毕业设计（论文）-铝合金型材挤压模具的设计.doc

毕业论文（设计）开题报告题目名称：铝合金型材挤压模具的设计学生姓名陈黎阳专业机电技术教育班级051班一、 选题的目的和意义为了进一步提高铝挤压模具的设计与制造水平，提高挤压模具的质量与使用寿命，以满足飞速发展的国民经济对铝挤压材与日俱增的要求，挤压加工的理论与应用问题急需组织人力、物力和财力开展攻关、开发和应用研究。但根据目前科学技术发展的水平，挤压加工的理论与实用技术水平以及财力和人力资源等具体课题需要长远规划。为了达到更高的要求，立此课题进行研究设计，以改善模具的结构及表面质量。本课题采用SolidWorks和pro/ e作为开发平台对CPU散热器模具进行设计，突出了SolidWorks的曲面建模功能。二、国内外研究综述目前，我国型材挤压模具设计基本上还停留在传统的依靠工程类比和设计经验的积累上。而实际上，型材断面越复杂，其挤压变形的不均匀性就越显著，从而造成新设计的模具很难保证坯料一次性的均匀流出，导致型材因扭拧、波浪、弯曲及裂纹等缺陷而报废，模具也极易损伤，必须经过反复试模、修模才能投入正常使用，造成资金、人力、时间、资源等方面的浪费。因此，随着铝型材产品不断向大型化、扁宽化、薄壁化、高精化、复杂化和多用途、多功能、多品种、长寿命方向发展，改进传统的模具设计方法已成为当前铝型材工业发展的迫切需求。而在国外，比如日美韩德等发达国家的一些模具设计技术及挤压模有限元分析软件已经相当成熟，在二次开发方面也有极大成就。挤压模技术已经成为一种极重要手段遍的加工及各个工业部门。三、主要研究内容（1）挤压模具的工作条件；（2）挤压模具材料的选择；（3）挤压模具的设计技术；（4）挤压模具的合理使用及修正；（5）对加工结果进行分析并得出结论。四、毕业论文（设计）的研究方法和技术路线通过参考已有文献资料和上网查阅相关资料，参观模具工厂，在老师的指导下，以SolidWorks和AutoCAD作为开发平台，进行铝合金型材模具结构设计。五、主要参考文献与资料1曹岩,池宁骏.SolidWorks2007产品设计实例精解.机械工业出版社，20072骆相生，许琳.金属压铸工艺与模具设计.清华大学出版社，20063金仁钢.实用冷挤压技术.哈尔滨工业大学出版社，20054庞玉华.金属塑性加工学.西北工业大学出版社，20055肖亚庆.铝加工技术实用手册.冶金工业出版社，20056齐丕骧.国内外挤压铸造技术发展概况J.特种铸造及有色合金，2002，027孙恒.机械原理M .高等教育出版社,20018王隆太.机械CAD/CAM技术M .机械工业出版社,2003.9齐丕骧.面向21世纪的挤压铸造技术J.特种铸造及有色合金，1998，0410刘静安.铝型材挤压模具设计、制造、使用及维修.冶金工业出版社，2002.0211魏军.金属挤压机.化学工业出版社，2006.0112郝滨海.挤压模具简明设计手册.化学工业出版社，2006.0313刘静安.铝型材挤压工模具设计常用公式数据与典型图集.西南铝加工技术信息中心出版社，2005.0314傅建,彭必友,李军等.铝型材挤出速度对模具工作带的影响J .塑性工程学报 , 2005,(03)15杨金利.大型铝合金散热器挤压型材的模具设计J.轻工机械 , 2001,(03)16丁发俊.提高铝合金型材表面质量的措施J. 铝加工,2004,(01)17陈丽凤,陈小祝,匡同春,成晓玲等.H13钢散热器挤压模具失效分析J.冶金丛刊 , 2002,(04)18郑军,傅建,李冬,刘传璞等.铝型材挤压模具优化设计现状和趋势J.四川工业学院学报,2003,(01)六、指导教师审批意见年 月 日摘要 针对建筑门窗铝合金空心型材进行了平面分流模设计，分析了平面分流模的各种结构要素及设计要求，并结合实际生产给出了空心挤压型材模具的详细设计方法、设计过程、设计要点、设计流程。