[精品資料]玻璃窗框組合模的設(shè)計(jì)

第 21 頁 共 21 頁論文題目：玻璃窗框組合模的設(shè)計(jì)目 錄1 概述22 擠壓產(chǎn)品的工藝分析32.1 成形工藝的分析及選擇32.2 擠壓件的結(jié)構(gòu)分析及各個(gè)要素對其影響42.3 擠壓件的尺寸分析42.4 擠壓機(jī)噸位的選擇52.5 擠壓模具失效分析63 平面分流組合模63.1 結(jié)構(gòu)分析63.2 工作原理與特點(diǎn)64 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)74.1 模具材料74.2 一般結(jié)構(gòu)74.3 結(jié)構(gòu)要素設(shè)計(jì)84.3.1分流比的計(jì)算84.3.2分流孔的形狀、斷面尺寸、數(shù)目及其分布84.3.3分流橋的設(shè)計(jì)104.3.4模芯（或舌頭）的設(shè)計(jì)104.3.5焊合室設(shè)計(jì)104.3.6?？壮叽绲脑O(shè)計(jì)114.3.7?？坠ぷ鲙чL度的確定134.3.8?？卓盏督Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)134.4 強(qiáng)度校核164.4.1 分流橋彎曲應(yīng)力的校核164.4.2 分流孔道抗剪應(yīng)力的校核164.4.3 模芯的強(qiáng)度校核165 結(jié)束語19致謝19參考文獻(xiàn)191 概述（擠壓工藝的歷史及簡介）17世紀(jì)法國人用手動(dòng)螺旋壓力機(jī)擠壓出鉛管，用作水管，是為冷擠壓之始。19世紀(jì)末實(shí)現(xiàn)了鋅、銅和銅合金的冷擠壓，20世紀(jì)初期擴(kuò)大到鋁和鋁合金的擠壓。30年代德國人發(fā)明磷化、皂化的表面減摩潤滑處理技術(shù)，使鋼的冷擠壓獲得成功，最初用于擠制鋼彈殼。第二次世界大戰(zhàn)后，鋼的冷擠壓推廣到其他國家，并擴(kuò)大了應(yīng)用范圍。50年代開始采用熔融玻璃潤滑法，鋼的熱擠壓遂在冶金和機(jī)械工業(yè)中得到應(yīng)用和發(fā)展。擠壓按坯料溫度區(qū)分有熱擠壓、冷擠壓和溫?cái)D壓 3種。金屬坯料處于再結(jié)晶溫度以上時(shí)的擠壓為熱擠壓；在常溫下的擠壓為冷擠壓；高于常溫但不超過再結(jié)晶溫度下的擠壓為溫?cái)D壓。熱擠壓廣泛用于生產(chǎn)鋁、銅等有色金屬的管材和型材等，屬于冶金工業(yè)范圍。鋼的熱擠壓既用以生產(chǎn)特殊的管材和型材，也用以生產(chǎn)難以用冷擠壓或溫?cái)D壓成形的實(shí)心和空心（通孔或不通孔）的碳鋼和合金鋼零件，如具有粗大頭部的桿件、炮筒、容器等。熱擠壓件的尺寸精度和表面光潔度優(yōu)于熱模鍛件，但配合部位一般仍需要經(jīng)過精整或切削加工。冷擠壓原先只用于生產(chǎn)鉛、鋅、錫、鋁、銅等管材、型材，以及牙膏軟管（外面包錫的鉛）、干電池殼(鋅)、彈殼（銅）等制件。20世紀(jì)中期冷擠壓技術(shù)開始用于碳素鋼和合金鋼，如各種截面形狀的桿件和桿形件、活塞銷、扳手套筒、直齒圓柱齒輪等，后來又用于擠壓某些高碳鋼、滾動(dòng)軸承鋼和不銹鋼件。冷擠壓件精度高、表面光潔，可以直接用作零件而不需經(jīng)切削加工或其他精整。冷擠壓操作簡單，適用于大批量生產(chǎn)小制件（鋼擠壓件直徑一般不大于100mm）。溫?cái)D壓是介于冷擠壓與熱擠壓之間的中間工藝，在適宜的情況下采用溫?cái)D壓可以兼得兩者的優(yōu)點(diǎn)。但溫?cái)D壓需要加熱坯料和預(yù)熱模具，高溫潤滑尚不夠理想，模具壽命較短，所以應(yīng)用不甚廣泛。 擠壓是金屬壓力加工的一種少切削和無切削加工工藝。將擠壓模具裝在壓力機(jī)上，利用壓力記得往復(fù)運(yùn)動(dòng)，在室溫、中溫或高溫下使金屬在三向壓應(yīng)力狀態(tài)下發(fā)生塑性變形，從而擠出所需尺寸、形狀及性能的零件。擠壓加工的優(yōu)點(diǎn)：1.節(jié)約原材料，提高生產(chǎn)率；2.