黎启华.doc挤压摸具设计要点.doc

1、黎 启 华 ， 江 素 平（ 广 东 坚 美 铝 型 材 厂 有 限 公 司 ， 广 东 佛 山 528231）摘 要 ： 本 文 通 过 对 挤 压 型 材 模 具 设 计 的 系 统 分 析 ， 找 出 型 材 模 具 设 计 的 规律 ， 合 理 布 置 模 孔 ， 增 加 平 衡 模 孔 ， 并 结 合 实 际 生 产 ， 解 决 金 属 流 动 不 均 匀 性和 模 具 强 度 两 大 问 题 ， 挤 压 出 断 面 几 何 尺 寸 符 合 用 户 要 求 的 产 品 ， 实 践 证 明 ，设 计 的 模 具 结 构 合 理 才 能 获 得 首 检 合 格 、 寿 命 长 等 ， 因

2、 为 只 有 通 过 对 所 设 计 的模 具 图 经 过 系 统 分 析 ， 才 能 确 定 其 性 能 是 否 满 足 设 计 要 求 。 另 外 根 据 在 模 具 设计 中 经 常 遇 见 的 问 题 总 结 了 二 级 焊 合 、 二 级 导 流 的 作 用 。关 键 词 ： 模 具 设 计 ； 二 级 焊 合 ； 二 级 导 流1 前 言近 年 来 ， 随 着 我 国 大 规 模 的 基 建 投 资 和 工 业 化 进 程 的 快 速 推 进 ， 铝 型 材 全行 业 的 产 量 和 消 费 量 迅 猛 增 长 ， 而 我 国 也 一 跃 成 为 世 界 上 最 大 的 铝 型 材

3、 生 产基 地 和 消 费 市 场 。 经 过 长 达 近 10 年 的 高 速 增 长 ， 我 国 铝 型 材 行 业 步 入 了 新的 发 展 阶 段 ， 并 展 现 出 了 诸 多 新 的 发 展 趋 势 。 而 且 随 着 建 筑 ， 交 通 、 工 业 、 汽车 以 及 太 阳 能 和 LED 等 产 业 的 迅 速 发 展 ， 对 铝 合 金 挤 压 产 品 的 高 精 度 、高 性 能 要 求 与 日 俱 增 ， 型 材 断 面 形 状 随 之 复 杂 化 、 多 样 化 ， 按 常 规 常 见 形 式 设计 ， 存 在 许 多 不 足 ， 所 以 要 得 到 优 质 型 材 ，

4、 就 得 在 生 产 、 生 活 中 不 断 地 学 习 、积 累 、 不 断 地 改 造 和 创 新 ， 模 具 设 计 是 重 要 环 节 ， 因 此 须 对 挤 压 型 材 模 具 设 计的 进 行 系 统 分 析 ， 并 通 过 生 产 实 践 逐 步 解 决 问 题 。2 模 具 设 计 的 六 大 要 点2.1 挤 压 件 的 尺 寸 分 析挤 压 件 的 尺 寸 及 偏 差 是 由 模 具 、 挤 压 设 备 和 其 他 有 关 工 艺 因 素 决 定 的 。 其中 受 模 具 尺 寸 变 化 的 影 响 很 大 ， 而 影 响 模 具 尺 寸 变 化 的 原 因 有 模 具 的

5、 弹 性 变 形 、模 具 的 升 温 、 模 具 的 材 料 及 模 具 的 制 造 精 度 和 模 具 磨 损 等 。2.1.1 挤 压 机 吨 位 的 选 择挤 压 比 是 以 数 值 表 示 模 具 实 现 挤 压 的 难 易 ， 一 般 来 说 挤 压 比 在10 150 之 间 是 可 适 用 的 。 挤 压 比 低 于 10， 产 品 机 械 性 能 低 ； 反 之 挤 压比 过 高 ， 产 品 容 易 出 现 表 面 粗 糙 或 角 度 偏 差 等 缺 陷 。 实 心 型 材 常 推 荐 挤 压 比 在30 左 右 ， 中 空 型 材 在 45 左 右 。2.1.2 外 形 尺

6、 寸 的 确 定模 具 的 外 形 尺 寸 是 指 模 具 的 外 圆 直 径 和 厚 度 。 模 具 的 外 形 尺 寸 由 型 材 截 面的 大 小 、 重 量 和 强 度 来 确 定 。2.2 模 具 尺 寸 的 合 理 计 算计 算 模 孔 尺 寸 时 ， 主 要 考 虑 被 挤 压 铝 合 金 的 化 学 成 分 、 产 品 的 形 状 、 公 称尺 寸 及 其 允 许 公 差 、 挤 压 温 度 以 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 的 特 点 及 其 在 拉 伸 矫 直 时 的 变 化

