畢業(yè)設(shè)計--借助proe的鋁型材模具設(shè)計

1、<p>　　借助pro/e的鋁型材模具設(shè)計</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　介紹鋁合金型材擠壓平面分流組合模[1]設(shè)計中模具結(jié)構(gòu)的選擇,系統(tǒng)地分析了平面分流組合模分流孔的布置、分流橋的結(jié)構(gòu)，以及模芯焊合室工作帶等重要參數(shù)的確定方法。另外借助pro/e在復(fù)雜分流組合模具設(shè)計中的有限元分析[2]功能，來分析擠壓模具在工作中是否出

2、現(xiàn)應(yīng)力集中，變形程度和疲勞壽命，并對不合理的部分進(jìn)行設(shè)計分析[3]滿足使用性能。實(shí)踐表明, P ro/e在實(shí)際應(yīng)用中，更加智能性的完成了模具的設(shè)計工作, 更加促進(jìn)了模具的改進(jìn)。</p><p>　　關(guān)鍵詞： 鋁合金型材,擠壓模具, 有限元分析</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　The introduce

3、 of aluminum profiles extrusion mold structure in the plane porthole die design and systematically analysis of the plane the porthole die diversion hole arrangement and the bridging structure, as well as other important

4、parameters of the mold core and welding chamber .What is more ,using the function of finite element analysis of pro/e can help people analyze the trouble of the extrusion die if there is a stress concentration, the degre

5、e of deformation or fatigue life ,at the same t</p><p>　　Keywords：Aluminum alloy, Extrusion die, Finite element analysis Alpha</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1

6、緒論3</b></p><p>　　1.1鋁型材擠壓概述3</p><p>　　1.1.1鋁合金型材分類3</p><p>　　1.1.2擠壓種類及基本方法3</p><p>　　1.1.3型材擠壓模具分類4</p><p>　　1.1.4分流組合模熱擠壓過程5</p><p

7、>　　1.2擠壓模具在擠壓過程中的關(guān)鍵作用5</p><p>　　1.3影響熱擠壓模具壽命的主要因素6</p><p>　　2 模具結(jié)構(gòu)要素設(shè)計要求7</p><p>　　3 分流組合模具各個部分設(shè)計7</p><p>　　3.1擠壓機(jī)的選擇8</p><p>　　3.2模具材料的選擇8</p&

8、gt;<p>　　3.3擠壓比的選擇計算10</p><p>　　3.4分流比的選擇計算10</p><p>　　3.5分流孔的總體設(shè)計11</p><p>　　3.5.1分流孔的形狀11</p><p>　　3.5.2分流孔的斷面尺寸11</p><p>　　3.5.3分流孔的數(shù)目與布置11

9、</p><p>　　3.6分流橋的設(shè)計13</p><p>　　3.7模芯的設(shè)計14</p><p>　　3.8焊合室的設(shè)計14</p><p>　　3.9?？壮叽绲脑O(shè)計計算16</p><p>　　3.10?？坠ぷ鲙чL度的確定17</p><p>　　3.11?？卓盏督Y(jié)構(gòu)設(shè)計17

10、</p><p>　　3.12強(qiáng)度校核18</p><p><b>　　4結(jié)論22</b></p><p><b>　　致謝22</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)23</b></p><p><b>　　1 緒論</b

11、></p><p>　　1.1鋁型材擠壓概述</p><p>　　1.1.1鋁合金型材分類</p><p>　　目前,鋁合金擠壓型材的品種規(guī)格大約有5萬種以上,可以根據(jù)以下3個基本特征進(jìn)行分類：</p><p>　　根據(jù)第一個特征,鋁合金型材分為通用型材和專用型材。</p><p>　　根據(jù)第二個特征,通用型材一

12、般可分為4組:直角型材、斜角型材、帶圓角和圓弧的型材、回頭型材。</p><p>　　考慮到第二個和第三個特征,專用型材可分為4組:空心型材、變斷面型材壁板型材和建筑型材?？招男筒目煞譃?小組:具有一個圓形孔的;具有一個方形孔或矩形孔的;具有一個異形孔的;具有兩個或多個異形孔的空心型材。</p><p>　　此外,按型材的合金狀態(tài)與力學(xué)性能不同,還可分為一般強(qiáng)度型材和高強(qiáng)度型材。</

13、p><p>　　1.1.2擠壓種類及基本方法</p><p><b>　　1.擠壓種類</b></p><p>　　1） 按毛坯的溫度不同分類</p><p>　?、倮鋽D壓:在室溫中對毛坯進(jìn)行擠壓。</p><p>　　②溫擠壓:將毛坯加熱到金屬再結(jié)晶溫度以下某個適當(dāng)?shù)臏囟确秶鷥?nèi)進(jìn)行擠壓。</p

14、><p>　?、蹮釘D壓:將毛坯加熱至金屬再結(jié)晶溫度以上的某個溫度范圍內(nèi)進(jìn)行擠壓。</p><p>　　2） 按毛坯材料種類不同分類</p><p>　?、儆猩饘贁D壓:被擠毛坯材料為有色金屬及其合金。</p><p>　?、诤谏饘贁D壓:被擠毛坯材料為黑色金屬及其合金。</p><p>　　2. 擠壓的基本方法</p

