1、第三节铝型材挤压模具的结构要素与设计原则一、 模具结构要素的设计模具的典型结构要素是指挤压模的外形结构和截面形状。下面仅以铝合金挤压中最基本和使用最广泛的平面模和锥形模为例， 对其典型结构要素， 如模角!、 定径带长度 !、 入口圆角 、 出口直径 #、 外形尺寸进行简要分析。!模角模角!是指模具轴线与其工作端面之间所构成的夹角， 见图 # $ # $ % 平模的模角!等于 &(， 其特点是在挤压时形成较大的死区， 阻止铸锭表面的杂质、 缺陷、 氧化皮等流到制品的表面上， 可获得良好的制品表面， 但在挤压某些易在死区产生断裂的金属与合金时， 会引起制品表面分层、 起皮和小裂纹。采用平模挤压时，
2、 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塌， 特别是在挤压某些高温、 高强的难变形合金时， 上述现象更明显。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!与挤压力的关系， 当!) *+(, -(时， 挤压力出现最小值。但是当!) *+(, +(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 +(， 一般可取 +(, -+(。应该指出， 随着挤压条件的改变， 合理模角也会发生变化。如在静液挤压时， 随着挤压系数的变化， 模角可在 !+(（小挤压系数） 到 *(（大挤压系数） 之间
3、波动。静液挤压时， 模具的模角比正常挤压时要小的主要原因是工具与金属之间的摩擦力较小。不同工作介质的摩擦应力也不一样， 因此， 其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!) -(, -+(，!.) !(, *+(。但在挤压铝合金时， 为了提高挤压速度， 最好取!.) !(,!%(。此外， 还采用流线模、 平流线模和碗形模等， 这些模具的模角是连续变化的。挤压铝合金型材大多采用平面模， 因其加工比较简单。锥模主要用来挤压铝、 镁合金管材。碗形模主要用于润滑挤压和无残料挤压。.定径带长度 ! 和直径 #定径带又称工作带， 是模具中垂直模具工作端面
4、并用以保证挤压制品的形状、 尺寸和表面质量的区段。-%.!第七篇轻工模设计设计 ! 的基本原则是， 在保证挤压制品不超出图样规定公差的条件下， 尽量延长模具的使用寿命。影响制品尺寸的因素很多， 如温度、 模具材料、 被挤压金属材料、 制品形状和尺寸、 拉伸矫直量以及模具变形情况等， 在确定模具定径带直径时， 一般应根据具体情况着重考虑其中的一个或几个影响因素。定径带长度 过短， 制品尺寸难于稳定， 易产生波纹、 椭圆等废品， 同时， 模具易磨损， 会大大降低模具的使用寿命； 但 过长， 会增大与金属的摩擦， 增加挤压力， 易粘结金属， 使制品表面出现划伤、 毛刺、 麻面、 搓衣板型波浪等缺陷。
5、 应根据挤压机的结构 （立式或卧式） 、 被挤压金属材料、 产品的形状和尺寸等因素来确定。在立式挤压机上挤压管材时， 一般 ! # $%； 挤压镁合金时， 一般 的最小值为 &( # )%， 最大值依产品的尺寸和形状确定。)出口自径 !*或出门喇叭锥模具出口直径 !*过小， 则易划伤制品表面， 甚至会引起堵模。但 !*过大， 会大大削弱定径带的强度， 引起定径带过早地变形、 压蹋，明显地降低模具使用寿命。因此， 在一般情况下， 出口带尺寸应比定径带尺寸大 ) #$%， 对于薄壁管或变外径管材的模具， 其值可适当增大。为厂增大模具的强度和延长模具的使用寿命， 出口带可做成喇叭锥。出口喇叭锥角 （
