1、广东工业大学材料与能源学院,第六节 型材挤压模具的设计,一、实心型材挤压模具设计 （一）模孔的合理布置 （二）模孔几何尺寸的确定 （三）减少金属流动不均匀性的措施 （四）型材模子的强度校核二、空心型材与焊合管材挤压模具（组合模）设计 （一）舌形模设计 （二）平面分流模设计三、导流模设计,广东工业大学材料与能源学院,第六节 型材挤压模具的设计,一、实心型材挤压模具设计,(一)模孔的合理布置 1.单孔挤压模的模孔布置:型材断面的重心与模子中心统一,广东工业大学材料与能源学院,第六节 型材挤压模具的设计,一、实心型材挤压模具设计,(一)模孔的合理布置 1.单孔挤压模的模孔布置:当型材断面只有一个或没
2、有对称以及壁厚相差很大时，必须将型材的重心相对于模子的中心做一定的偏移，使难流动的部分(壁薄部分)更靠近模子中心，见图9-21b,广东工业大学材料与能源学院,第六节 型材挤压模具的设计,一、实心型材挤压模具设计,(一)模孔的合理布置 1.单孔挤压模的模孔布置:对于壁厚虽然相差不大，但断面形状较复杂、对称面少的型材,应将型材断面外接圆的中心布置在模子中心上，见图9-21c,广东工业大学材料与能源学院,第六节 型材挤压模具的设计,一、实心型材挤压模具设计,(一)模孔的合理布置 1.单孔挤压模的模孔布置:对于挤压比很大或流动很不均匀的某些型材,有时可采用平衡模孔，即再配置一个用于调整金属流动的辅助模
3、孔，见图9-21d,广东工业大学材料与能源学院,第六节 型材挤压模具的设计,一、实心型材挤压模具设计,(一)模孔的合理布置 1.单孔挤压模的模孔布置:当模具的装配方向不能改变时，应将型材的大面放在下面，以防止型材由于自重而产生扭拧和弯曲，见图9-21e,在布置模孔时还应注意型材的装饰面最好不与出料台接触，以防止划伤装饰面；此外，模孔的布置还应便于修模等。,广东工业大学材料与能源学院,第六节 型材挤压模具的设计,一、实心型材挤压模具设计,(一)模孔的合理布置,2多孔挤压模的模孔布置:,1）对于壁厚相差较大的型材，应将壁厚的部位布置在模子的外缘，而将壁薄的部位布置在靠近模子的中心,2）对于壁厚相差
4、不大的型材，采用多孔模挤压时可将型材模重心均布在以模子中心为圆心的某一同心圆上，见图9-22,广东工业大学材料与能源学院,(二)模孔几何尺寸的确定 1外形尺寸(宽和高)的确定 实心型材的模孔尺寸A可按以下公式进行计算：A=A0(1+K)+ (9-9)式中：A0为型材外形的基本尺寸(mm)；K为模孔裕量系数，不同金属的K可在表9-7所列的数值范围内选取；为型材外形尺寸的正偏差，可按有关国家标准查取。,第六节 型材挤压模具的设计,一、实心型材挤压模具设计,广东工业大学材料与能源学院,2壁厚处模具间隙尺寸的确定 实心型材的壁厚处模具间隙尺寸B可按以下公式进行计算：B=B0+ (9-10)式中：B0型
5、材壁厚的基本尺寸(mm)；型材壁厚尺寸的正偏差，可按有关标准查取。,对于图9-23所示的情况，由于受型材断面形状的影响、挤出制品的壁厚往往小于所要求的尺寸，因此，在设计这些型材壁厚尺寸时，还必须加上一定的修正量。修正量的值是用型材断面尺寸乘以壁厚系数。对于一般断面形状的型材，壁厚系数可取0.002；对于H形、角形和深槽形型材，还应适当加大修正量,(二)模孔几何尺寸的确定,广东工业大学材料与能源学院,3. 圆角、圆弧和角度的确定对于没有偏差要求的圆角和圆弧的型材，模孔可以按名义尺寸设计，见图9-24对于有偏差要求的圆角、圆弧以及由圆角与圆弧组成的型材，其模孔尺寸可按前述的式(9-9)或式(9-1
6、0)计算,并根据生产经验加以修正,(二)模孔几何尺寸的确定,广东工业大学材料与能源学院,对于带有角度的型材(图9-25c、d)，其模孔的角度与型材的名义角度相同；,对于易并口的角型材和易扩口的槽型材(图9-25a、b)，在设计时应将其角度相应增大和减少12。如果采用辊式矫直机矫形，当型材壁厚2.5mm时可不必考虑增大角度。,广东工业大学材料与能源学院,(三)减少金属流动不均匀性的措施 1采用不等长的工作带：其原则是：型材断面壁厚处的定径带长度应大于壁薄处的定径带长度，即比周长(面积与周长之比)大的部分的定径带长度要小于比周长小的部分的定径带，这样可以使定径带的摩擦阻力对各部分的影响趋于均衡，从
