挤压模-建筑铝合金型材(门用)的模具设计

1、 第 IV 页 毕业设计(论文) 建筑铝合金型材（门用）的模具设计摘 要随着我国经济和科技的快速发展，人们生活水平和品质不断提高，对衣、食、住、行各方面的要求逐步增加，各个行业竞相发展。其中，建筑行业也不例外，建筑铝型材在门窗方面的应用正不断被重视和应用。模具在铝型材挤压过程中起着关键作用，模具的生产使用，使制件具有较高的一致性、精度和生产率，远优于其他的加工方法。优化模具设计，可以提高成品率、生产率、产品质量和材料利用率，对不断提高挤压技术水平有着非常重要的意义，因此，对于门用建筑铝型材模具设计的研究具有较高的生产实用价值。本设计针对建筑门用铝合金空心型材进行了平面分流组合模的设计，分析了6

2、063铝合金材料的特点，平面分流模的各结构要素及设计要求，并结合实际生产给出了空心挤压型材模具的详细设计方法、要点和流程。实践证明，合理的模具设计，不仅可以提高模具的使用寿命、制品的质量，而且可以获得良好的经济效益。关键词：建筑铝型材；挤压；平面分流组合模；模具设计 Design of extrusion die for architectural aluminum alloy profile for DoorsAbstractAlong with the rapid development of economy and technology, people's living stan

3、dard and quality improve constantly, their requirements for basic necessities of life, like food, clothing shelter and transportation are increasing gradually, various industries develop rapidly. And there is no exception in the construction industry, the use of architecture aluminum profiles in doo

4、rs and windows is being taken seriously and applicated constantly. Die plays a vital role in the process of aluminum extrusion, the manufacture and use of mold, make the products with high consistency, accuracy and productivity, it is far superior to other processing methods. The optimization of die

5、 design, can improve the yield, productivity, product quality and material utilization, moreover, it has very important significance to improve the level of extrusion technology. Therefore, the study of die design in architectural aluminum profiles for doors has a high practical value in production.

6、This paper introduces the design of a porthole die for forming the aluminum alloy hollow profile used in doors. It mainly analyses the characteristics of 6063 aluminum alloy, and each structural element of the die and the design requirements are systematical studied . Then Combined With Actual Produ

7、ction, we can conclude the method, the key points and process in designing the extrusion die. Practices show that the reasonable die design, not only can improve the die life and the quality of products, but also can obtain good economic benefits.Key Words: Architectural aluminum profile; Extrusion;

8、 Planar porthole die; Die design目 录摘 要IAbstractII第一章 绪论11.1 铝合金挤压11.1.1 挤压工艺概述11.1.2 铝合金挤压工业现状21.2 中国铝合金型材及建筑铝型材31.2.1 中国铝合金型材发展现状31.2.2 中国民用建筑铝型材的发展与特点41.3 铝合金挤压模具技术51.3.1 模具在铝型材挤压中的重要作用51.3.2 铝合金挤压模具设计现状及发展趋势61.4 挤压模具设计重要内容8第二章 挤压工艺分析102.1 模具材料的选择102.1.1 型材挤压对工模具材料的要求102.1.2 常用模具材料102.2 挤压生产工艺流程12

9、2.3 挤压工艺制度的确定122.3.1 挤压方法的确定122.3.2 坯料形状尺寸的确定132.3.3 挤压温度的确定13第三章 门用铝型材挤压模具设计143.1 制件工艺性分析143.1.1 材料分析143.1.2 结构分析153.2 模具整体结构方案的确定163.3 模具主要设计计算163.3.1 挤压筒内径、挤压比的计算以及挤压设备的选择163.3.2 挤压力的计算183.3.3 模具外形尺寸的确定183.4 模具具体结构设计193.4.1 模角193.4.2 入口圆角r入203.4.3 模孔位置的确定203.4.4 分流组合模相关参数的确定213.4.4.1 分流比的确定213.4.