实践证明，设计的模具结构合理，获得了好评，因为只有通过对所设计的系统进行分析，才能确定其性能是否满足设计要求。因此，不进行分析和优化就不能进行综合，对于铝型材产品挤压模具设计，更应该如此。随着社会各行业的飞速发展，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，就得在生产、生活中不断地学习、积累，不断地改造和创新。关键词：铝合金型材；挤压；平面分流模；模具设计AbstractA porthole die for forming the aluminum alloy hollow section used in doors and Electnic was developed.Each structuctural element of the die and the design requirements analyzed systematically .Then the method, the key points and process in designing the extrusion die for the hollow section were detemined.，After the problem has been defined and a set of written and impliedspecifications has been obtained,the next step in design is the synthesis of and optimization because the system under design must be analyzed to determint whether the perrormance complies with the specifications. After the problem has been defined and a set of written and impliedspecifications has been obtained,the next step in design is the synthesis of and optimization because the system under design must be analyzed to determint whether the perrormance complies with the specifications.Key words: aluminum alloy section; extrusion; porthole die ; die design.目录摘要1目录31 绪论42挤压件的尺寸分析52.1 挤压机吨位的选择72.2外形尺寸的确定原则73模孔尺寸的合理计算83.1模具设计的技术条件及基本要求93.2普通型材模具的变化103.3 单孔挤压型材时的模孔配置103.4多孔挤压型材时的模孔配置144分流孔的形状、数目及其分布174.1舌型模的工作特点184.2舌型模的结构类型184.3分流桥的设计194.4 模芯（或舌头）的设计194.5 焊合室设计204.6 模芯的强度校核215模具造型图24致谢25参考文献261 绪论随着的社会发展,人们生活水平的提高,居住环境也趋于高档化,环保性,新型隔热保温型材这一新概念产品也由国外传到国内。我国北方属于寒冷地区，冬季漫长，因此在铝合金窗的设计上，定要充分考虑保温、节能和利用太阳辐射热的问题。窗户是薄壁的轻质构件，是整个建筑保温、隔热、隔声的薄弱环节，普通单层玻璃窗的能量损失约占整个建筑物冬季采暖和夏季降温能耗的半以上，其隔声量也只有25dB左右，只有厚重外墙隔声量的一半。