鋁型材擠壓模具設計分析

　　模具設計是重要環節，因此，須對擠壓型材模具設計進行系統分析，并通過生產實踐逐步解決問題。

　　一.鋁型材模具設計的六大要點

　　1.鋁擠壓件的尺寸分析

　　擠壓件的尺寸及偏差是由模具、擠壓設備和其他有關工藝因素決定的。其中，受模具尺寸變化的影響很大，而影響模具尺寸變化的原因有：模具的彈性變形、模具的升溫、模具的材料及模具的制造精度和模具磨損等。

　　(1)鋁型材擠壓機噸位的選擇

　　擠壓比是以數值表示模具實現擠壓的難易，一般來說，擠壓比在10-150之間是可適用的。擠壓比低于10，產品機械性能低;反之，擠壓比過高，產品容易出現表面粗糙或角度偏差等缺陷。實心型材常推薦擠壓比在30左右，中空型材在45左右。

　　(2)外形尺寸的確定

　　擠壓模具的外形尺寸是指模具的外圓直徑和厚度。模具的外形尺寸由型材截面的大小、重量和強度來確定。

　　2.擠壓模具尺寸的合理計算

　　計算模孔尺寸時，主要考慮被擠壓鋁合金的化學成分、產品的形狀、公稱尺寸及其允許公差、擠壓溫度，以及在此溫度下模具材料與被擠壓合金的線膨脹系數，產品斷面上的幾何形狀的特點，及其在拉伸矯直時的變化，擠壓力的大小及模具的彈性變形等因素。

　　對于壁厚差很大的型材，其難于成形的薄壁部分及邊緣尖角區應適當加大尺寸。

　　對于寬厚比大的扁寬薄壁型材及壁板型材的模孔，桁條部分的尺寸可按一般型材設計，而腹板厚度的尺寸，除考慮公式所列的因素外，尚需考慮模具的彈性變形與塑性變形及整體彎曲、距離擠壓筒中心遠近等因素。此外，擠壓速度、有無牽引裝置等對模孔尺寸也有一定的影響。

　　3.合理調整金屬的流動速度

　　所謂合理調整，就是在理想狀態下，保證制品斷面上每一個質點應以相同的速度流出模孔。

　　盡量采用多孔對稱排列，根據型材的形狀，各部分壁厚的差異和比周長的不同及距離擠壓筒中心的遠近，設計不等長的定徑帶。一般來說，型材某處的壁厚越薄，比周長越大，形狀越復雜，離擠壓筒中心越遠，則此處的定徑帶應越短。

　　當用定徑帶仍難于控制流速時，對于形狀特別復雜、壁厚很薄、離中心很遠的部分可采用促流角或導料錐來加速金屬流動。相反，對于那些壁厚大得多的部分或離擠壓筒中心很近的地方，就應采用阻礙角進行補充阻礙，以減緩此處的流速。此外，還可以采用工藝平衡孔、工藝余量，或者采用前室模、導流模、改變分流孔的數目、大小、形狀和位置來調節金屬的流速。

　　4.保證足夠的模具強度

　　由于擠壓時模具的工作條件十分惡劣，所以，模具強度是模具設計中的一個非常重要的問題。除了合理布置模孔的位置、選擇合適的模具材料、設計合理的模具結構和外形之外，精確地計算擠壓力和校核各危險斷面的許用強度也是十分重要的。

　　目前，計算擠壓力的公式很多，但經過修正的別爾林公式仍有工程價值。擠壓力的上限解法，也有較好的適用價值，用經驗系數法計算擠壓力比較簡便。

　　至于模具強度的校核，應根據產品的類型、模具結構等分別進行。一般平面模具只需要校核剪切強度和抗彎強度;舌型模和平面分流模則需要校核抗剪、抗彎和抗壓強度，舌頭和針尖部分還需要考慮抗拉強度等。

　　強度校核時的一個重要的基礎問題是，選擇合適的強度理論公式和比較精確的許用應力。近年來，對于特別復雜的模具，可用有限元法來分析其受力情況與校核強度。

　　5.工作帶寬度尺寸

　　確定分流組合模的工作帶要比確定半模工作帶復雜得多，不僅要考慮到型材壁厚差、距中心的遠近，而且必須考慮到模孔被分流橋遮蔽的情況。處于分流橋底下的模孔，由于金屬流進困難，工作帶必須考慮減薄些。

　　在確定工作帶時，首先要找出在分流橋下型材壁厚最薄處即金屬流動阻力最大的地方，此處的最小工作帶定為壁厚的兩倍，壁厚較厚或金屬容易達到的地方，工作帶要適當考慮加厚，一般按一定的比例關系，再加上易流動的修正值。

　　6.模孔空刀結構

　　模孔空刀就是模孔工作帶出口端懸臂支承的結構。型材壁厚t≥2.0mm時，可采用加工容易的直空刀結構;當t<2mm時，或者帶有懸臂處，可用斜空刀。

　　二.模具設計中的常見問題

　　1.二級焊合室的作用

　　擠壓模具在鋁型材擠壓生產中起到至關重要的作用，直接影響擠壓產品的質量。然而，在實際生產中，擠壓模具的設計更多依賴設計師的經驗，模具設計質量難以保證，需要多次試模和修模。

　　根據模具設計的不足，提出在下模開設二級焊合室優化設計方案，彌補模具加工中打供料不到位的缺陷，避免了供料不足引起的開口、收口及出材前后形狀不一等缺陷，并有效地解決了設計中速度分布不均的問題。從而在優化方案中，型材截面上的溫度分布和應力分布更加均勻，對出材有較大改善。

　　2.二級導流的作用

　　在擠壓模具設計中，對于壁厚差很大的實心型材，采用二級導流。例：初始模具設計由普通的模子和模墊組成，第一次上機非常不理想，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、打低工作帶仍然不理想。

　　針對初始模具設計的不足，第二次采用導流板設計，提出在模子開設二級導流優化設計方案，有效地解決了初始模具設計中速度分布不均的問題。

　　具體通過對薄壁部導流直沖，厚壁部分在出料口寬展30度，并將厚壁部分模孔尺寸稍微加大尺寸，另將模孔尺寸90度角預收口開為91度，定徑工作帶也適當作了些修改。