7、而达到调整金属流速的作用。,第六节 型材挤压模具的设计,一、实心型材挤压模具设计,广东工业大学材料与能源学院,(9-11),对于宽厚比小于30的型材或最大宽度小于挤压筒直径1/3的型材，可按以下公式计算模孔的工作带长度：,式中：h1、h2分别为断面A1、A2处的模具工作带长度(mm)，见图9-26；s1、s2分别为断面A1、A2处的周长(mm)；f1 、f2分别为断面A1、A2处的断面积(mm2)。,第六节 型材挤压模具的设计,一、实心型材挤压模具设计,(三)减少金属流动不均匀性的措施 1采用不等长的工作带：,广东工业大学材料与能源学院,在实际生产中，一般采用更简便的计算方法，即根据型材壁厚的
8、比值求出工作带的长度，即:,式中： b1、b2分别为断面A1、A2处的壁厚(mm)。使用上述方法计算型材各个区段模孔工作带长度时，应先给定一个区上工作带长度数值作为计算的参考值(一般给定型材壁厚最薄的区段上的最小工作带长度)。,(9-12),第六节 型材挤压模具的设计,一、实心型材挤压模具设计,(三)减少金属流动不均匀性的措施 1采用不等长的工作带：,广东工业大学材料与能源学院,(1)采用单孔模挤压 可按单一同心圆规则来确定模孔工作带的长度，见图9-27。 1) 确定模孔工作带长度时，先以整个型材断面上金属最难流出处为基准点,该处的工作带长度一般为该处型材壁厚的1.52倍。,对于宽厚比大于30
9、的型材或型材的壁厚相同以及相差不大但断面形状很复杂的型材(如建筑用铝合金门窗型材等),模孔工作带长度的确定除应考虑以上因素外，还应考虑型材区段距挤压筒中心的距离，即挤压筒中心区或模孔中心区的工作带应加长，而边缘工区的工作带应减短，一般可按以下规则进行确定：,第六节 型材挤压模具的设计,一、实心型材挤压模具设计,(三)减少金属流动不均匀性的措施 1采用不等长的工作带：,广东工业大学材料与能源学院,2)与基准点相邻区段的工作带长度可为基准点的工作带长度加上1mm。 3)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；从模子中心起，每相距10 mm(同心圆半径)工作带长度的增减数值可按表9-9
10、所列数值进行确定。,第六节 型材挤压模具的设计,一、实心型材挤压模具设计,(三)减少金属流动不均匀性的措施 1采用不等长的工作带：,广东工业大学材料与能源学院,4)当型材壁厚不相同时,模孔工作带长度的确定除应遵循上述规则外,还应按前述的式(9-11)或式(9-12)进行计算，然后再依靠设计者的经验进行适当确定。(2)采用多孔模挤压 可按复合同心圆规则来确定各模孔工作带长度,见图9-28。,第六节 型材挤压模具的设计,一、实心型材挤压模具设计,(三)减少金属流动不均匀性的措施 1采用不等长的工作带：,广东工业大学材料与能源学院,多孔模的各个模孔的中心应均匀布置在相距模子中心的某一个合适直径(D心
11、)的同心圆上，此同心圆的直径(D心)可按下式进行计算并由设计者根据需要进行必要的调整。,（9-13）,式中： D心为多孔模模孔理论重心的同心圆直径(mm)；Dt为挤压筒直径(mm)；n为模孔数(n2)；为经验系数，取2.52.8，n值大时取下限，挤压筒直径大时取 上限，一般取2.6。,第六节 型材挤压模具的设计,一、实心型材挤压模具设计,(三)减少金属流动不均匀性的措施 1采用不等长的工作带：,广东工业大学材料与能源学院,当型材壁厚相同时，对于整个模孔来说，从模子中心(型材重心不与模子中心重合)起，每相距10mm(整个模子的同心圆半径)工作带长度的增减数值应按表9-9所列数值进行拟定。对于任一
12、模孔来说,从模孔中心(型材重心坐标可由设计者确定，原则上可与模孔中心重合)起，每相距10mm(任一模孔的同心圆半径)工作带的增减数值也应按表9-9列数值进行拟定。最后将上述两种情况综合考虑，再依靠设计经验进行确定。,第六节 型材挤压模具的设计,一、实心型材挤压模具设计,(三)减少金属流动不均匀性的措施 1采用不等长的工作带：,广东工业大学材料与能源学院,当型材壁厚不同时，既要遵循复合同心圆规则，还应按前述式(9-11)或式(9-12)进行计算。,采用不等长的工作带控制金属的流速的措施具有一定的限度，因为金属通过工作带时要冷却收缩，以致脱离与工作带的接触，这样也就失去了工作带控制金属流动速度的作
13、用，因此，模孔工作带的最大长度应有限值，一般为1525mm。但是，如果模子在工作时是嵌入挤压筒里面的，由于工作温度较高，金属的冷却收缩不明显，其工作带长度可以加大，最多可达到30mm以上。,(9-11),(9-12),第六节 型材挤压模具的设计,一、实心型材挤压模具设计,(三)减少金属流动不均匀性的措施 1采用不等长的工作带：,广东工业大学材料与能源学院,对于以下几种情况，需酌情对模孔工作带长度进行增减，见图9-29。,1)交接圆边有凹弧R(R1.5mm)者，工作带可加上1mm，见图9-29a。2)型材局部有孔处工作带可加上1mm，见图9-29b。 3)交接圆边有凸弧R(R1.5mm)者，工作