因此，窗户是改善室内冷热和噪音环境、实现建筑节能的重中之重。隔热断桥铝合金窗是由普通铝合金窗衍变而成的，它属于保温节能型高档产品。隔热断桥铝合金窗优异的保温、隔热以及隔声性能，主要体现在其中空玻璃和铝合金窗框采用隔热断桥技术。中空玻璃可以选用普通中空玻璃(即本体中空玻璃)，也可以选用镀膜中空玻璃或低辐射中空玻璃。镀膜中空玻璃或低辐射中空玻璃的节能效果要比普通中空玻璃好得多，尤其是低辐射中空玻璃的节能效果最佳。低辐射中空玻璃具有自天将太阳辐射热吸收到室内(90%），晚上又能将远红外辐射部分反射回室内的性能5。铝合金窗框所采用的隔热断桥技术，就是将铝合金窗框分成三部分组成复合材料，即外部铝合金框、内部铝合金框以及连接内外铝合金框的中间芯子部分，而中间芯子部分即称为“隔热断桥”，它不仅强度和抗老化性能要满足铝合金窗的要求，而且必须是种极好的隔热材料。铝合金窗采用隔热断桥技术后，既可以克服铝合金固有的高热导率的缺点，同时又保持了铝合金的易挤压成型、易加工、抗腐蚀、坚固美观和经久耐用等重要性能，再通过与中空玻璃和密封材料巧妙结合，人们就可以设计出节能效果优异的隔热断桥铝合金门窗。在铝合金隔热断桥窗引进我国的初期，国内的门窗公司主要是模仿国外门窗公司产品进行制作，比较注重型材截面尺寸是否合理、五金件的选用是否安全、窗排水是否顺畅等问题，但对保温方面的问题考虑不周，即使是形成了标准系列的断热窗（以下简称断热窗），主要的型材截面变化也不大。市场上现有产品设计过程中，忽视了断热窗存在的问题。为满足节能门窗的需要，提高铝合金断热窗的热工性能，在对断热窗的改进设计过程中，本人吸取市场上现有产品存在的问题，另外，再从产品的组成结构及材料上分析，开发出一种新型的铝合金断热窗（以下简称新型断热窗）。 型材是挤压的主要产品，随着航空工业和其它工业部门的飞速发展，特别是建筑工业及民用事业的发展，对铝合金型材的要求不仅数量增加、规格扩大、品种增多，而且其形状日见复杂，并广泛用来制造承受重载的整体结构件。铝合金型材可分为普通型材和专用型材两大类。专用型材主要是指变断面型材、空心型材和壁板型材等。普通型材主要是指各种形状规格和各种用途的实心型材。普通型材的应用最广，品种规格最多，是最常见的铝合金型材。 普通型材主要用单孔或多孔的平面模来进行挤压。在挤压断面形状比较复杂，非对称性很强或型材各处的壁厚尺寸差别很大的型材时，往往由于金属流出模孔时的速度不均匀而造成型材的扭拧、波浪、弯曲及裂纹等废品，因此，为了提高极压制品的质量，在设计型材模具时，除了要选择有足够强度的模具结构以外，还需要考虑模孔的配置，模孔制造尺寸的确定和选择保证型材断面各个部位的流动速度均匀的设计。在相同的条件下挤压同一种金属材料，采用正挤压、反挤压和复合挤压所需要的挤压力各不相同。一般情况下反挤压力比正挤压力大，复合挤压力略小于单向正挤压力或单向反挤压力。反挤压时，挤压件的壁厚越小，则所需要的单位挤压力就越大。但壁厚小到一定程度的数值后，单位挤压力会急剧升高。正挤压时，凹模与挤压件接触面积的单位挤压力远大于凸模的，使得凹模的受力较凸模更大，磨损更为严重。因此，正挤压时的变形程度的最大值取决于凹模的极限载荷，在本文的设计中选用：正挤压1。2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弹性变形、模具的温升、模具的材料以及模具的制造精度和模具磨损等。目前, 铝型材的绝大多数的材质是纯铝或铝合金,本设计的挤压件材料为6063铝合金，根据挤压模具简明设计手册表2.8中查得，挤出入模角为（90120），挤出直径d0.1D（其中D是挤压筒的直径），坯料直径lo10D，挤出余料厚度b0.20.3mm。