铝合金边封型材挤压模具设计

毕业设计（论文）铝合金边封型材挤压模具设计PAGEPAGE48目录摘要 3ABSTRACT 41、绪论 61.1、引言 61.2、挤压模具在铝型材挤压生产中的重要性 61.3、铝型材挤压模具技术发展概况 91.4、论文的主要研究内容 112、型材挤压模具设计技术 112.1、型材模具的设计原则及步骤： 112.1.1、挤压模具设计时应考虑的因素： 112.1.2、模具设计的原则与步骤： 122.1.3、模具设计的技术条件及基本要求： 152.2、挤压模典型结构要素的设计： 162.2.1、模角： 162.2.2、定径带长度和直径： 172.2.3、出口直径或出口喇叭锥： 172.2.4、入口圆角： 182.3、确定采用平面和分流模的原则： 182.4、平面分流组合模的特点与结构： 192.4.1、工作原理与特点： 192.4.2、分流组合模的结构： 212.5、模具外形尺寸的确定原则： 223、铝合金边封型材挤压模具设计技术 233.1、封边铝型材的模具设计： 243.1.1、封边铝型材产品结构分析： 243.1.2、铝合金封边型材挤压模具整体结构设计方案： 243.1.3、铝合金封边型材模具结构设计： 253.1.4、铝合金封边型材模具结构设计详图： 354、模具的选材与热处理及维护与保养 374.1、模具材料的选择： 374.1.1、模具材料的使用条件： 374.1.2、模具材料的性能要求： 384.1.3、挤压工模具选材的特点： 394.1.4、模具材料的选择： 41摘要铝合金因质轻、美观、良好的导热性和易加工成复杂的形状,而被广泛地用于工业生产的各种环节，尤其是散热，装饰门窗等方面。铝合金型材涉及多种样式，多种功能。与其他铝型材比，铝合金封边型材有其自身的特点：卡位之间距离长，深宽比很大，中间部分为保证材料壁厚的均匀通常挖空处理，截面拐点多，且多呈直角分布并有受力需求。这种型材复杂的截面形状给模具设计、制造和生产带来很大的难度。

本文以一种常用铝合金边封型材为实例，在总结大量型材模具设计制造经验的基础上，论述了铝合金边封型材挤压模具设计的步骤和关键点。铝合金边封型材挤压模具设计既要保证模具有足够的强度又要平衡金属在模具中的流速。根据产品图，将铝合金边封型材挤压模具设计成平摸，与导流模配合使用。以保证在挤压时的金属流动更均匀，这也是铝合金边封型材模具设计的关键点。文中选用4Cr5MoSiV1模具钢作为模具材料，讨论了铝合金边封型材挤压模具的热处理工艺和铝合金边封型材挤压工艺特点。关键词：铝合金、挤压模具设计、挤压工艺、铝型材AluminumalloyedgesealingprofileextrusiondiedesignABSTRACTAluminumalloybyqualitativelight,beautiful,goodthermalconductivityandeasyprocessingintocomplexshapes,andiswidelyusedinvariouslinksofindustrialproduction,especiallytheheatdissipation,decoratedoorsandWindows,etc.Aluminumprofileinvolvesavarietyofstyles,avarietyoffunctions.Withotherthanaluminum,aluminumalloysealingsideprofilehasitsowncharacteristics:longdistancebetweenthescreens,deepthanthebig,wideinordertoensurethematerialofwallthicknessinthemiddleofhollowingoutevenlynormallyhandle,crosssectionofaturningpoint,andformedarectangulardistributionandmechanicalrequirements.Thisprofilecomplicatedcross-sectionshapetomolddesign,manufacturingandproductionofgreatdifficulty.

Inthispaper,akindofcommonlyusedaluminumalloyedgesealingmaterialforinstance,onthebasisofsummarizingalargenumberofprofilemoulddesignandmanufacturingexperience,thispaperdiscussesthealuminumalloyedgesealingofprofileextrusiondiedesignstepsandkeypoints.Aluminumalloyedgesealingprofileextrusiondiedesignistoensurethatthemoldhasenoughstrengthandtobalancetheflowvelocityofmetalinthemold.Edgesealingaccordingtoproductfigure,thealuminumalloyprofileextrusiondiedesigncosttotouchpeople,usedwithdiversionmode.Toensurethatduringextrusionofmetalflowmoreeven,thisisalsoedgesealingaluminumshapedmolddesignkeypoints.Inthispaper,weuse4cr5mosiv1steelasmouldmaterial,aluminumalloyedgesealingprofileextrusiondiesisdiscussedtheedgesealingheattreatmentprocessandaluminumalloyprofileextrusionprocesscharacteristics.Keywords:Aluminumalloy,aluminumextrusiondiedesign,extrusionprocess,铝合金边封型材挤压模具设计XXXXXXXXXXX1、绪论1.1、引言挤压模具设计与制造是铝合金挤压材料，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。随着铝合金挤压材生产难度的增加和对产品个性化性要求的提高，这种作用更加明显。2007年，我国铝合金挤压材产销量超过660万t，工模具消耗达80万套以上，价值高达20亿元以上，占挤压加工成本的25%～30%，大大制约了我国铝合金挤压工业的发展。目前，我国铝合金挤压工模具的平均使用寿命为5～10t/模，一次上机合格率为50%左右，大大落后于国际上15～20t/模和一次上机合格率为67%的先进水平，大有潜力可挖。因此，不断提高挤压工模具的质量和使用寿命不仅是企业的强烈愿望，也是我国从事挤压工作技术人员的责任[1]。1.2、挤压模具在铝型材挤压生产中的重要性我国模具工业的发展，逐渐受到人们的重视和关注，在电子、汽车、电机、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(型)，可以说模具是工业生产的基础工艺装备。在现代工业生产中，各类产品零件广泛采用冲压、锻压成形、压铸成形、挤压成形、塑料注射或其它成形加工方法，与成形模具相配套，使坯料成形加工成符合产品要求的零件。与其它加工制造方法相比，用模具生产的产品具有高精度、高复杂程度、高一致性、高生产率和低消耗等特点，因此，模具在工业生产中具有相当重要的地位。模具的质量和先进程度，直接影响产品的质量、产量、成本，影响新产品投产周期、企业产品结构调整速度与市场竞争力。模具又是“效益放大器”，用模具生产的最终产品价值，往往是模具自身价值的几十倍以上。目前，模具生产的工艺水平及科技含量的高低，己成为衡量一个国家科技与产品制造水平的重要标志之一，决定着一个国家制造业的国际竞争力。现代模具行业是技术、资金密集型的行业，模具行业的发展，可以带动制造业的

