散热器型材分流组合模的设计

本科毕业设计（论文）摘 要针对散热器型材的成形工艺做了详细分析,具体分析了生产模具的各要素在热挤压过程中对型材质量的影响。根据此挤压件的工艺特征，具体分析了在实际应用中分流组合挤压模具出现的早期失效和成形缺陷问题。通过对平面分流组合模的认识，具体分析了平面分流组合模的工作原理与结构特点。根据对一般模具 结构的分析，合理的 选择 了模具的材料，分流孔的分布、形状和大小等关于模具设计的关键要素。通过对模具分流比、分流桥、模芯、焊合室、模孔工作带和模孔空刀尺寸的计算，具体的设计了一套全新的散热器型材模具。最后对分流桥弯曲应力、分流孔道抗剪应力和模芯的强度进行了校核，使模具在现实生活的使用中，各方面的强度得到了有力的保证。该套模具具有悬臂、多孔、壁薄，而且一模多孔等特点，大大提高了材料利用率和加工速度，减低了产 品不合格率，从而降低了生产成本。关键词：散热器型材；铝型材；正挤压；平面分流组合模；悬臂；薄壁；一模多孔1Design of Separ ation Combined ExtrudingMold for the Radiator Section MaterialAbstract：Against aluminum radiator section material Forming Technology has done a detailed analysis, specific analysis of the production mold the elements of the hot extrusion process influence of quality . Under the conditions of extrusion processes, specific analysis of the practical application Porthole extrusion mold of early failures and forming defects. Through the Porthole mold awareness, specific analysis of the Porthole Die Principle and the structural characteristics. According to the general structure of the mold, reasonable choice of the mold material, hole streaming distribution shape and size of the key elements to the die design. Through the die split ratio, streaming Bridge, the mold, welding room, simulated work zone and hole-hole size and air-cutting the specific design of a new high-efficiency heating unit mold Finally, the streaming Bridge bending stress, diversion channel shear stress and the intensity of the mold of Check, mold enable real-life use, the strength of a favorable is guaranteed. The mold has a cantilever, porous, thin-walled, and the characteristics of a porous mold, greatly improving the utilization of materials and processing speed, reduce the failure rate of the product, thereby reducing the production costs.Keywords：radiator section material; Aluminum; Positive Squeeze; Plane Diverted Mold; Cantilever; Thin-walled; A porous mold本科毕业设计（论文）目 