提高零件的力學(xué)性能切削加工時(shí)，金屬內(nèi)部纖維被割斷，力學(xué)性能受到影響。但在擠壓過程中，金屬受三向壓應(yīng)力作用，成型后零件內(nèi)部的纖維組織具有連續(xù)性，基本沿外形分布，保證了零件的力學(xué)性能。另外，冷擠壓成形過程中，因?yàn)榻饘俚睦渥饔不?，制件的的?qiáng)度大為提高;3.可加工形狀復(fù)雜的零件;4.提高零件的精度及表面粗糙度。擠壓過程中，金屬表面粗糙度可達(dá)到Ra1.6-0.2,尺寸精度的公差范圍最高可控制到0.015mm. 2 擠壓產(chǎn)品的工藝分析型材是擠壓的主要產(chǎn)品，隨著房地產(chǎn)的持續(xù)高熱，對鋁合金門窗型材的需求量增加、規(guī)格品種日漸增多，而且其形狀也不斷改進(jìn)，以增加門窗耐用性。鋁合金型材可分為普通型材和專用型材兩大類。專用型材主要是指變斷面型材、空心型材和壁板型材等，普通型材主要是指各種形狀規(guī)格和各種用途的實(shí)心型材。那么門窗型材就屬于專用型材。普通型材主要用單孔或多孔的平面模來進(jìn)行擠壓。在擠壓斷面形狀比較復(fù)雜，非對稱性很強(qiáng)或型材各處的壁厚尺寸差別很大的型材時(shí)，由于金屬流出?？讜r(shí)的速度不均勻而造成型材的扭擰、波浪彎曲及裂紋等。因此，為了提高擠壓制品的質(zhì)量，在設(shè)計(jì)型材模具時(shí)，除了要選擇有足夠強(qiáng)度的模具結(jié)構(gòu)以外，還需要考慮?？椎呐渲?，?？字圃斐叽绲拇_定和選擇保證型材斷面各個(gè)部位的流動(dòng)速度均勻的設(shè)計(jì)。2.1 成形工藝的分析及選擇擠壓工藝是在金屬材料冷變形、溫變形、熱變形三種狀態(tài)下進(jìn)行的，并按被擠壓材料的溫度分為冷擠壓、溫?cái)D壓、熱擠壓三大類。設(shè)計(jì)擠壓模具時(shí)應(yīng)根據(jù)其擠壓變形的規(guī)律，對模具效果圖進(jìn)行適當(dāng)修改，使擠壓出的零件具有良好的工藝性。 因此，應(yīng)該對三種擠壓工藝合理分析，并選擇最佳工藝：冷擠壓不需加熱坯料，也就是在室溫下進(jìn)行擠壓。這種工藝節(jié)約原材料，生產(chǎn)率高、精度高，但是冷擠壓需要的變形抗力大；當(dāng)變形抗力大到超過模具材料允許的強(qiáng)度時(shí)，就造成模具的破壞，目前一般模具材料在冷擠壓時(shí)允許的單位擠壓力為25003000MPa。所以冷擠壓之前，要將材料預(yù)先軟化退火，在各道冷擠壓工序之間也要退火處理。由于金屬坯料被預(yù)先加熱，溫?cái)D壓中材料的變形抗力比冷擠壓要小，可有效降低成形壓力機(jī)的噸位，模具壽命也有所提高，而且擠壓難加工材料也比冷擠壓來得容易。如果在較低溫度范圍內(nèi)擠壓，產(chǎn)品的力學(xué)性能與冷擠壓件差別不大，唯一的缺點(diǎn)是：熱環(huán)境使尺寸精度稍有降低。熱擠壓的加熱溫度為熱鍛溫度，材料變形抗力顯著降低，成形壓力機(jī)的噸位進(jìn)一步降低，同時(shí)擠壓零件的尺寸范圍也很寬泛。熱擠壓的表面質(zhì)量和尺寸精度較模鍛高，而且具有良好的力學(xué)性能。但是，因?yàn)闊釘D壓特殊的熱環(huán)境，其工藝缺點(diǎn)也很突出：其一，材料氧化、脫碳及熱膨脹等問題不容忽視，擠壓產(chǎn)品須經(jīng)過切削才能最終成形；其二，模具壽命較低，普通合金工具鋼凹模只能生產(chǎn)1000到2000只熱擠壓件；第三，對于大型擠壓零件，難以保證有效的高質(zhì)量加熱。本次的模具設(shè)計(jì)，坯料是鋁合金，采用冷擠壓完全滿足要求，但金屬擠壓機(jī)的噸位太大，對模具要求也高。溫?cái)D壓是介于冷擠壓與熱擠壓之間的中間工藝，在適宜的情況下采用溫?cái)D壓可以兼得兩者的優(yōu)點(diǎn)。按坯料的塑性流動(dòng)方向，擠壓又可分為：流動(dòng)方向與加壓方向相同的正擠壓，流動(dòng)方向與加壓方向相反的反擠壓，坯料向正、反兩個(gè)方向流動(dòng)的復(fù)合擠壓。在本設(shè)計(jì)中，型材長度最適合正擠壓。