定性，不易产生氧化皮。 (5)高的耐磨性。 (6)具有良好的淬透性。确保工具整个断面有高、
12、均匀的力学性能。 (7)具有抗激冷、激热的适应能力。,(8)高的导热性。能迅速散发热量，防止工件产生局部过烧，防止工具强度损失。 (9)抗反复循环应力性能强。防止过早疲劳破坏。 (10)具有一定的抗腐蚀性能和良好的可氮化性能。 (11)具有小的膨胀系数和良好的抗蠕变性。 (12)良好的工艺性能。易于熔炼、锻造、加工和热处理。 (13)材料易获得，且价格较廉价。,2.2.2 常用挤压工模具钢材的性能特点挤压铝合金最常用的工模具钢有钼钢和钨钢两大类。钼钢具有较好的导热性，对热裂纹不太敏感，韧性较好，典型代表是5CrNiMo钢。钨钢具有较好的耐高温性能，但韧性较低，典型钢种是3Cr2W8V钢。在挤压
13、模具制造方面，我国长期以来一直使用3Cr2W8V钢。其特点是：,具有很高的室温强度性能，当温度为650C时，s仍可达到1100MPa，HRC可达47；热处理后具有良好的耐磨性和符合模具使用的热疲劳强度。但也有许多缺点： (1)冶金过程工艺性能较差，难以制造超过1000kg的大型优质锻件。(2)导热能力较差，引起温度场不均匀。(3)加热时易产生脱碳现象，使表面层的强度和耐磨性降低。,(4)在200500C范围内的传热能力低。近十几年来，铝合金挤压厂家逐渐开始采用4Cr5MoSiV1（H13）钢制作挤压模具。与3Cr2W8V钢比较有以下特点： (1)化学成分设计较合理,易于采用先进的熔铸技术提高钢
14、材本身的质量。 (2)钢的锻造、冷加工和电加工工艺稳定，容易控制。,(3)比3Cr2W8V钢有更好的热处理特性，热处理工艺稳定，有十分优良的表面处理和化学热处理性能。但易氧化和脱碳，应在真空炉或保护性气氛炉中热处理。 (4)热处理后比3Cr2W8V钢具有更好的综合性能，除了强度略低外，其余性能均优于3Cr2W8V钢，特别是韧性、塑性、断裂韧性、热磨损抗力、热疲劳抗力尤为突出。,2.2.3 热挤压工模具材料的合理选择 (1)根据挤压金属和合金的性能选择最合适、最经济的工模具材料。我国主要用4Cr5MoSiV1和3Cr2W8V钢作为挤压铝合金的模具材料；选用3Cr2W8V、4Cr5MoSiV1、5
15、CrNiMo、5CrNiW等作为基本工具的材料。 (2)根据产品品种、形状和规格选择工模具材料。挤压圆棒和圆管时，可选择中等强度的5CrNiMo、5CrMnMo、5CrNiW钢；挤,压复杂形状的空心型材和薄壁管材时，选用高强度的4Cr5MoSiV1或3Cr2W8V钢；对于形状非常复杂的空心型材、宽厚比大于50的扁宽薄壁型材和带筋壁板型材等，则希望选用更高级的材料（如日本的AF31钢）。 (3)根据挤压方法、工艺条件与设备结构，合理选择模具材料。,冷挤压时工模具在很高的压力下工作（可达15002000MPa），局部温度可达150200C，挤压速度快，受冲击力作用大。除3Cr2W8V钢外，可选用硬
16、质合金材料制造挤压工模具。 静液挤压时，模具处于高压液体包围中，呈预应力状态，可选用3Cr2W8V钢。 穿孔挤压时的针尖，水冷或液氮冷却的模具等，应选用良好抗激冷激热的材料；正向无润滑挤压时 ，模具的耐腐蚀性、表面硬度、氮化性能等，应比润滑挤压时的材质好。,(4)根据挤压工模具的结构形状和尺寸选择模具材料。挤压管、棒、普通实心型材的平面模，一般选用5CrNiMo或3Cr2W8V钢制造；形状复杂的特殊型材模、舌型模、平面组合模等，用4Cr5MoSiV1、3Cr2W8V或更高级的材料。一般情况，用5CrNiW、5CrNiMo、5CrMnSiMoV等材料制造挤压筒。但小挤压筒、高比压挤压筒、扁挤压筒