蓬勃发展。按照一般公认的标准，模具产值与其带动实现的工业产值之比为3:100。通过模具加工产品，可以大大提高生产效率，节约原材料、降低能耗和成本，产品的一致性好。如今，模具因其生产效率高、产品质量好、材料消耗低、生产成本低，而在各行各业得到了广泛应用，并且直接为高新技术产业服务，特别是在制造业中，它起着其它行业无可取替代的支撑作用，对国民经济的发展有着辐射性的影响。

在现代化的大生产中，模具对实现整个挤压过程有着十分重要的意义。模具使用寿命是评价某一挤压方法或挤压工艺经济可行的决定因素之一，工模具的设计与制造质量是实现挤压生产高产、优质、低耗、高效低成本的重要保证之一。具体来说，其重要地位和作用表现在以下几方面[2]:

（1）合理的工模具结构是实现任何一种挤压工艺过程的基础，因为它是使金属产生挤压变形和传递挤压力的关键部件。

（2）模具是保证产品成形，具有正确形状、尺寸和精度的基本工具。只有结构合理、精度和硬度合格的模具（包括针尖或模芯），才能实现产品的成形并具有精确的内外廓形状和断面尺寸。同时，合理的模具和工具（包括模垫、支承环和导路等）设计能保证产品具有最小的翘曲和扭曲，最小的纵向弯曲和横向波浪度。

（3）模具是保证产品内外表面质量最重要的因素之一。

（4）合理的工模具结构、形状和尺寸，在一定程度上可控制产品的力学性能和内部组织，特别是在控制空心制品的焊缝组织和力学性能方面，分流孔的大小、数量和形状及分布位置，焊合腔的形状和尺寸，模芯的结构等起着决定性的作用。挤压垫片、挤压筒和模子的结构形状与尺寸及表面质量，对控制产品的粗晶环和缩尾、成层等缺陷也有一定的作用。

（5）工模具的结构形状与尺寸对金属的流变、挤压温度-速度场、应力-应变场等有很大的影响，从而对提高生产效率、产品质量和减少能耗有重大作用。

（6）合理的工模具设计对提高其装卸与更换速度，减少辅助时间，改善劳动条件和保证生产安全等方面意义重大。

（7）新型的模具结构，对于开发新产品、新工艺，研制新材料和新设备，不断提高挤压技术起着很大的作用。如扁挤压筒、舌型模、组合模、多层预紧应力模、变断面模等。

（8）高比压优质圆挤压筒和扁挤压筒及特种型材模和异形管材模的设计与制造技术是铝合金挤压生产的核心和关键技术，其技术含量在整个挤压技术中占有很大的比例。

（9）对于中等批量的挤压产品，工模具的成本占总成本的

30%左右，如将其使用寿命提高

5～10

倍，则产品的成本可大幅度下降。

因此，在铝挤压界广泛流传的一句口号：产品是生命，设备是基础，模具是关键，工艺是保证。1.3、铝型材挤压模具技术发展概况在金属压力加工中，决定某一挤压方法是否经济可行，主要取决于下列三个方面，即产品质量、生产效率和工模具寿命，而工模具往往是工艺决策的关键因素。因此，挤压用工模具的发展实际上伴随挤压技术的发展而发展。铝合金挤压技术发展的初期，由于挤压机能力小，结构简单，产品形状单一而且尺寸较小，所变形合金较软，所以模具一般为结构形状极为简单，尺寸较小的圆状平面模，工具的结构形状也较为简单。当时的模具多用普通工具钢，采用一般的机械加工方法制造。随着铝合金挤压材向大型化、复杂化、精密、多规格、多用途方面发展，对挤压工模具提出了越来越高的要求。不仅出现了像平面分流组合模、宽展模具、保护模、变断面模等多种新型结构的模具，成功地研制出多种σb达1500MPa以上的高级耐热高强度工模具材料，而且开发了多种大型的基本挤压工具，这些工具便于装卸，先进可靠，但结构形状复杂，尺寸规格大，难于设计制造。如200MN卧式挤压机上的大型特种组合型材模具，模具组尺寸为φ1800×500mm，重达10t,需15t高强而热合金钢坯，其设计、制造、使用和维修都十分复杂。我国模具开发制造水平与国外相比仍存在很大的差距，比国际先进水平至少落后10年，特别是在大型、精密、复杂、长寿命模具的制造上存在很大困难，这也成为制约我国制造业发展的瓶颈。表1-1列出了国内外挤压模具设计制造的发展水平和主要差距[3]。国际先进水平国内先进水平设计理论和方法普遍采用动态热分析与热模拟及有限元和电子计算机分析技术，研发了多种新结构模具及设计软件，建立了巨型数据库与专家库，正在研发零试模技术基本采用传统方法，开始研究和开发新理论、新方法，开始重视新结构模具研发与软件开发新结构大型工具广泛采用高比压的优质圆、扁挤压筒，固定挤压垫，快速换模装置及高效反挤压工具开始研发扁挤压工具和固定挤压垫及快速更换装置模具材料以H13钢及改进型钢为主，采用电渣重熔、炉外在线精炼，开始研制陶瓷高温和粉末合金等新型模具材料以H13钢替代3Cr2W8V钢，H13钢的冶金质量逐步提高，同时开始开发新型模具材料和陶瓷材料模具加工技术机加工、电加工和热加工水平很高，机床的NC/CNC程度达95%以上，加工中心基本普及实现全线自动化生产推行机-电-热综合加工方法，传统的手工加工法仍占相当大的比重，机床的NC/CNC程度为50%左右，加工中心开始应用热处理技术普遍推广预处理、真空和保护气氛热处理工艺。开发出了等温淬火、多级淬火和多次回火等新工艺传统热处理法占60%以上，开始采用真空、保护气氛热处理工艺，并开始研发新热处理工艺表面处理技术普遍采用各种表面处理技术，可处理窄缝（0.6mm）模孔，表面硬度可达2500～4000HV开发并正在推广几种有效的表面处理技术，可处理0.76mm以上的窄缝，模表面硬度可达2000～2500HV生产方式及专业化、标准化程度高度专业化集约化生产，专业化标准化程度达85%～95%多采用大而全、小而全生产方式，专业化、标准化程小于50%模具平均使寿命与质量平面模：30～50t/每模以上组合模：20～25t/每模以上一次上机合格率：70%左右平面模：8～20t/每模左右组合模：5～15t/每模左右一次上机合格率：50%左右表1-1