14、带可减短1mm，见图9-29c。4)壁厚相同的各个端部的工作带可减短1mm，见图9-29d。,第六节 型材挤压模具的设计,一、实心型材挤压模具设计,(三)减少金属流动不均匀性的措施 1采用不等长的工作带：,广东工业大学材料与能源学院,用增减工作带长度的办法来调整金属的流速是有一定限度的。1）采用阻碍角当型材壁厚差别很大，计算出的工作带长度超过其极限值时就要采用阻碍角的办法来调整金属的流动速度。,第六节 型材挤压模具的设计,一、实心型材挤压模具设计,(三)减少金属流动不均匀性的措施,阻碍角就是在型材壁厚大、比周长小的部位的模孔工作带入口处作出一小斜面，以增加金属在此处的流动阻力，斜面与模子轴线之
15、问的夹角阻称为阻碍角，斜面的高度H阻称为阻碍高度，见图9-30。,2采用阻碍角或促流角,广东工业大学材料与能源学院,1）采用阻碍角 当阻碍角阻=3时，开始有明显的阻碍作用。阻碍作用最大时阻为15，当继续增加阻碍角时，其效果则逐渐变劣。当阻碍角大于15时，因接近金属的自然流动角，不但不能起阻碍作用，反而会加快金属的流动速度。,第六节 型材挤压模具的设计,一、实心型材挤压模具设计,(三)减少金属流动不均匀性的措施,2采用阻碍角或促流角,因此，一般在设计时控制在阻=3 12之间，以便在试挤时根据需要修模。阻碍高度 h阻一般不超过25mm。,广东工业大学材料与能源学院,2）采用促流角对于壁厚大的部分可
16、以作阻碍角，同样对于壁厚薄的部分可以作促流角，增加金属供应量，见图9-31。,促流角促是指倾斜于模子端面与模子轴线垂直面之间的夹角，一般可取促=310。由于模子端面是由型材壁厚较厚的部分向较薄的部分倾斜，因此，模子端面对金属的反作用力dp可以分解成一个垂直分力dy与一个水平分力dx。在dx的作用下，将促使金属沿模子端面向型材壁薄部分流动 这样便可以增加型材壁薄处的金属供给量，促使流速加快从而使整个断面上金属流动均匀。,第六节 型材挤压模具的设计,一、实心型材挤压模具设计,(三)减少金属流动不均匀性的措施,2采用阻碍角或促流角,广东工业大学材料与能源学院,在挤压断面形状特别复杂、对称性很差或各个
17、部分壁厚相差很大而在模子面上只能布置一个模孔的型材时，为了均衡流速，保证制品尺寸、形状的准确性或为了减少挤压比，可以在模子平面的适当位置附加一个或多个平衡模孔，见图9-32。,图9-32. 带有平衡模孔的模子 a-平衡模孔；A1、A2-型材各部分面积,平衡模孔的直径D衡可以按以下公式汁算：,(9-14),平衡模孔一般设计成圆形的，以便有可能利用附加挤出的制品；平衡模孔的大小、形状、个数以及与型材模孔的距离都是很重要的，在设计时恰当地选择。,3采用平衡模孔,第六节 型材挤压模具的设计,一、实心型材挤压模具设计,(三)减少金属流动不均匀性的措施,广东工业大学材料与能源学院,式中，a=(A1-A2)
18、/s2； A1、A2分别为型材大、小断面部分的面积(mm2)； S1、S2分别为型材大、小断面的内外周长(mm)； n为平衡模孔的数量。,(9-14),注： 1）由上式计算出来的平衡模孔直径只能是近似的，必须通过挤压实践来进一步确定其与型材模孔的距离和修正其直径的大小。 2）采用平衡模孔降低了材料的利用率，因此，除特殊情况外一般很少采用。,3采用平衡模孔,广东工业大学材料与能源学院,当挤压深槽形型材或是双孔扁条形型材时(图9-33)。模子在高温高压作用下容易产生弹性翘曲，甚至塑性变形，严重时还会从危险断面发生断裂，因此，对于这两类型材的模子，必须进行强度校核。,(四)型材模子的强度校核,第六节
19、 型材挤压模具的设计,一、实心型材挤压模具设计,广东工业大学材料与能源学院,1深槽形型材模的强度校核对于深槽形型材模的突出部份，可以认为是一个受均布载荷的悬臂梁，一般按以下公式校核其危险截面处模具的最小厚度Hmin：,式中： Hmin为模具(包括模子、模垫等的总厚度)的最小厚度(mm)； l为槽形悬臂的长度，即槽形型材的槽深尺寸(mm)； P为单位压力，等于挤压机的吨位与挤压筒断面积之比(MPa)； a为模孔悬臂粱根部截面处的宽度(mm)； b为悬臂梁根部截面出口处宽度，b=a-2c(mm); c为悬臂梁根部截面出口空刀尺寸(mm)； b为模具材料许用抗拉强度，当温度为400时，3Cr2W8V