17、，内套选用3Cr2W8V或4Cr5MoSiV1，中套选用5CrNiMo，外套可选用45号锻钢。,组合式挤压杆、针支承等，其工作部分选用3Cr2W8V或4Cr5MoSiV1钢，基座部分选用5CrNiMo。受重载荷的小尺寸工模具，应选用3Cr2W8V、4Cr5MoSiV1或更高级的材料；对于大尺寸，质量超过300kg的模具和500kg的基本工具，一般不宜采用3Cr2W8V，最好选用4Cr5MoSiV1。 (5)要考虑材料的价格及其他因素。,3 挤压模具设计 3.1 挤压模具的分类及装配形式 3.1.1 挤压模具的分类 (1)按模孔压缩区断面形状分类有：,(2)按挤压产品的品种分为：棒材模、普通管材
18、模、实心型材模、空心型材模、壁板型材模、变断面型材模和管材模。 (3)按挤压方法和工艺特点分为：热挤压模、冷挤压模、静液挤压模、反挤压模、连续挤压模、水冷模、宽展模、卧式挤压机用模、立式挤压机用模等。,(4)按模孔数目分为：单孔模和多孔模。 (5)按模具结构形式可分为：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)按模具外形结构分为：带倒锥体的锥形模、带正锥体的锥形模、带凸台的圆柱形模、带倒锥体的锥形中间锥体形压环的模具、带倒锥的圆柱锥形模、加强式模具等。,上述分类是相对的，一种模具往往具有上述分类中的几种特征。归纳起来可分为四大类： （
19、1）整体模模子是由一块钢材加工制造。广泛用于挤压铝合金型、棒、管材。按模孔压缩区的断面形状可分为7种。最常用的是平模和锥模。 平模：挤压铝合金型材、棒材，镍合金、铜合金管、棒材。 锥模：挤压铝合金管材，高温合金钨、钼、锆等。,LX0240普通型材单孔模,LX02222普通型材双孔模,（2）拆卸模由数块拼装组成一整体模子。用于生产阶段变断面型材。模子是由大头和 小头两部分构成。而这两部分又分别由多块组装而成。,（3）组合模用于生产内径较小的管材、各种断面形状的空心型材。 桥模（舌形模）：所需的挤压力较小，焊合室中延伸系数大，主要用于挤压硬合金空心型材。但挤压残料较多。 平面分流模：多用于挤压变形
20、抗力低、焊合性能好的软合金空心型材。残料较少。,舌形模,分流模,（4）专用模具如水冷模、宽展模等等。 水冷模,宽展模,3.1.2 挤压模具的组装方式模具组件一般包括：模子、模垫、模支承或模架。在挤压无缝管材时还包括穿孔针及针尖等。根据挤压机的结构和模座形式的不同（纵动式、横动式、转动式等），模具的组装方式也不一样。 3.1.2.1 带压型嘴的挤压机这种形式的挤压机一般具有纵动式模座(也叫压型嘴)。,3.1.2.2 不带压型嘴的挤压机,3.2 挤压模具结构要素设计 3.2.1 单孔模,(1)模角平模：=90锥模：当=4560时，挤压力最小；当=4550时，死区很小，甚至消失。挤压有色金属时通常选
21、择=6065。 (2)工作带（定径带）长度h工作带的作用：稳定制品尺寸，保证制品表面质量。工作带长度的确定原则：,A、工作带的最小长度，应按照挤压时能保证制品断面尺寸的稳定性和工作带的耐磨性来确定。一般最短1.53mm。 B、工作带的最大长度，是按照挤压时金属与工作带的最大有效接触长度来确定。铝合金一般最长不超过1520mm。通常情况下，挤压轻合金工作带长度为28mm，常用35mm。黄铜、紫铜、青铜为812mm。白铜、镍合金为35mm。稀有难熔金属为48mm。,(3)工作带直径dg确定工作带直径时要考虑下列因素影响：标准允许的尺寸偏差，合金，冷却收缩量，模孔尺寸的变化，张力矫直时的断面收缩率等