潤滑和表面處理 為降低擠壓力和模具的磨損率，并防止金屬坯料與模具面的熱膠合，擠壓時(shí)必須有良好的潤滑。溫?cái)D壓和熱擠壓因溫度高，不適宜用磷化-皂化潤滑，一般采用玻璃粉(高溫時(shí)熔融)、二硫化鉬、石墨等配成的油劑潤滑。2.2 擠壓件的結(jié)構(gòu)分析及各個(gè)要素對其影響擠壓件的極限成形尺寸取決于坯料的破壞極限、模具的強(qiáng)度以及擠壓過程中的潤滑和工作條件。給出必要的擠壓斜度（若采用卸料裝置，也可以不給出擠壓斜度），可以使擠壓件在模腔內(nèi)的摩擦阻力大大減少，從而能方便地從凹模型腔內(nèi)取出擠壓件。擠壓件截面過度處必須設(shè)計(jì)成圓角，并給出適當(dāng)半徑，圓角半徑越小，金屬材料在此處的流動(dòng)性越差，就越難充滿模具型腔，還會(huì)使型腔的相應(yīng)部位嚴(yán)重磨損。在圓角半徑過小處，由于應(yīng)力集中會(huì)產(chǎn)生裂縫，以致熱擠壓模型腔破裂。所以，在保證產(chǎn)品零件要求的前提下，擠壓件的圓角半徑應(yīng)稍大。溫?cái)D壓時(shí)，鋁合金棒料的溫度在2500C以下，為減少坯料表面的氧化，擠壓溫度不宜太低。但同時(shí)要考慮到溫度對擠壓力的影響。對于純鋁，如將室溫200C時(shí)的擠壓力設(shè)為100%，那么在1500C時(shí)的擠壓力為59%，2000C時(shí)的擠壓力為41%2。本設(shè)計(jì)將工作溫度設(shè)定為2400C，擠壓力約為室溫時(shí)的30%。2.3 擠壓件的尺寸分析擠壓件的尺寸及偏差是由模具、擠壓設(shè)備和其他相關(guān)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、模具的溫升、模具的材料以及模具的制造精度和模具磨損等。本設(shè)計(jì)的擠壓件材料為最為常用的6063鋁合金，根據(jù)擠壓模具簡明設(shè)計(jì)手冊表2.8中查得，擠出入模角為9001200，擠出直徑d0.1D（其中D是擠壓筒的直徑），坯料直徑d0D，擠出余料厚度b0.20.3mm。由擠壓模具簡明設(shè)計(jì)手冊表2.10中查得，壁厚0.1，其尺寸精度范圍在（0.0300.075）mm。圖1所示的零件厚度最厚為1.2mm ,寬為64.9mm1，截面積為232.96mm2，外界圓直徑約70mm。圖1-窗框型材截面圖圖2-型材截面拉伸圖2.4 擠壓機(jī)噸位的選擇擠壓比是以數(shù)值表示模具實(shí)現(xiàn)擠壓的難易, 一般來說擠壓比10到150之間是可以適用的.擠壓比低于10,產(chǎn)品機(jī)械性能低;反之產(chǎn)品容易出現(xiàn)表面粗糙或角度偏差等缺陷。實(shí)心型材常推薦擠壓比在30左右,中空型材在45左右,特別是硬鋁合金擠壓比應(yīng)在20至30之間。為了選擇合適的設(shè)備，擬定合理的工藝，設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)而合理的模具，必須精確的計(jì)算擠壓比。根據(jù)圖-1提供的尺寸，可大致算出擠壓件外接圓直徑為70mm，為保證足夠的分流空間，采用130mm直徑的擠壓筒。 根據(jù)下面的公式計(jì)算出擠壓比r為： （1）其中A是鑄錠的截面積；A1是擠壓件的截面積。由這個(gè)擠壓比綜合擠壓機(jī)的參數(shù)和型材的外接圓直徑，應(yīng)取擠壓機(jī)噸位為15MN。2.5 擠壓模具失效分析擠壓時(shí)，凹模部分承受著定載荷，但細(xì)分到各個(gè)部分?jǐn)?shù)值差別較大，模具存在危險(xiǎn)截面。擠壓凸模主要承受不同流速產(chǎn)生的壓應(yīng)力的作用，并有分流孔所引起的彎曲應(yīng)力，受力狀態(tài)比較復(fù)雜。擠壓時(shí)凹模承受著很大的內(nèi)應(yīng)力，在凹模圓周方面產(chǎn)生很大的拉應(yīng)力。過大的拉應(yīng)力是使凹模破壞的主要原因。模具的早期失效是因沖擊破裂、塑性變形黏附撕壞以及過早的磨損和開裂等原因造成的；當(dāng)模具達(dá)到正常壽命之后，由于磨損或疲勞破損，則屬于正常失效。