15、><p>　　根據(jù)擠壓時金屬流動方向與凸模運(yùn)動方向之間的關(guān)系,將常見的擠壓方法分為如下幾種：</p><p>　?、?正擠壓:擠壓時,金屬的流動方向與凸模的運(yùn)動方向相一致。正擠壓又分為實(shí)心件正擠壓和空心件正擠壓。</p><p>　　② 反擠壓:擠壓時,金屬的流動方向與凸模的運(yùn)動方向相反。</p><p>　?、?復(fù)合擠壓:擠壓時,毛坯一部分金屬

16、的流動方向與凸模的運(yùn)動方向相同,而另一部分金屬的流動方向則與凸模的運(yùn)動方向相反。</p><p>　?、?減徑擠壓:是一種變形程度比較小的變態(tài)正擠壓法,毛坯斷面僅有輕度縮減。</p><p>　　⑤ 徑向擠壓:擠壓時,金屬的流動方向與凸模的運(yùn)動方向相垂直。徑向擠壓法又分為離心式和內(nèi)心式徑向擠壓兩種。</p><p>　?、?墩擠復(fù)合法:是將局部鍛粗和擠壓結(jié)合在一起的

17、加工方法。</p><p>　　1.1.3型材擠壓模具分類</p><p>　　鋁型材擠壓模具的種類很多,一般按如下形式分類:</p><p>　　1. 按模孔壓縮區(qū)斷面形狀可分為:平模、錐形模、平錐模、流線形模和雙錐模等。</p><p>　　2. 按被擠壓的產(chǎn)品品種可分為棒材模、普通實(shí)心型材模、壁板模、變斷面型材模和管材模、普通管材模、空

18、心型材模等。</p><p>　　3. 按模孔數(shù)目可分為單孔模和多孔模。</p><p>　　4. 按擠壓方法和工藝特點(diǎn)可分為熱擠壓模、冷擠壓模、靜液擠壓模、反擠壓模、連續(xù)擠壓摸、水冷模、寬展模、臥式擠壓機(jī)用模和立式擠壓機(jī)用模等。</p><p>　　5. 按模具結(jié)構(gòu)可分為整體模、分瓣模、可卸模、活動模、舌型組合模、平面分流組合模、嵌合模、插架模、前置模、保護(hù)模等。

19、</p><p>　　6. 按模具外形結(jié)構(gòu)可分為帶倒錐體的錐形模、帶凸臺的圓柱形模、帶正錐體的錐形模、帶倒錐體的錐形-中間錐形壓環(huán)的模具、帶倒錐的圓柱-錐形模、加強(qiáng)式模具等。</p><p>　　上述各類分類方法是相對的,往往是一種模具同時具有上述各類分類方法中的幾種特征。</p><p>　　1.1.4分流組合模熱擠壓過程</p><p>

20、　　對于空心鋁型材的熱擠壓[4],要使用結(jié)構(gòu)復(fù)雜的模具,如平面分流組合模、橋?；蛐切文?。圖1為一空心鋁型材平面分流組合模熱擠壓過程示意圖。鋁坯錠在工頻爐中加熱至指定預(yù)熱溫度后,通過剪切機(jī)將長坯料剪切成指定長度的鋁錠,再通過送料機(jī)械手送入擠壓筒中。實(shí)心鋁錠在擠壓機(jī)擠壓力的作用下,在經(jīng)過分流孔時被劈成幾股金屬流,匯集于焊合室(模腔),在高溫、高壓、高真空的模腔內(nèi)又重新被焊合,然后通過模芯與模子所形成的間隙流出,而形成符合一定尺寸要求的管材或

21、空心型材。</p><p>　　圖1 空心型材平面分流組合模熱擠壓過程示意圖</p><p>　　1.2擠壓模具在擠壓過程中的關(guān)鍵作用</p><p>　　擠壓模具是使鑄錠完成最終的塑性變形并獲得所需形狀的工具,其作用主要體現(xiàn)在以下幾個方面:</p><p>　　1．合理的模具結(jié)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)任何一種擠壓工藝過程的基礎(chǔ)。在擠壓過程中,擠壓筒中的鑄

22、錠在擠壓軸輸出的壓力作用下,因承受強(qiáng)烈的三向壓應(yīng)力而產(chǎn)生變形,模具是使金屬產(chǎn)生擠壓變形和傳遞擠壓力的關(guān)鍵部件,是使金屬最后完成塑性變形獲得所需形狀的工具。在目前的條件下,還不能想象無擠壓筒，無模具的擠壓工藝。</p><p>　　2．?dāng)D壓模具是保證產(chǎn)品形狀，尺寸和精度的基本工具。只有結(jié)構(gòu)合理，精度和硬度合格的擠壓模具,才能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的成形并具有精確的內(nèi)外廓形狀和斷面尺寸。同時,合理的模具和工具(包括模墊，支承環(huán)和導(dǎo)

23、路等)設(shè)計能保證產(chǎn)品僅有最小的翹曲和扭曲，最小的縱向彎曲和橫向波浪度。</p><p>　　3．模具是保證產(chǎn)品內(nèi)外表面質(zhì)量最重要的因素之一。擠壓模具本身的表面粗糙度，表面硬度對產(chǎn)品的內(nèi)外表面粗糙度有著決定性的影響,只有通過精磨拋光[5]和氮化處理或表面硬化處理的模具,才能擠壓出具有光亮表面的擠壓制品,經(jīng)過表面處理后可獲得色調(diào)美觀，厚度均勻，附著牢固的表面氮化膜。</p><p>　　4．合