由挤压模具简明设计手册表2.10中查得，壁厚0.1，其尺寸精度范围在（0.030.075）mm。图中所示的零件厚度最厚为20mm ,宽为43mm。图（1）铝合金型材截面图图（2）型材立体图2.1 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10 至150 之间是可以适用的.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,特别是硬铝合金挤压比希望在20 至30 之间。为了选择合适的设备，拟订合理的工艺，设计先进而合理的模具和工具等，都必须精确的计算挤压比的大小。 根据下面的公式计算出挤压比r为：其中A是铸锭的截面积；A1是挤压件的总面积；r根据挤压比的数值；选择挤压机的吨位为600UST。2.2外形尺寸的确定原则模具的外形尺寸是指模子的外圆直径D和厚度H以及外形锥角。模具外形尺寸主要有模具的强度来确定，同时还考虑到系列化和标准化，以便管理和使用。具体来说，应根据挤压机的结构形式各吨位、挤压筒的直径、型材在模子工作平面上的布置、模孔外接圆的直径、型材断面上是否有影响模具各整套工具强度的因素来选择模具外形尺寸。为了保证模具必需的强度，我们用以下的公式来确定模具的外圆直径：D（0.81）D （2）模具的厚度H取决于制品的形状、尺寸和挤压机的吨位、挤压筒的直径以及模具和模架的结构等。在保证模具组件有足够强度的条件下，模具的厚度H应尽量薄，规格应尽量少，以便于管理和使用。一般情况下，对于中、小型挤压机，取H为25-80mm，对于80MN以上的大型挤压机，H可取80-150mm。2.3标准化、系列化的必要性（1） 减少模具设计与制造的工作量，降低产品成本，缩短生产周期，提高生产效率；（2） 通用性大，互换性强，只需配备几种规格的模支承或模架，可节省模具钢，容易备料，便于维修和管理；（3） 利用标准化有利于提高产品的尺寸精度。2.4确定模具系列的基本原则（1）便于装卸，便于大批量生产，能满足大生产的要求；（2）能满足该挤压机上允许生产的所有规格的产品品种用模具的强度要求；（3）能满足制造工艺的要求。D=（0.8-1）D=60 （3）表（1）模具外形标准尺寸表挤压机/MN挤压筒直径/mmD/mmH/mm/()7.512-1520355012520085,95115,130170,20070,320,37000,360,420,500420,500,650,800650,800,1100113,132148198230,330270,306,360,420300,420,570,670,880570,670,900,100016,3232,50,7040,60,8060,8060,8060,80,120,15080,120,150,200333366,1010,153模孔尺寸的合理计算 计算模孔尺寸时，主要考虑被挤压合金的化学成分，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，挤压力的大小及模具的弹塑性变形情况等因素。对于型材来说，一般用以下公式计算模孔尺寸： A=A+M+（K+K+K） （4）式中 A型材断面的公称尺寸； M型材公称尺寸的允许偏差； K对于边缘较长的丁字形、槽形等型材来说，考虑由于拉力作用而使型材部分尺寸减少的系数； K考虑到拉伸矫直时尺寸缩减的系数； K型材的热收缩量；K=tt （5）式中 t和分别为坯料和模具的加热温度； 和分别为挤压温度下被挤压型材和模具材料的线膨胀系数。 对于壁厚差很大的型材，其难于成形的薄壁部分及边缘的尖角区应适应加大尺寸，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，而腹板宽度的尺寸，此外，挤压速度，有无牵引装置等对模孔尺寸也有一定的影响。 