模具早期失效的主要原因就是模具材質(zhì)差、模具結(jié)構(gòu)不合理、模具加工和熱處理工藝不達(dá)標(biāo)；其次是模具材料選用不當(dāng)、鍛造工藝和模具使用不當(dāng)?shù)挠绊憽? 平面分流組合模3.1 結(jié)構(gòu)分析根據(jù)空心型材的外形、孔的數(shù)目孔對型材斷面中心位置的非對稱分布程度以及一系列其它因素，可以采用兩種基本方法擠壓空心型材：（1）對于空心或?qū)嵭蔫T錠可以采用管材擠壓法擠壓；當(dāng)采用實(shí)心鑄錠時(shí)，在擠壓之前，先要對坯料進(jìn)行穿孔；（2）利用組合（舌型）模進(jìn)行擠壓，在這種情況下，將組合針和模具做成一個(gè)整體或者裝配成一個(gè)剛性結(jié)構(gòu)；為了使模具在擠壓時(shí)?？赘鞑康牧魉倬鶆颉D壓平穩(wěn)，在設(shè)計(jì)其模具結(jié)構(gòu)時(shí)，打破了一般型材大都采用平模形式的常規(guī)設(shè)計(jì)理念，將此型材模具設(shè)計(jì)成帶有流口、分流橋的平面分流組合模的形式。3.2 工作原理與特點(diǎn)平面分流組合模采用實(shí)心鑄錠，在擠壓機(jī)擠壓力的作用下，鋁錠經(jīng)過分流孔時(shí)被分成幾股金屬流，流入焊合室（模腔），在高溫、高壓、高真空的條件下重新焊合，然后通過模芯與模具所形成的間隙流出，而形成符合一定尺寸要求的管材或空心型材。其主要優(yōu)點(diǎn)是：（1）可以擠雙孔或多孔的內(nèi)腔十分復(fù)雜的空心型材或管材，也可以同時(shí)生產(chǎn)多根空心工件，所以生產(chǎn)效率高，這一點(diǎn)是橋式舌型模很難實(shí)現(xiàn)甚至無法實(shí)現(xiàn)的； （2）可以擠壓懸臂梁很大，用平面模很難生產(chǎn)的半空心型材；（3）可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)擠壓，根據(jù)需要截取任意長度的工件；（4）可以改變分流孔的數(shù)目、大小和形狀，使斷面形狀比較復(fù)雜、壁厚差較大，難以用工作帶、阻礙角和促流角等調(diào)節(jié)流速的空心型材很好成形；（5）可以用帶錐度的分流孔，實(shí)現(xiàn)在小擠壓機(jī)上擠壓外形較大的空心工件，而且能保證有足夠的變形量；（6）可拆換，易加工，成本較底；（7）易于分離殘料，操作簡單，輔助時(shí)間短，可在普通的型棒擠壓機(jī)上用普通的工具完成擠壓周期，同時(shí)殘料短，成品率高。 但是，它也有一定的缺點(diǎn)：（1）焊縫較多，可能會(huì)影響工件的組織和力學(xué)性能；（2）要求模具的加工精度高，特別是多孔空心型材，上下模要求嚴(yán)格對中；（3）殘料分離不干凈，不便于修模3。4 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)4.1 模具材料 模具材料將采用鎢鋼，其典型鋼種為3CrW8V。 3CrW8V鋼廣泛地用來制造重載荷模具，這種鋼是含碳量為03%0.4%的Cr-W系的一種亞共析奧氏體合金鋼。它的特點(diǎn)是具有很高的室溫強(qiáng)度性能：當(dāng)溫度為650時(shí)，s仍可保持1100MPa，HRC可達(dá)47。但超過650時(shí)，強(qiáng)度和硬度值則急劇下降。實(shí)驗(yàn)研究表明，3CrW8V鋼的上述性能隨鋼材中的碳含量的增加而提高。由于3CrW8V鋼的化學(xué)成分和生產(chǎn)、使用條件在各國存在差異，所以，其熱處理工藝也不盡相同，因此所得到的性能也有區(qū)別。3CrW8V鋼的另一個(gè)特點(diǎn)是熱處理后具有良好的耐磨性和符合模具使用要求的熱疲勞強(qiáng)度4。4.2 一般結(jié)構(gòu) 平面分流組合模一般由上模，下模，定位銷，聯(lián)結(jié)螺釘四部分組成。上下模組裝后裝入模支承中，為了保證模具的強(qiáng)度，減少或消除模具變形，有時(shí)還要配備專用的模墊和環(huán)。