国内外挤压模具设计制造的发展水平和主要差距1.4、论文的主要研究内容模具可以说是产品生产的心脏，其设计的好坏直接影响到挤压型材的质量及效率（外形尺寸、壁厚公差、强度、表面外观），为了得到稳定的质量，就必须使模具工作带的型材断面金属流速达到一致。模具设计上的重点是要充分考虑到直接挤压的特性（材料流速不一致）和工具内的复杂流动性，在保证模具强度的同时，尽量使得最终挤压成型出口的每个位置金属流速保持一致。

本文通过对铝合金边封型材结构的分析，在分析和总结大量实践经验的基础上，详细探讨了实际挤压模具设计与制造的方法和关键点。文章从铝合金边封型材挤压模具的整体设计到模具各个结构的设计一一作了详细论述，同时还讲述了挤压工艺和挤压模具材料热处理工艺。2、型材挤压模具设计技术2.1、型材模具的设计原则及步骤：2.1.1、挤压模具设计时应考虑的因素：在设计挤压模具时，除了应参考机械设计所需遵循的原则以外，尚需考虑热挤压条件下的各种工艺因素，其中包括由设计者本身确定的因素、模子制造者确定的因素和由挤压生产者确定的因素。

（1）由模子设计者确定的因素。挤压机的结构，压型嘴的选择或设计，模子的结构和外形尺寸，模子材料，模孔数和挤压系数，制品的形状、尺寸及允许的公差，模孔的形状、方位和尺寸，模孔的收缩量、变形挠度、定径带与阻碍系统的确定，以及挤压时的应力应变状态等。

（2）由模子制造者确定的因素。模子尺寸和形状的精度，定径带和阻碍系统的加工精度，表面粗糙度，热处理硬度，表面渗碳、脱碳及表面硬度变化情况，端面平行度等。

（3）由挤压生产者确定的因素。模具的装配及支承情况，铸锭、模具和挤压筒的加热温度，挤压速度，工艺润滑情况，产品品种及批量，合金及铸锭质量，牵引情况，拉矫力及拉伸量，被挤压合金及铸锭规格，产品出模口的冷却情况，工模具的对中性，挤压机的控制与调整，导路的设置，输出工作台及矫直机的长度，挤压机的吨位和挤压筒的比压，挤压残料长度等。

在设计前，拟订合理的工艺流程和选择最佳的工艺参数，综合分析影响模具效果的各种因素，是合理设计挤压模具的必要和充分条件。2.1.2、模具设计的原则与步骤：在充分考虑了影响模具设计的各种因素之后，应根据产品的类型、工艺方法、设备与模具结构来设计模腔形状和尺寸，但是，在任何情况下，模腔的设计均应遵循如下的原则与步骤[1]:

（l)确定设计模腔参数

设计正确的挤压型材图，拟订合理的挤压工艺，选择适当的挤压筒尺寸，挤压系数和挤压力，决定模孔数。这一步是设计挤压模具的先决条件，可由挤压工艺人员和设计人员根据生产现场的设备条件、工艺规程和大型基本工具的配备情况共同研究决定。

（2）模孔在模子平面上的合理布置

所谓合理布置就是将单个或多个模孔，合理地分布在模子平面上，使之在保证模子强度的前提下获得最佳金属流动均匀性。单孔的棒材、管材和对称良好的型材模，均应将模孔的理论重心置于模子中心上，各部分壁厚相差悬殊和对称性很差的产品，应尽量保证模子平面x轴和y轴的上下左右的金属量大致相等，但也应考虑金属在挤压筒中流动特点，使薄壁部分或难成形处尽可能接近中心，多孔模的布置主要应考虑模孔的数目、模子强度(孔间距及模孔与模子边缘的距离等)，制品的表面质量、金属流动的均匀性等问题。一般来说，多孔模应尽量布置在同心圆周上，尽量增大布置的对称性(相对于挤压筒的x轴和y轴)，在保证模子强度的条件下(孔间距应大于20～50mm，模孔距模子边缘应大于20～50mm)，模孔间应尽量紧凑和尽量靠近挤压筒中心(离挤压筒边缘应大于10～40mm)。

（3）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热膨胀系数，产品断面上的几何形状的特点及其在挤压和拉伸矫直时的变化，挤压力的大小及模具的弹性变形情况等因素。对于型材来说，一般用以下公式进行计算：A=A0+M+（Ky+Kp+Kt）A0（2.1）式中Ao—型材的公称尺寸；M—型材公称尺寸的允许偏差；Ky—对于边缘较长的丁字形、槽型等型材，考虑由于拉力作用而使型材部分尺寸减少的系数；Kp—考虑到拉伸矫直时尺寸缩减系数；Kt—管材的热收缩量；Kt由下式计算：Kt=tα—t1α1（2.2）式中t和t1—分别为坯料和模具的加热温度；α和α1—分别为坯料和模具的线膨胀系数。对于壁厚差很大的型材，其难于成形的薄壁部分及边缘尖角区应适当加大尺寸，对于宽厚比大的扁宽薄壁型材及壁板型材的模孔，折条部分的尺寸可按一般型材设计，而腹板厚度的尺寸，除考虑以上公式所列的因素外，尚需考虑模具的弹性变形与塑性变形及整体弯曲，距离挤压筒中心远近等因素。此外，挤压速度，有无牵引装置对模孔尺寸也有一定的影响。(4)合理调整金属的流动速度所谓合理调整金属的流动速度就是在理想状态下，保证制品断面上的每一个质点应以相同的速度流出模孔。合理调整金属流速的方法主要在模子平面上合理布置模孔，尽量采用多孔对称排列，根据型材的形状，各部分壁厚的差异和比周长的不同以及距离挤压筒中心的远近，设计不等长的定径带。一般来说，型材某处的壁厚越薄，比周长越大，形状越复杂，离挤压筒中心越远，则此处的定径带应越短，当用定径带仍难于控制流速时，对于形状特别复杂，壁厚很薄，离中心很远的部分可采用促流角或采用导料锥来加速金属的流动。相反，对于那些壁厚大得多的部分或离挤压筒很近的地方就应采用阻碍角进行补充阻碍，以减缓此处的流速。此处，还可以采用工艺平衡孔，工艺余量或者采用前室模、导流模，改变分流孔的数目、大小、形状和位置来调节金属的流速。(5)保证足够的模具强度由于挤压时模具的工作条件是十分恶劣的，所以模具强度是模具设计中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，经验公式、初等解析公式虽然精度较低，但由于简单，具有较好的工程价值：挤压力的上限解法，由于可用于求解复杂断面型材的挤压变形问题，也有较好的实用价值：对于某些重要的模具或十分复杂的模具可用有限元法求解。2.1.3、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以后，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，其硬度值为