20、钢的b取1000MPa (当温度为450时，b取600650 MPa)；5CrNiMo取6000MPa。,(9-15),广东工业大学材料与能源学院,为了计算方便，可令a=b，其结果对其厚度影响不大，则式(9-15)可以写成：,由式(9-16)可见，当单位压力p一定时，模具的厚度与悬臂梁长度成正比。注意：对有悬臂梁的模子，由式(9-16)校核满足抗拉强度要求后，在生产过程中模子仍还可能发生弯曲，即悬臂粱部分产生挠度从而影响制品尺寸，因此，还应进行弯曲挠度的校核。,(9-16),广东工业大学材料与能源学院,式中： max为悬臂梁端部的最大挠度(mm)； l为槽形悬臂的长度(mm)； q为悬臂梁单位
21、长度上的压力， (N/mm)，Q为悬臂梁承受的总压力(MN)； E为材料的弹性模量，可取2.2105MPa； J为悬臂梁截面的惯性矩J=0.5bh3(mm4)，b、h分别为悬臂梁的宽度和高度(mm)。实践证明，悬臂粱的弹性挠度对型材尺寸精度有很大影响，只有当max1mm时才能保证型材尺寸精度。,模子的最大挠曲变形可按下式进行计算：,(9-17),广东工业大学材料与能源学院,2双孔扁条形型材模的强度校核 对于双孔扁条形型材模，可以认为是一个两端固定的均布载荷梁，一般按以下公式校核其弯曲变形：,式中: L-为两个危险截面问的距离，即形成固定粱的长度(mm)； bb-为模具材料的许用抗弯强度(MPa
22、)；其他符号与式(9-15)相同。 注：有时，双孔扁条形型材模还需按下式校核其两个危险截面的抗剪强度，从而求出避免模具破坏的最小厚度Hmin,(9-18),(9-19),广东工业大学材料与能源学院,式中： -为模具材料的许用剪切强度，=(0.55 0.60)bb(MPa)； P-为单位压力(MPa)； L-为两个危险截面之间的距离，即固定粱的长度(mm)； b-为固定粱截面出口处宽度，b=a-(36)mm； A-为固定梁的宽度,即两个模孔的间距(mm)。当模具厚度一定时，固定梁的抗剪强度可以通过改变两个模孔间距a来满足。,(9-19),广东工业大学材料与能源学院,二、空心型材与焊合管材挤压模具
23、(组合模)设计空心型材是在型材断面上带有一个或多个内孔的型材，管材是空心型材中最简单的一种。空心型材挤压可采用挤压无缝管材的挤压方法和组合模焊合挤压法两种方法生产。,组合模的结构特点：组合模是将模芯置于模孔中与模子组合成一个整体，模孔的形状和尺寸决定了型材的外形和尺寸，而模芯的形状和尺寸则决定着型材内孔的形状和尺寸。 分类：常见的组合模有舌形模和平面分流模等。 工作原理：挤压时，锭坯在强大的压力作用下被模子上的桥分成几股金属流入焊合室，金属在焊合室中被重新焊合后流出模孔形成空心型材。,广东工业大学材料与能源学院,组合模与无缝管材的挤压方法相比，具有以下优点：1)可以生产多孔、双壁和断面极为复杂
24、的空心型材；2)可以在无穿孔系统的棒型材挤压机上用实心锭坯生产空心制品；3)制品的尺寸精确，壁厚偏差小，内外表面质量好，型材的内孔可以小到0.6mm；4)金属流动较均匀，缩尾少。 但是，组合模挤压也存在一些缺点：1)制品表面有焊缝。2)挤压时工作应力较高，模具易损坏。3)模具加工复杂，制造成本高。,广东工业大学材料与能源学院,(一)舌形模设计 舌形模又称桥式模，在空心铝合金型材的挤压生产中，舌形模是应用最早的一种。 特点：与其他组合模相比，舌形模具有最小的挤压力，型材各个部分金属流动均匀，可以采用较高的挤压速度等一系列优点，因此舌形模在硬铝合金空心型材的挤压生产中应用得比较普遍。舌形模的主要缺
25、点是挤压压余大，强度较差，且制造加工困难。,广东工业大学材料与能源学院,1舌形模的结构类型舌形模主要有四种结构形式，见图9-34。,广东工业大学材料与能源学院,2舌形模的设计 舌形模的设计结构要素比较复杂，现以图9-35为例，对其主要结构要素进行分析。,(1)模桥断面形状较理想的一种是水滴形的，它可以有效地阻碍锭坯中心部分金属的流动，使金属流动均匀。 但是，由于模桥在工作时受到金属的强烈摩擦而极易磨损，并将磨损下来的金属微粒带人金属流中影响焊缝质量。因此，模桥表面最好镀镍，也可以将桥顶做成平面的，以使金属在其平面上形成死区，从而减轻对模桥的摩擦作用。为了获得良好的水滴形，模桥的高与宽之比h/b