22、。对于只考虑负偏差时：dg=（1+k）d0式中：d0棒材名义尺寸（六角棒为内切圆直径，方棒为边长），mm；k综合系数。黄铜、镁合金、纯 铝及软铝合金，取k=11.2%；硬铝合金取0.7%；紫铜取1.5%；青铜取1.7%。,(4)模孔出口端直径dch为防止划伤制品表面，一般:dch= dg+35mm (5)模孔入口圆角半径rr的作用：防止低塑性合金挤压时产生表面裂纹；减轻金属在进入工作带时产生的非接触变形；减轻高温挤压时模子入口棱角被压秃而很快改变模孔尺寸。r的取值：与合金的强度、挤压温度及制品尺寸有关。,一般紫铜和黄铜取r=25mm；白铜取48mm；蒙耐尔合金取1015mm；钢与钛合金取38m
23、m；镁合金取13mm；铝合金取0.20.5mm，通常在设计时可以不考虑，在修模时掌握。 (6)模具外形尺寸 外形结构 带倒锥体的锥形模：应用最广泛，优点是具有足够的强度，可节省模具材料。,倒锥模装配,带正锥体的锥形模：安装在压型嘴内不使用模垫，主要用来挤压横断面上带有突出部分的形状复杂的型材。 缺点是模具在压型嘴内装配需要带有自锁锥体（约4的锥度），使得模孔的修理和挤压后从压型嘴中取出模具较困难。,正锥模装配,外形尺寸 模子外圆尺寸D模子外圆直径主要依据挤压机吨位和挤压筒大小、模孔的合理布置及制品尺寸来确定，并考虑模具外形尺寸的系列化，便于更换、管理，一般一台挤压机上最好只有12种规格。对于棒
24、材、管材、外接圆直径不大的型材和排材，一般取D=（0.8 0.85)D0 。对于外接圆直径较大、形状较复杂的型材及排材，可取D=（1.151.3)D0。,模子厚度尺寸H模子厚度主要是根据强度要求及挤压机吨位来确定，在保证模具组件（模子+模垫+垫环）有足够强度的条件下，模子的厚度应尽量薄。一般H=2580mm，80MN以上吨位挤压机取80150mm。模具厚度也应系列化。 模子的外形锥角 正锥模：取锥角为130“4。 倒锥模：取锥角为610。,(7)模具外形尺寸的标准化、系列化 减少模具设计制造的工作量，降低成本，缩短生产周期，提高效率。 通用性大，互换性强，只需要配备几种规格模支承或模架，节约钢
25、材，容易备料，便于维修和管理。 有利于提高产品尺寸精度。 一般情况下，每台挤压机均采用一种或几种规格的外圆直径和厚度的标准模子。,常用模具外形尺寸,3.2.2 多孔模挤压直径较小的棒材、简单断面小规格型材、线坯等时，为提高挤压机的生产效率，避免挤压比过大引起挤压力过高或挤不动，受料台长度的限制，造成锭坯过短，成品率太低等，采用多孔模。 (1)模孔数目n的确定n=F0/（F1）式中： F0挤压筒断面积；F1 单根制品断面积；合理的挤压比范围。,合理的挤压比与挤压机的吨位、挤压筒直径、被挤压金属的性质等有关。 不同尺寸的挤压筒上挤压硬铝合金时的挤压比范围为：,(2)模孔排列 a、模孔布置在距模子中