录1 绪论 .12 挤压产品的工艺分析 .22.1 成形工艺的分析及选择 .22.2 挤压件的结构分析及各个要素对其影响 .32.3 挤压件的尺寸分析 .42.4 挤压机吨位的选择 .42.5 挤压模具失效分析 .53 平面分流组合模 .53.1 结构分析 .53.2 工作原理与特点 .64 模具结构设计 .64.1 模具材料 .64.2 一般结构 .74.3 结构要素设计 .74.3.1 模孔的配置 .74.3.2 分流比的计算 .94.3.3 分流孔的形状、断面尺寸、数目及其分布 .94.3.4 分流桥的设计 .114.3.5 模芯（或舌头）的设计 .114.3.6 焊合室设计 .124.3.7 模孔尺寸的设计 .134.3.8 模孔工作带长度的确定 .144.3.9 模孔空刀结构设计 .144.4.1 分流桥弯曲应力的校核 .154.4.2 分流孔道抗剪应力的校核 .154.4.3 模芯的强度校核 .164.5 模具造型图 .165 结束语 .17致谢 .18参考文献 .1931 绪论挤压工模具设计与制造是铝挤压材生产，特别是铝合金型材生产的关键技术，不仅 影响产品的质量、生产效率和交货周期，而且也是决定产品成本的重要因素之一。随着型材难度和 对产品性能个性化的增加，这种作用更加明显。目前，我国铝加工正处于高速发展时期，2006年，我国 铝挤压 材产销量超过400万t/ a以上，工模具消耗量量达60 80万套/a，价 值高达15亿 元以上，占挤压加工成本的25% 35%，大大制约了我国铝挤压工业的发展。为了减少挤压工模具的消耗量，提高铝挤压材的经济效益，最主要的途径就是提高挤压工模具的质量和寿命。目前，我国挤压模具的平均使用寿命为58t/模，一次上机合格率为50%左右，大大落后于国际先进水平的58t/模和67%，大有潜力可挖。振兴和发展我国的模具工业，日益受到人们的重视和关注。 “模具是工业生产的基础工艺装备” 也已经取得了共 识。在电子、汽 车、电机、电器、仪器、 仪表、家电和通信等产品中，60% 80%的零部件都要依靠模具成形。用模具生产制件所具备的高精度、高复杂程度、高一致性、高生 产率和低消耗，是其他加工制造方法所不能比拟的。模具又是 “效益放大器”，用模具生产的最终产品的价值，往往是模具自身价值的几十倍、上百倍。目前全世界模具年 产值约为600亿美元，日、美等工业发达国家的模具工业产值已超过机床工业，从1997年开始，我国模具工业产值也超过了机床工业产值。模具行业的生产小而散乱，跨行业、投 资密集，专业化、商品化和技术管理水平都比较低。现代工业的发展要求各行各业产品更新换代快，对模具的需求量加大。一般模具国内可以自行制造，但很多大型复杂、精密和 长 寿命的多工位级进模大型精密塑料模复杂压铸模和汽车覆盖件模等仍需依靠进口，近年来模具进口量已超过国内生产的商品模具的总销售量。为了推进社会主义现代化建设，适应国民经济各部门发展的需要，模具工 业面临着进一步技术结构调整和加速国产化的繁重任务。 挤压成形是一种精密常用的工件成形技术, 具有切削加工无可比拟的优点, 如工件的力学性能好, 生产率高和材料利用高, 特别适合于大批量生产。近几年来，挤压设备发展迅猛，具体地说，挤压机台数急 剧增加，压力不断扩大，结 构型式不断更新，自动化程度不断提高，液压挤压机得到广泛应用。在挤压机本体方面，近年来国外 发展了钢板组合框架和预应力“T”型头板柱结构机架和预应力混泥土机架，大量采用扁挤压筒、活 动模架和内置式独立穿孔系统。在传动形式方面发展了自给油传动系统，甚至7296MN大型挤压机上也采用了油泵直接传动装置。现代挤压机及其辅助系统的工作都采用了PLC（程序逻辑控制）系统；采用了本科毕业设计（论文）记忆磁带和带模拟曲线的卡片控制系统或穿孔卡片控制系统，即实现了速度自动控制，实现了等温- 等速挤压、工模具自 动快速装卸、乃至全机自动控制。挤压机的机前设备（如长坯料自控加热炉、坯料热切装置和坯锭运送装置等）和机后设备（如牵引装置、淬火装置、前梁锯、活动工作台、冷床和横向运输装置、拉伸矫直机、成品锯、人工时效炉等）已经实现了自动化和连续化生产。铝型材是挤压的主要产品，铝合金材料由于重量轻、散热效果好被广泛应用在各种电器的散热元件上。由于现今电器设备的外形日趋薄小,其散热空间也日趋减小, 这就要求散热器的外形必须符合其散热空间的大小,且能起到应有的散热作用。因此,这种散热器型材一般都设计成较薄且分布着很多起增加散热面积和散热效果的牙形及孔。