26、=1.52.0模桥根部圆弧半径R=H-r桥面圆弧半径r=b/2 。,广东工业大学材料与能源学院,h决定挤压残料的高度。挤压残料高度一般取为(1.52.0)h。 如果h过大，会使残料增加，直接影响挤压成品率，且分离残料也较困难，所以h应尽可能取下限； 当h过小时，在高压作用下，模桥易弯曲，甚至被剪断。 生产经验：对于内径为2070mm的管材舌形模，模桥高度h可按下式来计算：h=(1.52.0)d (9-20)式中： d为模芯(舌头)直径；(1.52.0)为经验系数，内径较大的管材取下限，反之取上限。对于挤压空心型材的舌形模，当形状较简单时h可取4050mm，当形状复杂时h应根据不同情况而定。 桥
27、孔高度h2和h1会直接影响模桥强度、制品的焊缝质量和挤压成品率。 h2越大，焊缝质量越好；但当h一定时，h2增大会削弱模桥的强度，若h也相应增大又会影响挤压成品率。 可将h1设计成负值或零，即采用带突出半桥式或带埋人桥式舌形模。,1)模桥高度h,广东工业大学材料与能源学院,2)模桥宽度b b对模桥强度和制品焊台质量都有一定影响。对于内径为2070mm的管材舌形模。可取b=d (d为模芯直径)；对于空心型材舌形模，根据具体情况b可大于或小于模芯(直径)尺寸。 3)模桥长度L L应比挤压简直径稍小些，以使模桥能顺利地放入挤压筒中，一般取L=Dt-(210)mm(Dt为挤压筒直径)。 在确保模桥根部
28、有足够强度，不致因分离残料时模桥被拉断的情况下，L应尽量取大些，这对焊缝质量和制品的尺寸精度都是有好处的。,广东工业大学材料与能源学院,(2)焊合室 焊合室是金属流会合焊合的地方，它的大小和高度对挤出制品的焊缝质量、尺寸精度都有很大的影响。 焊合室太浅，由于摩擦力小而不能建立起足够的反压力，从而使焊合区压力不足而导致焊缝质量不高，同时也限制了挤压速度不能提高； 焊合室太深，分离压余后易残留金属。在挤压空心型材时，应注意用焊合室的大小来控制压力，使模芯受力均匀而不偏移。 焊合室的高度与挤压筒真径有关见图9-10。,广东工业大学材料与能源学院,(3)模芯(舌头) 模芯用于控制空心型材内孔的形状和大
29、小；它可以与模桥做成一个整体，也可以做成装配式。 模芯的长度为焊合室高度、模子入口圆锥部分高度、模孔工作带长度与模芯伸出工作带的长度的总和; 模芯伸出工作带的长度要合适，一般小吨位挤压机可伸出24mm，大吨位挤压机可伸出10mm左右。(4)模孔工作带 在工作带的有效长度范围内，随着工作带长度的增加，挤压制品的焊缝强度也增加，因此，为了保证可靠的焊合，空心型材模具的工作带比实心型材模具要长一些，并且在模孔工作带的入口方向上带有1的锥度。 为了使金属流动均匀，舌形模各个部分的横孔也应采用不等长的工作带，位于桥下部分的工作带长度应比其余部分小一半左右。 此外，舌形模孔也有阻碍角与促流角或做成两上或四
30、个模孔对称的形式，以平衡金属的流动。,广东工业大学材料与能源学院,3模孔尺寸 舌形的模桥与模套用热压或冷压配合，通过螺钉将模桥与模体连在一起。空心型材模孔的外形尺寸A可按以下公式进行计算：A=A0(1+K) (9-21)式中： A0为型材外形的基本尺寸(mm)； K为模孔裕量系数。空心型材的壁厚尺寸B可按以下公式进行计算：B=B0+ (9-22) 式中，B0为型材壁厚的基本尺寸(mm)； 为型材壁厚模孔尺寸增量，当B03时，=0.2mm。,广东工业大学材料与能源学院,4舌形模的强度校核 舌形模在挤压时的受力情况是比较复杂，可以把模桥与模桥支座看成是一个字形框架固定在支承面上，并受有单位长度上的
31、均匀载荷和由于作用在模芯上的摩擦力所体现的集中载荷，是一个三次静不定的受力系统，计算复杂。 舌形模容易出现变形的问题，一般是模桥被压弯和模桥支座的根数被剪断 必须对模桥的抗弯强度和抗剪强度进行校核。 为简化计算，可将模桥看成是一个两端固定，受均布载荷的梁，水滴形模桥截面，也可近似认为是椭圆形截面或三角形截面，见图9-36。,广东工业大学材料与能源学院,(1)抗弯强度校核 按两端固定受均布载荷粱的条件，模桥抗弯强度按下式进行校核：式中，bb为模具材料的许用弯曲应力(MPa)。最大弯矩M弯与抗弯模量W可按以下公式来计算：式中，q为模桥单位长度上的载荷，(N/mm)；l为模桥支座之间的长度(mm)。
32、,(9-23),广东工业大学材料与能源学院,模桥截面设为三角形时模桥截面设为椭圆形时式中b、a分别为模桥截面宽度、高度(mm)；a1 、 b1分别为椭圆的长轴之半和短轴之半。(2)抗剪强度校核两个模桥支座截面的抗剪强度按以下公式进行校核：式中 剪为两个模桥支座截面所受的剪切应力(MPa); F为作用在模桥上的力，F由三部分组成：作用在桥顶上的力F1，作用在桥截面上的摩擦力F2以及作用在模芯上的摩擦力F3；A剪为剪切面积(mm2)；A1为模桥的断面积(mm2);剪为模具材料的许用剪切应力(MPa).,(9-24),广东工业大学材料与能源学院,(二)平面分流模设计1平面分流模挤压型材的特点1)可适