24、理的模具結(jié)構(gòu)，形狀和尺寸,在一定程度上可控制產(chǎn)品的內(nèi)部組織和力學(xué)性能,特別是在控制空心制品的焊縫組織與力學(xué)性能方面,分流孔的大小和形狀及其分布位置，焊合腔的形狀和尺寸，模芯的結(jié)構(gòu)等起著決定性的作用。</p><p>　　5．合理的模具設(shè)計與制造能大大提高模具的使用壽命,這對于降低產(chǎn)品成本有著十分重要的意義。</p><p>　　因此,合理地設(shè)計與制造模具,對于提高生產(chǎn)效率，提高產(chǎn)品的質(zhì)量,

25、減少能耗等有著重大的意義。</p><p>　　1.3影響熱擠壓模具壽命的主要因素</p><p>　　鋁型材制品質(zhì)量的高低,關(guān)鍵取決于擠壓模具的設(shè)計質(zhì)量。而模具的使用壽命則是評價擠壓生產(chǎn)過程是否經(jīng)濟(jì)可行的決定性因素,也是實(shí)現(xiàn)擠壓生產(chǎn)高效，優(yōu)質(zhì)，低耗的最重要保證。</p><p>　　綜合企業(yè)界多年的生產(chǎn)[6]實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),借鑒大量的同行業(yè)資料,可將影響熱擠壓模具使用壽

26、命的主要因素歸列為:①模具結(jié)構(gòu);②模具材料;③模具的熱處理及表面處理工藝;④模具的制造工藝(冷加工，熱加工與電加工);⑤擠壓工藝與使用條件;⑥模具的維護(hù)與修理;⑦擠壓產(chǎn)品材料特性，形狀，規(guī)格;⑧模具的科學(xué)化管理等。</p><p>　　以上影響熱擠壓模具使用壽命的各種因素,既互相影響,又互相制約,構(gòu)成了一個有機(jī)整體。因此,應(yīng)把模具壽命當(dāng)作一個系統(tǒng)工程的問題對待,抓住并解決關(guān)鍵問題,達(dá)到提高模具使用壽命之目的。&l

27、t;/p><p>　　2 模具結(jié)構(gòu)要素設(shè)計要求</p><p>　　型材是擠壓的主要產(chǎn)品，隨著航空工業(yè)和其他工業(yè)部門的飛速發(fā)展，特別是建筑工業(yè)及民用事業(yè)的發(fā)展，對鋁合金型材的要求不僅數(shù)量增加、規(guī)格擴(kuò)大、品種增多，而且其形狀日見復(fù)雜，并廣泛用來制造承受重載的整體結(jié)構(gòu)件。鋁合金型材可分為普通型材和專用型材兩大類。專用型材主要指變截面型材，空心型材和壁板型材等。普通型材主要是指各種形狀規(guī)格和各種用途

28、的實(shí)心型材。普通型材的應(yīng)用最廣，品種規(guī)格多，是常用的鋁合金型材。</p><p>　　普通型材主要用于單孔或多空的平面模來進(jìn)行擠壓。在擠壓斷面形狀比較的復(fù)雜，非對稱性很強(qiáng)或型材各處的壁厚尺寸差別很大的型材時，往往由于金屬流出模孔的速度不均勻而造成型材的扭擰、波浪、彎曲及裂紋等廢品，因此，為了提高擠壓制品的質(zhì)量，在設(shè)計型材模具時，除了要選擇有足夠強(qiáng)度的模具結(jié)構(gòu)以外，還需要考慮?？椎呐渲肹7]，?？字圃斐叽绲拇_定和選

29、擇保證型材斷面各個部位的流動速度均勻的設(shè)計。</p><p>　　鋁型材擠壓模具壽命的高低,與模具的結(jié)構(gòu)形狀及幾何尺寸有很大關(guān)系。實(shí)踐表明,擠壓模具的結(jié)構(gòu)尤其是模具厚度和分流孔的位置，形狀和大小以及分流橋等對模具的壽命影響很大。模具幾何形狀影響材料流動和工件-模具界面的壓力分布,而且接觸壓力對失效機(jī)理有強(qiáng)烈的影響。</p><p>　　生產(chǎn)空心型材用的平面分流組合模一般是由上模(陽模),下

30、模(陰模),定位銷,聯(lián)結(jié)螺釘四部分組成。在上模上有分流孔，分流橋和模芯,分流孔是金屬通往型孔的通道,分流橋是支承模芯(針)的支架,而模芯(針)用來形成型材內(nèi)腔的形狀和尺寸。在下模上有焊合室，?？仔颓?，工作帶和空刀。焊合室把分流孔流出來的金屬匯集在一起重新焊合起來,形成以模芯為中心的整體坯料,由于金屬不斷聚集,靜壓力不斷增大,直至擠出?？?。?？仔颓坏墓ぷ鲙Р糠执_定型材的外部尺寸和形狀以及調(diào)節(jié)金屬的流速,而空刀部分是為了減少摩擦,使制品能順