10、4.2 分流孔的设计223.4.4.3 分流桥的设计243.4.4.4 模芯的设计253.4.4.5 焊合室设计263.4.4.6 模孔尺寸的计算283.4.4.7 模孔工作带长度的确定293.4.4.8 模孔空刀结构设计313.4.5 定位结构和螺钉的设计323.4.5.1 凸台和定位销设计323.4.5.2 螺钉的选择323.5 强度校核323.5.1 分流桥弯曲应力校核333.5.2 分流孔道抗剪应力校核33第四章 零件图和装配图354.1 上模354.2 下模364.3 装配图37结 论38致 谢39参考文献40 第 31 页 毕业设计(论文) 第一章 绪论如今，随着我国经济和科技的快

11、速发展，人们生活水平和品质不断提高，对衣、食、住、行各个方面的要求都逐步增加，各个行业竞相发展。其中，建筑行业也不例外，建筑铝型材就是建筑行业其中一个发展方向。挤压加工的模具技术也正朝着大型化、精密化、高效化、现代化、国际一体化方向发展，其在模具新材料、模具设计理论和方法等上有了突出的进展，为减少模具的消耗、提高铝合金挤压材的经济效益提供了可能。1.1 铝合金挤压1.1.1 挤压工艺概述挤压成形是对盛在容器（挤压筒）内的金属锭坯施加外力，使之从特定的模孔中流出，从而获得所需端面形状和尺寸的一种塑性加工方法1。在挤压过程中，被挤压金属在变形区能获得比轧制、锻造更为强烈和均匀的三向压缩应力状态，可

12、以充分发挥被加工金属的塑性，因而其应用广泛。挤压成形方法多样，可按不同方法分类，如按挤压温度分，有冷挤压、温挤压、热挤压；按挤压方向分，有正挤压、反挤压；按模具种类分，有平模挤压、锥模挤压、分流模挤压等。其中正挤压是最基本的方法，由于工艺操作简单、生产灵活性好等特征，成为铝及铝合金成型加工最广泛使用的方法之一。而反挤压可以实现的挤压变形程度更大，挤压变形抗力也可以更大，广泛应用于铝合金材料零部件的冷挤压成型和管材、型材的热挤压成型。此外，连续挤压法也应用较为广泛。挤压成形的特点：1 优点：(1） 可以降低原材料的消耗。金属零件如用切削加工的方法制造，材料利用率为40-60%，而挤压法制造，材料

13、利用率高达70-95%。(2） 可以提高金属的变形能力。金属在挤压变形中塑性能够被充分地发挥，产生大变形。挤压法还可以用来加工一些用其他加工方法（轧制、锻压等）生产比较困难或者难以生产的塑性较低、变形困难的金属和合金，此外，挤压法甚至还可以加工一些脆性材料，如铸铁1。(3） 可以提高零件的机械性能。在挤压过程中，金属材料处于三向不等的压应力作用下，挤压变形后，金属材料的晶粒组织更加致密，金属流线不被切断，成为沿着挤压件轮廓连续分布的金属流线，同时加工硬化，挤压件的强度大为提高。(4） 可以降低零件的制造成本。挤压生产工艺流程较短、设备数量与投资少。(5） 可以加工形状复杂的零件。断面形状简单的

14、管、棒、线材易于用挤压法进行加工，断面形状复杂的实心和空心型材也可挤压加工，尤其冷挤压加工一些形状复杂的轴对称类零件的效果特别显著。(6） 可以获得较高尺寸精度和表面光洁度的零件。随着挤压技术的进步、工艺水平和模具设计技术提高，现已可以生产壁厚0.3-0.5mm、尺寸精度达±0.05-0.1mm的超小型高精密空心型材1。2 缺点：淘-宝.店-铺搜索：“两个半学分”异的材料2。近年来，经济和科学技术快速发展，铝合金挤压工业也获得了高速发展，特别是在急需轻量化的现代交通及其他领域方面。据不完全统计，2009年全球铝材产量约3500万t/a，其中挤压材1540万t/a（约占42%）。另外，

15、铝合金挤压材仍以年均5%左右的速率增长，并组建了一大批大型的现代化综合性铝挤压材生产企业3。我国的铝挤压加工业正处于高速持续发展的第三次高潮期。它从上世纪50年代开始，已经经过了60-70年代和80-90年代的两个高潮期。80年代以前，我国只能算是铝业初级国家，只有西北铝加工厂、东北轻合金加工厂和西南铝加工厂三大厂家，而它们也仅仅以生产硬铝合金管、线、棒、型等为主，另外还有为数不多的几个普通铝材生产的地方性企业。目前，我国铝挤压工业也正向现代化方向发展，建成了一大批大中型现代化挤压企业，产量大幅度增长，加大了挤压设备建设和产业调整力度，加强了科技自主开发能力，拓宽应用范围，跟进新技术、新工艺。

