挤压模具设计

1、挤压模具设计挤压模具设计邓小民邓小民课程简介课程简介 本课程以铝合金挤压模具设计为例，介本课程以铝合金挤压模具设计为例，介绍挤压模具设计的基本方法、思路。主绍挤压模具设计的基本方法、思路。主要内容包括：概述，挤压模具用材料选要内容包括：概述，挤压模具用材料选择，普通型材模、舌型模、分流模、宽择，普通型材模、舌型模、分流模、宽展模、导流模、保护模的设计方法，模展模、导流模、保护模的设计方法，模具修正方法等。具修正方法等。 1、概述、概述 所谓挤压，就是对放在挤压筒内的金所谓挤压，就是对放在挤压筒内的金属锭坯从一端施加外力，强迫其从属锭坯从一端施加外力，强迫其从特定特定的模孔的模孔中流出，获得所需

2、要的断面形状中流出，获得所需要的断面形状和尺寸的制品的一种塑性成型方法。和尺寸的制品的一种塑性成型方法。 挤压方法适合于各种金属材料的塑性挤压方法适合于各种金属材料的塑性成型，特别适合于有色金属材料的挤压成型，特别适合于有色金属材料的挤压成型，其中最典型的是铝合金型材的挤成型，其中最典型的是铝合金型材的挤压成型。压成型。 挤压模具设计的任务，就是根据制品挤压模具设计的任务，就是根据制品的断面形状和尺寸的具体要求，设计能的断面形状和尺寸的具体要求，设计能够生产出合格制品的模具，且符合经济够生产出合格制品的模具，且符合经济利益原则。利益原则。 主要内容：铝合金挤压模具设计主要内容：铝合金挤压模具设

3、计 1.1铝合金型材分类铝合金型材分类 目前，铝合金挤压型材的品种规格大约目前，铝合金挤压型材的品种规格大约有有50000种以上，其断面是非常复杂的，种以上，其断面是非常复杂的，有各式各样。其特点是有各式各样。其特点是：绝大多数断面绝大多数断面是不对称的；型材断面与锭坯断面不相是不对称的；型材断面与锭坯断面不相似；型材断面各部位壁厚差大；多数带似；型材断面各部位壁厚差大；多数带有各种形状的半空心、空心等。其结果有各种形状的半空心、空心等。其结果造成金属流动不均匀，挤压制品出现弯造成金属流动不均匀，挤压制品出现弯曲、扭拧、波浪、尺寸不合格、裂纹等曲、扭拧、波浪、尺寸不合格、裂纹等各种缺陷；易造成

4、模具的早期失效及损各种缺陷；易造成模具的早期失效及损坏。坏。 不同的铝型材企业，对所挤压的铝合金不同的铝型材企业，对所挤压的铝合金型材有自己不同的分类表示方法。按照型材有自己不同的分类表示方法。按照原冶金部标准化研究所原冶金部标准化研究所1984年出版的年出版的“铝及铝合金、镁合金挤压型材图册铝及铝合金、镁合金挤压型材图册”，挤压型材按形状或用途共分为挤压型材按形状或用途共分为十大类十大类，分别在分别在XC后面用后面用1、2、3、4、5、6、7、8、9、0表示。在表示。在17类型材中，根据型类型材中，根据型材的断面形状及特点，又分为若干个材的断面形状及特点，又分为若干个目目。在同一目中，按型材

5、形状又分为若干在同一目中，按型材形状又分为若干组组，一个图形即为一组，依自然顺序排列。一个图形即为一组，依自然顺序排列。 XC1角形型材角形型材 XC2丁字型材丁字型材 XC3槽形型材槽形型材 XC4Z字型材字型材 XC5工字型材工字型材 XC6航空用型材航空用型材 XC7电子工业用型材电子工业用型材 XC8民用型材民用型材 XC9其他专用型材其他专用型材 XC0空心型材空心型材 （1）XC1角形型材，下分角形型材，下分5个个“目目” XC11直角型材直角型材 XC12锐角型材锐角型材 XC13钝角型材钝角型材 XC14圆头角型材圆头角型材 XC15异形角型材异形角型材 XC112 XC121

6、 XC131 XC141 XC1510 （2）XC2丁字型材，下分丁字型材，下分6个个“目目” XC21直丁字型材直丁字型材 XC22斜丁字型材斜丁字型材 XC23双丁字型材双丁字型材 XC24圆头丁字型材圆头丁字型材 XC25异形丁字型材异形丁字型材 XC26专用异形丁字型材专用异形丁字型材 XC211 XC221 XC231 XC246 XC254 （3）XC3槽形型材，下分槽形型材，下分7个个“目目” XC31普通槽形型材普通槽形型材 XC32凸边槽形型材凸边槽形型材 XC33弯边槽形型材弯边槽形型材 XC34圆头槽形型材圆头槽形型材 XC35异形槽形型材异形槽形型材 XC36叉形槽形型

7、材叉形槽形型材 XC37燕尾槽形型材燕尾槽形型材 XC311 XC321 XC331 XC344 XC353 XC362 XC373 （4）XC4Z字型材，下分字型材，下分5个个“目目” XC41等边等壁等边等壁Z字型材字型材 XC42等边不等壁等边不等壁Z字型材字型材 XC43不等边等壁不等边等壁Z字型材字型材 XC44圆头圆头Z字型材字型材 XC45异形异形Z字型材字型材 XC411 XC421 XC434 XC441 XC452 （5）XC5工字型材，下分工字型材，下分5个个“目目” XC51等边等壁工字型材等边等壁工字型材 XC52等边不等壁工字型材等边不等壁工字型材 XC53不等边不

8、等壁工字型材不等边不等壁工字型材 XC54圆头工字型材圆头工字型材 XC55异形工字型材异形工字型材 XC511 XC521 XC531 XC541 XC551 （6）XC6航空用型材，下分航空用型材，下分7个个“目目” XC61边条、铰链型材边条、铰链型材 XC62尾刃、窗框等型材尾刃、窗框等型材 XC63管夹型材管夹型材 XC64大梁型材大梁型材 XC65变断面型材变断面型材 XC66异形型材异形型材 XC67毛坯型材毛坯型材 XC611 XC621 XC637 XC649 XC6571 XC6571 XC66601 XC673 （7）XC7电子工业用型材，下分电子工业用型材，下分8个个“