HRC40～52(根据模具的尺寸而定，尺寸越大，要求的硬度越低)。

（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(一般负公差制造)，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Ra=3.2～1.6μm，工作带表面达Ra=1.6～0.4μm，表面应进行氮化处理、磷化处理或其它表面强化处理，如多元素共渗处理及化学热处理等。

（4）有良好的对中性、平行度、直线度和垂直度，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出现棱角。2.2、挤压模典型结构要素的设计：2.2.1、模角：模角α是挤压模设计中的一个最基本的参数，它是指模子的轴线与模面之间所构成的夹角。模角α在挤压过程中起着十分重要的作用，其大小对挤压制品的表面质量与挤压力都有很大的影响。平模的模角α等于90°，其特点是在挤压时形成较大的死区，可阻止铸锭表面的杂质、缺陷、氧化皮等流到制品的表面上，可获得良好制品表面，但在挤压某些易于在死区产生断裂的金属与合金时，会引起制品表面上出现分层、起皮和小裂纹。采用平模挤

压时，消耗的挤压力较大，模具容易产生变形，使模孔变小或者将模具压坏，特别是挤压某些高温高强的难变形合金时，上述现象更为明显。从减少挤压力，提高模具使用寿命的角度来看，应使用锥形模。根据模角α与挤压力的关系，当α=45°～60°时，挤压力出现最小值。但当α=45°～50°时，由于死区变小，铸锭表面的杂质和脏物可能被挤出模孔而恶化制品的表面质量。因此，挤压铝合金用锥形模的模角应大于50°，一般可取55°～65°。应该指出，随着挤压条件的改变，合理模角也会发生变化。

为了兼顾平面模和锥形模的优点，出现了平锥模和双锥模。双锥模的模角为：α1=60°～65°，α2=10°～45°，但在挤压铝合金时，为了提高挤压速度，最好取α2=10°～13°。此外，还采用流线模、平流线模和碗形模等，这些模子的模角是连续变化的。2.2.2、定径带长度和直径：定径带又称工作带，是模子中垂直模子工作端面并用以保证挤压制品的形状、尺寸和表面质量的区段。定径带直径d定与实际所挤压的制品直径并不相等，设计d定大小时，其基本原则是：在保证挤压出的制品在冷却状态下不超出图纸规定的制品公差范围的条件下，尽量最大限度地延长模具的使用期限。影响制品尺寸的因素很多，如温度、模具材料和被挤压金属的材

料，制品的形状和尺寸，拉伸矫直量以及模具变形情况等，在设计模具定径带直径时，通常用一裕量系数C1来考虑各种因素对制品尺寸的影响。

定径带长度h定也是模具设计中的重要基本参数之一。定径带长h定度过短，制品尺寸难于稳定，易产生波纹、椭圆度、压痕压伤等废品，同时，模子易磨损，会大大降低模具的使用寿命。定径带长度h定过长时，会增大金属的摩擦阻力，从而增大挤压力，且易于粘结金属，使制品的表面出现划伤、毛刺、麻面、波浪等缺陷。2.2.3、出口直径或出口喇叭锥：模子的出口部分是保证制品能顺利通过模子并保证高表面质量的重要参数。若模子出口直径d出过小，则易划伤制品表面，甚至会引起堵模，但出口直径d出过大，则会大大削弱定径带的强度，引起定径带过早地变形、压塌，明显地降低模具的使用寿命。因此，在一般情况下，出口带尺寸应比定径带尺寸大3～6mm，对于薄壁管或变外径管材的模子此值可适当增大。为了增大模子的强度和延长模具的使用寿命，出口带可做成喇叭锥。出口喇叭角（从挤压型材离开定径带开始）可取1°30′～10°（此值受锥形端铣刀角度的限制）。特别是对于壁厚小于2mm而外形十分复杂的型材模子，为了保证模具的强度，必须做成喇叭出口。有时为了便于加工，也可设计成阶梯形的多级喇叭锥。为了增大定径带的抗剪强度，定径带与出口带之间可以

20°～45°的斜面或以圆角半径为1.5～3mm的圆弧过渡。2.2.4、入口圆角：模子的入口圆角是指被挤压金属进入定径带的部分，即模子工作端面与定径带形成的端面角。制作入口圆角r入可防止低塑性合金在挤压时产生表面裂纹和减少金属在流入定径带时的非接触变形，同时也减少在高温下挤压时模子棱角的压塌变形[1]。但是，圆角增大了接触摩擦面积，事能引起挤压力增高。模子入口圆角r入值的选取与金属的强度、挤压温度和制品尺寸、模子结构等有关。挤压铝及其合金时，端面入口角应取锐角，但近来也有些厂家，在平面模入口处做成r入=0.2～0.75mm的入口圆角；在平面分流组合模的入口做成r入=0.5～5mm的圆角。2.3、确定采用平面和分流模的原则：铝型材挤压分流模和平模是按照被挤压产品的品种来区分的。使用分流模挤压的型材断面形状至少含有一个比闭合的框，而平模却没有。此外，还有一种办分流模，此种摸挤压的型材断面形状近似闭合，但留有一个小断口。半分流模的导流模采用分流孔，模垫则采用平模模垫[4]。

确定平模还是分流模需要计算舌型比。舌型比是指在悬臂梁部分的悬臂梁的长度L1与悬臂梁的宽度L2之比，A是指悬臂梁的面积，在模具强度计算和校核中主要对这部分进行计算。长型比的大小直接影响模具的寿命，所以在悬臂处如果A/L12（即L2/L1）的值超过表2-1数值时，为了保证模具的强度将这半空型材做成分流模：L1/mmA/L120.9～1.5≥21.6～3.1≥33.2～6.3≥46.4～12.6≥512.7以上≥6

表2-1

半空型材做成分流模时A/L12的值

2.4、平面分流组合模的特点与结构：2.4.1、工作原理与特点：平面分流组合模的工作原理与桥式舌型模一样，也是采用实心铸锭，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，然后通过模芯与模子所形成的间隙流出，形成符合一定尺寸要求的管材或空心型材。平面分流组合模是在桥式舌型模的基础发展起来的，实质是桥式舌型模的一个变种，即把突桥改成为平面桥，所以又称为刀式舌型模。这种形式的模子在近年来获得了迅速的发展，并广泛地用于在不带独穿孔系统的挤压机上生产各种规格和形状的管材和空心型材，特别是民用建筑型。

平面分流组合模的主要优点是:

（1）可以挤压双孔或多孔的内腔十分复杂的空心型材或管材，也可以同时生产几根空心制品，所以生产效率高，这一特点是桥式舌型模很难实现的。

（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）模具易于组合，互换性高，成本较低。

（4）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。挤压周期短，同时残料短，成品率高。

（5）可实现连续挤压，根据需要截取任意长度的制品。

（6）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。

（7）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制品，而且能保证有足够的变形量。

但是，平面分流组合模也有一定的缺点：

（1）制品表面焊缝较多，可能会影响制品的组织和力学性能，不适宜内部受压的军工用部件。

（2）要求模子的加工精度较高，特别是对于多孔空心型材，上下模要求严格对中。

（3）与平面模和桥式舌型模相比，变形阻力较大，所以挤压力一般比平面模高30%～40%，比桥式舌型模高15%～20%。因此目前只限于生产一些纯铝，铝锰系、铝-镁-硅系等软铝合金。为了用平面分流组合模挤压强度较高的铝合金，可在阳模上加一个保护模，以减少模桥的承压力。

（4）残料分离不干净，有时会影响产品质量，而且不便于修模。2.4.2、分流组合模的结构：分流组合模是由阳模（上模）、阴模（下模）、定位销、连接螺钉四部分组成，如图2—1所示。上下模组装后装入模支承中，为了保证模具的强度，减少或消除模子变形，有时还要配备专用的模垫和环。在阳模上有分流孔、分流桥和模芯。分流孔是金属通往型孔的通道。分流孔是入口小、出口大的喇叭形，以减少金属流动阻力。分流桥是支承模芯的。模芯用来成形型材内腔。在阴模上有焊合室，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，使制品能顺利通过，免遭划伤，以保证表面质量。空刀的形式不同，可直接影响到模具工作带的强度。定位销是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和可拆式的两种。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。图2-1分流组合模结构1—阳模；2—定位销；3—阴模2.5、模具外形尺寸的确定原则：模具的外形尺寸是指模子的外接圆直径D模和H模以及外形锥角。模具外形尺寸主要由模具的强度确定，同时，还应该考虑系列化和标准化，以便于管理和使用。具体来说，应根据挤压机的结构形式挤压力、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和整套工具强度的因素等来选择模具外形尺寸。为了保证模具所必须的强度，推荐用以下的公式来确定模具的外接圆直径：D模≈（0.8～1.5）D筒(2.3)式中D模—模具的外接圆直径；D筒—挤压筒的内径。模具的H模取决于制品的形状、尺寸和挤压力，挤压筒的直径以及模具和模架的结构等。在保证模具组件（模子+模垫+垫环）有足够的强度的条件下，模具厚度应尽量薄，规格尽量少，以便于管理和使用。一般情况下，对于中小型挤压机H摸可取25～80mm，对于80MN以上的大型挤压机，H模可取80～150mm。模子的外形锥度有正锥的和倒锥的两种，带正锥的模子在装模时顺着挤压方向放入模支承里。以便于装卸，锥度不能太小，但锥度过大泽模架靠紧挤压筒时，模子容易从模支承中掉出来，因此一般取1°30′～4°。带倒锥体模子在操作时，逆着挤压方向装到模支承中，器外圆锥度为3°～15°，一般情况下可取6°～10°，为了便于加工，在椎体的尾部一般加工出10mm左右的止口部分。3、铝合金边封型材挤压模具设计技术挤压模具是金属从模孔中挤出并获得模孔断面形状和尺寸的挤压工具。挤压模对挤压制品的质量、产量及成品率等有重要意义。铝合金在挤压过程中的变形是在模具内进行的，材料处于三向压应力状态，有利于提高材料的塑性变形能力。这对于挤压形状较复杂的铝合金散热器来说尤为重要。同时，挤压还可以消除铝合金铸锭中的气孔、疏松和缩孔等缺陷，提高材料的可成形性，改善产品的性能。由于挤压加工突出的优点，这使其成为生产铝合金型材主要加工方式。而在铝合金型材挤压加工工艺中，首先是挤压模具的设计。3.1、封边铝型材的模具设计：3.1.1、封边铝型材产品结构分析：封边铝型材是一种常用的装修行业型材，如图3—1所示。从图中可看出，此型材截面的外形尺寸为92.5x35.9mm,整体厚度为1.0mm，拐角多为90°，两边伸出两卡脚，伸出长度为11.9mm,中部有两个尺寸大约为40*20mm的方块区域偷料镂空，用于壁厚均匀，整体厚度均匀，但拐角多，如果模具设计不合理，截面上各部分的金属在挤出模孔时就越容易以不同的速度流出，从而造成型材的扭拧、波浪、弯曲以及裂纹等缺陷而报废，模具也极容易损坏。因此，封边铝型材模具进行优化设计变得尤为重要。

