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干货丨铝材挤压模具设计思路及步骤

山东铂佳集团2018-06-20 21:32:41


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由模具设计者确定的因素


  挤压模具设计师必须按照铝型材挤压机的结构,模具机台的选择以及客户产品表面要求,使用情况,产品图纸的复杂程度,模子的结构和外形尺寸,模具材料,模孔数和挤压系数,挤压比,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、强度变形量,性能比,定径带与阻碍流速比,分流量等等。


2
由模具制造者确定的因素


  模具制造包括车、铣、钻、磨、打、割、抛以及焊,模子尺寸和形状的精度必须根据设计图纸加工到位,定径带和阻碍系统的加工精度,表面光洁度,热处理硬度,表面渗碳、脱碳及表面硬度变化情况,端面平行度等都必须符合设计图纸要求以及客户表面要求等等。


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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,合金及铸锭品质,牵引情况,拉矫力及拉伸量,被挤压合金铸锭规格,产品出模口的冷却情况,工模具的对中性,工业铝型材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,工业铝型材挤压机的能力和挤压筒的比压,挤压残料长度等。



二、模具设计的原则与步骤


1
确定设计模腔参数


  首先设计人员拿到断面图纸,第一眼是判定定机台,根据挤压比,型材断面最大外接圆是多少,以及复杂程度去决定做哪台机合适。


  第二,定模具规格大小,小了会影响模具的使用寿命和成型度,一般来讲,大断面模具规格定大点,这样模具稳定性强,模具价格也相差无几。


  第三,定模具分流孔的分配和导流板,平模的设计,以及工作带的设计,成型孔的设计。


2
模孔在模子平面上的合理布置


  所谓合理的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l,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部分尽可能接近中心。


  多孔模的布置主要应考虑模孔数目、模子强度,制品的表面品质、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,再保证模子强度的条件,模孔间应尽量紧凑和尽量靠近挤压筒中心。



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、产品的形状和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塑性变形情况等因素。对于型材来说,一般用以下公式进行计算:


A=A0+M+(KY+KP+KT)A0


  式中A0——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;


  KP——考虑到拉伸矫直时尺寸缩减的系数;


  KT——管材的热收缩量。


KT=t·(α-t1)·α1


  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,桁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。


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合理调整金属的流速


  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导料锥来加速金属流动。


  相反,对于那些壁厚大得多的部分或离挤压筒中心很近的地方,就应采用阻碍角进行补充阻碍,以减缓此处的流速。


  此外,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。


挤压速度极限图


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保证足够的模具强度


  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,但经过修正的别尔林公式仍有工程价值。挤压力的上限解法,也有较好的适用价值,用经验系数法计算挤压力比较简便。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。


  一般平面模具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。


三、铝型材挤压工艺条件


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铸锭的加热温度



  铝的最高允许加热温度为550℃,下限温度为320℃,为了保证制品的组织、性能,挤压时锭坯的加热温度不宜过高,应尽量降低挤压温度。


2
挤压筒的加热温度


  模具的成分多为合金钢,由于导热性差,为避免产生热应力,挤压前挤压筒要预热,为保证挤压制品的质量,并且具有良好的挤压效应,挤压筒温度可取400℃-450℃。


3
挤压温度


  热挤压时,加热温度一般是合金熔点绝对温度的0.75-0.95倍,挤压过程中温度控制在500℃左右。



4
挤压速度


  挤压速度快虽然可以提高生产力,但挤压速度过快会影响材料的挤压性和使挤压温度过高,因此必须控制好挤压速度。考虑金属与合金的可挤压性,制品质量要求及设备的能力限制,本设计的挤压速度取40-60m/min。


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挤压比


  挤压比计算公式:挤压筒的面积/型材的截面积


  挤压比:衡量此型材是否可以在该台挤压机挤压的重要参数之一。


  挤压比太小,型材制品变形不充分,密度和表面质量不好,挤压比太大,模具变形太剧烈,挤压困难,型材尺寸难以保证,甚至造成堵模。所以,挤压比理想值是40-80。