9、目目” XC71边框型材边框型材 XC72骨架型材骨架型材 XC73插角型材插角型材 XC74联结型材联结型材 XC75附件型材附件型材 XC76散热型材散热型材 XC77整体型材整体型材 XC70空心型材空心型材 XC711 XC722 XC731 XC747 XC754 XC7610 XC776 XC703 代号代号XC8、XC9、XC0为无为无“目目”的的型材类，在类的后面就是组。如型材类，在类的后面就是组。如XC81-2，即为第即为第8类、第类、第1组中的第组中的第2号型材。号型材。 1.2断面形状的复杂性断面形状的复杂性 根据断面形状的复杂程度可把型材分根据断面形状的复杂程度可把型材

10、分成三大类：成三大类： （1）实心型材）实心型材（简单）（简单） 指一般的角材、槽材、工字型材、丁指一般的角材、槽材、工字型材、丁字型材、字型材、Z字型材等。字型材等。 各种实心型材各种实心型材 （2）半空心型材）半空心型材（较复杂）（较复杂） 根据型材断面形状分为三级：根据型材断面形状分为三级： 级：级：从开口中心线看左右是对称的。从开口中心线看左右是对称的。 级：级：从开口中心线看左右是不对称的。从开口中心线看左右是不对称的。 级：级：两个半空心型材。两个半空心型材。 （3）空心型材）空心型材（复杂）（复杂） 根据断面形状也可分为三级：根据断面形状也可分为三级： 级：级：圆形空心，直径较小

11、，断面对称；圆形空心，直径较小，断面对称； 或内径较小，外形不对称。或内径较小，外形不对称。 级：级：除除级以外，外接圆大于级以外，外接圆大于130 mm，只有只有1个空心，空心是非圆个空心，空心是非圆 形。形。 级：级：除除、 级以外所有的空心型材，级以外所有的空心型材，壁厚是均一的，其空心断面是完整壁厚是均一的，其空心断面是完整 或多孔的，即圆、正方、长方、六角、或多孔的，即圆、正方、长方、六角、椭圆、梯形等。椭圆、梯形等。 对于半空心和空心型材，级别越高，其对于半空心和空心型材，级别越高，其断面形状越复杂，可挤压性越差，模具断面形状越复杂，可挤压性越差，模具设计的难度就越大。设计的难度就

12、越大。 即便是相同级别的半空心型材或空心型即便是相同级别的半空心型材或空心型材，断面形状不同，其复杂程度也不一材，断面形状不同，其复杂程度也不一样。因此，除断面复杂性外，还要考虑样。因此，除断面复杂性外，还要考虑形状因素形状因素F0：型材断面周长：型材断面周长S与单位质量与单位质量W之比（或周长与断面积之比（或周长与断面积A之比），即：之比），即： F0 =S/A=S/W。 如果用如果用C表示型材外接圆直径，则表示型材外接圆直径，则SC/A就就是一个反映挤压难易程度的指数，其值是一个反映挤压难易程度的指数，其值越大，型材越难挤压。越大，型材越难挤压。 1.3 型材断面设计原则型材断面设计原则

13、1.3.1 断面大小断面大小 型材断面大小用外接圆来衡量，外接型材断面大小用外接圆来衡量，外接圆大，所需要的挤压力大。挤压型材的圆大，所需要的挤压力大。挤压型材的最大外接圆直径一般比挤压筒直径小最大外接圆直径一般比挤压筒直径小25 50 mm，挤压空心型材时应更小一，挤压空心型材时应更小一些。些。 1.3.2 挤压比挤压比 挤压比小，变形量小；挤压比大，所挤压比小，变形量小；挤压比大，所需要的挤压力大。一般，纯铝的挤压比需要的挤压力大。一般，纯铝的挤压比可达可达300，6063合金可达合金可达200，硬铝合金，硬铝合金可在可在2060之间选择。之间选择。 有时也可用变形率有时也可用变形率表示：

14、表示： =（1-1/）100% 通常认为，通常认为，95%是经济合理的。是经济合理的。 1.3.3型材壁厚型材壁厚 壁厚与合金的挤压难易程度有关。如壁厚与合金的挤压难易程度有关。如6063合金壁厚取合金壁厚取1mm时，时，6061合金就应合金就应 取取1.5mm、7075合金取合金取2.02.5mm左右时，左右时，其挤压的难易程度相近。其挤压的难易程度相近。 另外，壁厚选择还与外接圆直径、断另外，壁厚选择还与外接圆直径、断面形状等有关。一般情况下，型材的宽面形状等有关。一般情况下，型材的宽厚比（厚比（B/t）小于）小于30为宜；当为宜；当B/t50时，时，比较难挤压；当比较难挤压；当B/t10

15、0时，属于特别难时，属于特别难挤压型材，需要采取特殊措施。挤压型材，需要采取特殊措施。 1.3.4型材包围空间面积设计型材包围空间面积设计 按按包围的空间面积与开口宽度平方的比包围的空间面积与开口宽度平方的比值值舌比舌比，即，即A/W2进行计算，然后与表进行计算，然后与表1-1中的数值对照，比表中数值大的定为中的数值对照，比表中数值大的定为半空心型材，小的定为实心型材。半空心型材，小的定为实心型材。 1.3.5 直角间的圆角半径直角间的圆角半径 凸出的直角上的过渡半径过小易发生凸出的直角上的过渡半径过小易发生应力集中；凹形的直角在模孔入口处易应力集中；凹形的直角在模孔入口处易磨损。一般像磨损。

16、一般像6063一类挤压性能良好的一类挤压性能良好的合金，其最小圆角半径取合金，其最小圆角半径取R=0.4mm，其，其它合金取它合金取0.6mm。 1.3.6 断面尺寸偏差断面尺寸偏差 型材断面尺寸偏差应根据产品的加工型材断面尺寸偏差应根据产品的加工余量、使用条件、挤压难易程度、合金余量、使用条件、挤压难易程度、合金牌号、形状特点及所处的部位来确定，牌号、形状特点及所处的部位来确定，通常在有关标准和用户提供的图纸中规通常在有关标准和用户提供的图纸中规定。定。 2 挤压模具用材料挤压模具用材料 2.1 挤压工模具的工作条件挤压工模具的工作条件 (1)承受长时间的高温作用。承受长时间的高温作用。温度