6、从挤压型材离开定径带开始） 可取&+),-# &,+（此值受锥刀角度的限制） 。特别是对于壁厚小于% 而外形十分复杂的型材模具， 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,+# .(+的斜面以圆角半径为 &( # ),% 的圆弧连接。.入口圆角模具的入口圆角 # 是模具工作端面与定径带形成的端面角。它可防止低塑性合金在挤压时产生表面裂纹和减少会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具棱角的压塌变形。但是， 圆角增大了接触摩擦面积，可能引起挤压力增高。# 值的选取与金属强度、 挤
7、压温度和制品尺寸、 模具结构等有关。挤压铝及其合金时， 端面入口角应取锐角。但近年来也有些厂家在平面模入口入做成 # ! , #,/(% 的入口圆角， 在平面分流组合模的入口处做成 # ! ,( # (% 的圆角。(其它结构要素除了上述几个最基本的结构要素之外， 铝合金挤压模具设计结构要素还包括： 阻碍角， 止推角 （或促流角） ， 阶段变截面型材模中的 “料兜” 、 过渡区， 组合模的凸脊结构、 分流孔和焊合腔的形状、 结构和尺寸， 以及穿孔针的锥度和过渡形式， 模具的外廓形状与尺寸等。二、 模具外形尺寸及其标准化此处主要论述常用棒材模、 管材模以及实心截面型材模的外形结构、 尺寸及其标准化
8、。/)&第七章铝型材挤压模设计!外形结构目前广泛采用以下几种不同外形结构的挤压模。（!） 带倒锥体的锥形模， 它与模垫一起安装在模支承内 （图 # $ # $ %） ， 广泛用于#& ()*+ 卧式挤压机上挤压各种截面形状的型材， 其优点是有足够的强度， 可节省模具材料。（(） 带凸台圆锥形模具。它与模垫一起安装在模支承内 （图 # $ # $ %,） ， 主要用于挤压横截面形状不太复杂的型材。虽然制造时消耗的钢材略有增加， 但因在模具、 模垫和压型嘴端面之间建立了可靠的支承， 故使用寿命可大大延长。（-） 带正锥体的锥形模具。它直接安装在压型嘴内而不需使用模垫 （图 # $ # $ %.）
9、，用来挤压横截面上带有凸出部分的形状复杂的型材。为了增大支承面， 需要制造专用的异形压型嘴， 主要缺点是在压型嘴内装配时， 需要专有自锁锥体 （约 %/的锥度） ，这会使得模孔的修理和挤压后由压型嘴内取出模具的操作变得复杂化。（%） 带倒锥体的锥形模具。它与中间锥形环一起安装在模支承内 （图 # $ # $ %0） ，主要用于挤压横截面积相当大的简单型材。因为不带模垫， 模具直接安放在普通的非异形压型嘴内， 大大增加了模具的弯曲和压缩应力， 可能导致模具损坏。这种结构的模具应用范围较窄。（&） 带倒锥的圆柱 $ 锥形模具。模具与模垫做成一个整体 （图 # $ # $ %1） ， 主要用来挤压截
10、面带有悬臂部分 （悬臂的高度比由 -2! 到 32!） 的型材。由于悬臂较长， 型材截面的外接圆不超过挤压筒直径的 )3 倍， 在 #& ()*+ 卧式挤压机上， 这种结构的模具与专用的异形压型嘴配套使用。在 &) ()*+ 挤压机上， 则与专用异形垫环或专用的异形压嘴配套使用。（3） 按模支承的外形尺寸制造的加强式整体模具 （图 # $ # $ %4） 。它主要用来挤压带有长悬臂部分的型材。它与专用异形压型嘴或专用垫、 环配合使用， 因为加工复杂， 成本较高， 所以这种结构的模具只有在特殊需要的情况下使用。(外形尺寸的确定原则模具的外形尺寸是指模具的外圆直径 !、 厚度 和外形锥角。它们主要
11、由模具的强度确定， 同时， 还应考虑系列化和标准化。具体来说，应根据挤压机的结构形式和能力、 挤压筒的直径、 型材在模具工作平面上的布置、 模孔外接圆的直径、 型材截面是否会影响模具和整套工具强度的因素等， 来选择模具外形尺寸。推荐用以下公式来确定模具外圆直径：当挤压简直径小于 ()55 时， ! 6 )3!7， !7为经过模孔最远点所划的外接圆直径。为了简化起见， 可以直接取 ! 8 （)9 !） !:。在保证模具组件 （模具 ; 模垫 ; 垫环） 有足够的强度的条件下， 模具的厚度 应9-(!第七篇轻工模设计尽量薄， 规格应尽量小， 以便于管理和使用。对于中、 小型挤压机， 取 ! 为 !