根据对此产品截面的分析，得知生产该产品所选用挤压机吨位应不宜太大、挤压筒比压应适中，否则工作带的悬臂容易，压塌模具极容易破损。这里拟选用的的挤压机吨位为：1250T。挤压筒内径为115mm。图3-1铝型材截面尺寸图3.1.2、铝合金封边型材挤压模具整体结构设计方案：对于封边铝型材这种截面的产品，如果采用平面摸直接挤压，很难生产出合格的产品，而且极易是模具报废。它没有闭合的框，也不能设计成分流模，只有通过设计导流模与平模配合使用，先在导流模中产生预变形，金属进行第一次分配，形成与型材相似的坯料，再通过模孔进行第二次变形，才能挤压出合格的产品。3.1.3、铝合金封边型材模具结构设计：（1）模孔在模子平面上的合理布置型材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:断面对称于两个坐标轴的型材，此种型材对称性好;断面对称于某一坐标轴的型材，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，对于横断面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3—9所示。图3-9轴对称型材模孔的布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，而使型材断面重心位于另一个坐标轴上，如图3—10所示。图3-10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设备(模垫、压型嘴、导向装置等)[1]。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做一定距离的移动，应尽可能地使难于流动的壁厚较薄的部位靠近模子中心，尽量使金属在变形时的单位静压力相等，如图3—11所示图3—11不对称和缘板厚度比大的型材模孔的布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的中心线上(图3—12a)，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孔(在适当位置增加一个辅助模孔的方法(图3—12b)或增加工艺余料的方法(图3—12c)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发生弯曲、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(图3—12d)图3—12复杂不对称单孔型材模孔布置总之，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轴左右方的金属供给量应尽可能相近，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寿命，尽可能使用通用模具。通过对封边型材的结构分析可知，它近似对称于一个坐标轴但两边伸出角的尺寸比较大的，因此应适当的把角部位安排得离挤压筒的中心尽量近些，以均匀金属的流出模孔的速度。因为金属的流动特性是靠近挤压筒中心部位的金属流动快,远离中心逐渐减慢；型材壁厚越大,即模孔尺寸越大,则金属流动就越快。此散热器模具的模孔在模具平面上的布置[19]。如图3—13所示。图3—13型材模具模孔布置图（2）模孔尺寸设计准确地确定模孔几何尺寸，这对获得尺寸精确的制品起着决定性的作用。设计模孔尺寸时，影响模孔尺寸的因素有很多，主要有挤压制品的材料、形状、尺寸及其横断面的尺寸公差，制品和模具的热膨胀系数，工作带在载荷作用下产生的畸变，由于不均匀变形引起的拉缩变形，因金属在流入模孔时不能急转弯而引起的非接触变形，制品拉矫直时的断面尺寸收缩等因素。工作带尺寸的设计要保证产品尺寸在冷状态下不超过所规定的偏差范围，同时要最大限度地延长模具的使用寿命，通常用综合裕量系数考虑各种因素对制品尺寸的影响，摸孔的计算公式一般按式（3.3）和（3.4）计算。但对于各部分壁厚相差悬殊，特别是对于远离挤压筒中心的薄壁部分，由于受到强烈拉力作用产生较大的非接触变形而使壁厚变得更薄（充不满），故薄壁处增加一定的裕量，对壁厚比较大的薄壁型材，由于中间部分流动较快，易产生非接触变形而变薄，故中部模孔尺寸应较边缘处增厚0.1～0.8mm。基于上面的理论，该模具的模孔尺寸如图3—14所示扩号内为产品尺寸。图3—2太阳花散热器模具分流孔尺寸及布置图（3）工作带长度设计工作带是设计型材模具最重要的几何参数之一，它直接影响着制品的质量，如刀弯、扭拧、波浪、麻点等缺陷几乎都是由工作带的设计与制造不合理引起的。工作带对金属流动起阻碍作用，增加工作带长度可以增大摩擦阻力，使向该处流动的供应体积中的流动静压力增大，迫使金属向阻力小的部位流动，从而使型材整个断面上金属流量趋于均匀。对于外形尺寸较小，对称性较好，各部分壁厚相等或近似相等的简单型材而言，模孔各部分的工作带可取相等或基本相等的长度，依金属种类、型材品种和形状不同，一般可取2～8mm。对于断面形状复杂、壁厚差大、外形轮廓大的型材，在设计模孔时，要借助于不同的工作带长度来调节金属的流速。在设计时根据型材断面各部分厚度差异，将其分成若干区段:Fl、F2、F3、…，如图3—15所示：图3—15壁厚不等的T字型材断面可按以下公式计算模孔工作带长度：（3.10）式中；S1，S2—分别为断面F1和F2的周长；f1,f2—分别为断面F1和F2处的面积。公式(3.10)说明型材模孔各区段工作带长度与其面积成正比，与其周长成反比。面积大小反映挤压时流经各区段之金属分配情况，周长反映了摩擦力的分布，因此以上方法的本质就是根据金属量的分配和摩擦力的大小来均衡金属的流动速度。当型材的宽度与型材的厚度之比(宽厚比)小于30或者当型材的最大宽度小于挤压筒直径的1/3时，使用上述公式是比较合理的[20]。，由于上式计算比较繁琐，在实际生产中一般采用更为简便的计算方法，即根据壁厚的比值求工作带的长度，工作带长度的比值与厚度比成正比，即前面式（3.5）。当型材宽厚比大于30或型材最大宽度大于挤压筒直径的1/3时，模孔工作带长度的计算方法除应考虑上述因素之外，尚需考虑型材区段距挤压筒中心距离，因为即使型材的厚度均匀时(金属量分配均等)，挤压筒中心金属的流速也会大于边缘金属的流速。因此，模子中心区的工作带长度应加长，以增加阻碍。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公式（3.5）计算。用上述公式计算型材模孔各区段的工作带长度时，应先给定一个区段的工作带值作为计算的参考值(一般给定型材厚度最窄区段上的最小工作带长度)。工作带最小长度应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，见表3—2表3—2模孔工作带最小长度值挤压机能力/MN125503516～203～12模孔工作带最小长度/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。一般而言，型材模子工作带的最大长度不应超过15～25mm，生产实际中，对铝合金常用8～15mm。此外，即使型材缘板的厚度在整个宽度上一致的，也不能按公式计算取一致的工作带长度，因为缘板中心区金属流动总是比边缘区快，而且缘板越宽其流动速度差别也就越大，因此在设计模子时，必须将沿缘板宽度方向上的工作带长度做成可变的。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长度[21]，如图3—16所示。图3—16单孔的同心圆规则（1）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1.5～2倍。（2）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lmm。（3）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3—3所列数值进行确定表3—3模孔工作带长度增减值型材断面壁厚/mm每相距10mm（同心圆半径）工作带长度增减值/mm1.20.201.50.252.00.302.50.353.00.40（4）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，还应按前述的公式(3.5)或(3.10)进行计算，然后还需依靠设计者的经验进行恰当确定。根据以上原则，设计出的模孔工作带尺寸如图3—17所示。图3—17铝型材模具模孔工作带尺寸采用导流模的方法无论是对空心型材、半空心型材或实心型材都是适用的。特别是对于舌比大于3的铝挤型材及其他异常复杂的型材来说，采用普通型材模具无法挤压生产时，采用导流模不仅能实现挤压，而且可使模具使用寿命延长几十倍。导流模基本结构形式有两种：一种是蒋导流模和型材模分开制造然后再组装成一个整体；另一种是将导流模和型材模加工成一个整体。采用导流模挤压铝合金时，铸锭墩粗后，首先通过导流模模孔产生预变性，金属进行第一次分配，形成与型材相似的坯料。然后通过模孔再进行第二次变形，挤压出合格的各种端面的形状。采用导流模挤压可以增加坯料与型材的几何相似性，便于控制金属分配与流动：当挤压型材壁厚差很大时能起调节金属流速的作用，使壁薄、形状复杂、难度大的型材容易成型。导流模的设计原则是要有利于金属的预分配和调整金属流速。一般来说导流模的轮廓尺寸应比型材的外形轮廓尺寸大6～15mm；导流孔的深度可取15～25mm，导流孔的入口最好做成3°～15°的导流角导流模腔的各点应均匀圆滑过渡，表面光洁，以减少摩擦阻力[2]。