17、可达温度可达550C以上，时间一般为几分钟到几十分以上，时间一般为几分钟到几十分钟，甚至数小时。钟，甚至数小时。 (2)承受长时间的高压作用。承受长时间的高压作用。从挤压纯铝从挤压纯铝所需要的最小单位压力所需要的最小单位压力100MPa到某些铝到某些铝合金空心型材的合金空心型材的1000MPa。 (3)承受激冷激热作用。承受激冷激热作用。挤压铝合金时，挤压铝合金时，工模具工作和非工作时间的温差可达工模具工作和非工作时间的温差可达200 300C以上。以上。 (4)承受反复循环应力作用。承受反复循环应力作用。大部分工具大部分工具在挤压时受压应力，在非工作时间突然在挤压时受压应力，在非工作时间突然

18、卸载，应力下降到零；穿孔针在穿孔时卸载，应力下降到零；穿孔针在穿孔时受压，在挤压过程中受拉应力作用。受压，在挤压过程中受拉应力作用。 (5)承受偏心载荷和冲击载荷作用。承受偏心载荷和冲击载荷作用。 (6)承受高温高压下的高摩擦作用。承受高温高压下的高摩擦作用。 (7)承受局部应力集中的作用。承受局部应力集中的作用。 2.2 挤压工模具材料的合理选择挤压工模具材料的合理选择 2.2.1 对工模具材料的要求对工模具材料的要求 (1)高的强度和硬度值。高的强度和硬度值。一般要求在常温一般要求在常温下其下其b值应大于值应大于1500MPa。 (2)高的耐热性。高的耐热性。一般在工作温度一般在工作温度(

19、500C)下挤压工具材料的下挤压工具材料的s不应低于不应低于650MPa，模具材料的模具材料的s不应低于不应低于1000MPa。 (3)具有高的冲击韧性和断裂韧性值。具有高的冲击韧性和断裂韧性值。 (4)在高温下具有高抗氧化稳定性，不易在高温下具有高抗氧化稳定性，不易产生氧化皮。产生氧化皮。 (5)高的耐磨性。高的耐磨性。 (6)具有良好的淬透性。具有良好的淬透性。确保工具整个断确保工具整个断面有高、均匀的力学性能。面有高、均匀的力学性能。 (7)具有抗激冷、激热的适应能力。具有抗激冷、激热的适应能力。 (8)高的导热性。高的导热性。能迅速散发热量，防止能迅速散发热量，防止工件产生局部过烧，防

20、止工具强度损失。工件产生局部过烧，防止工具强度损失。 (9)抗反复循环应力性能强。抗反复循环应力性能强。防止过早疲防止过早疲劳破坏。劳破坏。 (10)具有一定的抗腐蚀性能和良好的可氮具有一定的抗腐蚀性能和良好的可氮化性能。化性能。 (11)具有小的膨胀系数和良好的抗蠕变性。具有小的膨胀系数和良好的抗蠕变性。 (12)良好的工艺性能。良好的工艺性能。易于熔炼、锻造、易于熔炼、锻造、加工和热处理。加工和热处理。 (13)材料易获得，且价格较廉价。材料易获得，且价格较廉价。 2.2.2 常用挤压工模具钢材的性能特点常用挤压工模具钢材的性能特点 挤压铝合金最常用的工模具钢有钼钢挤压铝合金最常用的工模具

21、钢有钼钢和钨钢两大类。和钨钢两大类。 钼钢钼钢具有较好的导热性，对热裂纹不具有较好的导热性，对热裂纹不太敏感，韧性较好，典型代表是太敏感，韧性较好，典型代表是5CrNiMo钢。钢。 钨钢钨钢具有较好的耐高温性能，但韧性具有较好的耐高温性能，但韧性较低，典型钢种是较低，典型钢种是3Cr2W8V钢。钢。 在挤压模具制造方面，我国长期以来在挤压模具制造方面，我国长期以来一直使用一直使用3Cr2W8V钢。其特点是：钢。其特点是： 具有很高的室温强度性能，当温度为具有很高的室温强度性能，当温度为650C时，时，s仍可达到仍可达到1100MPa，HRC可可达达47；热处理后具有良好的耐磨性和符；热处理后具

22、有良好的耐磨性和符合模具使用的热疲劳强度。合模具使用的热疲劳强度。 但也有许多缺点：但也有许多缺点： (1)冶金过程工艺性能较差，难以制造超冶金过程工艺性能较差，难以制造超过过1000kg的大型优质锻件。的大型优质锻件。 (2)导热能力较差，引起温度场不均匀。导热能力较差，引起温度场不均匀。 (3)加热时易产生脱碳现象，使表面层的加热时易产生脱碳现象，使表面层的强度和耐磨性降低。强度和耐磨性降低。 (4)在在200500C范围内的传热能力低。范围内的传热能力低。 近十几年来，铝合金挤压厂家逐渐开近十几年来，铝合金挤压厂家逐渐开始采用始采用4Cr5MoSiV1（H13）钢制作挤压）钢制作挤压模具

23、。与模具。与3Cr2W8V钢比较有以下特点：钢比较有以下特点： (1)化学成分设计较合理化学成分设计较合理,易于采用先进的易于采用先进的熔铸技术提高钢材本身的质量。熔铸技术提高钢材本身的质量。 (2)钢的锻造、冷加工和电加工工艺稳定，钢的锻造、冷加工和电加工工艺稳定，容易控制。容易控制。 (3)比比3Cr2W8V钢有更好的热处理特性，钢有更好的热处理特性，热处理工艺稳定，有十分优良的表面处热处理工艺稳定，有十分优良的表面处理和化学热处理性能。但易氧化和脱碳，理和化学热处理性能。但易氧化和脱碳，应在真空炉或保护性气氛炉中热处理。应在真空炉或保护性气氛炉中热处理。 (4)热处理后比热处理后比3Cr