由于挤压时模具的工作条件是十分恶劣人，所以模具强度是模具设计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的许用强度也是十分重要的。目前计算挤压力的公式很多，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，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。图（3）3.1模具设计的技术条件及基本要求 模具的结构，形状和尺寸设计计算完毕之后，要对模具的加工质量、使用条件提出基本要求，这些要求主要是：（1） 有适中而均匀的硬度，模具经淬火、回火处理后，其硬度为HRC4052.（2） 有足够高的制造精度，模具的形位公差和尺寸公差应符合图纸的要求，配合尺寸具有良好的互换性。（3） 有足够高的表面粗糙度、配合表面应达R=3.21.6mm，工作带表面达R=1.60.4mm，表面应进行氮化处理、磷化处理或其它表面处理，如多元素共渗出理及化学处理等。（4） 有足够高的表面粗糙度，配合面的接触率应大于80%。（5） 模具无内部缺陷和表面缺陷，一般应进行超声波探伤和表面质量检查后才能使用。（6） 工作带变化处及模腔分流孔过渡区、焊合腔中的拐接处应圆滑均匀过渡，不得现现棱角。3.2普通型材模具的变化 型材是挤压主要产品，随着航空工业和其它工业部门的飞速发展，特别是建筑工业及民用事业的发展，对铝合金型材的要求不仅数量增加、规格扩大、品种增多，而且其形状日渐复杂，并广泛用来制造承受重载的整体结构件。铝合金型材可分为普通型材和专用型材两大类。专用型材主要是指变断面型材、空心型材和壁板型材等。普通型材主要是指各种形状规格和各种用途的实心型材。普通型材的应用最广，品种规格最多，是最常见的铝合金型材。 普通型材主要用单孔或多孔的平面模来进行挤压。在挤压断面比较复杂，非对称性很强或型材各处的壁厚尺寸差别很大的型材时，往往由于金属流出模孔时的速度不均匀而造成型材的扭拧、波浪、弯曲及裂纹等废品，因此，为了提高挤压制品的质量，在设计型材模具时，除了要选择有足够强度的模具结构以外，还需要考虑模孔的配置，模孔制造尺寸的确定和选择保证型材断面各个部位的流动速度均匀的设计。3.3 单孔挤压型材时的模孔配置 型材的横断面形状和尺寸是合理配置模孔的重要因素之一。根据对于坐标轴的对称程度可将型材分成三类：即横断面对称于两个坐标轴的型材，此种型材对称性差。 在设计单模孔时，对于横截面和两个坐标轴相对称的型材，其合理的模孔配置是应使型材断面的重心和模子的中心相重合。 图（4） 轴对称型材模孔的配置 在挤压横断面尺寸对于一个坐标轴相对称的型材时，如果其缘板的厚度相等或彼此相差不大时，那么模孔的配置应使型材的对称轴通过模子的一个坐标轴，而使型材断面的重心位于另一个坐标轴上。如图所示： 对于非对称性的型材和壁厚差别很大的型材，若采用上述原则配置模孔，将使型材断面的重心到模子中心的距离增大，而把模孔位置移到模子的边缘上。同时，很难保证型材各个部位的流动速度均匀，还要制造通道移位的专用工艺装备（模垫、压型嘴、导向装置等）。图（5）对称于一个坐标轴而缘板厚度比不大的型材模模孔的布置 因此对于各部分壁厚不等的型材和不对称的型材，必须将型材的重心相对于模子的中心作一定距离的移动，应尽可能地使难于流动的壁厚较薄的部位靠近模子的中心，尽量使金属在变形时的单位静压力相等。如图所示： 图（6）不对称和缘板厚度比大的型材模孔的配置对于缘板厚度比虽然不大、但截面形状十分复杂的型材应将型材截面外接圆的中心布置在模子中心线上，对于挤压系数很大，挤压有困难或流动很不均匀的某些型材可采用平衡模孔（在适当的位置增加一个辅助模孔的方法）或增加工艺余料的方法或采用合理调整金属流速的其它措施来改善挤压条件，保证薄壁缘板部分的拉力最小，改善金属流动的均匀性，以减少型材横向和纵向几何形状产生弯曲、扭曲、波浪及撕裂等现象。