12、 # $%&，对于 $%( 以上的大型挤压机， ! 可取 $% # )%&。模具的外形锥度有正锥和倒锥两种， 带正锥的模具， 在装模时顺着挤压方向放入模支承里。为便于装卸， 锥度不能太小； 但锥度过大， 则模架靠紧挤压筒时， 模具容易从模支承中掉出来， 因此一般取 )*+%,# -*。带倒锥的模具在操作时， 逆着挤压方向装到模支承中， ， 其外圆锥度为 +*# )*， 一般情况下可取 .*# )%*。为了便于加工外圆锥度， 在锥体的尾部一般加工出 )%& 左右的止口。+/模具外形尺寸标准化和系列化标准化、 系列化的必要性：（)） 减少模具设计与制造的工作量， 降低产品成本， 缩短生产周期， 提
13、高生产效率；（!） 通用性大， 互换性强， 只需配备几种规格的模支承或模架；（+） 标准化有利于提高产品的尺寸精度。确定模具系列的基本原则：（)） 便于装卸、 大批量生产， 能满足大生产的要求；（!）能满足该挤压机上允许生产的所有规格的产品品种用模具的强度要求；（+） 能满足制造工艺的要求。一般情况下， 每台挤压机均用一种或几种规格的外圆直径 和厚度 ! 的标准模具， 见表 0 1 0 1 !.。三、 模具设计时应考虑的因素挤压模具设计包括由设计者本身确定的因素、 模具制造者确定的因素和由挤压生产者确定的因素。)/模具设计者确定的因素包括挤压机的结构， 压型嘴的选择或设计， 模具的结构和外形尺
14、寸， 模具材料， 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、 定径带阻碍系统的确定， 以及挤压时的应力应变状态等。!/模具制造者确定的因素包括模具尺寸和形状的精度， 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。+/挤压生产者确定的因素包括模具的装配及支承情况， 铸锭、 模具和挤压筒的2+!)第七章铝型材挤压模设计加热温度， 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， 被挤压合金铸锭规格， 产品出模口的冷却情况， 工
15、模具的对中性， 挤压机的控制与调整， 导路及牵引机的设置， 输出工作台及矫直机的长度， 挤压机的能力和挤压筒的比压， 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合理设计挤压模具的必要和充分条件。四、 模具设计的原则与步骤在充分考虑了影响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， 模腔的设计均应遵守下列的原则与步骤。!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
16、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。#模孔在模具平面上合理布置。将单个或多个模孔合理地分布在模具平面上，使之在保证模具强度的前提下获得最佳金属流动均匀性。单孔棒材、 管材和对称良好的型材模， 均应将模孔的理论重心置于模具中心， 各部分壁厚相差悬殊和对称性很差的产品， 应尽量保证模具平面 ! 轴和 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数目、 模具强度 （孔间距及模孔与模具边缘的距离等） ， 制品表面的质量、 金属流动的均匀性等问题。一般来说，
17、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 !、 轴） ， 在保证模具强度的条件下 （孔间距应大于 $% & %(， 模孔距模具边缘应大于 # & %(） ， 模孔间应尽量紧凑和尽量靠近挤压筒中心 （离挤压筒边缘应大于 #% & )%(） 。$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， 产品截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：# * #%+ $ + （
18、%,+ %-， + %.） #%.* & / &!式中#% 型材截面的公称尺寸；$ 型材公称尺寸的允许正偏差；%, 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；%)#!第七篇轻工模设计! 考虑到拉伸矫直时尺寸缩减的系数；! 型材的热收缩量；、 # 分别为坯料和模具的加热温度；!、!# 分别为挤压温度下被挤压型材和模具材料的线膨胀系数。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， 除考虑以上公式所列的因素外， 尚需考虑模具的弹性变