31、利通過,免遭劃傷,以保證表面質(zhì)量。</p><p>　　3 分流組合模具各個部分設(shè)計</p><p>　　分流組合模[8]的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)有分流孔的形狀、大小和分布、分流橋、模芯、焊合室、工作帶等,這些因素對產(chǎn)品的質(zhì)量和模具壽命均有重大影響,必須認(rèn)真計算和慎重選擇。</p><p><b>　　3.1擠壓機(jī)的選擇</b></p>&

32、lt;p>　　圖2 型材斷面的圖</p><p>　　從圖1-2可以得知該型材斷面的外接圓直接約為210mm，取直接D1=230mm,可以通過查下面的表格數(shù)據(jù)獲得擠壓筒的直徑D=320mm，選擇的擠壓筒噸位為35MN。</p><p>　　表1 部分模具外形標(biāo)準(zhǔn)尺寸表</p><p>　　3.2模具材料的選擇</p><p>　　熱

33、擠壓模具是在高溫(450℃—550℃)、高壓(700 Mpa -1200Mpa)環(huán)境下作業(yè),并要承受周期載荷的作用。因此,要求熱擠壓模具必須具有高溫下的各種良好性能[9],如硬度、強(qiáng)度、熱穩(wěn)定性、耐沖擊性、熱疲勞性、抗變形等性能。為此,用于擠壓鋁合金型材的模具材料必須具備下列條件：</p><p>　　1．高強(qiáng)度和高硬度值。熱擠壓模具一般在高比壓條件下工作,在擠壓鋁合金時,要求模具材料在常溫下ðb大于1

34、500Mpa。</p><p>　　2．高耐熱性。即在高溫(擠壓鋁合金時的工作溫度為500℃左右)下,有抵抗機(jī)械負(fù)荷的能力而不過早地(一般為550℃以下)產(chǎn)生退火和回火現(xiàn)象。生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)表明,在工作溫度下,熱擠壓模具材料的ðb不應(yīng)低于1000Mpa。</p><p>　　3．在常溫和高溫下具有高的沖擊韌性和斷裂韌性值,以防止工模具在低應(yīng)力條件下或在沖擊載荷作用下產(chǎn)生脆斷。</p

35、><p>　　4．高穩(wěn)定性。即在高溫下有高抗氧化穩(wěn)定性,不易產(chǎn)生氧化皮。</p><p>　　5．高耐磨性。即在長時間的高溫高壓和潤滑不良等工作條件下,表面有抵抗磨料磨損的能力,特別是在擠壓輕合金時,有抵抗金屬的/粘結(jié)0和模具表面磨損的能力。</p><p>　　6．具有良好的淬透性,以確保模具的整個斷面有高且均勻的力學(xué)性能。</p><p>　

36、　7．具有抗激冷、激熱的適應(yīng)能力,以防止模具在連續(xù)、反復(fù)、長時間使用中產(chǎn)生熱疲勞裂紋。</p><p>　　8．高導(dǎo)熱性。能迅速地從模具工作表面散發(fā)熱量,防止被擠壓工件和模具本身產(chǎn)生局部過燒或過多地?fù)p失其機(jī)械強(qiáng)度。</p><p>　　9．抗反復(fù)循環(huán)應(yīng)力性能強(qiáng)。即要求高的持久強(qiáng)度,防止過早疲勞破壞。</p><p>　　擠壓模具材料經(jīng)歷了一個由碳素工具鋼——低合金工

37、具鋼——高合金工具鋼——高級合金模具材料的發(fā)展過程。20世紀(jì)80年代初,國內(nèi)多采用3CrZWSV鋼,但是它的韌性低,抗疲勞性不好,耐磨性不足,易導(dǎo)致模具早期失效。近幾年來,被4Cr5Mosivl鋼所取代，4Cr5MoSiV1鋼又稱H13鋼,其化學(xué)成分見表2,高溫力學(xué)性能分別見表3。與3Cr2W8V鋼相比, 4Cr5MoSiV1鋼具有以下幾個突出特點(diǎn)：①化學(xué)成分設(shè)計合理,易采用先進(jìn)的熔鑄技術(shù),從而使鋼材本身質(zhì)量較高;②具有好的熱處理特性,

38、熱處理工藝穩(wěn)定,且有十分好的表面化學(xué)熱處理性能,組織中含有較多的Cr，Mo元素,氮化處理時能生成豐富穩(wěn)定的氮化物并彌散分布;③熱處理后,具有良好的高溫綜合性能(特別是韌性，塑性，斷裂韌性)和較高的熱疲勞抗力。因此,就延長模具使用壽命而言,選用4Cr5MosiVI鋼加工模具是比較合適的。統(tǒng)計數(shù)字表明,用4Cr5MoSiV1鋼和3CrZw8V鋼制造同種模具,前者的使用壽命是后者的3-5倍。</p><p>　　表2

39、 4Cr5MoSiV1鋼的化學(xué)成分表 %</p><p>　　表3 4Cr5MoSiV1鋼高溫力學(xué)性能</p><p>　　3.3擠壓比的選擇計算</p><p>　　為使擠壓型材具有一定的變形量, 同時又不致于難擠壓, 選擇合理的擠壓比是很重要的, 現(xiàn)所采用的擠壓機(jī)的擠壓筒直徑為 90mm,型材斷面斷面面積為1587。0311mm2。 根據(jù)擠壓比計算公式<