这 种带有空心及牙形的散热型材,虽然改善了散热效果,但同时也给设计、加工及挤压 增加了很大的难度。本文对普通6063铝合金型材的工艺作了具体的分析, 并设计了一套全新的使用性很强的散热器模具。2 挤压产品的工艺分析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。2.1 成形工艺的分析及选择挤压件的工艺性对挤压件的质量、模具寿命和生产率影响很大。挤压件的外形多数是轴对称形状，设计挤压零件时应根据其挤压变形的规律，对产品零件图进行适当修改，使之成为具有良好挤压工艺性的适合挤压加工的零件。最初采用的机加工虽然能满足尺寸要求,但是材料利用率低, 耗费工时多, 生产成本极高,经济效益难以实现。 因此，在这里我们首先分析下面三种挤压工艺并从中选择最佳工艺：5冷挤压是少切削和无切削工艺，节约原材料，生 产率高、精度高，但是冷挤压需要的变形抗力大，尤其冷 挤压较硬的金属材料时，所需要的变形力更大。当变形抗力大到超过模具材料允许的强度时，就造成模具的破坏。目前一般模具材料在冷挤压时允许的单位挤压力为25003000MPa 。因为本设计的挤压件材料为铝，所需要的单位挤压力远 超过了3000MPa ，所以冷挤压工艺不合适。温挤压中被加热后的金属坯料的变形抗力比冷挤压要小，因此可显著减小挤压时模具所受的压力；并可应用于挤压难加工材料；显著提高材料挤压变形程度，以至减少工序和中间处 理次数。但是温 挤压的表面 质量和尺寸精度不高，用在这里也不合适。热挤压可使材料变形抗力降低，从而降低了对模具的材料和积压设备的要求，使固定资产投资大大减少。热挤压的表面质量和尺寸精度较模锻高，而且具有良好的力学性能。经过对冷挤压、温挤压、热挤压三者进行的分析比较，以及根据本 设计的材料特点，在这里只有热挤压 工艺最适合，所以本 设计 决定采用热挤压加工工艺的方法加工工件。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。2.2 挤压件的结构分析及各个要素对其影响挤压件的极限成形尺寸取决于被挤压材料是否破裂和失稳、模具的强度以及挤压过程中的润滑和操作条件。给出必要的挤压斜度，即为热挤压件出模设置的模壁斜度（若采用卸料装置，也可以不给出挤压斜度）。由于有了挤压斜度，使挤压件在模腔内的摩擦阻力大大减少，从而能较方便地将挤压件从凹模型腔内取出。热挤压件如果平面尺寸 较大且不高，金属就容易压入或挤入热挤压模的型腔，也容易从模具型腔内取出，挤压斜度就可以小些。但当下顶出装置顶出行程不能将挤压件顶出模具型腔高度的2/3时，则还应给 出1030的挤压斜度。在保证质量的前提下，给出最小的机械加工余量和公差（对于要求不高的一般机械零件，可以不给出加工余量，而直接挤压出符合要求的产品零件或部分加工半成品）。热挤压时，要将带通孔的空心挤压件一次挤压出来很困难。通常先将坯料挤本科毕业设计（论文）成杯形零件，留下一定厚度的挤压余量，待下一道工序将其冲下而制成带通孔的空心挤压件。挤压余量厚度过薄，会使金属流 动困难， 挤压力提高。挤压余量厚度过大，会使材料利用率降低，需要的冲孔力增大，且冲孔时易使挤压件产生变形。挤压件截面过度处必须设计成圆角，并给出适当半径。圆角半径越小，金属材料在此处的流动性就越差，也就越难充满模具型腔，还会使热挤压模型腔的相应部位严重磨损。热挤压时 在圆角半径过小处，由于应力集中会产生裂缝，以致热挤压模型腔破裂。所以，在保证产品零件要求的前提下，热挤压件的圆角半径应尽量取大。金属坯料随着加热温度的升高，其强度极限降低，塑性提高。所以 为了降低挤压力， 挤压温度总是越高越好。加热到150 0C200 0C复合挤压时，挤压力可比室温时减少10%；加热到100 0C200 0C反挤压时， 挤压 力可比室温时减少20% 40%。一般情况下，低温温 挤压可减少变形抗力15%，中温及高温温挤压的变形抗力可减少到室温时的0.250.5。有色金属温挤压时，加热温度对挤压力的影响，也是很明显的。对纯铝，如将室温 200C时的挤压 力设为100%，那么在150 0C时的挤压力为59%， 2000C时的挤压力为41% 2 。