19、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、 有无牵引装置等对模孔尺寸也有一定的影响。$%合理调整金属的流动速度。在理想状态下， 制品截面上的每一个质点应以相同的速度流出模孔。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
20、， 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。&%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截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。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，
21、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。五、 模具设计的技术条件及基本要求模具结构、 形状和尺寸设计计算完毕之后， 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：（#） 有适中而均匀的硬度。模具经淬火、 回火处理后， 其硬度值为 $ ( &)*+, （根据模具的尺寸而定， 尺寸越大， 要求的硬度越低） ；（)） 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样的要求 （一般按负公差制造） ， 配合尺寸具有良好的互换性；（-） 有足够的表面粗糙度。配合表面应达 #.-%) (#%/$， 工作带表面
22、达 #.#%/ ( 0%$， 表面应进行氮化处理、 磷化处理或其它表面强化处理、 多元素共渗处理及化学热处理；（$） 有良好的对中性、 平行度、 直线度和垂直#$)#第七章铝型材挤压模设计度， 配合面的接触率应大于 !#；（$） 模具无内部缺陷， 一般应进行超声波探伤和表面质量检查后才能使用；（%） 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。六、 工作带的标注方法采用视图法标注工作带， 即模孔各个部位的工作带集中在一个或几个视图上标注， 其标注方法如下：在模孔两侧标实线， 在实线上标引线， 引线上标注的数字为工作带长度， 在实线两端的尺寸线上标注的数字，
23、 为该长度工作带范围， 两个不同长度的工作带之间用细实线断开， 其间表示过渡形式。过渡形式可以直接在图上标注， 也可以在附注上说明（图 & & $） 。特殊形式的工作带可用剖面表示 （图 & & %） 。图 & & $ 为用视图法标注工作带示例， 图中两端引线上的数字 ( 为工作带长)()*第七篇轻工模设计度， 两端尺寸线上标注的数字 ! 为工作带范围， 即在尺寸 ! 范围内， 其工作带长度为 #， 在中心部位两侧实线的引线上的数字 $ 为工作带长度， 在尺寸线上标注的数字 % 为工作带范围， 即中心 & 范围内， 工作带长度为 $。图 ( ) ( ) * 为用视图法为主， 局部用剖面标注工作
24、带的示例。其工作带分布为：在两个末端 + 范围内的工作带长度为 #， 相邻部位工作带长度为 *， 并用 #%,转接， 中心部位最大工作带长度为 &， 两端为 *， 用圆弧 ! 转接。空心型材的模孔是由上模和下模组合而成， 因此模孔工作带分别标注在上模和下模上， 在这种情况下， 其标注方法与实心型材模具略有不同。实心型材模孔工作带是从下模端面标起， 而空心型材模孔工作带是从下模焊合沉槽底面 （ 面） 标起。在标注工作带的剖面上， 为使图形清晰， 可以不绘剖面线。在某些情况下， 为减小芯子部位的阻力， 将芯子做成平的 （图 ( ) ( ) -） 。这时， 芯子的平滑表面应该分为两部分， 一部分模桥