在上模有分流孔，分流橋和模芯，分流孔是金屬通往型孔的通道，分流橋是支承模芯的支架，而模芯用來形成型材內(nèi)腔的形狀和尺寸。 在下模有焊合室，?？仔颓?，工作帶和空刀。焊合室是把分流孔流出來的金屬匯集在一起重新焊合起來形成以模芯為中心的整體坯料，由于金屬不斷聚集，靜壓力不斷增大，直至擠出?？?。模孔型腔的工作帶部分確定型材的外部尺寸和形狀以及調(diào)節(jié)金屬的流速，而空刀部分是為了減少摩擦，使工件能順利通過，免遭劃傷，以保證表面質(zhì)量。 定位銷用來進(jìn)行上下模的裝配定位，而聯(lián)結(jié)螺釘是把上下模牢固地聯(lián)結(jié)在一起，使平面分流模形成一個(gè)整體，便于操作，并可增大強(qiáng)度。 此外，按分流橋的結(jié)構(gòu)不同，平面分流組合模又可分為固定式個(gè)可拆式的兩種。帶可拆式分流橋的模具又稱之為叉架式分流模，用這種形式的模子，可同時(shí)擠壓多根空心制品。 4.3 結(jié)構(gòu)要素設(shè)計(jì)平面分流組合模的主要設(shè)計(jì)要素有?？椎倪x擇，分流比，分流孔的形狀、大小和分布，分流橋，模芯，焊合室，定徑帶等，這些因素對產(chǎn)品質(zhì)量和模具壽命均有重大的影響，必須認(rèn)真的計(jì)算和慎重選擇。4.3.1分流比的計(jì)算分流比(K)就是各分流孔的斷面積(F分)與型材斷面積(F型)之比。分流比K的大小直接影響到擠壓阻力的大小，工件成型和焊合質(zhì)量，K值越大，越有利于金屬流動(dòng)與焊合，也可減少擠壓力。因此，在模具強(qiáng)度允許的范圍內(nèi)，應(yīng)盡可能選取較大的K值。在一般情況下，對于生產(chǎn)空心型材時(shí)，取K=1030，對于生產(chǎn)管材時(shí)，取K=815。根據(jù) （2）這里我們?nèi)=214.3.2分流孔的形狀、斷面尺寸、數(shù)目及其分布 分流孔是平面分流模的基本結(jié)構(gòu)部分，其形狀、斷面尺寸，數(shù)目及不同的排列方式都直接影響到擠壓工件的質(zhì)量、擠壓力和模具的使用壽命，對于每一特定的產(chǎn)品必須設(shè)計(jì)特定的分流孔。分流孔的斷面形狀有圓形、腰子形、扇形及異形等。對于方管，矩形管或斷面復(fù)雜的型材多取扇形和異形分流孔，對于管材或斷面簡單的型材可取圓形的和腰子形的分流孔，對于扁、寬型材或空心壁板，則應(yīng)取矩形或弧形的分流孔。本設(shè)計(jì)的工件型材斷面復(fù)雜，所以選用異形分流孔。 分流孔的數(shù)目有兩孔、三孔、四孔和多孔多種，這要根據(jù)工件的外形尺寸，斷面形狀，?？椎呐帕形恢玫葋泶_定。因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)的工件型材斷面形狀比較簡單，所以這里將采用兩個(gè)對稱分流孔。 分流孔的斷面尺寸主要是根據(jù)工件的外形尺寸，工件的斷面積，以及所要求的分流比，模具的強(qiáng)度等因素來確定。為了減少擠壓力，提高焊縫的質(zhì)量或?qū)ぜ耐庑纬叽巛^大，想擴(kuò)大分流比又受到模具強(qiáng)度的限制時(shí)，分流孔可做成斜形孔，一般來說，起內(nèi)斜度為13，外錐度取36。分流孔在模具平面上的合理布置，對于平衡金屬流速，減少擠壓力，促進(jìn)金屬的流動(dòng)與焊合，提高模具壽命等都有一定的影響。本工件屬于對稱性交好的空心工件，各分流孔的中心圓直徑應(yīng)大致等于0.7D筒，此時(shí)金屬的流動(dòng)性較為均勻，而且擠壓力最小，模具強(qiáng)度較高。此外，分流孔的布置應(yīng)盡量與工件保持幾何相似性。為了保證模具強(qiáng)度和產(chǎn)品質(zhì)量，分流孔不能布置得過于靠近擠壓筒或模具的邊緣，但是為了保證金屬的合理流動(dòng)及模具的壽命，分流孔也不宜布置的過于靠近擠壓筒中心。對比本次型材的截面，屬于矩形管范疇，應(yīng)該采用扇形分流孔；在分流孔數(shù)目的選擇上，考慮到該型材懸臂較長，截面形狀不太復(fù)雜，可以（這也是唯一的選擇）使用兩個(gè)分流孔。