2.3 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, 散热器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），当挤压筒直径小于200时， D模 0.6D0（其中 D模 是指模子的外圆直径，D0为经过模孔最远点所划得外接圆直径）， 为了简化起 见，可以直接去D 模（0.8 1）D筒 ，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1为某扁形多孔空心散热器型材的截面设计图，从 图1中可知,此型材截面的外形尺寸为38.4mm5.2mm，内部分布有7个4.2mm3.2mm 增加散 热面积的牙形，型材壁厚仅为1.0mm。由于型材的壁厚 较薄, 在加工时其上、下模的型芯与型孔的相 对位置要求较严格, 加工难度极大。2.4 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7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为：（1）=01= 3.1411524238.45.2=26.02表 1 模具外形标准尺寸表 挤压机/MN 挤压筒直径/mm D1/mm H/mm 1/(0)7.5 85,95 113,132 16,32 31215 115,130 148 32,50,70 320 170,200 198 40,60,80 3其中A 是挤压筒截面积；A1是型材截面积；根据挤压比的数值，选择挤压机的吨位为12MN。2.5 挤压模具失效分析挤压时，模具工作部分承受着交变的冲击载荷，模具的工作条件极其恶劣。挤压凸模主要承受随挤压方法不同而异的压应力的作用，还会受到偏负荷所引起的弯曲应力的作用，其受力状态比较复杂。挤压时凹模承受着很大的内应力，在凹模圆周方面产生很大的拉应力。过大的拉应力是使凹模破坏的主要原因。模具的早期失效是因冲击破裂、塑性变形黏附撕坏以及过早的磨损和开裂等原因造成的；当模具达到正常寿命之后，由于磨损或疲劳破损，则属于正常失效。模具早期失效的主要原因就是模具材质差、模具结构不合理、模具加工和热处理工艺不合适；其次是模具材料选用不当、锻造工艺和模具使用不当的影响。3 平面分流组合模3.1 结构分析图 1 散热器型材截面图本科毕业设计（论文）根据空心型材的外形、孔的数目孔对型材断面中心位置的非对称分布程度以及一系列其它因素，可以采用两种基本方法挤压空心型材：（1）对于空心或实心铸锭可以采用管材挤压法挤压；当采用实心铸锭时，在挤压之前，先要对坯料进行穿孔；（2）利用组合（舌型）模进行挤压，在这种情况下，将组合针和模具做成一个整体或者装配成一个刚性结构；为了使模具在挤压时模孔各部的流速均匀、挤压平稳，在设计其模具结构时，打破了一般型材大都采用平模形式的常规设计理念，将此型材模具设计成带有流口、分流桥的平面分流组 合模的形式。3.2 工作原理与特点平面分流组合模的工作原理和桥式舌型模一样，是采用实心铸锭，在挤压机挤压力的作用下，金属在经过 分流孔时被劈成几股金属流，汇集于焊合室（模腔），在高温、高压、高真空的模腔内又重新被 焊合，然后通过模芯与模具所形成的间隙流出，而形成符合一定尺寸要求的管材或空心型材。平面分流组合模的主要优点是：（1）可以挤双孔或多孔的内腔十分复杂的空心型材或管材，也可以同时生产多根空心工件，所以生产效率高，这一点是桥式舌型模很难实现甚至无法实现的；（2）可以挤压悬臂梁很大，用平面模很难生产的半空心型材；（3）可以实现连续挤压，根据需要截取任意长度的工件；（4）可以改变分流孔的数目、大小和形状，使断面形状比较复杂、壁厚差 较大，难以用工作带、阻碍角和促流角等调节流速的空心型材很好成形；（5）可以用带锥度的分流孔，实现在小挤压机上挤压外形较大的空心工件，而且能保证有足够的变形量；（6）可拆换，易加工，成本较底；（7）易于分离残料，操作简单， 辅助时间短，可在普通的型棒挤压机上用普通的工具完成挤压周期，同时 残料短，成品率高。 但是，它也有一定的缺点：（1）焊缝较多，可能会影响工件的组织和力学性能；（2）要求模具的加工精度高，特别是多孔空心型材，上下模要求严格对中；（3）残料分离不干净，不便于修模 3 。4 模具结构设计4.1 模具材料9目前，在挤压铝合金时，最常使用的热加工工模具钢有钼钢和钨钢两大类，钼钢具有较好的导热性，对热 裂纹不太敏感， 韧性较 好，其典型代表 5CrNiMo钢；钨钢具有较好的耐高温性能，但韧性较低，其典型 钢 种为3CrW8V。3CrW8V钢广泛地用来制造重载荷模具，这种钢是含碳量为03%0.4%的Cr-W系的一种亚 共析奥氏体合金 钢。