25、表面， 另一部分为模孔表面 （工作带表面） ， 即图 ( ) ( ) - 中 面以下为工作带， 其表面粗糙度 !./#!#， 面以上为模桥表面， 其表面粗糙度 !$/$!#， 其间用细线分开。不同工作带用 #%,、 +,、 斜面和圆弧转接， 其截面见图 ( ) ( ) &。前两种过渡形式可在附注上标注， 其余两种形可在视图上和截面图上标注。标注工作带时， 其工作带范围和过渡形式应按比例绘制， 如图 ( ) ( ) &， 工作带 & 和 * 用#%,过渡， 工作带 & 与 * 之间应留出 # 的位置， 如图 ( ) ( ) &. 为不合理的标注方法， 图 ( ) ( ) &!0 为合理的标注方法
26、。为了获得规定的工作带长度， 需要在工作带下面作出空刀。空刀的形式有直口的、 有斜度的和带有支承肋的， 其剖面图见图 ( ) ( ) &!。在一般情况下空刀尺寸在剖面图上标注， 其虚位在视图上不投影， 对于细小的空+#!&第七章铝型材挤压模设计刀， 可在视图上用虚线表示， 空刀虚位的形状应该用虚线绘出， 并在虚线的引线上标明空刀值， 如图 ! ! #$%&() 直口即沿虚线空刀 () 直口， 放大图上的 “%&() 直口” 是简化了的空刀， 其虚位画虚线， 即保证空刀的最小值为 () 直口。第四节铝型材挤压模具的类型及组装形式一、 挤压工具分类挤压工具易磨损、 易失效、 多结构和多规格， 因此
27、要求具有通用性、 互换性， 形成标准化、 系列化。在液压挤压机上用于挤压轻合金产品的挤压工具通常分成三大类。#(大型基本挤压工具这类工具的特点是尺寸较大， 重量也较大， 通用性强， 使用寿命也较长， 在挤压过程中承受中等以上的负荷。每台挤压机根据产品的工艺要求一般配备 $ * ) 套不同规格的基本工具。挤压筒、 挤压轴、 轴套、 轴座、 挤压垫片、 模支承、 支承环、 模架、 压型嘴、 针支承、 针座、 堵头等都属于这类工具。其中挤压筒是尺寸、 重量最大， 工作条件最恶劣， 结构设计最复杂， 加工最困难， 价格最昂贵的大型基本工具。+(模具模具包括模芯、 模垫、 针尖等直接参与金属塑性成形的工
28、具。其特点是品种规格多， 结构形式多， 需要经常更换， 工作条件极为恶劣， 消耗量很大。因此应千,+#第七篇轻工模设计方百计提高模具寿命， 减少消耗， 降低成本。!辅助工具常用的有导路、 牵引爪子、 辊道、 吊钳、 修模工具等， 这些工具对于提高生产效率和产品质量有一定的作用。二、 挤压模具分类及特点#挤压模具分类铝合金型材挤压模具可按不同的方式来进行分类：（#） 按孔压缩区截面形状可分为平模、 锥形模、 平锥模、 流线形模和双锥模等， 如图 $ % $ % #& 所示；（） 按被挤压的产品品种可分为普通实心型材模、 壁板模、 变截面型材模和空心型材模等；（!） 按模孔数目可分为单孔模和多孔模
29、；（&） 按挤压方法和工艺特点可分为热挤压模、 静液挤压模、 反挤压模、 连续挤压模、 水冷模、 宽展模等；（(） 按模具结构可分为整体模、 分瓣模、 可卸模、 活动模、 舌型组合模、 平面分流组合模、 嵌合模、 插架模、 前置模、 保护模、 导流模等；（)） 按模具外形结构可分为带倒锥体的锥形模、 带台的圆柱形模、 带倒锥的圆柱 % 锥形模、 加强式模具等。上述分类方法是相对的， 往往是一种模具同时具有上述分类的几种特征。此外，一种模具形式又可根据具体的工艺特点、 产品形状等因素细分成几个小类， 如组合模又可分成多种模具类型。挤压模具结构的特点平面模是铝合金挤压中最基本的和使用最广泛的模具结
30、构。大多数棒材和普通实心型材均采用平面模挤压。铝合金管材一般采用锥形模挤压。无缝管材和异形空心型材的内腔形状与尺寸由穿孔针来确定。随着挤压技术的发展， 新设备、 新工艺和新产品大量涌现， 出现了许多新型结构的模具。下面介绍几种常见模具的结构特点。（#） 桥式模： 又称舌形模， 是将模具和针尖做成一个组合体， 用实心铸锭生产空心制品的一种模具。根据舌头形式不同， 可分为突刀式、 半突刀式和隐刀式三种结构。桥式模有许多优点， 如产品尺寸精确，(&#第七章铝型材挤压模设计壁厚偏差小， 内外表面质量好， 可用实心锭生产空心制品等。但制品上存在焊缝， 挤压力较一般平模挤压时高 !#$ !%#左右， 挤压
31、残料较长。（!） 平面组合模： 它是桥式舌形模的一种， 不过把突桥改成了平面桥。它与桥式舌形模相比， 具有结构简单、 加工容易、 生产操作方便和易分离残料等优点。分流模由分流孔、 分流桥、 焊合腔、 模具、 定径带等组成， 单孔平面分流模的主要结构形式如图 & & (%所示。分流孔的数目可分二孔、 三孔和四孔或多孔， 形状有圆形、 腰子形和异形等。平面分流组合模的模芯主要有圆柱形、 双锥体形和锥体形三种。分流桥按结构可分为固定式和可拆式两种形式。带可拆式分流桥的模具又称之为叉架式分流模， 用这种形式的模具可同时挤压多根空心制品， 如图 & & () 所示。分流桥的截面最好做成水滴形， 但水滴形