26、心一定距离同心圆上，且各孔之间的距离相等；同心圆直径D与挤压筒直径D0的关系：D=D0/a-0.1(n-2)式中：a经验系数，取2.52.8。一般可取2.6。 b、模孔与模孔间、模孔边部距挤压筒壁间应保持一定距离。,3.3型材模设计挤压型材的断面是非常复杂的，有各式各样，仅铝型材的规格品种就有约50000种。其特点是：（1）绝大多数断面是不对称的；（2）型材断面与锭坯断面不相似；（3）型材断面各部位壁厚差大；（4）多数带有各种形状的空心。,其结果易造成金属流动不均匀，出现扭拧、弯曲、波浪、裂纹、甚至某些部位或局部充不满金属等缺陷；易造成模具的早期失效及损坏。 型材模具设计中要解决的两个主要问题
27、：金属流速不均；模具强度。 型材模设计的主要内容包括五方面： 模子形式确定一般情况下，普通实心型材用平模；软合金空心型材用平面分流模；硬合金空心型材用舌型模。,模孔配置根据型材断面尺寸图，预选挤压筒；根据制品断面积，合理的挤压比范围，确定模孔数；根据制品的形状、断面积、外接圆直径、合理的模孔排列，最后确定挤压筒直径，计算实际挤压比。 模孔尺寸确定根据被挤压合金的化学成分，产品的形状、尺寸及允许偏差，挤压温度及在此温度下模具材料与被挤压合金的线膨胀系数，产品断面上的几何形状特点及其在挤压和拉伸矫直时的变化，挤压力大小及模具的弹塑性变形情况等确定。,模子强度校核由于挤压型材断面的复杂性，挤压模具的
28、工作条件又是十分恶劣的，除了合理布置模孔的位置，选择合适的模具材料，设计合理的模具结构和外形之外，应精确计算挤压力和校核各危险断面的许用强度。 模具材质选择及对模具加工质量、使用条件的要求如：模具经淬火、回火处理后的硬度；形位公差、尺寸公差；表面粗糙度；表面处理要求；与其他工具的配合要求等等。,3.3.1普通实心型材模具设计 3.3.1.1模孔在模子平面上的合理布置 A 单孔挤压时的模孔布置 (1)具有两个以上对称轴的型材，型材的重心布置在模子中心。,(2)具有一个对称轴，如果断面壁厚差不大，应使型材的对称轴通过模子的一个坐标轴，使型材断面的重心位于另一个坐标轴上。,(3)对于非对称的型材和壁
29、厚差别很大的型材，将型材重心相对模子中心偏移一定距离，且将金属不易流动的壁薄部位靠近模子中心，尽量使金属在变形时的单位静压力相等。,(4)壁厚差不太大，但断面较复杂的型材，将型材断面外接圆的圆心布置在模子中心。对于挤压比很大，金属流动困难或流动很不均匀的某些型材，可采用平衡模孔或增加工艺余量的方法。,B 多孔挤压时的模孔布置对于断面尺寸小，外形尺寸大但断面积较小，或轴对称性很差的小断面型材，可以采用多孔模排列，常用2、4、6孔。挤压多孔型材时，模孔布置必须遵守中心对称原则，可以不遵守轴对称原则。配置模孔时，型材断面上薄壁部分应向着模子的中心；对称性较好、壁厚差不大的型材，模孔的重心应均布在以模
30、子重心为圆心的圆周上。,为了保证模子强度，多孔型材模的模孔之间也应保持一定距离。对于80MN以上的大型挤压机取60mm以上；能力在50MN左右的挤压机取3550mm；20MN以下的挤压机取2030mm。 为了保证制品的质量，模孔边缘与挤压筒壁之间的距离不能太小，避免制品边缘出现成层缺陷。,3.3.1.2 减少金属不均匀流动的措施 A 确定合理的工作带长度当型材断面较复杂，仅依靠合理布置模孔难以消除金属流动不均时，可采用不等长工作带。即：型材断面壁厚处的工作带长度大于壁薄处。也就是说比周长小的部分工作带长度大于比周长大的部分。 比周长型材断面周长（或某一部分的周长）与其所包围的截面面积的比值。,