24、2W8V钢具有更好的综钢具有更好的综合性能，除了强度略低外，其余性能均合性能，除了强度略低外，其余性能均优于优于3Cr2W8V钢，特别是韧性、塑性、钢，特别是韧性、塑性、断裂韧性、热磨损抗力、热疲劳抗力尤断裂韧性、热磨损抗力、热疲劳抗力尤为突出。为突出。 2.2.3 热挤压工模具材料的合理选择热挤压工模具材料的合理选择 (1)根据挤压金属和合金的性能选择最合根据挤压金属和合金的性能选择最合适、最经济的工模具材料。适、最经济的工模具材料。 我国主要用我国主要用4Cr5MoSiV1和和3Cr2W8V钢钢作为挤压铝合金的模具材料；选用作为挤压铝合金的模具材料；选用3Cr2W8V、4Cr5MoSiV1

25、、5CrNiMo、5CrNiW等作为基本工具的材料。等作为基本工具的材料。 (2)根据产品品种、形状和规格选择工模根据产品品种、形状和规格选择工模具材料。具材料。 挤压圆棒和圆管时，可选择中等强度的挤压圆棒和圆管时，可选择中等强度的5CrNiMo、5CrMnMo、5CrNiW钢；挤钢；挤 压复杂形状的空心型材和薄壁管材时，选压复杂形状的空心型材和薄壁管材时，选用高强度的用高强度的4Cr5MoSiV1或或3Cr2W8V钢；钢；对于形状非常复杂的空心型材、宽厚比对于形状非常复杂的空心型材、宽厚比大于大于50的扁宽薄壁型材和带筋壁板型材的扁宽薄壁型材和带筋壁板型材等，则希望选用更高级的材料（如日本等

26、，则希望选用更高级的材料（如日本的的AF31钢）。钢）。 (3)根据挤压方法、工艺条件与设备结构，根据挤压方法、工艺条件与设备结构，合理选择模具材料。合理选择模具材料。 冷挤压时工模具在很高的压力下工作冷挤压时工模具在很高的压力下工作（可达（可达15002000MPa），局部温度可达），局部温度可达150200C，挤压速度快，受冲击力作用，挤压速度快，受冲击力作用大。除大。除3Cr2W8V钢外，可选用硬质合金钢外，可选用硬质合金材料制造挤压工模具。材料制造挤压工模具。 静液挤压时，模具处于高压液体包围中，静液挤压时，模具处于高压液体包围中，呈预应力状态，可选用呈预应力状态，可选用3Cr2W8V

27、钢。钢。 穿孔挤压时的针尖，水冷或液氮冷却的穿孔挤压时的针尖，水冷或液氮冷却的模具等，应选用良好抗激冷激热的材料；模具等，应选用良好抗激冷激热的材料；正向无润滑挤压时正向无润滑挤压时 ，模具的耐腐蚀性、，模具的耐腐蚀性、表面硬度、氮化性能等，应比润滑挤压表面硬度、氮化性能等，应比润滑挤压时的材质好。时的材质好。 (4)根据挤压工模具的结构形状和尺寸选根据挤压工模具的结构形状和尺寸选择模具材料。择模具材料。 挤压管、棒、普通实心型材的平面模，挤压管、棒、普通实心型材的平面模，一般选用一般选用5CrNiMo或或3Cr2W8V钢制造；钢制造；形状复杂的特殊型材模、舌型模、平面形状复杂的特殊型材模、舌

28、型模、平面组合模等，用组合模等，用4Cr5MoSiV1、3Cr2W8V或更高级的材料。或更高级的材料。 一般情况，用一般情况，用5CrNiW、5CrNiMo、5CrMnSiMoV等材料制造挤压筒。但小等材料制造挤压筒。但小挤压筒、高比压挤压筒、扁挤压筒，内挤压筒、高比压挤压筒、扁挤压筒，内套选用套选用3Cr2W8V或或4Cr5MoSiV1，中套，中套选用选用5CrNiMo，外套可选用，外套可选用45号锻钢。号锻钢。 组合式挤压杆、针支承等，其工作部组合式挤压杆、针支承等，其工作部分选用分选用3Cr2W8V或或4Cr5MoSiV1钢，基钢，基座部分选用座部分选用5CrNiMo。 受重载荷的小尺寸

29、工模具，应选用受重载荷的小尺寸工模具，应选用3Cr2W8V、4Cr5MoSiV1或更高级的材或更高级的材料；对于大尺寸，质量超过料；对于大尺寸，质量超过300kg的模具的模具和和500kg的基本工具，一般不宜采用的基本工具，一般不宜采用3Cr2W8V，最好选用，最好选用4Cr5MoSiV1。 (5)要考虑材料的价格及其他因素。要考虑材料的价格及其他因素。 3 挤压模具设计挤压模具设计 3.1 挤压模具的分类及装配形式挤压模具的分类及装配形式 3.1.1 挤压模具的分类挤压模具的分类 (1)按模孔压缩区断面形状分类有：按模孔压缩区断面形状分类有： (2)按挤压产品的品种分为：按挤压产品的品种分为

30、：棒材模、普棒材模、普通管材模、实心型材模、空心型材模、通管材模、实心型材模、空心型材模、壁板型材模、变断面型材模和管材模。壁板型材模、变断面型材模和管材模。 (3)按挤压方法和工艺特点分为：按挤压方法和工艺特点分为：热挤压热挤压模、冷挤压模、静液挤压模、反挤压模、模、冷挤压模、静液挤压模、反挤压模、连续挤压模、水冷模、宽展模、卧式挤连续挤压模、水冷模、宽展模、卧式挤压机用模、立式挤压机用模等。压机用模、立式挤压机用模等。 (4)按模孔数目分为：按模孔数目分为：单孔模和多孔模。单孔模和多孔模。 (5)按模具结构形式可分为：按模具结构形式可分为：整体模、分整体模、分瓣模、可卸模、活动模、舌型组合

