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1、大型鋁型材模的設(shè)計(jì),一、介定大型型材的條件： 1. 型材的寬度或外接圓直徑大于250mm; 2. 型材的斷面積大于20cm2; 3. 型材交貨長(zhǎng)度大于10m。 二、大型型材的特點(diǎn) 1.薄壁化和輕量化； 2.斷面尺寸和形位公差高精度化； 3.組織性能均勻優(yōu)質(zhì)化。,1. 大型型材的最小壁厚： 實(shí)心型材 空心型材 (合金種類) (合金種類) 外接圓 軟 中硬 硬 軟 中硬 250320 2.5 3.0 3.8 3.0 3.5 320400 2.8 3.5 4.0 3.4 4.0 400450 3.2 4.0 5.0 3.8 4.5 45

2、0550 3.8 4.5 5.4 4.0 4.8 550650 4.0 5.0 5.6 4.5 ,三、大型型材的分類 1.按用途和使用特性分： 航空航天用、車輛用、船舶艦艇用、電子電器用、石油化工用、交通運(yùn)輸用、民用建筑用、其它用。 2.按形狀與尺寸變化分： 實(shí)心型材、空心型材、壁板型材、建筑型材。,,四、大型型材常用的鋁合金及其性能 1.按抗拉強(qiáng)度分： 低強(qiáng)度（b300Mpa）、 中等強(qiáng)度（b=300450Mpa）、 高強(qiáng)度（b450Mpa）。 2.按熱處理強(qiáng)化程度分：熱處理可強(qiáng)和熱處理不可強(qiáng)化合金。 3.按焊接性能分： 可焊接合金和不可焊接合金。 4.按抗腐蝕性能分： 高抗蝕（

3、海水）、中等抗腐蝕和低抗蝕性合金。,五、用熱擠壓法生產(chǎn)大型鋁合金型材的優(yōu)點(diǎn) 1.能獲得比熱模鍛、孔型軋制等方法面積更大和精度更高的帶高筋的扁寬、薄壁型材和壁板型材； 2.擠壓時(shí)呈三向應(yīng)力狀態(tài)，可利用塑性較差的合金材料生產(chǎn)大型型材； 3.可進(jìn)行多品種、多規(guī)格、小批量生產(chǎn)，換模容易； 4.操作方便，模具費(fèi)用低。 5.可實(shí)現(xiàn)實(shí)心坯料擠壓。,六、大型型材模的設(shè)計(jì) 1.扁模： 優(yōu)點(diǎn)：可節(jié)約大量貴重的高合金模具鋼 缺點(diǎn)：模子剛性差，故在擠壓壁板型材的腹板時(shí)會(huì)明顯變薄，其中心部位尤為嚴(yán)重。其原因是由于作用在模子端面上的摩擦應(yīng)力使模子產(chǎn)生徑向（擠壓筒半徑方向）壓縮變形，以及擠壓方向的正壓力（近似等于塑性變形區(qū)

4、的單位流動(dòng)壓力）使模子產(chǎn)生彎曲變形的緣故。 又因?yàn)樵跀D壓過(guò)程中引起?？资湛s的力是不均勻的，因而，模孔各部位變形可出現(xiàn)明顯的差異，這種差異沿壁板寬度方向可達(dá)0.3mm以上。,2.圓模：與扁模結(jié)構(gòu)相比，圓模結(jié)構(gòu)在長(zhǎng)軸方向上具有大得多的抗彎矩能力，且加工制造容易。所以一般選用圓模。 3.寬展模： 優(yōu)點(diǎn)：可以擠壓寬度比圓筒直徑更大的壁板型材，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工成本低，省掉扁擠壓筒。它可以與組合模配合使用，也可以與平面模組合使用。 缺點(diǎn)：模子清理困難（因?yàn)閷捳鼓Ｄ？字写嬗写髩K鋁）、擠壓力較一般平模擠壓時(shí)高25%左右30%，因而難以擠壓變形程度大（擠壓比大）、寬厚比大的硬合金壁板。,4.大型壁板模的設(shè)計(jì)原則：