16、中国拥有的挤压机数量居世界第一，大型挤压机数量可与美国、俄国媲美，落后的挤压机也已经大批的淘汰和改造，反向挤压机引进大大增加。2009年，中国的铝挤压材产能达1400万t/a以上，连续8年居世界榜首。铝材产量从1980年不到30万t/a增长到2009年的1450万t/a，比世界年平均增长率（5%-6%）大得多（18%-22%）的速度增长。2009年，中国铝挤压材产能达950万t/a，实际产量达850万t/a。出口量也大增，2009年我国进口挤压材约15.2万t，出口量约93.2万t，净出口量为80万t左右3。可以明显看出，中国已快速向铝业大国和强国进发。目前，国内外铝挤压技术的发展主要有以下几

17、方面：（1）引进和建设大型化、现代化、精密化和生产线自动化的工艺装备；（2）突破研制大型优质圆、扁挤压筒与特种模具技术；（3）不断改进和完善挤压工艺；（4）继续大量调整铝挤压材的产品结构。1.2 中国铝合金型材及建筑铝型材1.2.1 中国铝合金型材发展现状铝及铝加工业正处于高速发展期，它以朝阳工业的姿态替代传统的钢铁产品，在交通运输、航空航天、建筑、包装、机械制造等各行各业应用广泛。其中，以铝(合金)挤压型材发展最为迅猛。大中型铝合金工业型材近年来高速发展，据不完全统计，2009年全球铝合金挤压材1540万t/a，其中型材1300万t/a，约占挤压材的85%以上，大中型工业型材100万t/a左

18、右。尽管如此，铝合金工业型材（占整个铝合金型材的60%以上）以8%的速率增长。因铝挤压材的发展方向为大型化、整体化、扁宽化，越来越多的生产偏向大型的挤压材，大型材的比重大约是全部型材产量的10%。目前，在80000多种的铝型材品种中，大中型的型材有5000多种，其中型材主要是具有复杂外形的、逐渐变断面的、阶段变断面的，此外，还包括大型整体的带筋壁板和异形的空心型材。2010年，挤压型材的最大宽度可达2500mm，最大端面积可达1500cm2，最大长度可达25-30m，最重可达2t。薄壁宽型材的宽厚比可达150-300，带孔空心型材的孔数可达数十个之多3。总的来说，铝合金挤压型材品种多、质量优、

19、生产工艺技术和工艺装备也都提高许多。1.2.2 中国民用建筑铝型材的发展与特点1 建筑用铝材的现状及发展趋势当今建筑用铝材主要用于建筑物构架、屋面和墙面的围护结构、骨架、门窗、吊顶、饰面等；公路、铁路桥梁的跨式结构、护栏等等。铝（合金）早在100多年前就有在建筑业上应用，1896年，加拿大已有铝制飞檐；1897和1903年，罗马采用铝屋顶；1933年，美国应用铝材料有了第一次受力结构件桥梁。由于新材料、新工艺、新技术的发展，铝加工业日益完善，逐渐掀起了铝在建筑业上的应用高潮。目前，建筑业铝材用量占世界铝总用量的20%以上，可见其应用之大。建筑业使用的铝型材主要有：Al-Mg-Si系6063和6

20、061合金挤压型材，低成分Al-Zn-Mg合金7003和7005挤压型材在近年也有推广应用。6061和6063系合金在当代应用最为广泛，据统计，国外6063合金型材用于门、窗、玻璃幕墙占该系合金型材的70%，占所有铝及铝合金型材的80%4。建筑上应用的铝型材制件有着不少优点：（1）减轻建筑结构件的质量；（2）便于交通运输；（3）可提高结构件的使用寿命；（4）建筑质量也有效提高等。2 民用建筑铝合金型材的特点经济发展，人民生活水平日益提高，民用建筑铝合金型材也不断发展，其品种和数量快速增长。目前，铝合金型材发展之迅猛，而民用建筑型材是铝合金型材加工的一大分支，世界上已建成上千条民用建筑型材生产线