7、 ， 挤 压 力 的 大 小及 模 具 的 弹 性 变 形 等 因 素 。对 于 壁 厚 差 很 大 的 型 材 ， 其 难 于 成 形 的 薄 壁 部 分 及 边 缘 尖 角 区 应 适 当 加 大尺 寸 。 对 于 宽 厚 比 大 的 扁 宽 薄 壁 型 材 及 壁 板 型 材 的 模 孔 ， 桁 条 部 分 的 尺 寸 可 按一 般 型 材 设 计 ， 而 腹 板 厚 度 的 尺 寸 ， 除 考 虑 公 式 所 列 的 因 素 外 ， 尚 需 考 虑 模 具的 弹 性 变 形 与 塑 性 变 形 及 整 体 弯 曲 ， 距 离 挤 压 筒 中 心 远 近 等 因 素 。 此 外 ， 挤

8、压速 度 ， 有 无 牵 引 装 置 等 对 模 孔 尺 寸 也 有 一 定 的 影 响 。2.3 , “ z M* e; R g9 B+ r333 合 理 调 整 金 属 的 流 动 速 度 三所 谓 合 理 调 整 就 是 在 理 想 状 态 下 ， 保 证 制 品 断 面 上 每 一 个 质 点 应 以 相 同 的速 度 流 出 模 孔 。 尽 量 采 用 多 孔 对 称 排 列 ， 根 据 型 材 的 形 状 ， 各 部 分 壁 厚 的 差 异和 比 周 长 的 不 同 及 距 离 挤 压 筒 中 心 的 远 近 ， 设 计 不 等 长 的 定 径 带 。 一 般 来 说 ，型 材 某

9、 处 的 壁 厚 越 薄 ， 比 周 长 越 大 ， 形 状 越 复 杂 ， 离 挤 压 筒 中 心 越 远 ， 则 此 处的 定 径 带 应 越 短 。 当 用 定 径 带 仍 难 于 控 制 流 速 时 ， 对 于 形 状 特 别 复 杂 ， 壁 厚 很薄 ， 离 中 心 很 远 的 部 分 可 采 用 促 流 角 或 导 料 锥 来 加 速 金 属 流 动 。 相 反 ， 对 于 那些 壁 厚 大 得 多 的 部 分 或 离 挤 压 筒 中 心 很 近 的 地 方 ， 就 应 采 用 阻 碍 角 进 行 补 充 阻碍 ， 以 减 缓 此 处 的 流 速 。 此 外 ， 还 可 以 采 用

10、 工 艺 平 衡 孔 ， 工 艺 余 量 或 者 采 用 前室 模 、 导 流 模 、 改 变 分 流 孔 的 数 目 、 大 小 、 形 状 和 位 置 来 调 节 金 属 的 流 速 。2.4 保 证 足 够 的 模 具 强 度由 于 挤 压 时 模 具 的 工 作 条 件 十 分 恶 劣 ， 所 以 模 具 强 度 是 模 具 设 计 中 的 一 个非 常 重 要 的 问 题 。 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 ， 精 确 地 计 算 挤 压 力 和 校 核 各 危 险 断 面

11、的 许 用 强 度 也 是十 分 重 要 的 。 目 前 计 算 挤 压 力 的 公 式 很 多 ， 但 经 过 修 正 的 别 尔 林 公 式 仍 有 工 程价 值 。 挤 压 力 的 上 限 解 法 ， 也 有 较 好 的 适 用 价 值 ， 用 经 验 系 数 法 计 算 挤 压 力 比较 简 便 。 至 于 模 具 强 度 的 校 核 ， 应 根 据 产 品 的 类 型 、 模 具 结 构 等 分 别 进 行 。 一般 平 面 模 具 只 需 要 校 核 剪 切 强 度 和 抗 弯 强 度 。 舌 型 模 和 平 面 分 流 模 则 需 要 校 核抗 剪 、 抗 弯 和 抗 压 强 度