它的特点是具有很高的室温 强度性能：当温度为650时，s仍可保持1100MPa ，HRC可达47。但超过650 时，强度和硬度值则急剧下降。 实验研究表明，3CrW8V 钢的上述性能随钢材中的碳含量的增加而提高。由于3CrW8V 钢的化学成分和生产、使用条件在各国存在差异，所以，其热处理工艺也不尽相同，因此所得到的性能也有区别。 3CrW8V钢的另一个特点是热处理后具有良好的耐磨性和符合模具使用要求的热疲劳强度 4 。根据上述的介绍，设计的模具材料选用第二种类型的钢材：3CrW8V钢。4.2 一般结构平面分流组合模一般由上模，下模，定位销，联结螺 钉四部分组成。上下模组装后装入模支承中，为了保 证模具的强度，减少或消除模具变形，有 时还要配备专用的模垫和环。在上模有分流孔，分流桥和模芯，分流孔是金属通往型孔的通道，分流桥是支承模芯的支架，而模芯用来形成型材内腔的形状和尺寸。在下模有焊合室，模孔型腔，工作带和空刀。 焊合室是把分流孔流出来的金属汇集在一起重新焊合起来形成以模芯为中心的整体坯料，由于金属不断聚集，静压力不断增大，直至挤出模孔。模孔型腔的工作带 部分确定型材的外部尺寸和形状以及调节金属的流速，而空刀部分是为了减少摩擦，使工件能顺利通过，免遭划伤，以保证表面质量。定位销用来进行上下模的装配定位，而联结螺钉是把上下模牢固地联结在一起，使平面分流模形成一个整体，便于操作，并可增大强度。此外，按分流桥的结构不同，平面分流组合模又可分为固定式个可拆式的两种。带可拆式分流桥的模具又称之为叉架式分流模，用这种形式的模子，可同 时挤压多根空心制品。4.3 结构要素设计平面分流组合模的主要设计要素有模孔的选择，分流比，分流孔的形状、大小和分布，分流桥，模芯，焊合室，定径带等，这些因素对产品质量和模具寿命均有重大的影响，必须认真的 计算和慎重选择。4.3.1 模孔的配置根据型材的横断面形状和尺寸，我们合理的选择了模孔的配置方式，单孔模本科毕业设计（论文）配置。根据对于坐标轴的对称程度可将型材分为三类：即横断面对称于两个坐标轴的型材，此种型材对称性最好；断面对称于一个坐标轴的型材，此种型材的对称性次之；横断面不对称的型材，此种型材对称性差。在设计单孔模时，对于横断和两个坐标轴相对称（或近似对称）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。如图 2 所示： 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 3 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 3 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图 2 轴对称型材模孔的配置图 5 轴对称型材模孔的配置11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（图 4a），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）（图 4b）。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。4.3.2 分流比的计算分流比(K) 就是各分流孔的断面积(F 分)与型材断面 积( F型)之比。分流比K的大小直接影响到挤压阻力的大小，工件成型和焊合质量，K值越大，越有利于金属流动与焊合，也可减少 挤压力。因此，在模具强 度允许的范围内，应尽可能选取较大的K值。在一般情况下，对于生产空心型材时，取K=1030， 对于生产管材时，取 K=815。根据（2）这里取K=13。4.3.3 分流孔的形状、断面尺寸、数目及其分布分流孔是平面分流模的基本结构部分，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工件的质量、挤压力和模具的使用寿命，对于每一特定的产品必须设计特定的分流孔。分流孔的断面形状有圆形、腰子形、扇形及异形等。单孔分流模的主要结构形式如图5所示。95.1236.9751型 分FK图 4 复杂不对称单孔型材模孔的配置 a-型材模；b-尾端模；本科毕业设计（论文）对于方管，矩形管或断面复杂的型材多取扇形和异形分流孔，对于管材或断面简单的型材可取圆形的和腰子形的分流孔，对于扁、宽型材或空心壁板， 则应取矩形或弧形的分流孔。