31、对于如图所示的不等壁型材,模孔工作带长度可按下式简便计算：hF1/hF2 = sF1/sF2 或 hF1/hF2 = zF2/zF1式中： hF1、 hF2截面F1、F2处工作带长度；sF1 、sF2 截面F1、F2处壁厚；zF1 、zF2截面F1、F2处的比周长。,计算时，先根据经验给出型材壁最薄处的工作带长度hF1，再计算壁厚处的hF2 。,按上述计算方法确定了不同壁厚处的工作带长度后，还需按同心圆规则进行修正，最终确定距离模子中心不同部位的工作带长度。同心圆规则：当型材壁厚相同时，与模子中心距离相等处其工作带长度相同；由模子中心起，每相距10（同心圆半径）工作带长度的增减数值可按下表进行
32、确定 。,同心圆规则图示,模孔工作带长度增减值,对于以下几种情况，需要酌情对模孔工作带长度进行必要的增减： (1)交接圆边有凹弧R(R1.5mm)者，工作带可增加1mm。 (2)螺孔处工作带可增加1mm。 (3)交接圆边有凸弧R(R1.5mm)者，工作带可减短1mm。 (4)壁厚相同的各个端部的工作带可减短1mm。,B 设计阻碍角当计算出的工作带长度超出其最大允许长度后，依靠设计不等长工作带的方法来调节金属流速已经不起作用，这时可在金属流速较快的模孔入口处作一阻碍角，以减缓该处金属的流动速度，达到均衡流速的目的。 阻碍角在型材壁较厚处的模孔入口侧做一个小斜面，以增加金属的流动阻力，该斜面与模子
33、轴线的夹角叫阻碍角。阻碍角一般取312，最大不超过15。,阻碍角示意图,阻碍角大小对挤压棒材长度影响,C 设计促流角与设计阻碍角相反，也可以在金属流速较慢、难变形的薄壁部位的模孔入口端面处作一有助于金属流动的促流角，以加快该处金属的流动速度，达到均衡流速的目的。 促流角在型材壁较薄处的模孔入口端面处做一个促流斜面，该斜面与模子平面间的夹角叫促流角。促流角一般取310。,促流角示意图,D 采用平衡模孔挤压某些对称性很差的型材时，当模子上只能布置一个型材模孔时，为了平衡金属流速，采用平衡模孔方式。,E 设计附加筋条或工艺余量挤压宽厚比很大的壁板型材时，如果对称性很差，可采用附加筋条或工艺余量的方式
34、平衡金属流速。,F 设计导流模或导流腔在型材模的前面，增加一个导流模，或在型材模入口端面作一个与挤压型材断面形状相似的模腔，在模腔的底部再设计模孔，人为的使金属流向流动阻力大的模孔入口处。 G 多孔对称布置模孔对于对称性极差的型材，采用多孔中心对称排列模孔，是解决流速不均最有效方法之一。,LX0240型材模的导流腔,3.3.1.3 型材模孔尺寸设计 模孔尺寸设计时要考虑下列因素影响： a、合金牌号；b、产品的形状、尺寸及允许偏差；c、挤压温度及在此温度下模具材料与被挤压金属的线膨胀系数；d、产品断面的几何特点及在挤压和拉伸矫直时的变化；e、挤压力大小及模具的弹塑性变形。,型材模孔尺寸按下式计算
35、：A=A0+M+（Ky+Kp+Kt）A0 式中：A0型材断面公称尺寸；M公称尺寸的允许偏差；Ky边缘较长的丁字形、槽形等型材，考虑了拉应力作用而使型材部分尺寸减小的系数；Kp考虑了拉伸矫直时的尺寸缩减系数；,Kt型材的热收缩量， Kt =t t11； t、t1分别为坯料和模具的加热温度；、1分别为挤压温度下型材和模具材料的线膨胀系数。对于铝合金，M、 、 1可从有关标准和手册中查到。 系数Ky、 Kp可按下表。,系数Ky、 Kp值,设计普通型材模孔尺寸时，也可按下述简便方法设计模孔的外形和壁厚：模孔的外形尺寸（宽、高）A:A=A0（1+k）+1式中：1型材外形尺寸的正偏差；k综合经验系数，铝合