33、于用舌形模很难生产，甚至无法生产的双孔、多孔或内腔复杂的空心型材，见图9-37。,广东工业大学材料与能源学院,2)可以生产悬臂梁较大、用平模很难生产的半空心型材的挤压。3)可以生产断面形状复杂、壁厚相差大或多齿的(如散热片型材)、难以用不等长工作带、阻碍角和促流角调整流速的实心型材。4)平面分流模较舌形模容易加工，挤压残料较舌形模的短且分离残料容易。2平面分流模的结构设计 平面分流模一般由上模(阳模)和下模(阴模)组合而成。 上模有分流孔、分流桥及模芯。分流孔是金属流向焊合室的通道，分流桥是用于支承模芯，模芯是用来形成型材内腔形状和尺寸的。 下模有焊合室和模孔，焊合室是把分流孔分开的几股金属重
34、新焊合起来的空间；模孔用来形成型材外部形状和尺寸。 模芯和模孔上有工作带，同样可以采用不等长的工作带来调整金属流出模孔的速度。模孔出口处和模芯上有空刀，其目的在于金属流出模孔后不再受阻，不会划伤制品的内、外表面。,广东工业大学材料与能源学院,广东工业大学材料与能源学院,(1)分流比 分流比是指分流孔的总面积(A分)与挤出制品断面积(A型)之比，一般用K来表示：(9-25)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。K值越小，则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K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
35、型材取K=1030；对于挤压管材取K=510。,广东工业大学材料与能源学院,(2)分流孔 分流孔的个数、形状、面积大小和排列方式，对挤压制品的质量、挤压力和模子寿命都有很大的影响。 分流孔个数的选择要根据制品外形尺寸、断面形状和模孔排列位置来确定 一般有二孔、三孔、四孔和多孔。对于制品外形尺寸小、断面形状较对称的，可采用二孔或三孔； 对于制品的外形尺寸大、断面形状复杂的，选用四孔或多孔。 一般情况下，分流孔个数要尽量少，以减少焊缝，增大分流孔面积，降低挤压力。,广东工业大学材料与能源学院,分流孔的形状要根据制品的外形来确定，一般有圆形、扁椭圆、腰子形、扇形和异形(图9-39)。,广东工业大学材
36、料与能源学院,对于小直径管材和对称轴多的简单断面型材。多用圆形、扁椭圆形； 对于大直径管材和外形较大的型材，多采用腰子形； 对于复杂断面型材，采用扇形和异形。,广东工业大学材料与能源学院,分流孔在模子平面上的合理布置，对于平衡金属流动速度、减少挤压力和提高模具寿命都有一定的影响。 对于断面形状对称性较好的空心制品，分流孔中心的同心圆直径应大致等于0.7Dt(Dt为挤压简直径)； 对于断面形状不对称的空心型材或异形管材，应尽量保证各个部分的分流比基本相等，或型材断面积稍大部分的K值应略低于其他部分K值。 此外，分流孔的布置应尽量与制品保持几何相似性，为了保证模子强度和制品质量，分流孔不能布置得过
37、于靠近挤压筒或模子边缘，也不宜布置得过于靠近挤压筒中心。 为了降低突破挤压力(即开始挤压时的最大挤压力),提高焊缝质量，或在制品的外形尺寸较大、扩大分流比又受到模子强度限制时，分流孔道可以做成锥形的，即分流孔入口端断面积小些，与焊合室相接的一端断面积大些。 一般，其锥度可取=36。,广东工业大学材料与能源学院,(3)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有明显的影响。 分流桥宽度B的确定，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，模孔最好能被分流桥遮蔽。 一般可取B=b+(320)mm(b为模孔型腔宽度)，当
38、制品外形及内腔尺寸大时取下限；反之，取上限。 分流桥截面形状主要有矩形、矩形倒角和水滴形三种(图9-40)，后两种有利于金属的流动与焊合，也便于模具加工，因而被广泛应用。 矩形倒角截面桥的下部倒角(也称焊合角）一般取3045； 对于难挤压的型材取=30，桥底圆角r=25mm； 在焊合室高度h焊=(1/22/3)B的条件下，可取= h焊 /(1/21/3)B。,广东工业大学材料与能源学院,分流桥的高度(h桥)直接影响挤压力的大小和模子的强度，一般在保证模具强度的条件下h桥越小越好，以便降低挤压力。因此， h桥在设计时是经过粗略的强度计算后确定的。 为了增加分流桥的强度，往往在分流桥的两端添置桥墩