12、 ， 舌 头 和 针 尖 部 分 还 需 要 考 虑 抗 拉 强 度 等 。 强 度 校 核 时的 一 个 重 要 的 基 础 问 题 是 选 择 合 适 的 强 度 理 论 公 式 和 比 较 精 确 的 许 用 应 力 。 近年 来 ， 对 于 特 别 复 杂 的 模 具 可 用 有 限 元 法 来 分 析 其 受 力 情 况 与 校 核 强 度 。2.5 工 作 带 宽 度 尺 寸确 定 分 流 组 合 模 的 工 作 带 要 比 确 定 半 模 工 作 带 复 杂 得 多 ， 不 仅 要 考 虑 到 型材 壁 厚 差 ， 距 中 心 的 远 近 ， 面 且 必 须 考 虑 到 模 孔

13、被 分 流 桥 遮 蔽 的 情 况 。 处 于 分流 桥 底 下 的 模 孔 ， 由 于 金 属 流 进 困 难 ， 工 作 带 必 须 考 虑 减 薄 些 。 在 确 定 工 作 带时 ， 首 先 要 找 出 在 分 流 桥 下 型 材 壁 厚 最 薄 处 即 金 属 流 动 阻 力 最 大 的 地 方 ， 此 处的 最 小 工 作 带 定 为 壁 厚 的 两 倍 ， 壁 厚 较 厚 或 金 属 容 易 达 到 的 地 方 ， 工 作 带 要 适当 考 虑 加 厚 ， 一 般 按 一 定 的 比 例 关 系 ， 再 加 上 易 流 动 的 修 正 值 。2.6 模 孔 空 刀 结 构模 孔

14、空 刀 就 是 模 孔 工 作 带 出 口 端 悬 臂 支 承 的 结 构 。 型 材 壁 厚t 2.0mm 时 ， 可 采 用 加 工 容 易 的 直 空 刀 结 构 ； 当 t2mm 时 ， 或 者 带 有 悬臂 处 可 用 斜 空 刀 。3 模 具 设 计 中 常 见 问 题 及 实 例3.1 二 级 焊 合 室 的 作 用挤 压 模 具 在 铝 型 材 挤 压 生 产 中 起 到 至 关 重 要 的 作 用 ， 直 接 影 响 挤 压 产 品 的质 量 。 然 而 在 实 际 生 产 中 ， 挤 压 模 具 的 设 计 更 多 依 赖 设 计 师 的 经 验 ，模 具 设 计 质 量

15、难 以 保 证 ,需 要 多 次 试 模 和 修 模 。 根 据 模 具 设 计 的 不 足 ， 提 出在 下 模 开 设 二 级 焊 合 室 优 化 设 计 方 案 ， 弥 补 模 具 加 工 中 打 供 料 不 到 位 的 缺 陷 ，避 免 了 供 料 不 足 引 起 的 开 口 、 收 口 及 出 材 前 后 形 状 不 一 等 缺 陷 ， 并 有 效 地 解 决了 设 计 中 速 度 分 布 不 均 的 问 题 。 从 而 在 优 化 方 案 中 ， 型 材 截 面 上 的 温 度 分 布 和应 力 分 布 更 加 均 匀 ， 对 了 出 材 有 较 大 改 善 。 模 具 设 计 如

16、 图 1 所 示 ：二 级 导 流 的 作 用在 挤 压 模 具 设 计 中 ， 对 于 壁 厚 差 很 大 的 实 心 型 材 ， 二 级 导 流 。 例 ： 初 始 模具 设 计 由 普 通 的 模 子 和 模 垫 组 成 ， 设 计 如 图 2 所 示 ： 第 一 次 上 机 非 常 不 理想 ， 角 度 偏 小 、 薄 壁 部 分 尺 寸 超 薄 、 超 小 。 模 具 返 修 即 使 加 大 薄 壁 部 分 、 打 低工 作 带 仍 然 不 理 想 。 针 对 初 始 模 具 设 计 的 不 足 ， 第 二 次 采 用 导 流 板 设 计 ， 提 出在 模 子 开 设 二 级 导 流 优 化 设 计 方 案 ， 有 效 地 解 决 了 初 始 模 具 设 计 中 速 度 分 布 不均 的 问 题 。 具 体 通 过 对 薄 壁 部 导 流 直 冲 ， 厚 壁 部 分 在 出 料 口 宽 展 30 度 ，并 将 厚 壁 部 分 模 孔 尺 寸 稍 微 加 大 尺 寸 ， 另 将 模 孔 尺 寸 90 度 角 预 收 口 开 为91 度 ， 定 径 工 作 带 也 适 当 作 了 些 修 改 。 设 计 如 图 3 所 示 ： 功 夫 不 负 有 心人 ， 取 得 可 喜 的 成 绩 ， 2 号 模 第 一 次 上 机 基 本 合 格 ！