36、金取0.0070.01。模孔的壁厚尺寸S:S=S0+2式中： 2型材壁厚尺寸的正偏差。,另外，对于一些特殊型材或型材的特殊部位，在模孔尺寸设计时应采取特殊的方法。 (1)带有圆角、圆弧的型材 没有偏差要求的圆角和圆弧，模孔尺寸可按型材名义尺寸设计； 有偏差要求时，按上述方法计算。,(2)带有角度的型材 对于带有角度的型材，一般情况下模孔尺寸与型材名义尺寸相同。 但对于易发生并口的角材，设计时模孔角度应增大12； 对于易发生扩口的槽形型材，设计时角度应减小12 。,(3) 型材的一些特殊部位对于各部分壁厚相差悬殊，特别是远离挤压筒中心的壁薄部分，由于受强烈的拉力作用而产生较大的非接触变形，不能充
37、满模孔；对于宽而薄的排材，其中间部分流速快易产生非接触变形；槽形型材的底部，一方面由于流速快产生非接触变形，另一方面舌头变形，从而造成中间部分变薄。这些部位在设计时，模孔尺寸应增大0.10.8mm。,型材模孔特殊部位尺寸设计,普通实心型材模设计举例 一、LX0240型材单孔模设计,（1）模孔布置,（2）设计工作带长度 把型材断面按壁厚尺寸不同分成5个部分，计算各部分的工作带长度。,首先给定薄壁部分F1处的工作带长度为hF1=3 ， 则：hF2=5.2mmhF3=5.4mmhF4=7.1mmhF5=5.6mm由于型材各部位离挤压筒中心的距离不同，即便是型材各部位壁厚相同，也不能按上述计算取相同长
38、度的工作带。,依据同心圆规则，结合上述计算，设计型材模孔各部位工作带长度,模孔各部位的工作带长度,型材模孔局部工作带,（3）设计导流腔 在型材模孔入口处设计一个与型材断面形状相似的导流腔。导流腔的轮廓尺寸比型材的外形轮廓尺寸大615mm；导流腔的深度按照挤压筒大小不同一般取1030mm；导流腔的入口做成315的角度；导流腔各部位采用圆滑过渡。,LX0240型材模的导流腔,（4）型材模孔尺寸设计 取系数k=0.007。各部位具体尺寸为： 外形630.51的模孔尺寸为0.51+（1+0.007）63=63.951，取64.0。 外形910.51的模孔尺寸为0.51+（1+0.007）91=92.1
39、47，取92.1。 外形610.51的模孔尺寸为0.51+（1+0.007）61=61.937，取61.9。 外形710.51的模孔尺寸为0.51+（1+0.007）71=72.007，取72.0。,外形17.50.41的模孔尺寸为0.41+（1+0.007）17.5=18.033，取18.0。 外形620.51的模孔尺寸为0.51+（1+0.007）62=62.944，取62.9。 外形290.41的模孔尺寸为0.41+（1+0.007）29=29.613，取29.6。 外形80.36的模孔尺寸为0.36+（1+0.007）8=8.416，取8.4。 左右两壁厚60.2的模孔尺寸为6+0.2
40、=6.2mm。,顶部壁厚60.2的模孔尺寸为6+0.2+0.00560=6.5。 壁厚50.2的模孔尺寸为5+0.2=5.2。 型材中所有半径为R3的圆角的模孔尺寸为0.2+（1+0.007）3=3.221，取R3.2。 型材中所有半径为R1.5的圆角的模孔尺寸为0.2+（1+0.007）1.5=1.7105，取R1.7。 LX0240 型材模孔尺寸如下图：,括号外为型材尺寸，括号内为模孔尺寸,LX0240型材模（入口端）,出口端,二、 LX0222双孔型材模设计,（1）模孔布置,（2）设计工作带 把型材断面按壁厚尺寸不同分成5个部分，计算各部分的工作带长度。,首先给定薄壁部分F1的工作带长度