为了防止型材由于自重而产生扭拧和弯曲，应将型材大面朝下，增加型材的稳定性。总之，单孔型材模孔的布置，应尽量保证型材各部分金属流动均匀，在x轴上下方和y轴左右方的金属共给量应尽可能相近，以改善挤压条件，提高产品的质量，同时，也应考虑模具的强度和流速，有时也采用多孔模挤压。图（7）3.4多孔挤压型材时的模孔配置 采用多孔模挤压普通型材的目的是为了提高挤压机的生产率和成品率，降低挤压系数和减少挤压力，减短挤出长度以适应挤压机工作台的结构等。早生产非对称的复杂型材时，为了均衡金属的流速，有时也采用多孔模挤压。模孔数目的选择原则 多孔型材模模孔数目的选择原则与多孔棒模的选择原则基本相同，主要应考虑挤压系数的影响，保证模子强度，金属流动的均匀性和制品的表面质量。多孔型材模的布置 挤压两孔或多孔型材时，模孔的布置必须遵守中心对称原则，而可以不遵守轴对称原则，如图所示图（8）多孔模模孔的合理配置系统图在配置模孔时，应考虑到模孔离挤压筒中心的距离不同，金属流动速度差异的现象，因此型材断面上薄壁部分应向着模子的中心，而壁厚部分应向着模子的边缘，这种配置还可提高模孔之间的连接部分强度。对于对称性较好，且断面上各处的壁厚相差不大的型材，可将型材模孔的重心均分布在以模子中心为圆心的圆周上。为了保证模子的强度，多孔型材模孔之间应保持一定的距离，在实际生产对于8000t以上的大型挤压机取60mm以上，对于5000t挤压机取35-50mm而对于2000t以下的挤压机可取20-30mm。为了保证制品的质量，配置多孔模模孔时还必须考虑模孔边缘与挤压筒壁之间的距离，当这个距离太小时，制品边缘会出现成层等缺陷，如图表列出了模孔与挤压筒壁间的最小允许距离。表（2）挤压筒直径/mm 85-95115-130150-200200-280300-500500模孔边缘与挤压筒壁间最小间距/mm10-1515-2020-2530-4040-5050-60 a b c d 多孔型材模的配置方案图（9）a，c错误； b，d正确；根据具体的挤压条件，对型材的形状和尺寸，挤压筒和模具的规格，产品的要求，模子的强度以及需要采用工具的情况等进行了详细分析，并确定出矛盾的主要方面之后，可以采用不同的形式对多孔模进行排列，如图示出三孔带板模的排列形式。 a b c图（10）四孔角形型材模孔的排列方式a产品的组织性能均匀，但易产生扭拧，需要装导路；b挤出的产品较平整，但支承环的导出孔太大；c克服a，b的缺点，但模子强度大大削减当型材对称性好而且比较简单，以及型材最大宽度小于挤压筒直径的1/4时，模子工作带长度可采用更简单的公式计算 （6）式中 H、H分别为F1、F2各区段上型材的厚度。 用上述公式计算型材模孔各区段的工作带长度时，应先给定一个区段之工作带长度值作为计算的参考值。工作带最小长度能保证模具有足够的耐磨能力和使用寿命，能使型材的外形尺寸和缘板厚度保持稳定。对于铝合金来说，在实际生产中，一般根据型材的规格和挤压机的吨位来确定工作带的最小长度，如图表表（3） 模孔工作带最小长度值挤压机/MN125503516.3-207.5-12.5工作带最小长度/mm5-104-83-62.5-51.5-3模孔空刀尺寸/mm32.521.5-20.5-1.5工作带的最大长度按挤压时金属与模孔工作带之间最大有效接触长度来确定，当工作带长度超过某一数值时，由于金属流出模孔后的冷却收缩而脱离工作带的接触，此时工作带对于金属不再起阻碍作用。金属流动速度越快，铸锭与模子的加热温差越小，则工作带的最大有效长度也可越大，一般来说，型材模子工作带的最大长度不应超过815mm。