40、/p><p><b>　　(1)</b></p><p>　　F擠表示擠壓筒的面積；</p><p>　　F型表示型材斷面的面積</p><p><b>　　可得計算結(jié)果：</b></p><p>　　計算結(jié)果在允許范圍內(nèi)，所以滿足要求。將擠壓比調(diào)整為51。</p>

41、<p>　　3.4分流比的選擇計算</p><p>　　分流比的大小直接影響到擠壓阻力的大小、制品的成形和焊合質(zhì)量, 其值愈小時則擠壓時變形阻力愈大, 對模具的使用和擠壓生產(chǎn)是不利的, 在保證模強(qiáng)度的前提下, 選擇大的分流比是有利的, 一般情況下, 在生產(chǎn)空心型材時, 取分流比K 為 10—30。</p><p>　　分流比K就是各個分流空的斷面積 與型材斷面積之比，即：<

42、;/p><p><b>　?。?）</b></p><p>　　將 =19907.8mm2,=1587.0311mm2,代入以上公式可得計算結(jié)果：K=15?？紤]到分流比越大，越有利于金屬流動與焊合，減少擠壓力，所以在設(shè)計模具時選K=20。</p><p>　　3.5分流孔的總體設(shè)計</p><p>　　分流孔[10]是平面分

43、流模的基本結(jié)構(gòu)部分,其形狀、斷面尺寸、數(shù)目及不同的排列方式都直接影響到擠壓制品的質(zhì)量、擠壓力和模具的使用壽命,對于每一特定的產(chǎn)品必須設(shè)計特定的分流孔。</p><p>　　3.5.1分流孔的形狀</p><p>　　分流孔的斷面形狀有圓形、腰子形、扇形及異形等。對于方管、矩形管或斷面復(fù)雜的型材,多取扇形和異形分流孔;對于管材或斷面簡單的型材可取圓形和腰子形的分流孔;對于扁、寬型材或空心壁板

44、,則應(yīng)取矩形或弧形的分流孔。</p><p>　　3.5.2分流孔的斷面尺寸</p><p>　　分流孔的斷面尺寸主要根據(jù)制品的外形尺寸、制品的斷面積以及所要求的分流比、模具的強(qiáng)度等因素來確定。</p><p>　　為了減小擠壓力,提高焊縫質(zhì)量或者對制品的外形尺寸較大,想擴(kuò)大分流比又受到模子強(qiáng)度的限制時,分流孔可做成斜形孔(分單錐形和雙錐形兩種),一般情況下,其內(nèi)斜

45、度為1°—3°,外錐度取3°—6°。</p><p>　　3.5.3分流孔的數(shù)目與布置</p><p>　　分流孔的數(shù)目有兩孔、三孔、四孔和多孔等幾種,主要根據(jù)制品的外形尺寸、斷面形狀、?？椎呐帕形恢玫葋泶_定。對小直徑的管材,多采用3個圓形的或2-3個扇形分流孔;對大直徑管材,多采用2-3個扇形分流孔;對外形尺寸大,斷面形狀復(fù)雜的管材和型材或空心壁板

46、,采用4個以上的異形分流孔;對于寬厚比大的扁寬型材或空心壁板,有時采用多達(dá)10個以上的矩形分流孔。在一般情況下,分流孔數(shù)目要盡量少,以減少焊合縫,增大分流孔的面積,降低擠壓力。</p><p>　　分流孔在模子平面上的合理布置,對于平衡金屬流速,減少擠壓力,促進(jìn)金屬的流動與焊合,提高模具壽命[11]等都有一定的影響。對于對稱性較好的空心制品,各分流孔的中心圓直徑應(yīng)大致等于0.7D筒,此時金屬流動較為均勻,而且擠壓

47、力最小,模具強(qiáng)度較高;對于非對稱空心型材或異形管材,應(yīng)盡量保證各部分的分流比基本相等,以利于金屬均衡流動。此外,分流孔的布置應(yīng)盡量與制品保持幾何相似性。為了保證模具強(qiáng)度和產(chǎn)品質(zhì)量,分流孔不能布置得過于靠近擠壓筒或模具的邊緣,但是為了保證金屬的合理流動及模具的壽命,分流孔也不宜布置得過于靠近擠壓筒中心。</p><p>　　綜上所述，由于擠壓筒的直徑為320mm,所以選擇分流孔數(shù)為6個，分布于R125mm的圓上。&

48、lt;/p><p><b>　　圖3 分流孔布局</b></p><p><b>　　3.6分流橋的設(shè)計</b></p><p>　　分流橋[12]的結(jié)構(gòu)可以分成兩種形式,一種是與上模模套連為整體的,稱之為固定式分流橋,一種是與上模模套分開的,稱為可拆卸式分流橋,又可稱之為叉架式分流橋。</p><p&g

49、t;　　分流橋的寬窄與模具強(qiáng)度、金屬的流量有關(guān),分流橋的高度直接影響模具壽命、擠壓力以及焊縫質(zhì)量。從增大分流比、降低擠壓力來考慮,分流橋?qū)挾菳應(yīng)選擇得小些,但從改善金屬流動均勻性來考慮,模孔最好受到分流橋的遮蔽,則B應(yīng)選擇得寬些。一般取:</p><p><b>　　(3)</b></p><p>　　式中： B為分流橋?qū)挾?</p><p>