39、； 蝶形桥墩不仅能增加分流桥的强度。而且能改善金属的流动，避免产生死区。,广东工业大学材料与能源学院,(4)模芯 模芯又称舌头 它的结构直接影响模子的强度、制品的焊合质量以及模具加工的难易程度。 模芯的工作带部分是决定型材内腔形状和尺寸的关键部位.根据模芯工作带部分的结构不同，模芯可以分为凸台式、锥台式、锥式三种基本结构形式，见图9-41。,广东工业大学材料与能源学院,当型材内孔尺寸(宽度或直径)b20mm时，多半采用凸台式模芯； 当模芯尺寸较大时，应在模芯出口端设计出空刀部位; 模芯工作带与模孔工作带相配合时，应在入口端及出口端均长出0.51.0mm； 对于小挤压机 。模芯可伸出模孔工作带1
40、3mm； 大挤压机可伸出1012mm。上述三种形式仅是模芯的基本结构形式在实际设计中，应根据具体情况设计出与每个挤压型材相适宜的模芯结构形式。,广东工业大学材料与能源学院,当挤压双孔、多孔型材或管材时，可采用嵌入式模芯、双腔式模芯等。见图9-42。 当挤压管材时，还可采用套杆式模芯、螺杆式模芯等，见图9-43。,广东工业大学材料与能源学院,(5)焊合室 焊合室的形状和大小对制品焊缝质量及挤压力有很大的影响，只有当焊合室横断面积与制品断面积之比较大时，才能保证建立起足够大的静压力使焊缝牢固。 焊合室常见的有圆形和蝶形两种。 对于管材与外接圆直径较小的型材多采用圆形焊合室， 对于外接圆直径较大且断
41、面较复杂的型材，一般采用蝶形焊合室；有时根据需要可采用与型材外形大体相似的异形焊合室形状，见图9-44。 圆形焊合室(图9-44a)在两个分流孔之间会产生一个十分明显的死区，不但增大挤压阻力，而且影响焊缝质量。蝶形焊合室(图9-44b)有利于消除这种死区，提高焊缝质量。 为了消除焊台室边缘与模子人口平面之间接合处的死区，可采用大圆弧(R=520mm)过渡，,广东工业大学材料与能源学院,为了消除焊台室边缘与模子人口平面之间接合处的死区，可采用大圆弧(R=520mm)过渡，或将焊合室人口处做成带有150左右的斜度； 当焊合室较大时，为了有利于金属的流动，有时将焊合室的底平面设计成带有一定的斜度(图
42、945c)。,广东工业大学材料与能源学院,在与蝶形焊合室对应的分流桥根部也做成相应的凸台，这样可以改善金属的流动，减少挤压阻力当分流孔形状、个数及排布方式确定后，焊合室的断面形状和大小也可以基本上确定，因此，合理地选择焊合室高度具有重大意义。 焊合室的高度是指分流桥底部与模孔人口平面之间的距离。 焊合室高度过大，虽有利于金属的焊合，但会影响模芯的稳定性，从而使挤出的制品壁厚不均，且挤压力也大；焊合室高度过小，则由于压力不够会使焊缝质量不高，从而导致挤出制品表面开裂。 焊合室理想的高度可取h焊=(1/21/3)B(B为分流桥宽度)； 对于中、小型挤压机，一般可取h焊=1020mm，或等于管材壁厚
43、的610mm倍；,广东工业大学材料与能源学院,当平面分流模同时挤压二根空心型材时，可以设计一个共用分流孔； 为了避免金属流动不均匀，在焊合室内可设计一个隔墙，相当于二个焊合室。见图9-45。,在很多情况下，可以根据挤压筒直径来确定焊合室高度，见表9-11。,广东工业大学材料与能源学院,焊合室一般设计在下模(阴模)上，也可设计在上模(阳模)上，有时也可在上、下模设计各半。(6)模孔尺寸 平面分流模的模孔尺寸可按前述的式(9-9)、式(9-10)来计算。(7)模孔工作带 平面分流模模孔的工作带长度要比平模复杂得多，它不仅要考虑型材壁厚差与距挤压筒中心的远近，而且还必须考虑型材壁厚差与距挤压筒中心的
44、远近。而且还必须考虑模孔被分流桥遮蔽的情况以及分流孔的大小和分布； 在某些情况下，从分流孔中流入的金属量的多少甚至对调节金属流动起主导作用，处于分流桥底下的模孔由于金属流进困难，工作带必须减薄。一般说来，可按以下原则进行确定：1)空心部位工作带长度的确定。处于分流桥底下金属流进困难的部位，其工作带长度可取制品壁厚的2倍,即2t； 与分流孔邻近部位的工作带长度取2t+1或更长些； 其余部位根据具体情况来确定。,广东工业大学材料与能源学院,2)与空心部位相邻的实心部位工作带长度的确定。 处于分流桥底下金属不能直接到达的部位，其工作带长度可取(34)t； 处于分流孔下面的部位，金属可以直接到达，其工