初設(shè)定扇形圓弧半徑為45mm，兩弦相距28mm。如圖-3所示：圖-3 分流孔的數(shù)目及分布4.3.3 分流橋的設(shè)計(jì) 在保證模具有足夠強(qiáng)度的條件下，分流橋應(yīng)盡量設(shè)計(jì)得短而窄。分流橋的寬窄與模具強(qiáng)度和金屬的流量有關(guān)，分流橋的高度直接影響模具壽命，擠壓力，以及焊縫質(zhì)量。從增大分流比、降低擠壓力來考慮，分流橋?qū)挾菳應(yīng)選擇得小些，但從改善金屬流動(dòng)均勻性來考慮，?？鬃詈檬艿椒至鳂虻恼诒?，則B應(yīng)選得寬些。一般?。?（3）其中B是分流橋?qū)挾?，b是形腔寬度； 分流橋的截面形狀主要有矩形的，矩形倒角的和水滴形的三種。采用矩形截面分流橋時(shí)，金屬在橋下形成一個(gè)死區(qū)，不利于金屬流動(dòng)與焊合。矩形倒角截面和水滴形(或近似水滴形)截面的分流橋有利于金屬的流動(dòng)與焊合，而且便于模具加工，因此，在強(qiáng)度允許的條件下，應(yīng)盡量采用這兩種截面的分流橋。在這里我們采用矩形倒角截面的分流橋。分流橋的斜度，對焊縫質(zhì)量有影響，一般取=45；對難擠壓的型材取=30，橋底圓角R=25mm，焊合高度h焊在（1/22/3）B的范圍均小于45。根據(jù)下面的公式計(jì)算出本模具的分流橋斜度為： （4）其中B為分流橋的寬度；h為焊合室的高度。為了增加分流橋的強(qiáng)度，通常在橋的兩端增加橋墩，蝶形橋墩不僅增加了橋的強(qiáng)度，而且改善了金屬的流動(dòng)，避免死區(qū)的產(chǎn)生。4.3.4 模芯（或舌芯）的設(shè)計(jì)模芯相當(dāng)于穿孔針，其定徑區(qū)，決定工件的內(nèi)腔形狀和尺寸，其結(jié)構(gòu)直接影響模具的強(qiáng)度、金屬焊合質(zhì)量和模具的加工方式。模芯的結(jié)構(gòu)形式，常見的有三種：圓柱形模芯、雙錐體模芯和錐體模芯。這里我們采用凸臺式錐體模芯，它主要用于擠壓方管，矩形管及空心型材。模芯的定徑帶有凸臺式、錐臺式和錐式三種，模芯寬度在b10mm時(shí)多采用錐式；在10mmb20mm時(shí)，多采用凸臺式。模芯的長度宜短，稍伸出定徑帶即可，過長易使管子偏心，過短易形成橢圓，對于小擠壓機(jī)模芯可伸出模具定徑帶13mm，對于大噸位擠壓機(jī)可伸出1012mm。模芯的總長度可取焊合室深度、模具入口圓錐部分高度、工作帶長度、模芯伸出工作帶長度之總和?？捎上率角蟮茫?（5）式（5）中h焊表示焊合室深度；h錐表示模具入口圓錐部分高度；l帶表示工作帶長度數(shù)值；為了保證內(nèi)表面質(zhì)量，在模芯的端部可倒出一定的圓角。如圖-4所示：圖-4 模芯三視圖4.3.5 焊合室設(shè)計(jì)焊合室的形狀，入口方式，尺寸大小，對于金屬流動(dòng)，焊接質(zhì)量，擠壓力的大小很大的影響。常用的焊合室截面形狀有圓形和蝶形兩種，當(dāng)采用圓形焊合室時(shí)，在兩分流孔之間會(huì)產(chǎn)生一個(gè)十分明顯的死區(qū)，不僅增大擠壓阻力，而且會(huì)影響焊縫質(zhì)量。蝶形焊合室有利于消除這種死區(qū)，提高焊縫質(zhì)量，為了消除焊合室邊緣與模孔平面之間的接合出的死區(qū)，可采用大圓角（R=520mm ）,或?qū)⒑负鲜业娜肟谔幾鞒?5左右的角度，同時(shí)，在與焊合室對應(yīng)的分流橋根部也作成相應(yīng)的凸臺，這樣就改善了金屬的流動(dòng)，減少了擠壓阻力。因此，這里我們選用圓形截面的焊合室。本設(shè)計(jì)把焊合室設(shè)計(jì)在下模上，焊合室是金屬聚集并焊合的地方，焊合腔的容積越大，焊合腔的截面積與工件斷面之比越大，則焊合腔所建立起來的靜水壓力就越大，金屬在焊合腔中停留的時(shí)間就越長，因此，焊接的質(zhì)量就越高，可能采用的擠壓速度就越大。