50、<b>　　b為型腔寬度;</b></p><p>　　3-20為經(jīng)驗(yàn)系數(shù),制品外形及內(nèi)腔尺寸大的取下限，反之取上限。</p><p>　　在保證模具有足夠強(qiáng)度的條件下,分流橋應(yīng)盡量設(shè)計得短而窄。</p><p>　　分流橋的截面形狀主要有矩形、矩形倒角和水滴形等3種形式,如圖4所示。</p><p>　　采用矩形截面分

51、流橋時,金屬在橋下形成一個死區(qū),不利于金屬流動與焊合。矩形倒角截面和水滴形(或近似水滴形)截面的分流橋有利于金屬的流動與焊合,而且便于模具加工。因此,在強(qiáng)度允許的條件下,應(yīng)盡量采用這兩種截面的分流橋。</p><p>　　矩臺式 矩錐式 水滴式</p><p>　　圖4 分流橋的斷面圖</p><p><b>　　3.7模芯的

52、設(shè)計</b></p><p>　　模芯[13]相當(dāng)干穿孔針。其定徑區(qū)，決定制品的內(nèi)腔形狀和尺寸。其結(jié)構(gòu)直接影響模具的強(qiáng)度、金屬焊合質(zhì)量和模具的加工方式。</p><p>　　(1) 圓柱形模芯多用于擠壓圓管，具有加工方便，易于清理模具，擠壓力較低等優(yōu)點(diǎn)，但不宜擠壓型材和異形管材。</p><p>　　(2) 雙錐體模芯，用于生產(chǎn)方管和空心型材．不便于加工

53、和清理，但易于修模和調(diào)整流速。</p><p>　　(3) 錐體模芯，用于擠壓方管，矩形管及空心型材。模芯的定徑帶有凸臺式、錐臺式和錐式三種，模芯寬度[15]在b < 10㎜ 時多采用錐式；在10㎜< b < 20㎜ 時多采用錐臺式；在b > 20㎜ 時，多采用凸臺式。在某些情況l : l 可采用特殊的模芯結(jié)構(gòu)。</p><p>　　模芯的結(jié)構(gòu)形式，常見的有三種&l

54、t;/p><p>　　a b c</p><p>　　a—凸臺式；b—錐臺式；c—錐式</p><p>　　圖5 幾種模芯定徑帶結(jié)構(gòu)</p><p><b>　　3.8焊合室的設(shè)計</b></p><p>　　焊合室[1

55、4]的形狀、入口方式、尺寸大小,對于金屬流動、焊接質(zhì)量、擠壓力的大小有很大的影響。</p><p>　　常用的焊合室截面形狀有圓形和蝶形兩種,當(dāng)采用圓形焊合室時,在兩分流孔之間會產(chǎn)生一個十分明顯的死區(qū),這個死區(qū)不僅增大擠壓阻力,而且會影響焊縫質(zhì)量。蝶形焊合室有利于消除這種死區(qū),提高焊縫質(zhì)量,為了消除焊合室邊緣與?？灼矫嬷g接合處的死區(qū),可采用大圓角(R=5mm-20mm),或?qū)⒑负鲜业娜肟谔幾鞒?50左右的角度,

56、同時,在與蝶形焊合室對應(yīng)的分流橋根部也做成相應(yīng)的凸臺,這樣就改善了金屬的流動,減少了擠壓阻力。因此,應(yīng)盡量采用這種蝶形截面的焊合室。</p><p>　　焊合室一般設(shè)計在下模(陰模)上,也可設(shè)計在上模(陽模)上,有時也有在上、下模設(shè)計各半的情況。</p><p>　　焊合室是金屬集聚并焊合的地方,焊合腔的容積越大,焊合腔的截面積與制品斷面之比越大,則焊合腔所建立起來的靜水壓力就越大,金屬在

57、焊合腔中停留的時間就越長,因而,焊接的質(zhì)量就越高,可能采用的擠壓速度就越大。當(dāng)分流孔的形狀、數(shù)目及分布確定之后,焊合室的斷面積也基本確定,因此,合理設(shè)計焊合室的高度有重大意義。當(dāng)焊合室太淺時,由于摩擦力太小不能建立起足夠的反壓力,使焊合壓力不足,導(dǎo)致焊合不良,同時,還限制了擠壓速度的提高。但太深又會影響模芯的穩(wěn)定性,易出現(xiàn)空心制品壁厚不均勻現(xiàn)象,同時分離殘料后,積存金屬過多,會降低制品的成品率。</p><p>

58、　　為了獲得高強(qiáng)度的焊縫,在焊合室中必須建立一個超過擠壓金屬屈服強(qiáng)度10-20倍高的靜水壓力。隨著管材壁厚的增加和空心型材斷面積增大,焊合室的高度也應(yīng)增大,一般情況下,焊合室高度應(yīng)大于分流橋?qū)挾鹊囊话?。對于中小型擠壓機(jī)來說,焊合室高度可取10-20mm或等于管壁厚度的6-10倍。</p><p>　　圖6 焊合室的平面輪廓 圖7 焊合室的剖面結(jié)構(gòu)</p><