4分流孔的形状、数目及其分布 分流孔是平面分流模的基本而结构部分，其形状、断面尺寸，数目及不同的排列方式都直接影响到挤压制品的质量、挤压力和模具的使用寿命，对于每一个特定的产品必须设计特定的分流孔。（1） 当采用单孔模挤压时，可按单一同心圆规则来确定模孔工作带的长度。（2） 当采用多孔模挤压时，可按复合同心圆规则来确定各个模孔工作带的长度，型材模具的强度校核： 用平面模挤压双孔扁条型材或悬壁部分很长的半空心槽形型材时，在高温高压下，模子容易产生弹性翘曲，甚至塑性变形，这不仅会改变型材的尺寸，而且会减低甚至消除工作带和阻碍角的阻碍作用。在受力过大的情况下，模子会沿危险断面破裂。因此，对型材模子必须进行强度校核。危险断面在挤压时受到的弯矩为： M=pal=（7）抗弯断面系数为： W=（8）则弯曲应力为; （9）故模具的最小厚度为：h=4 (10)式中 h模具的最小厚度，mm； L槽形模子悬臂梁的长度，即槽形型材的槽深尺寸，mm； p挤压筒的比压，MPa; a-模孔悬臂梁的长度，即断面处的宽度，mm； b模孔悬臂梁根部断面出口空刀尺寸，mm； c模孔悬臂梁根部出口空刀尺寸，mm；为了计算的方便，可令a=b，其结果对模具厚度影响并不大，则公式可写成 h (11)当比压一定时，即挤压机的压力，挤压筒直径一定时，则=常数，并以A表示则 h=Al (12)4.1舌型模的工作特点舌型模时挤压机上生产各种管材和空心型材的一种主要模具形式，其特点是将针放在模孔中，与模孔组合成一个整体，针在模子中犹如舌头一样，如图所示。舌型模由支承柱1；模桥2；组合针3；模子内套4；模子外套等组成。1、2、3部分制成一个整体，模子用热配合组装在一起，这样，就组成了一个并保证模子强度，在实际生产中还需做一个模子垫，以支持模子不被推出模子套外。舌型模挤压的工作原理是，实心铸锭在强大在挤压力作用下,被模子上的桥部分成几股金属流，流入焊合室，在高温高压高真空下重新焊合并经模孔与针形成的间隙中流出而形成所需要形状尺寸的空心制品，制品的焊缝数与金属流的股数相同。4.2舌型模的结构类型图（11）a带突出桥的； b带半埋入桥的； c带埋入桥的； d带平面桥的 分流孔的断面尺寸主要是根据工件的外形尺寸，工件的断面积，以及所要求的分流比，模具的强度等因素来确定。为了减少挤压力，提高焊缝的质量或对工件的外形尺寸较大，想扩大分流比又受到模具强度的限制时，分流孔可做成斜形孔，一般来说，起内斜度为13，外锥度取36。 分流孔在模具平面上的合理布置，对于平衡金属流速，减少挤压力，促进金属的流动与焊合，提高模具寿命等都有一定的影响。本工件属于对称性交好的空心工件，各分流孔的中心圆直径应大致等于0.7D筒，此时金属的流动性较为均匀，而且挤压力最小，模具强度较高。此外，分流孔的布置应尽量与工件保持几何相似性。为了保证模具强度和产品质量，分流孔不能布置的过于靠近挤压筒或模具的边缘，但是为了保证金属的合理流动及模具的寿命，分流孔也不宜布置的过于靠近挤压筒中心。4.3分流桥的设计 在保证模具有足够强度的条件下，分流桥应尽量设计得短而窄。分流桥的宽窄与模具强度和金属的流量有关，分流桥的高度直接影响模具寿命，挤压力，以及焊缝质量。从增大分流比、降低挤压力来考虑，分流桥宽度B应选择得小些，但从改善金属流动均匀性来考虑，模孔最好受到分流桥的遮蔽，则B应选得宽些。一般取： （13） 其中B是分流桥宽度，b是形腔宽度； 分流桥的截面形状主要有矩形的，矩形倒角的和水滴形的三种。采用矩形截面分流桥时，金属在桥下形成一个死区，不利于金属流动与焊合。矩形倒角截面和水滴形(或近似水滴形)截面的分流桥有利于金属的流动与焊合，而且便于模具加工，因此，在强度允许的条件下，应尽量采用这两种截面的分流桥。在这里我们采用矩形倒角截面的分流桥。