5、（集裝箱的底板） 對(duì)稱型壁板應(yīng)盡量使模孔截面中心與擠壓筒中心重合。 不對(duì)稱型壁板應(yīng)適當(dāng)增加工藝余量，以減少其不對(duì)稱性。 對(duì)腹板厚度不同的壁板，應(yīng)使較薄的部分靠近擠壓筒中心。 確定模孔尺寸應(yīng)考慮： 熱收縮，?？椎膹椥耘c塑性變形，模子的整體彎曲，拉伸矯直時(shí)制品尺寸的變化。?？壮叽缬?jì)算：?？壮叽鐟?yīng)分成幾部分來(lái)進(jìn)行計(jì)算。如，帶“T”字形筋條的壁板，可分成兩部分腹板部分和筋條部分,,a) 腹板部分：對(duì)寬厚比大的腹板?？壮叽?，由于?？椎膹椥耘c塑性變形、模子整體彎曲的影響，擠壓時(shí)有嚴(yán)重的減薄現(xiàn)象。（減薄的程度與合金成分、型材的規(guī)格、寬厚比、工藝制度、模子強(qiáng)度有關(guān)。所以在確定腹板部分?？壮叽鐣r(shí)為： t=t0

6、+正偏差+（補(bǔ)償值）。 b) 筋條部分的?？壮叽缰豢紤]產(chǎn)品的公差、熱收縮量和拉伸矯直量，也就是按普通型材的變化規(guī)律設(shè)計(jì)即可。,c) 工作帶設(shè)計(jì)：為了調(diào)節(jié)金屬流速，改變變形條件，防止波浪、扭擰、刀彎等廢品，必須合理設(shè)計(jì)模子工作帶的長(zhǎng)度。它與型材設(shè)計(jì)的部位距擠壓筒中心距離有關(guān)，一般取515mm（經(jīng)驗(yàn)證明，對(duì)寬厚比大的壁板，阻礙角的意義不大）。 d)做促流角：為了加速金屬向窄縫流動(dòng)，補(bǔ)充擠壓時(shí)?？椎淖冃?，有時(shí)在模子工作端面上作68的促流角。,,5.大懸臂半空心型材模具設(shè)計(jì) 考慮因素： 1）防止懸臂表面直接與坯料接觸，壓力直接作用在模子表面上，使其產(chǎn)生彎曲變形，所以，要減小作用在懸臂表面的正壓力； 2

7、）如果支撐邊的相鄰兩邊的模孔寬度不均，金屬通過(guò)?？椎乃俣却嬖诓町?，則懸臂還要發(fā)生徑向彎曲，型材的壁厚尺寸更難保證，所以，要提高懸臂承壓的程度。,舌比R的允許值： W（開(kāi)口） 舌比R=A/W2 1.0--1.5 2 1.6-- 3.1 3 3.2 --6.3 4 6.412.6 5 12.7以上 6,,設(shè)計(jì)方法： 遮蔽式設(shè)計(jì)法遮蔽式設(shè)計(jì)法是用相當(dāng)于分流模的模芯部分遮蔽下模?？椎膽冶鄄糠郑箲冶鄄糠植恢苯映惺茏冃谓饘俚淖饔昧?。 下模懸臂部分設(shè)計(jì)成凸臺(tái)狀，其凸起部分邊緣與模孔壁的距離為”C”（與?？壮隹趲С叽绲韧瑧冶弁蛊鸩糠值捻敳颗c上模模面留有間隙”1”（

8、0.5mm），用來(lái)消除因上模中心彈性彎曲或壓塌對(duì)懸臂的壓力。（見(jiàn)圖） 優(yōu)點(diǎn)：可有效改善懸臂頂端部位模孔擠出型材的壁厚偏差，能較好地保證型材的質(zhì)量。 缺點(diǎn)：由于懸臂凸起部分相應(yīng)地增加了金屬的摩擦面積，懸臂承受的摩擦力增加，使其仍有一定的撓曲變形。,鑲嵌式設(shè)計(jì)法鑲嵌式設(shè)計(jì)法是遮蔽結(jié)構(gòu)的改進(jìn)型式，將上模模芯的中部挖空，而下模相對(duì)的位置向上凸起，鑲嵌于模芯的中空部分，懸臂凸起部分的頂面與上模模芯中空部分頂部的間隙”2”為0.5mm。懸臂凸起部分的側(cè)表面與模芯空腔的側(cè)表面之間有間隙”3”，兩表面是動(dòng)配合；模芯側(cè)面與?？妆诘木嚯x為”C”（與模孔出口帶尺寸等齊） 其優(yōu)點(diǎn)：可有效改善懸臂頂端部位?？讛D出型材的