该型材导流模设计成，如图3—18所示:图3—18铝合金封边型材前导流模尺寸及形状3.1.4、铝合金封边型材模具结构设计详图：模具结构详图模具3D数控加工详图成型部分3D数控加工详图模芯及预料部分3D数控加工详图综上所述，此铝合金型材封边模具采用CNC数控加工中心制作，成型部分及模芯部分位置需要线切割及EDM加工，此设计在加工制作上充分考虑了机床设备的加工能力及公差误差控制，便于加工节约成本。4、模具的选材与热处理及维护与保养4.1、模具材料的选择：4.1.1、模具材料的使用条件：铝型材的挤压过程是一种高温、高负荷的加工作业过程，铝挤压模承受极其严酷的使用条件[22]：（1）铝挤压模承受高温作用，局部表层温度可达600℃；（2）挤压模表层被反复加热和冷却，产生热疲劳；（3）压铝合金时，挤压力由纯铝的150MP到高强度轻合金黄色的1200MPa，模具须承受很高的压缩、弯曲及剪切应力作用；（4）产生粘着磨损和磨粒磨损。4.1.2、模具材料的性能要求：根据挤压模具的工作条件，可以确定材料所需的性能。对挤压工模具材料的性能要求主要有以下几方面：（1）高的强度和硬度值。挤压工模具一般在高比压工作条件下工作，在挤压铝合金时，要求模具材料在常温下σb大于1500MPa。（2）高的耐热性。即在高温（挤压铝合金的工作温度为550℃在右）下，在抵抗机械负荷的能力（保持形状的屈服强度以及避免破断的强度和韧性），而不过早的（一般为550℃以下）产生退火和回火的现象。在工作温度下，挤压工模具材料的σb低于850MPa；模具材料的σb不应低于1200MPa。（3）在常温和高温下具有高的冲击韧性和断裂韧值，以防止模具在应力条件下或冲击载荷作用下产生脆断。（4）高的稳定性。即在高温下有高的抗氧化稳定性，不易产生氧化皮。（5）高的耐磨性。即在长时间的高温高压和润滑不良的情况下，表面有抵抗磨损的能力，特别是在挤压铝合金时，有抵抗金属的“粘结”和磨损模具表面的能力。（6）具有良好的淬透性。以确保工具的整个断面（特别是大型工模具的横断面）有高的且均匀的力学性能。（7）具有激冷、激热的适应能力。抗高热应力和抗止工具在连续、反复、长时间使用中产生热疲劳裂纹。（8）高导热性。能迅速的从工模具工作表面散发热量，防止被挤压工件和工模具本身产生局部过烧或过多的损失其力学强度。（9）抗反复循环应力性能强。即要求高的持久强度，防止过早疲劳破坏。（10）具有一定的抗腐蚀性和良好的可氮化特性。（11）具有小的膨胀系数和良好的抗蠕变性能。（12）具有良好的工艺性能。即材料易熔炼、锻造、加工和热处理。（13）容易获取，并且尽可能符合最佳经济原则，即物美价廉。4.1.3、挤压工模具选材的特点：为了提高模具的使用寿命，降低生产的成本，提高产品的质量，应根据产品的批量大小、工模具的结构、形状和大小、工作条件以及钢材本身的熔炼、锻造、加工和热处理工艺性能，钢材的价格和货源等方面的情况，综合权衡利弊，选择经济而合理的工模具钢材。归纳起来，选择铝合金挤压工模具材料时一般应考虑一下几个因素。（1）被挤压金属或合金的性能。根据被挤压合金的性能来选择合理的、最经济的工模具材料。前苏联在挤压铝合金选择工模具材料一般推荐采用эи383、3X2B8Ø、эи431、4X2B2C。我国主要采用3Cr2W8V、4Cr2MoSiV1、4Cr5MoSiV钢作为挤压铝合金的模具材料，选择3Cr2W8V、4Cr5MoSiV1、5CrNiMo，5CrMnMo作为基本工具的材料。（2）挤压工模具的材料选用。挤压圆棒和圆管时，采用中等强度的5CrNiMo、5CrMnMo、5CrNiW等钢材，或强度更低的钢材（45号钢）来制造工模具；而挤压复杂形状的空心型材和薄壁型材时，应选用3Cr2W8V、4Cr5MoSiV1等较高的材料来制造工模具；对于形状复杂的空心型材以及宽厚比大于50的扁宽薄壁型材和带肋壁板型材，则选用更高级的模具材料；对于品种单一、专业化程度高、批量大和要求壁薄、精度高、表面优良的民用建筑型材，则选用具有高强、高耐热，耐磨、高抗蠕变且具有良好可氮化性能的钢材（如日本选用AE31钢）来制造模具。（3）挤压方法、工艺条件与设备结构。模具材料的选择与挤压方法有很大关系，热挤压模具材料要求有高的热强度和热硬度、高的热稳定性和耐磨性等；而冷挤压工模具必须在很高的压力下工作，一般压力可高达1500～2000MPa。当连续生产时，模具工作部分的局部温度可高达150～200℃，同时，由于冷挤压的工模具运动速度快，受冲力力作用较大，故工模具材料除要求具有高的强度和良好的韧性、碳化物偏析少以外，还必须有良好的热处理性能；静液挤压模具处于高压包围之中，模子呈预应力状态，同时，静液挤压时的挤压力比正、反挤压时的压力都要低，故可选用3Cr2W8V等模具钢来制造工模具。在挤压工程中，当工艺条件变化时，工模具也应做相应的变化如氮气冷却挤压用模具等应该使用良好的抗激冷激热的材料来制造；正向无润滑热挤压与润滑挤压时，模具材料的主要区别是前者应选择耐磨性更高的、热表面硬度和氮化性能更好的材料。设备结构不同也影响工模具材料的选择。如T.A.C反挤压轴的特殊结构，装在其中的模子、密封环和填充块都要受到很大的压力，故一般需要采用3Cr2W8V或H11～H13（美国）材料；而普通的反挤压轴及配套件，可用5CrNiMo钢制造。（4）挤压工模具的结构形状与尺寸。普通实心型材的平面摸，可选择5CrNiMo或3Cr2W8V钢制造；形状复杂的特殊的型材摸（如带筋壁板摸，变断面型材摸等）和空心型材用舌型摸、平面分流组合摸等，必须选用3Cr2W8V或4Cr5MoSiV1钢或更高级的材料来制造。工模具的尺寸也是选择材料时应该考虑的一个重要因素，受重载荷的小尺寸工模具选用3Cr2W8V或更高级的材料来制造；而对尺寸大、重量超过1000kg的基本工具，由于刚材的熔炼、铸造加工和热处理质量难以保证，故一般不宜采用3Cr2W8V钢（5）材料的价格及其他因素。为了降低挤压的总成本，除了提高模具质量，满足工艺要求的情况下，应优先选择价格更低的材料。4.1.4、模具材料的选择：为了提高模具的寿命，各国对工模具材料进行了广泛的研究。随着热处理新技术，特别是表面强化处理工艺的发展，工模具又出现了一种从高级材料(一般热处理)、低级材料(表面强化处理)的发展趋势。但二者并不矛盾，而是相辅相成的。目前，挤压铝合金多采用热加工模具钢。热加工模具钢应满足多种性能要求，但其中最重要的是热强性、热稳定性、热疲劳强度和热耐磨性。最常用的是含碳量为0.3%～0.45%的亚共析奥氏体合金钢。在改进原材料质量、改善钢材的熔炼、锻造、加工、热处理工艺等方面也达到了很高的水平。如高纯材料的采用，电弧二次重煤油或电渣溶煤油、浇包熔炼法的应用，等温锻造、真空热处理、离子氮化处理和表面硬化处理等新技术新工艺的出现都大大改善了工模具材料的质量。典型的热挤压模具钢是在主要合金元素铬、钨的基础上添加钒、铝和钻或在主要合金元素铬、铝的基础上添加钒、钨和钻。随着钻的增加，其回火抗力增加，但当钻的含量增加到2%以上时会减缓钴的沉淀硬化作用。在热挤压模具钢中元素钨可增加到较高的含量，当钢中的钨含量达到10%时，在挤压温度下模具仍有较高的回火抗力。另外，这些高合金的铬-钨含量钢对急剧的温度变化是十分敏感的，并且在400～600度的工作温度范围内会发现明显的脆化。它们经受不了水的冷却。铬可降低临界冷却速度并增强了热挤压模具钢的淬透性。铬含量较高(可达到5%)时，其回火抗力也高，而耐磨性也获得增强。这是因为碳化物沉淀硬化的作用。添加硅(达1%)将促进回火抗力的增高，而锰在热挤压模具钢中含量与普通钢中的含量相近。高合金热挤压模具钢的裂纹敏感性随含碳量(超过3%)的增加而增大。前些年，国内多采用3Cr2W8V钢制造模具，但是它的韧性低，抗疲劳性不好，耐磨性不足，采用高温淬火等热处理措施也不能满足要求，模具易过早地产生失效。近几年来，已逐渐被4Cr5MoSiV1钢所取代。4Cr5MoSiV1钢又称H13钢，其化学成分见表4—1，室温和高温力学性能分别见表4—2和表4—3。CCrMoVSiMnPNiCuFe0.364.721.441.030.960.350.0210.0510.054余量表4—1H13钢的化学成分(%)淬火温度/℃回火温度/屈服强度/MPa抗拉强度/MPa断面收缩率/%伸长率/%10005501240149047.78.2600958110060.211.811005501650183046.57.26001220138051.18.810505501730197047.08.96001110129052.010.5表4—2H13钢的室温力学性能实验温度/℃屈服强度/MPa抗拉强度/MPa断面收缩率/%伸长率/%5509021058516.56009601117516.56509801078527.07004515008011.0表4—3H13钢的高温力学性能与3Cr2W8V钢相比，4Cr5MoSiV1钢具有以下几个突出特点:（1）化学成分设计合理，易采用先进的熔铸技术，从而使钢材本身质量较高：（2）具有好的热处理特性，热处理工艺稳定，且具有十分好的表面化学热处理性能，组织中含有较多的Cr、Mo元素，氮化处理时能生成丰富稳定的氮化物并弥散分布。（3）热处理后，具有良好的高温综合性能(特别是韧性、塑性、断裂韧性)和较高的热疲劳抗力。因此，综合考虑各方面的因素，选用4Cr5MoSiV1钢加工模具是比较合适的。总结经过将近三个月的查阅、论证、设计、计算、绘图，毕业设计终于做完，回想起做设计过程中的日日夜夜，既有高兴也有失落，更多的是激动，高兴的是终于独立地将公司里的课题做了出来，失落是因为在设计过程中遇到很多难题，而这些难题中有一部分是在大学课程中学过的，由于没有掌握牢固，需要重新学习一遍；激动的是我所做的课题有点跨专业，很多知识是我原先以为一辈子都不会涉及和不懂的，由于设计的需要，我翻阅了很多相关资料也请教了很多人，临时给自己冲了电，让自己学到了很多新知识，并通过自己在自学中学到的知识终于独立完成了本次毕业设计，道路虽然崎岖但却是很充实很快乐。下面是我在设计过程中的一些体会；