45、作带长度可取(45)t。3)模芯工作带的人口端和出口端均应比模孔工作带加长0.51mm。4)模孔工作带长度变化较大时，模芯相应部位的工作带长度也应随之变化。,广东工业大学材料与能源学院,(8)模孔空刀 平面分流模的孔空刀结构可按图9-46进行选取。一般说来，当型材壁厚t2mm时，可采用加 工容易的直空刀和斜空刀结构(图9-46a、c)；当t2或带有悬臂处可用组合空刀结构(图9-46d)；对于危险断面处(如带有小燕尾槽的型材等)可用图9-46b、e两种空刀结构。,广东工业大学材料与能源学院,3平面分流模的强度校核 平面分流模在挤压时承受载荷最不利的情况发生在分流和焊合室尚未进入金属及金属充满分流
46、孔和焊合室开始流出模孔两个时段，其破坏形式主要是分流桥被压弯和分流桥两端危险截面被剪断。 对于双孔或四孔的分流模，可以将其一个或二个分流视为受均布载荷的简支梁，对其危险断面进行抗弯强度和抗剪强度校核。(1)抗弯强度校核平面分流模可按两端固定受均布载荷的简支梁的条件，校核分流桥的最小高度Hmin 见图9-47。,广东工业大学材料与能源学院,式中：Hmin为分流桥的最小高度(mm)； l为分流桥二个危险断面间的长度(mm)； P为单位压力(MPa)； bb为模具材料许用抗弯强度，对3Cr2W8V钢，在450时取bb=1000MPa。,广东工业大学材料与能源学院,式中： Q桥为分流桥端面上所承受的总
47、压力(N)； A桥为分流桥受剪切的总面积(mm2)； 为模具材料许用剪应力，=(0.50.6)bb，对于3Cr2W8V钢，在450时bb=1000MPa。,(2)抗剪强度校核平面分流模的抗剪强度可按以下公式进行校核：,广东工业大学材料与能源学院,三、导流模设计导流模又称前室模，其实质是在型材模前面加放一个型腔，形状为与型材外形相似的异形或与型材最大外形尺寸相当的矩形(图9-48)。,广东工业大学材料与能源学院,铸锭镦粗后，先通过导流模产生预变形，金属进行第一次分配，形成与型材相似的坯料，然后再进行第二次变形，挤压出各种断面的型材。 采用导流模不仅可增大坯料与型材的几何相似性，便于控制金属流动，
48、特别是当挤压截面差别很大的型材时能起到调节金属流速的作用，使壁薄、形状复杂的型材易于成形，而且能挤压外接圆尺寸较大的型材(如宽展挤压)，减少产品扭拧和弯曲变形，改善模具的受力条件，实现连续挤压，大大提高成品率和模具寿命，特别是对于舌比大于3的形状复杂的型材，用普通平面模几乎无法挤压，而采用导流模可使模具寿命提高几十倍。 这种模其的主要缺点是金属需经二次变形，挤压力高于一般平面模，因此，主要用于挤压软合金型材。 除了难于成形的散热片型材以外，6063民用建筑型材也常用这种形式的模子挤压。 导流模与挤压机后部的牵引机构配合，可最大限度地减少型材的弯扭变形，简化工艺流程，节省工艺装备，从而大大提高了
49、型材的生产效率和产品质量。,广东工业大学材料与能源学院,导流模的基本结构形式有两种： 一种是将导流模和型材模分开制造，然后组装成一个整体进行使用； 另一种是直接将导流模和型材加工成一个整体。可以根据挤压机的结构、产品特点以及模具装配结构的不同，选择不同的模具结构。 导流模的设计原则是有利于金属预分配和金属流速的调整。 一般来说，导流模的轮廓尺寸应比型材的外形轮廓尺寸大615mm，其深度可取1525mm，导流孔的人口最好呈315，导流模腔的各点应均匀圆滑过渡，表面应光洁，以减少摩擦阻力。 在平模上配置设计合理的导流模后，可有效地控制变形金属的出口流速，得到合格的挤压制品。,广东工业大学材料与能源
50、学院,图9-49为模孔通过平模圆心的薄板挤压和配置三种不同型腔的导流模及挤出铝合金型材的前端形状。,广东工业大学材料与能源学院,采用初始设计的导流模腔，挤出型材的前端中心部位的外凸量由不加导流模的3.5mm减小到2.5mm。加大导流模两侧端部的圆角半径后，挤出型材的前端基本平齐。继续加大两端的圆角半径，并加大中心到两边的开口宽度变化，则挤出板料前端的中心部位出现内凹。这说明板料两侧的流速已大于中心部位。为克服型材前端起皱和波浪等缺陷，导流模型腔不但要在端部加大尺寸，而且在支叉和折弯处也要适当加大，否则会产生局部滞后。试验表明，如导流模型腔局部过大，也要影响其余部分，使出口流速分布不均匀。当导流模(槽)主要起焊合作用时，导流模(槽)的厚度按表9-12数据设计，以保证型材衔接处焊缝具有一定的力学性能，使挤压牵引型材和随后的拉伸矫直时不拉断。图9-50和图9-51为两种典型导流槽设计方案。,