31、模、瓣模、可卸模、活动模、舌型组合模、平面分流组合模、嵌合模、插架模、前平面分流组合模、嵌合模、插架模、前置模、保护模等。置模、保护模等。 (6)按模具外形结构分为：按模具外形结构分为：带倒锥体的锥带倒锥体的锥形模、带正锥体的锥形模、带凸台的圆形模、带正锥体的锥形模、带凸台的圆柱形模、带倒锥体的锥形柱形模、带倒锥体的锥形中间锥体形中间锥体形压环的模具、带倒锥的圆柱压环的模具、带倒锥的圆柱锥形模、锥形模、加强式模具等。加强式模具等。 上述分类是相对的，一种模具往往具上述分类是相对的，一种模具往往具有上述分类中的几种特征。归纳起来可有上述分类中的几种特征。归纳起来可分为四大类：分为四大类： （1）

32、整体模）整体模模子是由一块钢材加工模子是由一块钢材加工制造。广泛用于挤压铝合金型、棒、管制造。广泛用于挤压铝合金型、棒、管材。按模孔压缩区的断面形状可分为材。按模孔压缩区的断面形状可分为7种。种。最常用的是平模和锥模。最常用的是平模和锥模。 平模平模：挤压铝合金型材、棒材，镍合金、：挤压铝合金型材、棒材，镍合金、铜合金管、棒材。铜合金管、棒材。 锥模锥模：挤压铝合金管材，高温合金钨、：挤压铝合金管材，高温合金钨、钼、锆等。钼、锆等。 LX0240普通型材单孔模普通型材单孔模 LX02222普通型材双孔模普通型材双孔模 （2）拆卸模）拆卸模由数块拼装组成一整体由数块拼装组成一整体模子。用于生产阶

33、段变断面型材。模子模子。用于生产阶段变断面型材。模子是由大头和是由大头和 小头两部分构成。而这两部小头两部分构成。而这两部分又分别由多块组装而成。分又分别由多块组装而成。 （3）组合模）组合模用于生产内径较小的管用于生产内径较小的管材、各种断面形状的空心型材。材、各种断面形状的空心型材。 桥模（舌形模）桥模（舌形模）：所需的挤压力较小，：所需的挤压力较小，焊合室中延伸系数大，主要用于挤压硬焊合室中延伸系数大，主要用于挤压硬合金空心型材。但挤压残料较多。合金空心型材。但挤压残料较多。 平面分流模平面分流模：多用于挤压变形抗力低、：多用于挤压变形抗力低、焊合性能好的软合金空心型材。残料较焊合性能好

34、的软合金空心型材。残料较少。少。 舌形模舌形模 分流模分流模 （4）专用模具）专用模具如水冷模、宽展模等如水冷模、宽展模等等。等。 水冷模水冷模宽展模宽展模 3.1.2 挤压模具的组装方式挤压模具的组装方式 模具组件一般包括：模子、模垫、模模具组件一般包括：模子、模垫、模支承或模架。在挤压无缝管材时还包括支承或模架。在挤压无缝管材时还包括穿孔针及针尖等。根据挤压机的结构和穿孔针及针尖等。根据挤压机的结构和模座形式的不同（纵动式、横动式、转模座形式的不同（纵动式、横动式、转动式等），模具的组装方式也不一样。动式等），模具的组装方式也不一样。 3.1.2.1 带压型嘴的挤压机带压型嘴的挤压机 这种

35、形式的挤压机一般具有纵动式模这种形式的挤压机一般具有纵动式模座座(也叫压型嘴也叫压型嘴)。 3.1.2.2 不带压型嘴的挤压机不带压型嘴的挤压机 3.2 挤压模具结构要素设计挤压模具结构要素设计 3.2.1 单孔模单孔模 (1)模角模角 平模：平模：=90 锥模：当锥模：当=4560时，挤压力最小；当时，挤压力最小；当=4550时，死区很小，甚至消失。时，死区很小，甚至消失。挤挤压有色金属时通常选择压有色金属时通常选择=6065。 (2)工作带（定径带）长度工作带（定径带）长度h 工作带的作用：工作带的作用：稳定制品尺寸，保证制稳定制品尺寸，保证制品表面质量。品表面质量。 工作带长度的确定原则

36、：工作带长度的确定原则： A、工作带的最小长度，应按照挤压时能、工作带的最小长度，应按照挤压时能保证制品断面尺寸的稳定性和工作带的保证制品断面尺寸的稳定性和工作带的耐磨性来确定。耐磨性来确定。一般最短一般最短1.53mm。 B、工作带的最大长度，是按照挤压时金、工作带的最大长度，是按照挤压时金属与工作带的最大有效接触长度来确定。属与工作带的最大有效接触长度来确定。铝合金一般最长不超过铝合金一般最长不超过1520mm。 通常情况下，挤压通常情况下，挤压轻合金轻合金工作带长度工作带长度为为28mm，常用，常用35mm。黄铜、紫铜、。黄铜、紫铜、青铜为青铜为812mm。白铜、镍合金为。白铜、镍合金为

37、35mm。稀有难熔金属为稀有难熔金属为48mm。 (3)工作带直径工作带直径dg 确定工作带直径时要考虑下列因素影确定工作带直径时要考虑下列因素影响：标准允许的尺寸偏差，合金，冷却响：标准允许的尺寸偏差，合金，冷却收缩量，模孔尺寸的变化，张力矫直时收缩量，模孔尺寸的变化，张力矫直时的断面收缩率等。对于只考虑负偏差时：的断面收缩率等。对于只考虑负偏差时： dg=（1+k）d0 式中：式中：d0棒材名义尺寸（六角棒为内切棒材名义尺寸（六角棒为内切 圆直径，方棒为边长），圆直径，方棒为边长），mm； k综合系数。黄铜、镁合金、纯综合系数。黄铜、镁合金、纯 铝及软铝合金，取铝及软铝合金，取k=11.2

38、%；硬铝合金；硬铝合金取取0.7%；紫铜取；紫铜取1.5%；青铜取；青铜取1.7%。 (4)模孔出口端直径模孔出口端直径dch 为防止划伤制品表面，一般为防止划伤制品表面，一般: dch= dg+35mm (5)模孔入口圆角半径模孔入口圆角半径r r的作用：的作用：防止低塑性合金挤压时产生表防止低塑性合金挤压时产生表面裂纹；减轻金属在进入工作带时产生面裂纹；减轻金属在进入工作带时产生的非接触变形；减轻高温挤压时模子入的非接触变形；减轻高温挤压时模子入口棱角被压秃而很快改变模孔尺寸。口棱角被压秃而很快改变模孔尺寸。 r的取值：的取值：与合金的强度、挤压温度及制与合金的强度、挤压温度及制品尺寸有关