9、壁厚偏差，能較好地保證型材的質(zhì)量，克服因金屬對(duì)裸露的懸臂凸起部分的摩擦所帶來(lái)的懸臂撓曲缺點(diǎn)，金屬對(duì)模芯表面的摩擦力轉(zhuǎn)化為上模與下模接觸面上的正壓力。因此，懸臂的受力狀況進(jìn)一步得到了改善，只要合理的空刀量”C”值和間隙”2”、間隙”3”就行。,替代式設(shè)計(jì)法（也稱塔接式）：用上模模芯取代下模的懸臂，并在原懸臂的根部處，使模芯與下模模面互相塔接，以保證懸臂的完整性。 優(yōu)點(diǎn)：較遮蔽式和替代式加工簡(jiǎn)單，更適合“舌比”值很大的型材生產(chǎn)。 吊橋式：是一種分流模形式，模子的設(shè)計(jì)要素與設(shè)計(jì)分流模相同，但橋位可設(shè)計(jì)短些，因?yàn)樗黄鸾饘俜峙浜侠硇缘墓δ堋?優(yōu)點(diǎn)：它利用分流孔使金屬分配合理、吊橋的存在可增大金屬流動(dòng)均

10、勻性；提高型材模的強(qiáng)度。,保護(hù)式分流模：在普通分流模的前面加一個(gè)保護(hù)板，主要用來(lái)生產(chǎn)長(zhǎng)懸臂半空心型材。 它的特點(diǎn)： 是與型材模相接觸的面之間有一應(yīng)力消減間隙，生產(chǎn)中它可改善型材模的受力狀態(tài)，提高模子強(qiáng)度，減少模子變形。 5.散熱器型材模的設(shè)計(jì)（見(jiàn)大型材P295） 大型散熱器型材的特點(diǎn)：大型散熱器型材大多為實(shí)心，也有極少量空心。它的特點(diǎn)是外接圓尺寸大、斷面形狀復(fù)雜、壁厚相差懸殊，散熱齒距小而懸臂大。 生產(chǎn)難度：當(dāng)同一截面的斷面比值、舌比值、型材外接圓直徑超過(guò)一定范圍時(shí)，用平面模擠壓很難使金屬流速均勻，模具極容易損壞。,設(shè)計(jì)方法： 寬展導(dǎo)流模設(shè)計(jì)法： 用這種模生產(chǎn)的型材特點(diǎn)平面間隙要求嚴(yán)格、

11、舌比較大、筋板與齒的壁厚差大。 設(shè)計(jì)重點(diǎn)： 型材在模子平面上的布置； 模子工作帶的給定； 模子出口帶加工時(shí)電流大小的控制； 試模時(shí)的擠壓溫度和擠壓速度及設(shè)備的良好狀態(tài)。,分流組合模設(shè)計(jì)法： 用這種模生產(chǎn)的型材特點(diǎn)壁厚差過(guò)于懸殊、斷面比值超大、薄壁部位位于擠壓筒邊緣、且表面積大、舌比大、懸臂長(zhǎng)。 設(shè)計(jì)重點(diǎn)： 按型材斷面形狀進(jìn)行一次金屬流量預(yù)分配，擴(kuò)大靠近擠壓筒邊緣的分流面積，加快齒尖部位金屬的流速，便于在分流空間上為二次填充擠壓創(chuàng)造條件。 考慮到中心部位面積過(guò)大，為防止型材中心部分出現(xiàn)疏松，可在中心部位開(kāi)一個(gè)分流孔，以適應(yīng)金屬二次組合的流量需要。,大型非對(duì)稱散熱片模設(shè)計(jì)： 采用三次變形（即先用寬展變形、分流調(diào)整變形、擠出成型變形）的工藝原理設(shè)計(jì)而成。 優(yōu)點(diǎn)：綜合了寬展到型材模、平面分流模的功能及優(yōu)點(diǎn)，拓展了擠壓工藝范圍，提高模具使用壽命。 撕口模：對(duì)外接圓較大、懸臂長(zhǎng)、等壁厚的型材，為了確保型材開(kāi)口部位的尺寸精度，可以將開(kāi)口部位設(shè)計(jì)成封閉型（就是加一段工藝余量，其厚度為0.2mm），用分流模生產(chǎn)，待制品精整后再將開(kāi)口部位的工藝余量撕掉，這樣可保證制品開(kāi)口部位的尺寸精度。 這種方法需征得用戶同意，因制品撕口處不夠光整。,,,