32、不易加工， 故常采用矩形截面加倒角的形式。（*） 多孔空心壁板模： 随着模具结构的改进， 先后出现了用舌形模、 叉架模和平面分流组合模挤压多孔空心壁板的方案， 目前已用此法挤压出 * 孔的宽度为 (+ 左右的软铝合金空心壁板。（,） 前室模： 又称导流模。其实质是在型材模前放一个导料模， 为与型材外形相似的异形， 或为其边长与型材最大外形尺寸相当的矩形， 见图 & & (&。铸锭镦粗后先通过导流模产生预变形， 金属进行第一次分配形成与型材相似的坯料， 然后再进行第二次变形， 挤出各种截面的型材。采用前室模不仅可增大坯料与型材的几何相似性， 便于控制金属流速， 使壁厚薄、 形状复杂、 难度大的型
33、材易成形， 而且能挤压外接圆尺寸较大的型材， 减少产品的扭拧和弯曲变形， 大大提高成品率和模具寿命。特别是对于舌比大于 * 的散热片型材及其它形状异常复杂的型材来说， 用普通平面模几乎无法挤压， 而采用前室模可使模具寿命提高几十倍。（%） 宽展模： 属于前室模的一种， 用它可部分地代替扁挤压筒挤压扁而宽的薄壁型材、 实心与空心壁板。其优点是可挤压比圆筒直径宽 *#左右的壁板。其结构示意图见图 & & (-。其主要结构要素是宽展量、 宽展变形率、 宽展角、 内腔及外形尺寸等。为便于金属流动和充分填充， 减少挤压力， 保证足够的强度， 压挤系数应小于*， 宽展率为 *#左右， 宽展角以 *.左右为
34、宜。),!(第七篇轻工模设计（!） 保护模： 保护模的结构是根据平面分流模的原理， 按型材的截面形状将铸锭分成若干股， 然后在模桥下重新焊合为整体， 再通过平面型材模挤出各种型材。由于保护模承担了大部分挤压力， 保护了型材模的危险截面， 故使后者的寿命大大提高， 见图 # # $%。（） 变截面型材模： 目前国内仍大量采用两套可分模生产变截面型材。型材和过渡区设计成一套模具， 大头部分设计成一套模具。两套模具按一定的规则分成可拆的若干瓣， 见图 # # &。分开面的位置应便于拆开和安装， 在保证制品精度的同时又不损伤型材表面。（(） 水冷模： 向模中通水冷却以降低变形区温度。水冷模的结构主要有
35、循环式和不循环式两种， 见图 # # &$。最近又研制成功了一种能控制自如的环状喷水式单水冷模。为了提高冷却强度， 还开发成功了液氮冷却模。（%） 其它结构的模具： 近年来研制成功了多种特殊结构的专用模具， 常见的有螺旋管挤压模、 锥体出口薄模、 连续挤压模、 冷挤模、 异形管材穿孔挤压模等。三、 挤压模具的组装方式模具组件一般包括模具、 模垫以及固定它们的模支承或模架， 在挤压空心制品时， 模具组件还包括针尖、 针后端、 芯头等。在带压型嘴的挤压机上， 压型嘴与模支承用锁键连接。这种结构的挤压机在模支承内或直接在压型嘴内固定模具， 其方式主要有三种：（$） 将模具装配在带倒锥体的模支承内，
36、锥体母线的倾斜度为 )*+ $*。这种固定方法能保证模具与模垫的牢固,&$第七章铝型材挤压模设计结构， 增大模具端部的支承面， 可简化模具装卸的工作量。模具和模垫用销子固定，并用制动销将模具固定在模支承上。 （!） 将模具装配在带环形槽的模支承内。直径大于挤压筒工作内套内孔直径的模具宜用这种方法固定。 （） 将模具装配在带正锥体的模支承内， 采用此种方法固定需制造专用工具， 因此， 只有在挤压大批量截面形状复杂的型材时， 才使用这种组装方式。在不带压型嘴的挤压机上的安装矩形或方形截面的压环， 将模具和模垫装入压环内， 再将压环安装在横向移动模架或旋转式模架内， 利用 # 形锁键连接压环与模架。
37、挤压模具组装形式见图 $ % $ % ! 至图 $ % $ % !&。&!(第七篇轻工模设计!） 装配在带倒锥体的模支承内） 装配在圆柱形的模支承内#） 装配在带正锥体的模支承内第五节实心铝型材挤压模具的优化设计一、 模具结构设计挤压普通实心铝型材的模具有平模和锥模两种， 下面介绍典型结构要素设计。!模角平模的模角!# $%&。采用平模挤压时， 由于形成较大的死区， 故可获得优良的制品表面。但若死区发生断裂， 将使制品表面出现裂纹、 起皮、 分层等缺陷。此外， 平模的挤压力将较锥模高 !%左右。如挤压温度高、 变形抗力大的合金时， 模孔往往会因模面下塌而变小。锥模模角!一般取 (&) *(&。