本设计的工件型材断面复杂，所以选用异形分流孔。分流孔的数目有两孔、三孔、四孔和多孔多种，这要根据工件的外形尺寸，断面形状，模孔的排列位置等来确定。因为本设计的工件型材断面形状复杂，所以这里我们采用4个异形分流孔。如下图6所示：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1 3，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 对称性交好的空图 6 分流孔分布图图 5 单孔平面分流模的结构形式a-四个圆分流孔，圆柱形模芯b-四个异形分流孔，双锥体模芯c-四个腰形分流孔，锥形模芯a b c13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。4.3.4 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：（3）mb203其中B 是分流桥宽度，b是形腔宽度；分流桥宽设计成14mm 和20mm 宽。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。在这里我们采用水滴形截面的分流桥。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=2 5mm， 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：（4）4021arctnh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。如 图7所示4.3.5 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，它主要本科毕业设计（论文）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b20mm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：（5）mlhL12010带锥焊式（5）中h 焊 表示焊合室深度；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。4.3.6 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， 这里我们选用蝶形截面的焊合室。本设计把焊合室设计在上模上，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， 焊接的质量就越高，可能图7 模具的模芯结构图15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1020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22mm。4.3.7 模孔尺寸的设计由于本设计工件的形状复杂，外部尺寸大，壁厚很薄，并要求在保证强度的情况下尽量减轻重量，减少用材和降低成本。因此，外形和壁厚尺寸可按下偏差考虑。在模具设计时，主要考虑工件冷却后的收缩量和拉矫后的缩减量。模具外形的模孔尺寸A可由下试计算得出： （6）4.36.9012.100 AK其中A 0是工件外形的公称尺寸；K为经验系数;对铝合金一般取0.0070.015，常用的6063合金，可取K=0.012 ；工件壁厚的模孔尺寸B可由下式计算得出：表 2 焊合室高度与挤压筒的关系1. 分流孔 2. 焊合室 3. 死区图 8 焊合室形状a 圆形焊合室 b 蝶形 焊合室c 焊合室剖面本科毕业设计（论文）（7）mB1.0.0其中B 0是工件壁厚的公称尺寸；是壁厚模孔尺寸增量，当B03mm时，= 0.1mm,当B 03mm时，=0.2mm5 。4.3.8 模孔工作带长度的确定确定平面分流组合模的模腔工作带要比平面模要复杂的多，根据过去挤压产品的经验, 挤压时金属在挤压筒中心流动是非常容易的, 但是越接近挤压筒内壁处, 金属的流动性逐渐降低。同 样地, 当模口与模具中心距离相同 , 金属经过模口的流动性几乎没有例外地与模口的相关尺寸成正比。 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。