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1、大型铝型材模的设计,一、介定大型型材的条件： 1. 型材的宽度或外接圆直径大于250mm; 2. 型材的断面积大于20cm2; 3. 型材交货长度大于10m。 二、大型型材的特点 1.薄壁化和轻量化； 2.断面尺寸和形位公差高精度化； 3.组织性能均匀优质化。,1. 大型型材的最小壁厚： 实心型材 空心型材 (合金种类) (合金种类) 外接圆 软 中硬 硬 软 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 450550 3.8 4.5 5.4 4.0 4.8 550650
2、4.0 5.0 5.6 4.5 ,三、大型型材的分类 1.按用途和使用特性分： 航空航天用、车辆用、船舶舰艇用、电子电器用、石油化工用、交通运输用、民用建筑用、其它用。 2.按形状与尺寸变化分： 实心型材、空心型材、壁板型材、建筑型材。,四、大型型材常用的铝合金及其性能 1.按抗拉强度分： 低强度（b300Mpa）、 中等强度（b=300450Mpa）、 高强度（b450Mpa）。 2.按热处理强化程度分：热处理可强和热处理不可强化合金。 3.按焊接性能分： 可焊接合金和不可焊接合金。 4.按抗腐蚀性能分： 高抗蚀（海水）、中等抗腐蚀和低抗蚀性合金。,五、用热挤压法生产大型铝合金型材的优点 1
3、.能获得比热模锻、孔型轧制等方法面积更大和精度更高的带高筋的扁宽、薄壁型材和壁板型材； 2.挤压时呈三向应力状态，可利用塑性较差的合金材料生产大型型材； 3.可进行多品种、多规格、小批量生产，换模容易； 4.操作方便，模具费用低。 5.可实现实心坯料挤压。,六、大型型材模的设计 1.扁模： 优点：可节约大量贵重的高合金模具钢 缺点：模子刚性差，故在挤压壁板型材的腹板时会明显变薄，其中心部位尤为严重。其原因是由于作用在模子端面上的摩擦应力使模子产生径向（挤压筒半径方向）压缩变形，以及挤压方向的正压力（近似等于塑性变形区的单位流动压力）使模子产生弯曲变形的缘故。 又因为在挤压过程中引起模孔收缩的力
4、是不均匀的，因而，模孔各部位变形可出现明显的差异，这种差异沿壁板宽度方向可达0.3mm以上。,2.圆模：与扁模结构相比，圆模结构在长轴方向上具有大得多的抗弯矩能力，且加工制造容易。所以一般选用圆模。 3.宽展模： 优点：可以挤压宽度比圆筒直径更大的壁板型材，结构简单，加工成本低，省掉扁挤压筒。它可以与组合模配合使用，也可以与平面模组合使用。 缺点：模子清理困难（因为宽展模模孔中存有大块铝）、挤压力较一般平模挤压时高25%左右30%，因而难以挤压变形程度大（挤压比大）、宽厚比大的硬合金壁板。,4.大型壁板模的设计原则：（集装箱的底板） 对称型壁板应尽量使模孔截面中心与挤压筒中心重合。 不对称型壁
5、板应适当增加工艺余量，以减少其不对称性。 对腹板厚度不同的壁板，应使较薄的部分靠近挤压筒中心。 确定模孔尺寸应考虑： 热收缩，模孔的弹性与塑性变形，模子的整体弯曲，拉伸矫直时制品尺寸的变化。模孔尺寸计算：模孔尺寸应分成几部分来进行计算。如，带“T”字形筋条的壁板，可分成两部分腹板部分和筋条部分,a) 腹板部分：对宽厚比大的腹板模孔尺寸，由于模孔的弹性与塑性变形、模子整体弯曲的影响，挤压时有严重的减薄现象。（减薄的程度与合金成分、型材的规格、宽厚比、工艺制度、模子强度有关。所以在确定腹板部分模孔尺寸时为： t=t0+正偏差+（补偿值）。 b) 筋条部分的模孔尺寸只考虑产品的公差、热收缩量和拉伸矫
6、直量，也就是按普通型材的变化规律设计即可。,c) 工作带设计：为了调节金属流速，改变变形条件，防止波浪、扭拧、刀弯等废品，必须合理设计模子工作带的长度。它与型材设计的部位距挤压筒中心距离有关，一般取515mm（经验证明，对宽厚比大的壁板，阻碍角的意义不大）。 d)做促流角：为了加速金属向窄缝流动，补充挤压时模孔的变形，有时在模子工作端面上作68的促流角。,5.大悬臂半空心型材模具设计 考虑因素： 1）防止悬臂表面直接与坯料接触，压力直接作用在模子表面上，使其产生弯曲变形，所以，要减小作用在悬臂表面的正压力； 2）如果支撑边的相邻两边的模孔宽度不均，金属通过模孔的速度存在差异，则悬臂还要发生径向