59、;p>　　3.9?？壮叽绲脑O(shè)計計算</p><p>　　在?？椎某叽绱_定中，主要考慮型材的尺寸偏差、模具制造偏差、型材的裝配關(guān)系、收縮率、模具彈性變形的影響、金屬流動的狀況和模具的可修復(fù)性。在設(shè)計中必須考慮到徑向方向的變化量，金屬流動快的部位壁厚是增大的，在以往的設(shè)計中很少注意到這個問題。避免產(chǎn)生這種情況的方法是：設(shè)法改變金屬的流動，對壁厚容易增大的部位，在分流孔的布置工作帶的選擇分流橋的結(jié)構(gòu)等方面應(yīng)設(shè)法增

60、加該部分的變形抗力，增加流動的阻力；還可以考慮預(yù)留變化量。?？椎牟贾?，對于分流模主要考慮空心部分，也即是模芯部分，盡量使空心部分的幾何中心與模具中心一致，實(shí)心部分盡可能安排在橋底。</p><p>　　用平面分流模生產(chǎn)的產(chǎn)品，絕大多數(shù)為鋁合金民用型材和管材，這些材料的形狀復(fù)雜，外部尺寸大，壁厚很薄。并要求在保證強(qiáng)度的情況下盡量減輕重量，減少用材和降低成本。因此，外形和壁厚尺寸可按下偏差考慮。在模具設(shè)計時，主要考慮

61、制品冷卻后的收縮量和拉矯后的縮減量。</p><p>　　（1）.模子外形的?？壮叽鏏 可由此式確定制品：</p><p><b>　　(4)</b></p><p>　　式中A — 制品外形的模孔尺寸；</p><p>　　A?！破吠庑蔚墓Q尺寸；</p><p>　　K — 經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，對鋁合

62、金一般取0。007～0。015 ，可取K ＝0.012。</p><p>　?。?）.制品壁厚的?？壮叽鏐 可由下式確定：</p><p>　　(5) </p><p>　　式中B — 制品壁厚的?？壮叽?；</p><p>　　B?！?制品壁厚的公稱尺寸；</p><p>　　△— 壁厚?？壮?/p>

63、寸增量，當(dāng)B?！?㎜時，△＝0.lmm ，當(dāng)B。> 3㎜時，△=0.2㎜。</p><p>　　對外部尺寸大或是具有懸臂梁的型材，擠壓時，模具易產(chǎn)生彈塑性變形．從而可能引起制品的壁厚尺寸變小。因此，對壁厚模孔尺寸進(jìn)行修正，即適當(dāng)加大難成形或易產(chǎn)生彈塑性變形處的壁厚模孔尺寸。</p><p><b>　　圖8 ?？壮叽鐖D</b></p><p

64、>　　3.10?？坠ぷ鲙чL度的確定</p><p>　　確定平面分流組合模的模孔工作帶長度要比平面模復(fù)雜得多,因?yàn)樗粌H要考慮到型材的壁厚差,距擠壓筒中心的遠(yuǎn)近,而且必須考慮到?？妆环至鳂蛘诒蔚那闆r以及分流孔的大小和分布。在某些情況下,從分流孔中流入的金屬量的分布甚至對調(diào)節(jié)金屬流動起主導(dǎo)作用,特別是在按不等分流孔的原則設(shè)計模具時更是如此。處于分流橋底下的模孔由于金屬流進(jìn)困難,工作帶必須減薄。選取分流橋下壁厚

65、最薄而流動阻力最大的地方作為模腔工作帶長度的最短處,此處工作帶的長度為壁厚的2倍。壁厚較厚或金屬容易流動和供料較充分的地方,工作帶長度可參考上述最小值適當(dāng)加長。平面分流組合模的工作帶長度應(yīng)較平面模的大些,這對金屬的焊合有好處。所以為了確保型材的尺寸和形狀，將其調(diào)整為3mm,與空心部位相鄰的實(shí)心部位為（3—4）mm。</p><p>　　3.11?？卓盏督Y(jié)構(gòu)設(shè)計</p><p>　　模子出口

66、直徑過小, 則易劃傷制品表面, 甚至?xí)鸲履?。直徑過大, 會大大削弱定徑帶的強(qiáng)度, 引起定徑帶過早地變形、壓蹋, 明顯地降低模具的使用壽命。因此, 在一般情況下, 出口帶尺寸應(yīng)比定徑帶尺寸大 3—6mm。對于薄壁管或變外徑管材的模子, 其值可適當(dāng)增大。為了增大模子的強(qiáng)度和延長模具的使用壽命, 出口帶可做成喇叭錐。出口喇叭錐角(從擠壓型材離開定徑帶開始)可取 1.5°—10°(此值受錐刀角度的限制) 。特別是對于壁厚

67、小于 2mm 而外形十分復(fù)雜的型材模子, 為了保證模具的強(qiáng)度, 必須做成喇叭出口。有時為了便于加工, 也可設(shè)計成階梯形的多級喇叭。</p><p>　　圖9 平面分流模?？卓盏督Y(jié)構(gòu)</p><p>　　a—直線切口 b—圓弧切口 c—圓弧與斜度組合切口</p><p><b>　　3.12強(qiáng)度校核</b></p>