38、+工作带工作带的主要作用是控制金属流动， 稳定制品尺寸和保证制品表面质量。它设计是否合理是模具是否好用的关键。工作带过短， 模具易磨损， 使制品尺寸超差， 但短工作带可以提高挤压速度和制品的表面质量， 减少挤压力。工作带过长则不仅增加挤压力， 对薄壁型材易产生堵模现象， 且容易在工作带上粘结金属， 使制品表面出现麻点、 划伤等缺陷。工作带设计不合理或加工不准确时， 挤压制品还会出现波浪、 扭拧、 弯曲和长短不齐等缺陷。确定工作带长度的一般原则：（!） 工作带的最小长度， 应能保证稳定挤压制品截面尺寸， 并具有足够的耐磨性。一般工作带的最小长度为 !( ) ,-。但在个别情况下 （如特别难流动的
39、多孔中间部位） 也可取 %* ) !-。（+） 工作带的最大长度， 应根据挤压时金属与工作带间最大有效接触长度来确$.+!第七章铝型材挤压模设计定。对铝合金而言， 工作带最大长度取 ! # !$%。（&） 对于角形、 字形、 槽形、 工字形等等壁厚型材， 除在各端部受三面摩擦阻力处减短工作带外， 其它部位如处在同心圆上的模孔， 工作带可以相同。（(） 截面形状复杂且壁厚不等的型材， 需根据壁厚的变化设计不等长的工作带，在变化悬殊处要采取斜过渡， 以免在制品上出棱。&)模孔尺寸（!） 棒材模孔尺寸! * !+ !式中! 棒材名义尺寸（圆棒为直径， 方棒为边长， 六角棒为内切圆直径） ； 裕量系数
40、， 一般取 ), # )!-， 硬合金取下限， 软合金取上限。（-） 型材模孔尺寸! * !+ !+!式中! 型材的名义尺寸； 裕量系数， 取法同上；! 型材尺寸的正偏差。型材模孔的厚向尺寸# * #+!式中# 型材壁厚的名义尺寸；! 型材壁厚的正偏差， 在生产建筑型材时， 都想得到薄的壁厚， 因此，!可不取。()入口圆角入口圆角的作用是防止低塑性合金在挤压时产生表面裂纹和减小金属在流入工作带时的非接触变形， 同时， 也是为了避免在高温挤压时， 模孔棱角被压塌而很快改变模孔尺寸等。挤压铝合金时， 平模的入口圆角一般取 $)-%。.)空刀所谓空刀是指模孔工作带出口端悬壁支承结构。合理选择模孔空刀
41、，既可以保证模具强度， 又便于模具加工， 还不致于划伤制品和产生堵模现象。空刀量过大， 工作带支承减弱， 在冲击和闷车的情况下可能把工作带压掉。对棒材模来说， 空刀一般取 - # .%； 对型材模来说， 应根据型材的不同部位， 规定出不同形式的空刀， 一般情况下， 空刀可采用 !).%。$)外形尺寸模具的外圆直径与厚度的确定应考虑其强度， 同时还应考虑系列化。一般模具外圆最大直径应取挤压简直径的 )/ 倍。如果型材模孔的边缘过于靠近模具外缘， 也可大于挤压筒直径， 一般可按下式计算：对于棒材和简单的型材% * （!)-. # !)(.） %&对于复杂或难挤压型材% * （!)(. # !)$）
42、 %&式中% 模具外径 （%） ；.-!第七篇轻工模设计! 型材外接圆直径（!） 。根据模具的安装方式， 模具外圆有两种形式： 一种是带斜度的； 一种是带凸台的。带斜度的多为正锥体， 其锥度和尺寸公差见图 # # $% 及表 # # $。模具的厚度近年来普遍趋于减薄 （一般 &% ()!） ， 但在挤压大悬壁和外接圆较大的型材时， 必须采用较厚的模具或组合式的模具来提高模具的整体强度。*阻碍角用工作带的长度来调整金属的流速有一定的限度。在挤压不等厚的型材时， 如果工作带的计算长度超过极限值， 就需要采用阻碍角来控制， 即在模孔入口处做出一小斜面 （见图 # # $+ 中的!角） ， 以增加金属
43、在此处的流动阻力。一般!取 (, ,。若大于 &%,时， 因接近金属的自然流动角， 不但不起阻碍作用， 反而加快了金属的流动速度。阻碍高度 # 一般不超过 $%!。&%$&第七章铝型材挤压模设计!促流角与促流面对流动阻力较大的壁薄部分做出一个角度为!的斜面 （图 #$ # $ %#） ， 可以促使金属向壁薄部分的流动， 从而使型材各部分金属流动速度趋于均匀。对于小尺寸的不等壁厚型材， 也可在壁薄部位做出这种斜面。一般， 促流角!取 &( )*。二、 棒材挤压模的设计棒材 （圆棒、 方棒、 六角棒等） 挤压模都采用平模， 分为单孔模和多孔模两种。其中单孔模很简单， 令棒材中心与模具中心重合即可。
44、这里只介绍多孔模的设计。)模孔数目的选择多孔棒材模的模孔数一般为偶数， 最多可达 %* 个孔。孔数太多， 易出现长短不齐， 或挤压制品易扭绞在一起并相互摩擦制品， 有时一孔或两孔不合格便增加了修模几率。模孔数目的选择原则：（)） 合理的挤压系数。一般， 模孔数可根据下式确定：! +,*式中! 模孔数目；, 挤压筒面积 （-%） ；* 单孔制品的截面积 （-%） ； 平均挤压系数； 根据挤压力、 挤压机受料台和冷床的长度、 挤压筒的规格和对制品力学与组织性能要求， 以及被挤合金的变形抗力等来确定， 一般可取 ! ( .*， 对纯铝和软合金棒可达 )* 以上， 小挤压机取上限， 大挤压机取下限。（