7、弯曲，型材的壁厚尺寸更难保证，所以，要提高悬臂承压的程度。,舌比R的允许值： W（开口） 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,设计方法： 遮蔽式设计法遮蔽式设计法是用相当于分流模的模芯部分遮蔽下模模孔的悬臂部分，使悬臂部分不直接承受变形金属的作用力。 下模悬臂部分设计成凸台状，其凸起部分边缘与模孔壁的距离为”C”（与模孔出口带尺寸等同），悬臂凸起部分的顶部与上模模面留有间隙”1”（0.5mm），用来消除因上模中心弹性弯曲或压塌对悬臂的压力。（见图） 优点：可有效改善悬臂顶端部位模孔挤出型材的壁厚偏差，能较好地保
8、证型材的质量。 缺点：由于悬臂凸起部分相应地增加了金属的摩擦面积，悬臂承受的摩擦力增加，使其仍有一定的挠曲变形。,镶嵌式设计法镶嵌式设计法是遮蔽结构的改进型式，将上模模芯的中部挖空，而下模相对的位置向上凸起，镶嵌于模芯的中空部分，悬臂凸起部分的顶面与上模模芯中空部分顶部的间隙”2”为0.5mm。悬臂凸起部分的侧表面与模芯空腔的侧表面之间有间隙”3”，两表面是动配合；模芯侧面与模孔壁的距离为”C”（与模孔出口带尺寸等齐） 其优点：可有效改善悬臂顶端部位模孔挤出型材的壁厚偏差，能较好地保证型材的质量，克服因金属对裸露的悬臂凸起部分的摩擦所带来的悬臂挠曲缺点，金属对模芯表面的摩擦力转化为上模与下模接
9、触面上的正压力。因此，悬臂的受力状况进一步得到了改善，只要合理的空刀量”C”值和间隙”2”、间隙”3”就行。,替代式设计法（也称塔接式）：用上模模芯取代下模的悬臂，并在原悬臂的根部处，使模芯与下模模面互相塔接，以保证悬臂的完整性。 优点：较遮蔽式和替代式加工简单，更适合“舌比”值很大的型材生产。 吊桥式：是一种分流模形式，模子的设计要素与设计分流模相同，但桥位可设计短些，因为它只起金属分配合理性的功能。 优点：它利用分流孔使金属分配合理、吊桥的存在可增大金属流动均匀性；提高型材模的强度。,保护式分流模：在普通分流模的前面加一个保护板，主要用来生产长悬臂半空心型材。 它的特点： 是与型材模相接触
10、的面之间有一应力消减间隙，生产中它可改善型材模的受力状态，提高模子强度，减少模子变形。 5. 散热器型材模的设计（见大型材P295） 大型散热器型材的特点：大型散热器型材大多为实心，也有极少量空心。它的特点是外接圆尺寸大、断面形状复杂、壁厚相差悬殊，散热齿距小而悬臂大。 生产难度：当同一截面的断面比值、舌比值、型材外接圆直径超过一定范围时，用平面模挤压很难使金属流速均匀，模具极容易损坏。,设计方法： 宽展导流模设计法： 用这种模生产的型材特点平面间隙要求严格、舌比较大、筋板与齿的壁厚差大。 设计重点： 型材在模子平面上的布置； 模子工作带的给定； 模子出口带加工时电流大小的控制； 试模时的挤压
11、温度和挤压速度及设备的良好状态。,分流组合模设计法： 用这种模生产的型材特点壁厚差过于悬殊、断面比值超大、薄壁部位位于挤压筒边缘、且表面积大、舌比大、悬臂长。 设计重点： 按型材断面形状进行一次金属流量预分配，扩大靠近挤压筒边缘的分流面积，加快齿尖部位金属的流速，便于在分流空间上为二次填充挤压创造条件。 考虑到中心部位面积过大，为防止型材中心部分出现疏松，可在中心部位开一个分流孔，以适应金属二次组合的流量需要。,大型非对称散热片模设计： 采用三次变形（即先用宽展变形、分流调整变形、挤出成型变形）的工艺原理设计而成。 优点：综合了宽展到型材模、平面分流模的功能及优点，拓展了挤压工艺范围，提高模具使用寿命。 撕口模：对外接圆较大、悬臂长、等壁厚的型材，为了确保型材开口部位的尺寸精度，可以将开口部位设计成封闭型（就是加一段工艺余量，其厚度为0.2mm），用分流模生产，待制品精整后再将开口部位的工艺余量撕掉，这样可保证制品开口部位的尺寸精度。 这种方法需征得用户同意，因制品撕口处不够光整。,