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铝型材挤压模具设计分析

铝型材挤压模具设计分析

2016/07/05 09:43:11 来源:中国铝材信息网   作者:匿名 点击数: 5141

中国铝业网】近年来,随着我国大规模的基建投资和工业化进程的快速推进,铝型材全行业的产量和消费量迅猛增长,而我国也一跃成为世界上最大的铝型材生产基地和消费市场。经过长达近10年的高速增长,我国铝型材行业步入了新的发展阶段,并展现出了诸多新的发展趋势。
  
  而且,随着建筑、交通、汽车以及太阳能和LED等产业的迅速发展,对铝合金挤压产品的高精度、高性能要求与日俱增,型材断面形状随之复杂化、多样化,按常规常见形式设计,存在许多不足。所以,要得到优质型材,就得在生产、生活中不断地学习和积累、不断地改造和创新。
  
  模具设计是重要环节,因此,须对挤压型材模具设计进行系统分析,并通过生产实践逐步解决问题。
  
  一.铝型材模具设计的六大要点
  
  1.铝挤压件的尺寸分析
  
  挤压件的尺寸及偏差是由模具、挤压设备和其他有关工艺因素决定的。其中,受模具尺寸变化的影响很大,而影响模具尺寸变化的原因有:模具的弹性变形、模具的升温、模具的材料及模具的制造精度和模具磨损等。
  
  (1)铝型材挤压机吨位的选择
  
  挤压比是以数值表示模具实现挤压的难易,一般来说,挤压比在10-150之间是可适用的。挤压比低于10,产品机械性能低;反之,挤压比过高,产品容易出现表面粗糙或角度偏差等缺陷。实心型材常推荐挤压比在30左右,中空型材在45左右。
  
  (2)外形尺寸的确定
  
  挤压模具的外形尺寸是指模具的外圆直径和厚度。模具的外形尺寸由型材截面的大小、重量和强度来确定。
  
  2.挤压模具尺寸的合理计算
  
  计算模孔尺寸时,主要考虑被挤压铝合金的化学成分、产品的形状、公称尺寸及其允许公差、挤压温度,以及在此温度下模具材料与被挤压合金的线膨胀系数,产品断面上的几何形状的特点,及其在拉伸矫直时的变化,挤压力的大小及模具的弹性变形等因素。
  
  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。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。
  
  3.合理调整金属的流动速度
  
  所谓合理调整,就是在理想状态下,保证制品断面上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。
  
  4.保证足够的模具强度
  
  由于挤压时模具的工作条件十分恶劣,所以,模具强度是模具设计中的一个非常重要的问题。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。近年来,对于特别复杂的模具,可用有限元法来分析其受力情况与校核强度。
  
  5.工作带宽度尺寸
  
  确定分流组合模的工作带要比确定半模工作带复杂得多,不仅要考虑到型材壁厚差、距中心的远近,而且必须考虑到模孔被分流桥遮蔽的情况。处于分流桥底下的模孔,由于金属流进困难,工作带必须考虑减薄些。
  
  在确定工作带时,首先要找出在分流桥下型材壁厚最薄处即金属流动阻力最大的地方,此处的最小工作带定为壁厚的两倍,壁厚较厚或金属容易达到的地方,工作带要适当考虑加厚,一般按一定的比例关系,再加上易流动的修正值。
  
  6.模孔空刀结构
  
  模孔空刀就是模孔工作带出口端悬臂支承的结构。型材壁厚t≥2.0mm时,可采用加工容易的直空刀结构;当t<2mm时,或者带有悬臂处,可用斜空刀。
  
  二.模具设计中的常见问题
  
  1.二级焊合室的作用
  
  挤压模具在铝型材挤压生产中起到至关重要的作用,直接影响挤压产品的质量。然而,在实际生产中,挤压模具的设计更多依赖设计师的经验,模具设计质量难以保证,需要多次试模和修模。
  
  根据模具设计的不足,提出在下模开设二级焊合室优化设计方案,弥补模具加工中打供料不到位的缺陷,避免了供料不足引起的开口、收口及出材前后形状不一等缺陷,并有效地解决了设计中速度分布不均的问题。从而在优化方案中,型材截面上的温度分布和应力分布更加均匀,对出材有较大改善。
  
  2.二级导流的作用
  
  在挤压模具设计中,对于壁厚差很大的实心型材,采用二级导流。例:初始模具设计由普通的模子和模垫组成,第一次上机非常不理想,角度偏小、薄壁部分尺寸超薄、超小。模具返修即使加大薄壁部分、打低工作带仍然不理想。
  
  针对初始模具设计的不足,第二次采用导流板设计,提出在模子开设二级导流优化设计方案,有效地解决了初始模具设计中速度分布不均的问题。
  
  具体通过对薄壁部导流直冲,厚壁部分在出料口宽展30度,并将厚壁部分模孔尺寸稍微加大尺寸,另将模孔尺寸90度角预收口开为91度,定径工作带也适当作了些修改。
  
  三.小结
  
  经过不断地学习、积累,不断地查询相关的模具设计资料,经过改造、创新来优化模具设计,并通过生产实践来验证是否成功。

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