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的1.52倍；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；当型材壁厚相同时，与模子中心（与挤压筒中心重合）距离相等处其工作带长度相同；由模子中心起，每相距10mm（同心圆半径）工作带长度的增减数值可按表1所列数值进行确定；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，还要依据设计者的经验进行恰当确定。计算模具工作带时, 首先按上述基本原理考虑,模口布局, 然后按照模口尺寸和模具中心的距离确定工作带。平面分流组合模的工作带长度应较平面模的大些，这对金属的焊合有好处。4.3.9 模孔空刀结构设计因用平面分流组合模挤压的制品壁厚都比较薄，故空刀结构应合理选择。当制品壁厚大于2mm 时 可采用容易加工的空刀结构（如图a ,b示：），当壁厚小于2 mm 时 或带 有悬臂处和危险断面处可用图(c ,d )型空刀结构，为降低工作阻力，增加其强度，工作带出口处应 作13 的斜角。由以上所述，我们在进行模具设计时应注意以下几点：表 3 模孔工作带长度增减值17（1）模桥结构、焊合室高度，以及焊合室处形尺寸的设计要充分考虑型材壁厚和断面形状对金属流动性的影响，保证金属焊合充分，流动均匀。（2）工作带的设计要尽量短，并在保证平滑、逐 渐过渡的前提下，尽量减少落差。另外，工作带出口处形成一小半径弧形，有助于金属在模孔表面和工作 带之间的过渡处流动，并可减少工作带出口处的毛刺，从而减少产生型材表面暗纹缺陷的机会（3）对某些实心型材，采用假组合模设计（阳模阴模）比平模设计效果好一些。（4）设计模具出口带时，可采取一定锥度，以保 证不擦伤型材。4.4.1 分流桥弯曲应力的校核 按两端固定，均匀载荷的简支梁计算，校 对模具厚度H：（8）=( 2)=120( 26.0221000)=1.57其中Hmin是分流桥的最小高度；l是分流桥的宽度（两危险断面之间的距离）；p是挤压机最大的比压；b是模具材料在工作温度下的许用应力，在450500下， 对3CrW8V 钢取b=1000Mpa6 。4.4.2 分流孔道抗剪应力的校核（9）= 12105423.45.4=275.94（10） aab MP501.06.0因而满足要求。图 9 平面分流模模孔空刀结构a) 直角切口 b) 圆弧切口 c)斜度切口a 直线切口 b 圆弧切口本科毕业设计（论文）其中p是挤压机的公称压力；n是分流孔的数目；F是以分流孔 间最短距离为长 度，以模具厚度为高度所形成的面积；是模具材料在工作温度下的许用剪切应力， =（0.50.6） b，对3CrW8V钢在 450500 时 取 b=1000Mpa6 。4.4.3 模芯的强度校核（1）桥梁受弯曲应力（循环）的数值很大，是主要的作用应力。（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（如 12500t）来考虑。但实际上受的外力，即实际挤压力，有 时低于全压力，而且有一部分挤压力不直接传递给模子，因此，有时也可按挤压机全压力的 80%来考虑。模芯的实体部分可分三段进行：（A）与空心边接处工作带长度 h1；（B）三面受阻部位工作带长度 h2；（C）中 间部分工作带 h3；h3=(1.53)h 1；若中间部分为分流孔直对部位，可选上限 6 。校核:（11）mpHLb 36.210214652/2/1 在模具设计中 L 取 120mm 。4.5 模具造型图a.上模 19b.下模经过几个月不断的学习，不断的搜索，不断的查询相关的模具设计的资料，在老师和相关设计人员的帮助下，最终设计出了基本符合设计要求的模具结构图形，图 7 为这个设计模具的 实体图形，其中包括上摸、下模和 组合模。这个模具设计完成后，立即在工厂里加工制造，一是为了顾客的需求；二是为了验证设计的模具是否成功；经过工厂的快速加工制造完成后，立即投入了零件的加工，当然首先是进行试模，在第一次的试模完成后，我们根据出现的问题 立即进行了修改， 经过多次的试模、修模，最 终完成了符合工件的尺寸和精度要求的模具的设计。5 小结 由于本设计是我在参与辉龙铝厂的模具设计工作组后，和模具设计人员共同完成的，理论联系实际，这种双型芯薄型散热器型材模具的加工方法, 有效保证了上模型芯与下模型孔的相对位置,使挤出型材的壁厚均匀,挤压时两型孔的流速趋于一致,达到了图纸的设计要求, 收到了预期的加工效果。同时