合理的設(shè)計(jì)焊合室的高度具有重大的意義，當(dāng)焊合室太淺時(shí)，由于摩擦力太小不能建立起足夠的反壓力，而使焊合壓力不足，導(dǎo)致焊合不良，同時(shí)，還限制了擠壓速度的提高，但太深又會(huì)影響模芯的穩(wěn)定性，易出現(xiàn)空心工件壁厚不均勻的現(xiàn)象，同時(shí)分離殘料后，積存金屬過多，會(huì)降低工件的成品率。為了獲得高強(qiáng)度的焊縫，在焊合室中心必須建立一個(gè)超過擠壓金屬屈服強(qiáng)度1020倍高的靜水壓力。隨著管材壁厚的增加和空心型材斷面積增大，焊接腔的高度也應(yīng)增大，一般情況下，焊合室高度應(yīng)大于分流橋?qū)挾鹊囊话?。對于中小型擠壓機(jī)來說，焊合室高度可取1020mm或等于管理厚度的610倍。在很多情況下，可根據(jù)擠壓筒的直徑來確定焊合室的高度。這里我們?nèi)『负鲜业母叨葹?0mm。1. 分流孔 2. 焊合室 3. 死區(qū)圖-5 焊合室形狀a 圓形焊合室b 蝶形焊合室室c焊合室剖面4.3.6 模孔尺寸的設(shè)計(jì)由于本設(shè)計(jì)工件的形狀復(fù)雜，外部尺寸大，壁厚很薄，并要求在保證強(qiáng)度的情況下盡量減輕重量，減少用材和降低成本。因此，外形和壁厚尺寸可按下偏差考慮。在模具設(shè)計(jì)時(shí)，主要考慮工件冷卻后的收縮量和拉矯后的縮減量。模具外形的模孔尺寸A可由下試計(jì)算得出： （6）其中A0是工件外形的工稱尺寸；K為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，對鋁合金一般取0.0070.015，常用的6063合金，可取K=0.012；工件壁厚的?？壮叽鏐可由下式計(jì)算得出： （7）其中B0是工件壁厚的公稱尺寸；是壁厚?？壮叽缭隽?，當(dāng)B03mm時(shí)，=0.1mm,當(dāng)B03mm時(shí)，=0.2mm5。4.3.7 ?？坠ぷ鲙чL度的確定 確定平面分流組合模的模腔工作帶要比平面模要復(fù)雜的多，根據(jù)過去擠壓產(chǎn)品的經(jīng)驗(yàn), 擠壓時(shí)金屬在擠壓筒中心流動(dòng)是非常容易的, 但是越接近擠壓筒內(nèi)壁處, 金屬的流動(dòng)性逐漸降低。同樣地, 當(dāng)?？谂c模具中心距離相同, 金屬經(jīng)過?？诘牧鲃?dòng)性幾乎沒有例外地與?？诘南嚓P(guān)尺寸成正比。 當(dāng)采用單孔模擠壓時(shí)，可按單一同心圓規(guī)則來確定模孔工作帶的長度。確定模孔工作帶長度時(shí)，先以整個(gè)型材斷面上金屬最難流出處為基準(zhǔn)點(diǎn)，該處的工作帶長度一般為該處型材的1.52倍；與基準(zhǔn)點(diǎn)相鄰區(qū)段的工作帶長度可為基準(zhǔn)點(diǎn)的工作帶長度加上1mm；當(dāng)型材壁厚相同時(shí)，與模子中心（與擠壓筒中心重合）距離相等處其工作帶長度相同；由模子中心起，每相距10mm（同心圓半徑）工作帶長度的增減數(shù)值可按表1所列數(shù)值進(jìn)行確定；當(dāng)型材壁厚不相同時(shí)，模孔工作帶長度的確定除應(yīng)遵循上述規(guī)則外，還要依據(jù)設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行恰當(dāng)確定。 計(jì)算模具工作帶時(shí), 首先按上述基本原理考慮,?？诓季? 然后按照?？诔叽绾湍＞咧行牡木嚯x確定工作帶。 平面分流組合模的工作帶長度應(yīng)較平面模的大些，這對金屬的焊合有好處。 表1 ?？坠ぷ鲙чL度增減值 、 4.3.8 ?？卓盏督Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 因用平面分流組合模擠壓的制品壁厚都比較薄，故空刀結(jié)構(gòu)應(yīng)合理選擇。當(dāng)制品壁厚大于2mm 時(shí)可采用容易加工的空刀結(jié)構(gòu)（如圖a,b示：），當(dāng)壁厚小于2 mm 時(shí)或帶有懸臂處和危險(xiǎn)斷面處可用圖(c ,d )型空刀結(jié)構(gòu)，為降低工作阻力，增加其強(qiáng)度，工作帶出口處應(yīng)作13的斜角。 