45、%） 足够的模具强度。模孔离模具外圆的距离和模孔间的距离都应保持一定的数值。对于./01 以下的挤压机， 这个距离取)2 ( 2*-； 对于大型挤压机应加大到&*( !*-。（&） 良好的制品表面质量。为防止铸锭表面上的脏物流入挤压制品中， 应使模具与挤压筒内孔的边缘保持一个最小的距离， 一般取挤压筒直径的 )*3( &*3。此外，为防止制品表面擦伤和长短不齐等， 模孔数目也不宜过多。（.） 尽可能均匀的金属流动。棒材模模孔数目一般为 )* ( )% 个以下， 而且布置在同一同心圆上， 均布排列。%模孔位置的选择采用多孔模挤压时， 应将多孔模模孔的理论重心， 均匀分布距模具中心和挤压筒边缘有合
46、适距离的同心圆周上， 同心圆直径 #$与挤压筒直径#,的关系由以下经验公式确定。#*+#,% $ *) （! $ %）%2%)第七篇轻工模设计式中! 多孔模模孔理论重心的同心圆直径 （） ；!# 挤压简直径 （） ； 模孔数 （ $ %） ；# 经验系数， 一般取 %& ( %&)， 值和!#大时取上限。*&工作带长度一般取 % ( )， 最大不超过 +!， 也可按表 , - , - %) 选取。三、 实心型材模的设计+&模孔的合理布置在设计单孔模时， 对于横截面和两个坐标轴相对称 （或近似对称） 的型材， 应使型材截面的重心和模具的几何中心相重合。在挤压截面只对一个坐标轴相对称的型材时， 如
47、果型材等壁厚或壁厚差不大， 模孔的配置应使型材的对称轴通过模具的一个坐标轴， 而使型材截面重心位于另一坐标轴上。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具的中心作一定距离的移动。应尽可能使壁厚较薄的部位靠近模具中心， 尽量使金属变形时的单位静压力相等。对于壁厚差虽然不大， 但截面形状十分复杂的型材， 应将截面外接圆的中心布置在模具中心线上。对于挤压系数很大， 又不能采用多孔挤压， 挤压有困难或流动很不均匀的某些型材， 可采用平衡模孔或增加工艺余料的方法， 或用其它调整流速的措施来改善挤压条件。为防止由于自重而产生的扭拧和弯曲， 应将型材大面朝下， 以增加型材的稳定性。
48、在生产非对称复杂型材时， 为均衡金属流速， 有时也采用多个模孔挤压。多孔型材模模孔数目的选择原则与多孔棒材模的原则基本相同。多孔型材模的布置必须遵循中心对称的原则。而可以不遵循轴对称原则。为了保证模具强度， 多孔型材模各模孔间应保持一定的距离。在实践中， 对 ,)&./0以上的大型挤压机取 1! 以上； 对 .2/0 左右的压机取 * ( !； 对+2&1/0以下的挤压机取 %! ( *!。%&模孔设计型材模孔尺寸 $ （图 , - , - %)） 一般按下式计算：$ 3 $!4 % 4 （&4 &(4 %)） $!&)3 *!- *+!+式中$! 型材截面的公称尺寸 （） ；% 型材尺寸的正
49、偏差 ） ；&5 考虑缘板较长的 6 字形、 槽形型材， 由于拉力作用而使型材尺寸减少的系数， 取值见表 , - , - %2；*%+第七章铝型材挤压模设计! 考虑拉伸矫直时缩减的系数， 取值见表 # # $%；!& 型材收缩量；、 分别为模具和坯料的加热温度 （(） ；!，! 分别为挤压温度下模具材料与被挤压材的线膨胀系数 ) (。对于壁厚差很大的型材， 壁厚处与尖角区应适当加大尺寸。对于宽、 厚比大的扁宽型材与壁板型材的模孔， 尚需考虑模具弹塑性变形。有时由于受型材截面形状的影响， 挤出的制品壁厚往往小于所要求的尺寸。因此， 在没计型材模壁厚尺寸时， 必须加上一定的修正量， 其修正值为型材
50、截面尺寸乘以壁厚系数。对于一般形状的型材， 壁厚系数取 *+*$。对于 , 形、 角形和深槽形型材， 还应加大修正量。如图 # # $-所示的 , 形型材和深槽形型材， 其模孔壁厚尺寸应按下式确定：#./ # 0 *+*$ 0 %!.#./ # 0 *+*$ 0 （%0 %$） !.式中#. 是对应于 # 处的模孔尺寸；!. 壁厚系数， 当使用专用支承垫时， !./ *+*$； 当使用非专用支承垫时，!./ *+*1。挤压大角材、 槽形型材、 单孔或双孔带板时， 其模孔的设计尺寸要做相应的调整，如图 # # $% 所示。图 # # $%2， 由于模具变形而使拐角处模孔变小， 在原来模孔正常设计