21、，其生产有着一系列的特点5：(1） 民用建筑铝合金型材多采用6063铝合金生产，6063铝合金质轻，塑性好，工艺成形性好，表面处理性能也较好。(2） 铝合金民用建筑型材品种多，应用范围广，现在世界上的民用建筑型材可以适用不同的用途、不同的规格的门窗系列和其他建筑，其横截面面积、外接圆直径等均尺度范围广。(3） 生产出的民用建筑铝合金型材壁薄，型材的壁厚范围从0.6mm到2mm不等，断面形状十分复杂，变化多样，相关尺寸精度要求高，加工难度大，多为超高精度的薄壁型材。(4） 建筑铝型材中大多数为空心制件，空心型材与实心型材的比例大约为1:1，其中以异形孔为多，甚至为多孔异形簿壁空心制品。(5） 建

22、筑铝合金型材通常要求可以通用、互换，并且具有一定的装饰性，这样有助于减少型材的品种，便于提高型材的精度要求和表面光洁度要求等。究其原因，即一组建筑型材配合面多，装配尺寸多，装饰面多，进而可以组装成不同的门窗系列或其他的建筑结构。1.3 铝合金挤压模具技术1.3.1 模具在铝型材挤压中的重要作用 模具在铝型材挤压过程中起着关键作用，挤压过程中模具的生产使用，使制件具有较高的一致性、精度和生产率，远优于其他的加工方法。挤压模具设计和制造技术是铝合金型材挤压技术的核心，优化模具设计，可以提高成品率、生产率、产品质量和材料利用率，对不断提高挤压技术水平有着非常重要的意义，具体表现在以下几个方面6：(1

23、） 所有挤压工艺过程的实现都需要合理的工模具结构作为基础，在挤压过程中金属能够产生挤压变形，传递挤压力，在目前的条件下，还不能想象无挤压筒、无模具的挤压工艺；(2） 模具能够使产品成形得以保证，且成型件形状、尺寸以及精度较高；(3） 模具能够使产品内外表面质量得以保证，且其作用最为显著；(4） 产品的内部组织和力学性能一定程度上取决于工模具结构、形状和尺寸是否合理，特别是对空心制品的焊缝组织和力学性能影响较为显著，模具设计中各种结构要素有着决定性的作用，如分流孔的大小和形状及其分布位置，焊合腔的结构设计，模芯的结构等。而另一方面，产品的一些缺陷（粗晶环、缩尾、成层等）主要受挤压垫片、挤压筒和模

24、子的结构形状与尺寸的影响。(5） 挤压过程中金属的流变场、挤压温度速度场、应力应变场等也受模具的结构、形状与尺寸的影响，模具在其中发挥着重大作用，生产效率、产品质量能够有效地提高，同时一定程度地减少能量的损耗；(6） 在实际生产中，合理的工模具设计作用也相当显著：它能提高模具的装卸与更换速度，减少辅助时间，改善劳动条件和保证生产安全等；(7） 在开发新产品、新工艺以及研制新材料和新设备方面，则主要归功于新型的工模具结构的研究和制造，长期的研发，使挤压技术水平不断提高，新型的工模具结构主要有：扁挤压筒、舌形模、组合模、多层预紧应力模、变断面模等；(8） 铝及铝合金的挤压生产中最重要的技术是高比压

25、优质圆挤压筒和扁挤压筒及特种型材模和异形管材模的设计与制造技术，其技术含量占整个挤压技术比例很高；(9） 若铝挤压产品的批量不大，如中等生产批量，工模具的成本往往占挤压总成本的30以上，如果工模具的使用寿命可以提高510倍，则可以使产品成本大大降低6。1.3.2 铝合金挤压模具设计现状及发展趋势1 国内外挤压模具设计技术现状当今世界，科技迅猛发展，铝合金挤压工艺也处于高速发展期，模具作为挤压技术的关键部件，对其的要求也愈来愈高。国内外挤压模具设计技术现状可由以下几个方面说明6：从设计理念和方法上来说，国外已普遍采用模拟及有限元和电子计算机分析技术，已研发出多种新型模具和设计软件，拥有巨型数据库