分流桥的斜度，对焊缝质量有影响，一般取=45；对难挤压的型材取=30，桥底圆角R=25mm，焊合高度h焊在（1/22/3）B的范围均小于45。根据下面的公式计算出本模具的分流桥斜度为： （14） 其中B为分流桥的宽度；h为焊合室的高度。为了增加分流桥的强度，通常在桥的两端增加桥墩，蝶形桥墩不仅增加了桥的强度，而且改善了金属的流动，避免死区的产生。4.4 模芯（或舌头）的设计模芯相当于穿孔针，其定径区，决定工件的内腔形状和尺寸，其结构直接影响模具的强度、金属焊合质量和模具的加工方式。模芯的结构形式，常见的有三种：圆柱形模芯、双锥体模芯和锥体模芯。这里我们采用凸台式锥体模芯，它主要用于挤压方管，矩形管及空心型材。模芯的定径带有凸台式、锥台式和锥式三种，模芯宽度在b10mm时多采用锥式；在10mmb20mm时，多采用凸台式。模芯的长度宜短，稍伸出定径带即可，过长易使管子偏心，过短易形成椭圆，对于小挤压机模芯可伸出模具定径带13mm，对于大吨位挤压机可伸出1012mm。模芯的总长度可取焊合室深度、模具入口圆锥部分高度、工作带长度、模芯伸出工作带长度之总和。可由下式求得： (15) 式中h锥表示模具入口圆锥部分高度；l带表示工作带长度数值；为了保证内表面质量，在模芯的端部可做成5的倾斜角，并倒R=0.5mm的圆弧。4.5 焊合室设计焊合室的形状，入口方式，尺寸大小，对于金属流动，焊接质量，挤压力的大小很大的影响。常用的焊合室截面形状有圆形和蝶形两种，当采用圆形焊合室时，在两分流孔之间会产生一个十分明显的死区，不仅增大挤压阻力，而且会影响焊缝质量。蝶形焊合室有利于消除这种死区，提高焊缝质量，为了消除焊合室边缘与模孔平面之间的接合出的死区，可采用大圆角（R=520mm ）,或将焊合室的入口处作成15左右的角度，同时，在与蝶形焊合室对应的分流桥根部也作成相应的凸台，这样就改善了金属的流动，减少了挤压阻力。因此，这里我们选用碟形截面的焊合室。本设计把焊合室设计在下模上，焊合室是金属聚集并焊合的地方，焊合腔的容积越大，焊合腔的截面积与工件断面之比越大，则焊合腔所建立起来的静水压力就越大，金属在焊合腔中停留的时间就越长，因此，接的质量就越高，可能采用的挤压速度就越大。合理的设计焊合室的高度具有重大的意义，当焊合室太浅时，由于摩擦力太小不能建立起足够的反压力，而使焊合压力不足，导致焊合不良，同时，还限制了挤压速度的提高，但太深又会影响模芯的稳定性，易出现空心工件壁厚不均匀的现象，同时分离残料后，积存金属过多，会降低工件的成品率。为了获得高强度的焊缝，在焊合室中心必须建立一个超过挤压金属屈服强度10-20倍高的静水压力。随着管材壁厚的增加和空心型材断面积增大，焊接腔的高度也应增大，一般情况下，焊合室高度应大于分流桥宽度的一半。对于中小型挤压机来说，焊合室高度可取1020mm或等于管理厚度的610倍。在很多情况下，可根据挤压筒的直径来确定焊合室的高度。这里我们取焊合室的高度为30mm。1. 分流孔 2. 焊合室 3. 死区 图（12） a 圆形焊合室b 蝶形焊合室c焊合室剖面弯曲强度的校核（1）桥梁受弯曲应力的数值很大，是主要的作用应力。表（4）焊合室的高度与挤压筒直径的关系挤压筒直径115130170200-270300以上焊合室高度1015203040（2）将刀桥看作固定梁，受均布载荷的作用，桥的工作跨度为L（3）在计算外力时，一般按挤压机的最大吨位来考虑，但实际上受的外力，即实际挤压力，有时低于全压力的80%来考虑。（4）危险断面的最大弯矩，可按固定梁的公式来计算。式中g挤压机比压（有时为比压的80%左右），MPa； B刀桥的宽度，mm； gB刀桥单位长度上所受之载荷，N/mm。表（4）焊合室的高度与挤压筒直径的关系4.6 模芯的强度校核 （1）桥梁受弯曲应力（循环）的数值很大，是主要的