41、为hF1为3mm， 则：hF2=4.1mmhF3=16.0mmhF4=4.7mmhF5=7.1mm,依据复合同心圆规则，结合上述计算，设计型材模孔各部位工作带长度,模孔各部位的工作带长度,（3）设计阻碍角及导流腔,（4）设计模孔加工尺寸 取系数k=0.007，各部位具体尺寸如下： 外形220.74的模孔尺寸为0.74+（1+0.007）22=22.894，取22.9。 外形110.69的模孔尺寸为0.69+（1+0.007）11=11.767，取11.8。 外形280.74的模孔尺寸为0.74+（1+0.007）28=28.936，取28.9。 外形620.91的模孔尺寸为0.91+（1+0.
42、007）62=63.344，取63.3。,外形590.81的模孔尺寸为0.81+（1+0.007）59=60.223，取60.2。 外形790.91的模孔尺寸为0.91+（1+0.007）79=80.463，取80.5。 外形350.81的模孔尺寸为0.81+（1+0.007）35=36.055，取36.1。 外形170.74的模孔尺寸为0.74+（1+0.007）17=17.859，取17.9。 外形70.53的模孔尺寸为0.53+（1+0.007）7=7.579，取7.6。,外形50.50的模孔尺寸为0.50+（1+0.007）5=5.535，取5.5。 外形40.50的模孔尺寸为0.50
43、+（1+0.007）4=4.528，取4.5。 外形30.50的模孔尺寸为0.50+（1+0.007）3=3.521，取3.5。 型材中所有半径为R3的圆角的模孔尺寸为0.30+（1+0.007）3=3.321，取R3.3。,型材中所有半径为R2的圆角的模孔尺寸为0.2+（1+0.007）2=2.214，取R2.2。 型材中所有半径为R1的圆角的模孔尺寸为0.1+（1+0.007）1=1.107，取R1.1。 LX0222 型材模孔尺寸如下图（括号外为型材尺寸，括号内为模孔尺寸）：,LX0222型材模孔设计尺寸,LX0222型材模（入口端）,出口端,3.3.1.4 型材模具强度校核在设计型材模
44、时，强度问题是一个非常重要的问题，尤其是带有悬臂部分的半空心型材模具，在生产中往往由于强度或刚度不够，悬臂根部在挤压时受到很大压力而易发生弯曲，引起模孔变形或损坏，需要进行强度校核。另外，用平面模挤压双孔扁条类型材时，模子易从两个危险截面发生剪切变形而破坏，也需要对其进行强度校核。,（1）槽形型材模强度校核,把槽形型材模的突出部分，看成是一个受均布载荷的悬臂梁，其根部是危险截面，计算模子的最小厚度。 求单位压力pp=P/F0式中：P挤压力（用挤压机的额定压力），N；F0挤压筒断面积，mm2。 求舌头根部的弯曲应力w舌部载荷Q：Q=pal,舌头根部弯矩M：舌头根部截面模数W：则弯曲应力为：,模具
45、的最小厚度 H式中：h模具厚度（模子和模垫的总厚 度），mm；l悬臂梁长度，mm；a悬臂根部断面宽度，mm；b悬臂根部断面出口宽度，mm；,w模具材料的许用弯曲应力，MPa。当模具材质选用3Cr2W8V钢时，在500C时，取w=650MPa；400C时，取980MPa。按照上式计算出的模具厚度进行设计，可以保证模子的悬臂部分在发生弯曲变形的情况下，基本不会发生断裂。但是，当弯曲较大时，会导致模孔尺寸发生变化而影响型材的精度。,悬臂梁端部挠度max计算模具悬臂梁端部最大挠曲变形按下式计算：式中：q悬臂梁单位长度上的压力，q=Q/l，N/mm；E模具材料弹性模量，对于3Cr2W8V钢，取 E=2.