由以上所述，我們在進(jìn)行模具設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)： （1）模橋結(jié)構(gòu)、焊合室高度，以及焊合室處形尺寸的設(shè)計(jì)要充分考慮型材壁厚和斷面形狀對金屬流動(dòng)性的影響，保證金屬焊合充分，流動(dòng)均勻。 （2）工作帶的設(shè)計(jì)要盡量短，并在保證平滑、逐漸過渡的前提下，盡量減少落差。另外，工作帶出口處形成一小半徑弧形，有助于金屬在?？妆砻婧凸ぷ鲙еg的過渡處流動(dòng)，并可減少工作帶出口處的毛刺，從而減少產(chǎn)生型材表面暗紋缺陷的機(jī)會(huì) （3）對某些實(shí)心型材，采用假組合模設(shè)計(jì)（陽模陰模）比平模設(shè)計(jì)效果好一些。 （4）設(shè)計(jì)模具出口帶時(shí)，可采取一定錐度，以保證不擦傷型材。b圓弧切口a 直線切口c斜度切口d 圓弧與斜度組合切口e 工作帶有斜度的圓弧切口圖6 平面分流?？盏督Y(jié)構(gòu)圖4.4 強(qiáng)度校核4.4.1 分流橋彎曲應(yīng)力的校核 按兩端固定，均勻載荷的簡支梁計(jì)算，校對模具厚度H為： （8）其中Hmin是分流橋的最小高度；l是分流橋的寬度（兩危險(xiǎn)斷面之間的距離）；p是擠壓機(jī)最大的比壓；b是模具材料在工作溫度下的許用應(yīng)力，在450500下，對3CrW8V鋼取b=1000Mpa6。4.4.2 分流孔道抗剪應(yīng)力的校核 （9） （10） 因而滿足要求。其中p是擠壓機(jī)的公稱壓力；n是分流孔的數(shù)目；F是以分流孔間最短距離為長度，以模具厚度為高度所形成的面積；是模具材料在工作溫度下的許用剪切應(yīng)力，=（0.50.6）b，對3CrW8V鋼在450500時(shí)取=1000Mpa6。4.4.3 模芯的強(qiáng)度校核 （1）橋梁受彎曲應(yīng)力（循環(huán)）的數(shù)值很大，是主要的作用應(yīng)力。 （2）將刀橋看作固定梁，受均布載荷的作用，橋的工作跨度為L。 （3）在計(jì)算外力時(shí)，一般按擠壓機(jī)的最大噸位（如12500t）來考慮。但實(shí)際上受的外力，即實(shí)際擠壓力，有時(shí)低于全壓力，而且有一部分?jǐn)D壓力不直接傳遞給模子，因此，有時(shí)也可按擠壓機(jī)全壓力的80%來考慮。模芯的實(shí)體部分可分三段進(jìn)行： （A）與空心邊接處工作帶長度h1； （B）三面受阻部位工作帶長度h2； （C）中間部分工作帶h3； h3=(1.53) h1；若中間部分為分流孔直對部位，可選上限6。校核: （11）在模具設(shè)計(jì)中L取50mm 。4.5 凸模與凹模視圖 通過以上準(zhǔn)備，型材的模具已經(jīng)有了具體的數(shù)據(jù)，根據(jù)這些數(shù)據(jù)，可分別畫出草圖，再對部分細(xì)節(jié)進(jìn)行優(yōu)化處理，就可得到模具的效果圖，如以下兩圖所示：圖-7 凸模視圖 圖-8 凸模視圖 凹模中間的同心圓弧和模具外圓同軸，同軸度為0.01，凸模模芯位置也是在這種約束下得到的。 經(jīng)過幾個(gè)月不斷的學(xué)習(xí)，不斷的搜索，不斷的查詢相關(guān)的模具設(shè)計(jì)的資料，在老師和相關(guān)設(shè)計(jì)人員的幫助下，最終設(shè)計(jì)出了基本符合設(shè)計(jì)要求的模具結(jié)構(gòu)圖形，圖7為這個(gè)設(shè)計(jì)模具的實(shí)體圖形，其中包括上摸、下模和組合模。 這個(gè)模具設(shè)計(jì)完成后，立即在工廠里加工制造，一是為了顧客的需求；二是為了驗(yàn)證設(shè)計(jì)的模具是否成功；經(jīng)過工廠的快速加工制造完成后，立即投入了零件的加工，當(dāng)然首先是進(jìn)行試模，在第一次的試模完成后，我們根據(jù)出現(xiàn)的問題立即進(jìn)行了修改，經(jīng)過多次的試模、修模，最終完成了符合工件的尺寸和精度要