39、。品尺寸有关。 一般一般紫铜和黄铜取紫铜和黄铜取r=25mm；白铜取；白铜取48mm；蒙耐尔合金取；蒙耐尔合金取1015mm；钢与；钢与钛合金取钛合金取38mm；镁合金取；镁合金取13mm；铝；铝合金取合金取0.20.5mm，通常在设计时可以不通常在设计时可以不考虑，在修模时掌握。考虑，在修模时掌握。 (6)模具外形尺寸模具外形尺寸 外形结构外形结构 带倒锥体的锥形模：带倒锥体的锥形模：应用最广泛，优点应用最广泛，优点是具有足够的强度，可节省模具材料。是具有足够的强度，可节省模具材料。 倒锥模装配倒锥模装配 带正锥体的锥形模：带正锥体的锥形模：安装在压型嘴内不安装在压型嘴内不使用模垫，主要用来

40、挤压横断面上带有使用模垫，主要用来挤压横断面上带有突出部分的形状复杂的型材。突出部分的形状复杂的型材。 缺点是模具在压型嘴内装配需要带有自缺点是模具在压型嘴内装配需要带有自锁锥体（约锁锥体（约4的锥度），使得模孔的修理的锥度），使得模孔的修理和挤压后从压型嘴中取出模具较困难。和挤压后从压型嘴中取出模具较困难。 正锥模装配正锥模装配 外形尺寸外形尺寸 模子外圆尺寸模子外圆尺寸D 模子外圆直径主要依据挤压机吨位和挤模子外圆直径主要依据挤压机吨位和挤压筒大小、模孔的合理布置及制品尺寸来压筒大小、模孔的合理布置及制品尺寸来确定，并考虑模具外形尺寸的系列化，便确定，并考虑模具外形尺寸的系列化，便于更换、

41、管理，一般一台挤压机上最好只于更换、管理，一般一台挤压机上最好只有有12种规格。种规格。 对于棒材、管材、外接圆直径不大的型对于棒材、管材、外接圆直径不大的型材和排材，一般取材和排材，一般取D=（0.8 0.85)D0 。对。对于外接圆直径较大、形状较复杂的型材及于外接圆直径较大、形状较复杂的型材及排材，可取排材，可取D=（1.151.3)D0。 模子厚度尺寸模子厚度尺寸H 模子厚度主要是根据强度要求及挤压机模子厚度主要是根据强度要求及挤压机吨位来确定，在保证模具组件（模子吨位来确定，在保证模具组件（模子+模模垫垫+垫环）有足够强度的条件下，模子的垫环）有足够强度的条件下，模子的厚度应尽量薄。

42、一般厚度应尽量薄。一般H=2580mm，80MN以上吨位挤压机取以上吨位挤压机取80150mm。模。模具厚度也应系列化。具厚度也应系列化。 模子的外形锥角模子的外形锥角 正锥模：正锥模：取锥角为取锥角为130“4。 倒锥模：倒锥模：取锥角为取锥角为610。 (7)模具外形尺寸的标准化、系列化模具外形尺寸的标准化、系列化 减少模具设计制造的工作量，降低成减少模具设计制造的工作量，降低成本，缩短生产周期，提高效率。本，缩短生产周期，提高效率。 通用性大，互换性强，只需要配备几通用性大，互换性强，只需要配备几种规格模支承或模架，节约钢材，容易种规格模支承或模架，节约钢材，容易备料，便于维修和管理。备

43、料，便于维修和管理。 有利于提高产品尺寸精度。有利于提高产品尺寸精度。 一般情况下，每台挤压机均采用一种或一般情况下，每台挤压机均采用一种或几种规格的外圆直径和厚度的标准模子。几种规格的外圆直径和厚度的标准模子。 常用模具外形尺寸常用模具外形尺寸 3.2.2 多孔模多孔模 挤压直径较小的棒材、简单断面小规格型材、挤压直径较小的棒材、简单断面小规格型材、线坯等时，为提高挤压机的生产效率，避免挤线坯等时，为提高挤压机的生产效率，避免挤压比过大引起挤压力过高或挤不动，受料台长压比过大引起挤压力过高或挤不动，受料台长度的限制，造成锭坯过短，成品率太低等，采度的限制，造成锭坯过短，成品率太低等，采用多孔

44、模。用多孔模。 (1)模孔数目模孔数目n的确定的确定 n=F0/（F1） 式中：式中： F0挤压筒断面积；挤压筒断面积； F1 单根制品断面积；单根制品断面积； 合理的挤压比范围。合理的挤压比范围。 合理的挤压比与挤压机的吨位、挤压筒合理的挤压比与挤压机的吨位、挤压筒直径、被挤压金属的性质等有关。直径、被挤压金属的性质等有关。 不同尺寸的挤压筒上挤压硬铝合金时的不同尺寸的挤压筒上挤压硬铝合金时的挤压比范围为：挤压比范围为： (2)模孔排列模孔排列 a、模孔布置在距模子中心一定距离同心、模孔布置在距模子中心一定距离同心圆上，且各孔之间的距离相等；圆上，且各孔之间的距离相等； 同心圆直径同心圆直径

45、D与挤压筒直径与挤压筒直径D0的关系：的关系： D=D0/a-0.1(n-2) 式中：式中：a经验系数，取经验系数，取2.52.8。一般可。一般可取取2.6。 b、模孔与模孔间、模孔边部距挤压筒壁、模孔与模孔间、模孔边部距挤压筒壁间应保持一定距离。间应保持一定距离。 3.3型材模设计型材模设计 挤压型材的断面是非常复杂的，有各挤压型材的断面是非常复杂的，有各式各样，仅铝型材的规格品种就有约式各样，仅铝型材的规格品种就有约50000种。其特点是种。其特点是： （1）绝大多数断面是不对称的；绝大多数断面是不对称的； （2）型材断面与锭坯断面不相似；）型材断面与锭坯断面不相似； （3）型材断面各部位