46、2105 Mpa；,J悬臂梁截面的惯性矩，J=bH3/12，mm4。只有当悬臂前端的挠度max 1mm时，才能保证型材的精度。,（2）双孔扁条状型材模强度校核,这类型材模通常都是以两个危险截面发生剪切变形而破坏，故可按两端固定的均布载荷梁校核其抗剪强度。模具的剪切强度为：则模具最小允许厚度为：,式中： p挤压筒单位压力，MPa；a两模孔模面间距离，mm；b两模孔出口端距离，mm；c空刀尺寸，mm；材料的许用剪切应力。对于3Cr2W8V钢，450C时，取=700MPa；对于4Cr5M0SiV1钢， 450C时取=600MPa。,3.3.2 舌形模设计 3.3.2.1 舌形模的工作特点 舌型模是由
47、桥支座1、模桥2、舌头3、模子内套4、模子外套5、焊合室6组成。,（1）舌型模挤压的工作原理 实心铸锭在强大的挤压力作用下，被模子上的桥分成几股金属流，流入焊合室，在高温、高压、高真空的条件下重新焊合，并经模孔与针（舌头）形成的间隙中流出，形成所需要形状和尺寸的空心制品，制品上的焊缝数与金属流的股数相同。 （2）舌型模挤压空心制品的优点 与用穿孔针法生产管材相比，外形尺寸更精确，壁厚更均匀，而且尺寸变化小，都比较稳定。,管材内外表面质量良好，无起皮、成层、擦伤、气泡等缺陷。 可生产内径较小的管材和空心型材，管材最小内径可达2.5mm，空心型材内孔最小到0.6mm。 可生产断面形状极为复杂的异型
48、材和空心型材。 可在无独立穿孔系统的挤压机上，用实心锭生产管材和空心型材。 桥对铸锭中心部位金属流动的阻挡，金属流动较均匀，可减少缩尾等缺陷。,与平面分流模相比，挤压力较小（约低12%），金属流动较容易，更适合生产挤压性能较差的合金管材和空心型材。 （3）舌型模挤压存在的缺点 制品有焊缝，当工艺条件不当时，焊缝强度比基本金属的强度低（仅70% 80%左右），甚至导致焊合不良，出现裂纹、分层、气泡和粗晶等缺陷。 与穿孔针挤压相比，挤压力高（约高20%左右），模子易损坏。,模子的设计、制造较复杂，成本较高。 残料较长，一般为桥高的1.52倍，或等于挤压筒直径的（0.91.1)倍，比穿孔针挤压的长23倍。 与平面模相比，修模和清理模腔都很困难。 模桥和桥支座的强度比平面分流模的低，挤压时必须仔细调整挤压中心。,3.3.2.2 铝合金的可挤压性不同的铝合金其挤压能力是不一样的，定性的评价金属的挤压能力可用一个综合指标可挤压性来表示。 可挤压性合金以高的流出速度、大的变形程度、低的压力进行挤压的相对能力。可挤压性与其化学成分、铸锭的热处理制度、晶粒度的大小、型材的外形、结构及复杂程度等有关。 通常以6063的可挤压性为100个单位，其他合金与之相比较，确定其可挤压性。,