（1）按计划完成任务，养成良好的工作习惯。在设计过程中一定要跟上进度，确保完成每一个阶段的任务。不然把所有工作都堆积到最后是很被动的。设计刚开始我就把文献综述和英文翻译做拉出来，为后期写说明书和绘图节省下不少时间。（2）遇到问题要冷静，仔细思考。在刚拿到本课题的时候，我对制冷制热的知识实在是了解的太少，甚至可以说一窍不通，根本不知道从哪里下手。经过不断查找资料，咨询专业人士，请教指导老师，然后竟然逐渐熟悉起空调知识来。（3）查找资料很重要，要学会应用图书馆的资源。在设计过程中，手中的资料有限，这就要求我们充分利用图书馆的资源。设计中遇到的很多问题都是在图书馆的书籍中找到答案的，东莞市的图书馆留下了我很多的足迹。（4）做设计要有根据，不能想当然，凭空想象。在设计本系统的各种结构相连接的过程中，由于没有接触过相关东西，各种书籍上对空调的内部结构介绍的也不多，空调内部结构与外部连接都不知道怎么布置与设计，就想象着设计出来，结果都被指导老师一一用理论知识与实际运用来否决了。（5）要虚心学习。在做设计的过程中，尤其是跨了专业，遇到不懂的知识是很正常的，这就要求设计者虚心学习，不能转移问题。可以向周围的同事、同学或老师学习，也可以在论坛中学习。（6）要合理安排时间。在设计过程中，由于自己是边工作边做毕业设计，由于前段时间不会合理安排时间即影响了工作而毕业设计也得不到进展，都是在做无用功。（7）学会苦中求乐。由于时间不能完全自己支配和知识的不全面等因素，曾经一度给我带来很多烦恼，后来发现带着情绪工作不仅没有效率也没有质量，且生活变得杂乱无章，后来调整心态后，慢慢的就习惯了节奏，自己既能快乐的工作又能快乐的生活。虽然不满意于自己的能力，但对于此次的进步还是感到欣慰。都说毕业设计很锻炼人的，能学到很多知识，我深深体会到了这一点。非常高兴能有机会在公司遇到一位优秀的老师和一帮热情的同事。参考文献

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