68、<p>　　分流組合模工作時承受截荷的最不利情況發(fā)生于分流孔和焊合室尚未進(jìn)入金屬和金屬充滿了焊合室之后流出?？字H，所以分流組合模的主要破壞形式是：分流橋因受彎曲應(yīng)力而被破壞和分流孔處在危險斷面被剪斷。</p><p>　　分流模的強(qiáng)度校核主要是校核分流橋。</p><p><b>　　目前有三種方法：</b></p><p>　

69、　抗彎強(qiáng)度校核： （4）</p><p>　　(2) 抗剪強(qiáng)度校核：</p><p><b>　　（5）</b></p><p><b>　　安全系數(shù)法：</b></p><p><b>　?。?）</b></p><p>　　式中：p—比壓，MP

70、；</p><p>　　L—分流橋二個危險斷面之間的長度，mm；</p><p>　　[σ彎] —材料許用彎曲應(yīng)力。</p><p>　　Q橋—分流橋端面上所受總壓力，N。</p><p>　　S橋—分流橋受剪的總面積。</p><p>　　對分流橋進(jìn)行最大主應(yīng)力和最大剪切應(yīng)力分析，在pro/e的有限元分析模塊，對凸模

71、進(jìn)行第一次有限元分析，得到下圖的分析結(jié)果：</p><p>　　圖10 第二次有限元—分析分流橋最大主應(yīng)力分布</p><p>　　圖11 第二次有限元—分流橋最大剪應(yīng)力分布</p><p>　　圖12 第一次對凸模的應(yīng)力分析</p><p>　　圖13 第二次修改參數(shù)后凸模應(yīng)力分布圖</p><p>　　由第一次

72、的設(shè)計分析，紅色區(qū)域代表模具的危險截面，此處強(qiáng)度不夠，應(yīng)力集中，降低模具的疲勞壽命.針對第一次的分析結(jié)果，修改了分流橋的結(jié)構(gòu)參數(shù)，得到圖13所示的應(yīng)力分布圖，未發(fā)現(xiàn)紅色區(qū)域，修改后的模具結(jié)構(gòu)滿足實(shí)際生產(chǎn)條件.圖10和圖11為所得的最大主應(yīng)力和最大剪切應(yīng)力分布，分析對象為分流橋的一個輪廓線，滿足設(shè)計要求，所以設(shè)計的產(chǎn)品合格，但在強(qiáng)度校核中，沒有考慮到金屬的流動狀況型材特點(diǎn)對強(qiáng)度的影響在計算后應(yīng)再結(jié)合金屬的流動狀態(tài)和型材的特點(diǎn)進(jìn)行分析，進(jìn)行

73、合理的調(diào)整。</p><p><b>　　4結(jié)論</b></p><p>　　實(shí)踐表明，三維數(shù)字化的設(shè)計分析，能夠縮短產(chǎn)品開發(fā)周期。借助pro/e進(jìn)行對擠壓模具的設(shè)計分析，得到的最后數(shù)據(jù)結(jié)果與實(shí)際生產(chǎn)相吻合，滿足強(qiáng)度要求，避免了在大量生產(chǎn)中造成的產(chǎn)品的因質(zhì)量問題造成的浪費(fèi)。</p><p><b>　　致謝</b><

74、/p><p>　　本文是在指導(dǎo)老師的悉心指導(dǎo)下完成的。從軟件的學(xué)習(xí)、模具結(jié)構(gòu)分析、設(shè)計，模具參數(shù)的選擇，裝配過程中問題的解決到最后論文的排版完成，外文的翻譯，指導(dǎo)老師都給予了殷切指導(dǎo)和關(guān)注，并提出許多中肯的建議，使畢業(yè)設(shè)計得以最終完善。楊老師學(xué)識淵博，治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)，開拓進(jìn)取、責(zé)任心強(qiáng)，畢業(yè)設(shè)計期間，我除了學(xué)到許多專業(yè)知識外，還從他身上學(xué)到對工作高度負(fù)責(zé)的精神和對知識一絲不茍的態(tài)度。所有這些都將使我受益終生。在此，我要衷心

75、感謝我的指導(dǎo)老師，感謝他在指導(dǎo)我做畢業(yè)設(shè)計期間對我們無私的關(guān)懷和耐心細(xì)致的指導(dǎo)，同時，也衷心的感謝在畢業(yè)設(shè)計期間關(guān)心、支持、幫助過我的全體同學(xué)！并向他們致以崇高的敬意和深深的祝福！</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]劉靜安.鋁型材擠壓模具設(shè)計，制造，使用及維修[M].北京：冶金工業(yè)出版社,1999：88-92.</p>

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77、<p>　　[5]鋁合金擠壓模具技術(shù)譯文集[Z]．重慶：西南鋁加工廠技術(shù)中心出版，2000:66.</p><p>　　[6]許其亮.建筑鋁型材生產(chǎn)[M]．西安：西安冶金建筑學(xué)院，1998:16-18</p><p>　　[7]劉靜安.鋁合金型材生產(chǎn)實(shí)用技術(shù)[M]．重慶國際信息咨詢中心，1994:16-18.</p><p>　　[8] 實(shí)用模具設(shè)計與制

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