46、壁厚差大；）型材断面各部位壁厚差大； （4）多数带有各种形状的空心。）多数带有各种形状的空心。 其结果易造成金属流动不均匀，出现扭其结果易造成金属流动不均匀，出现扭拧、弯曲、波浪、裂纹、甚至某些部位拧、弯曲、波浪、裂纹、甚至某些部位或局部充不满金属等缺陷；易造成模具或局部充不满金属等缺陷；易造成模具的早期失效及损坏。的早期失效及损坏。 型材模具设计中要解决的两个主要问题：型材模具设计中要解决的两个主要问题：金属流速不均；模具强度。金属流速不均；模具强度。 型材模设计的主要内容包括五方面：型材模设计的主要内容包括五方面： 模子形式确定模子形式确定一般情况下，普通实心一般情况下，普通实心型材用平模

47、；软合金空心型材用平面分型材用平模；软合金空心型材用平面分流模；硬合金空心型材用舌型模。流模；硬合金空心型材用舌型模。 模孔配置模孔配置根据型材断面尺寸图，预选挤根据型材断面尺寸图，预选挤压筒；根据制品断面积，合理的挤压比范压筒；根据制品断面积，合理的挤压比范围，确定模孔数；根据制品的形状、断面围，确定模孔数；根据制品的形状、断面积、外接圆直径、合理的模孔排列，最后积、外接圆直径、合理的模孔排列，最后确定挤压筒直径，计算实际挤压比。确定挤压筒直径，计算实际挤压比。 模孔尺寸确定模孔尺寸确定根据被挤压合金的化学成根据被挤压合金的化学成分，产品的形状、尺寸及允许偏差，挤压分，产品的形状、尺寸及允许

48、偏差，挤压温度及在此温度下模具材料与被挤压合金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特的线膨胀系数，产品断面上的几何形状特点及其在挤压和拉伸矫直时的变化，挤压点及其在挤压和拉伸矫直时的变化，挤压力大小及模具的弹塑性变形情况等确定。力大小及模具的弹塑性变形情况等确定。 模子强度校核模子强度校核由于挤压型材断面的复由于挤压型材断面的复杂性，挤压模具的工作条件又是十分恶杂性，挤压模具的工作条件又是十分恶劣的，除了合理布置模孔的位置，选择劣的，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合适的模具材料，设计合理的模具结构和外形之外，应精确计算挤压力和校

49、核和外形之外，应精确计算挤压力和校核各危险断面的许用强度。各危险断面的许用强度。 模具材质选择及对模具加工质量、使用模具材质选择及对模具加工质量、使用条件的要求条件的要求如：模具经淬火、回火处如：模具经淬火、回火处理后的硬度；形位公差、尺寸公差；表理后的硬度；形位公差、尺寸公差；表面粗糙度；表面处理要求；与其他工具面粗糙度；表面处理要求；与其他工具的配合要求等等。的配合要求等等。 3.3.1普通实心型材模具设计普通实心型材模具设计 3.3.1.1模孔在模子平面上的合理布置模孔在模子平面上的合理布置 A 单孔挤压时的模孔布置单孔挤压时的模孔布置 (1)具有两个以上对称轴的型材，型材的具有两个以上

50、对称轴的型材，型材的重心布置在模子中心。重心布置在模子中心。 (2)具有一个对称轴，如果断面壁厚差不具有一个对称轴，如果断面壁厚差不大，应使型材的对称轴通过模子的一个大，应使型材的对称轴通过模子的一个坐标轴，使型材断面的重心位于另一个坐标轴，使型材断面的重心位于另一个坐标轴上。坐标轴上。 (3)对于非对称的型材和壁厚差别很大的对于非对称的型材和壁厚差别很大的型材，将型材重心相对模子中心偏移一型材，将型材重心相对模子中心偏移一定距离，且将金属不易流动的壁薄部位定距离，且将金属不易流动的壁薄部位靠近模子中心，尽量使金属在变形时的靠近模子中心，尽量使金属在变形时的单位静压力相等。单位静压力相等。 (

51、4)壁厚差不太大，但断面较复杂的型材，壁厚差不太大，但断面较复杂的型材，将型材断面外接圆的圆心布置在模子中心。将型材断面外接圆的圆心布置在模子中心。对于挤压比很大，金属流动困难或流动很对于挤压比很大，金属流动困难或流动很不均匀的某些型材，可采用平衡模孔或增不均匀的某些型材，可采用平衡模孔或增加工艺余量的方法。加工艺余量的方法。 B 多孔挤压时的模孔布置多孔挤压时的模孔布置 对于断面尺寸小，外形尺寸大但断面对于断面尺寸小，外形尺寸大但断面积较小，或轴对称性很差的小断面型材，积较小，或轴对称性很差的小断面型材，可以采用多孔模排列，常用可以采用多孔模排列，常用2、4、6孔。孔。 挤压多孔型材时，模孔

52、布置必须遵守挤压多孔型材时，模孔布置必须遵守中心对称原则，可以不遵守轴对称原则。中心对称原则，可以不遵守轴对称原则。 配置模孔时，型材断面上薄壁部分应配置模孔时，型材断面上薄壁部分应向着模子的中心；对称性较好、壁厚差向着模子的中心；对称性较好、壁厚差不大的型材，模孔的重心应均布在以模不大的型材，模孔的重心应均布在以模子重心为圆心的圆周上。子重心为圆心的圆周上。 为了保证模子强度，多孔型材模的模孔为了保证模子强度，多孔型材模的模孔之间也应保持一定距离。对于之间也应保持一定距离。对于80MN以以上的大型挤压机取上的大型挤压机取60mm以上；能力在以上；能力在50MN左右的挤压机取左右的挤压机取35

53、50mm；20MN以下的挤压机取以下的挤压机取2030mm。 为了保证制品的质量，模孔边缘与挤压为了保证制品的质量，模孔边缘与挤压筒壁之间的距离不能太小，避免制品边筒壁之间的距离不能太小，避免制品边缘出现成层缺陷。缘出现成层缺陷。 3.3.1.2 减少金属不均匀流动的措施减少金属不均匀流动的措施 A 确定合理的工作带长度确定合理的工作带长度 当型材断面较复杂，仅依靠合理布置当型材断面较复杂，仅依靠合理布置模孔难以消除金属流动不均时，可采用模孔难以消除金属流动不均时，可采用不等长工作带。即：不等长工作带。即：型材断面壁厚处的型材断面壁厚处的工作带长度大于壁薄处。工作带长度大于壁薄处。也就是说比周

54、也就是说比周长小的部分工作带长度大于比周长大的长小的部分工作带长度大于比周长大的部分。部分。 比周长比周长型材断面周长（或某一部分的型材断面周长（或某一部分的周长）与其所包围的截面面积的比值。周长）与其所包围的截面面积的比值。 对于如图所示的不等壁型材对于如图所示的不等壁型材 模孔工作带长度可按下式简便计算：模孔工作带长度可按下式简便计算： hF1/hF2 = sF1/sF2 或或 hF1/hF2 = zF2/zF1 式中：式中： hF1、 hF2截面截面F1、F2处工作带处工作带 长度；长度； sF1 、sF2 截面截面F1、F2处壁厚；处壁厚； zF1 、zF2截面截面F1、F2处的比周处

55、的比周 长。长。 计算时，先根据经验给出型材壁最薄计算时，先根据经验给出型材壁最薄处的工作带长度处的工作带长度hF1，再计算壁厚处的，再计算壁厚处的hF2 。 按上述计算方法确定了不同壁厚处的工按上述计算方法确定了不同壁厚处的工作带长度后，还需按同心圆规则进行修作带长度后，还需按同心圆规则进行修正，最终确定距离模子中心不同部位的正，最终确定距离模子中心不同部位的工作带长度。工作带长度。 同心圆规则：同心圆规则： 当型材壁厚相同时，与模子中心距离相当型材壁厚相同时，与模子中心距离相等处其工作带长度相同；由模子中心起，等处其工作带长度相同；由模子中心起，每相距每相距10（同心圆半径）工作带长度（同

56、心圆半径）工作带长度的增减数值可按下表进行确定的增减数值可按下表进行确定 。 同心圆规则图示同心圆规则图示 模孔工作带长度增减值模孔工作带长度增减值型 材 断 面 壁型 材 断 面 壁厚厚/每相距每相距10，工作带长度增减值，工作带长度增减值 /1.20.201.50.252.00.302.50.353.00.40 对于以下几种情况，需要酌情对模孔工对于以下几种情况，需要酌情对模孔工作带长度进行必要的增减：作带长度进行必要的增减： (1)交接圆边有凹弧交接圆边有凹弧R(R1.5mm)者，工作者，工作带可增加带可增加1mm。 (2)螺孔处工作带可增加螺孔处工作带可增加1mm。 (3)交接圆边有凸

57、弧交接圆边有凸弧R(R1.5mm)者，工作者，工作带可减短带可减短1mm。 (4)壁厚相同的各个端部的工作带可减短壁厚相同的各个端部的工作带可减短1mm。 B 设计阻碍角设计阻碍角 当计算出的工作带长度超出其最大允许长度当计算出的工作带长度超出其最大允许长度后，依靠设计不等长工作带的方法来调节金属后，依靠设计不等长工作带的方法来调节金属流速已经不起作用，这时可在金属流速较快的流速已经不起作用，这时可在金属流速较快的模孔入口处作一阻碍角，以减缓该处金属的流模孔入口处作一阻碍角，以减缓该处金属的流动速度，达到均衡流速的目的。动速度，达到均衡流速的目的。 阻碍角阻碍角在型材壁较厚处的模孔入口侧做一个

58、在型材壁较厚处的模孔入口侧做一个小斜面，以增加金属的流动阻力，该斜面与模小斜面，以增加金属的流动阻力，该斜面与模子轴线的夹角叫阻碍角。阻碍角一般取子轴线的夹角叫阻碍角。阻碍角一般取312，最大不超过，最大不超过15。 阻碍角示意图阻碍角示意图 阻碍角大小对挤压棒材长度影响阻碍角大小对挤压棒材长度影响 C 设计促流角设计促流角 与设计阻碍角相反，也可以在金属流与设计阻碍角相反，也可以在金属流速较慢、难变形的薄壁部位的模孔入口速较慢、难变形的薄壁部位的模孔入口端面处作一有助于金属流动的促流角，端面处作一有助于金属流动的促流角，以加快该处金属的流动速度，达到均衡以加快该处金属的流动速度，达到均衡流速

59、的目的。流速的目的。 促流角促流角在型材壁较薄处的模孔入口端在型材壁较薄处的模孔入口端面处做一个促流斜面，该斜面与模子平面处做一个促流斜面，该斜面与模子平面间的夹角叫促流角。促流角一般取面间的夹角叫促流角。促流角一般取310。 促流角示意图促流角示意图 D 采用平衡模孔采用平衡模孔 挤压某些对称性很差的型材时，当模挤压某些对称性很差的型材时，当模子上只能布置一个型材模孔时，为了平子上只能布置一个型材模孔时，为了平衡金属流速，采用平衡模孔方式。衡金属流速，采用平衡模孔方式。 E 设计附加筋条或工艺余量设计附加筋条或工艺余量 挤压宽厚比很大的壁板型材时，如果挤压宽厚比很大的壁板型材时，如果对称性很

60、差，可采用附加筋条或工艺余对称性很差，可采用附加筋条或工艺余量的方式平衡金属流速。量的方式平衡金属流速。 F 设计导流模或导流腔设计导流模或导流腔 在型材模的前面，增加一个导流模，或在型材模的前面，增加一个导流模，或在型材模入口端面作一个与挤压型材断在型材模入口端面作一个与挤压型材断面形状相似的模腔，在模腔的底部再设面形状相似的模腔，在模腔的底部再设计模孔，人为的使金属流向流动阻力大计模孔，人为的使金属流向流动阻力大的模孔入口处。的模孔入口处。 G 多孔对称布置模孔多孔对称布置模孔 对于对称性极差的型材，采用多孔中对于对称性极差的型材，采用多孔中心对称排列模孔，是解决流速不均最有心对称排列模孔