26、和专家库；而国内目前基本上还是采用传统方法，但已开始研究开发新理论和新方法，开始采用有限元等方法优化模具结构，模拟设计软件也逐步重视起来。从CAD/CAM/CAE技术上来说，国外技术成熟，二维、三维均普遍推广；而国内正向三维推进，简单的二维应用较为成熟，如形状简单的平面模和平面分流组合模。从新结构大型工具上来说，国外广泛采用高比压、优质的圆、扁挤压筒，还有高效的反挤压工具等；国内也已开始研发扁挤压工具及快速更换装置，反挤压工模具也处于改进中。从模具材料上来说，国外以H13及改进型钢为主，并研发陶瓷高温、粉末合金等新型材料，使模具使用寿命大幅度提高；而国内同样处于研制新材料中，但进展不如国外，模

27、具寿命不高。从模具加工技术上来说，国外拥有高水平的机加工、电加工和热加工，加工中心基本上是全线自动化生产的，可以制造批量化复杂多孔空心模；而国内传统手工加工法仍占有较大的比重，机-电-热加工方法正在推行，还未能批量制造太过复杂的制件。从热处理技术上来说，国外普遍采用预处理、真空及保护气氛热处理工艺，开发了等温淬火、多级淬火等新工艺；而国内一大半还是采用传统热处理法，新型热处理工艺逐步开始研发并采用。从模具平均使用寿命与质量上来说，国外平面模30-50t/模、组合模20-25t/模，一次上机合格率为70%左右；国内平面模8-20t/模、组合模5-15t/模，一次上机合格率为50%左右。从挤压材成

28、品率上来说，国外目前成品率达82-90%，国内达75-85%（以6063T5建材为例）。2 现代挤压模具技术发展趋势近年来，模具设计技术在挤压工艺技术中得到了普遍的重视，对于挤压模具设计的研究也有了不少进展。挤压模具的质量和寿命严重影响着挤压件的性能和生产效率。现代挤压模具技术主要向以下方向发展7：(1） 开发应用模具新材料除了改进现有的H系列以及其它系列合金钢外，陶瓷材料、复合材料以及粉末高速钢也可作为高级的模具新材料，它们通常采用粉末冶金的方法制成的。粉末高合金钢是一种具有高韧性、较好的耐磨性和尺寸长时间使用稳定等特点的模具材料，它可以解决钢种在熔炼过程中产生的偏析和一次碳化物粗大对材料质

29、量造成的影响的问题。陶瓷材料制成的模具，韧性低但其耐热性和耐磨性非常好，且经济性较好，能够较好地应用于模芯、芯头等的制作中。为更好地应用模具新材料，提高模具质量，最关键的途径就是研究先进的表面处理技术和热处理方法。现这些技术正在发展中，如离子氮化、表面化学处理、沉积处理等表面处理技术和多级、等温淬火，多级回火，可控气氛热处理等热处理方法。(2） 开发新型模具结构为了提高产品的各种精度（尺寸、形位精度），更主要是为了提高模具的使用寿命，新型的模具结构急需被开发出来，寻求新的突破以生产形状更为复杂的产品。目前主要从镶嵌模、新型的组合模、复合模、多型多孔模、预应力模等着手，研发模具新结构。(3） 开

30、发虚拟设计、热模拟及CAD/CAM/CAE 等技术CAD/CAM/CAE技术愈来愈成熟，二维实用软件已经比较普遍，如平面模、平面分流模以及导流模应用软件,三维方面也正在逐步发展。随着电子计算机技术的发展，模具的智能制造也受到了较高的重视。数值模拟就是一个最好的例子。目前，我们利用数值模拟来优化模具设计，不仅可以预测在实际挤压过程中可能出现的缺陷，进而指导模具设计和工艺参数的调整等。同时，数值模拟还能替代模具设计中部分的试模工作，如对各种复杂的组合模的挤压过程进行模拟，了解其温度场、应力应变场以及流变场的真实情况，进而减少人力物力的消耗，在提高生产率的前提下降低成本。(4） 开发和应用模具复合加

31、工技术模具复合加工，即将机械加工、超声波、电加工、电化学等技术综合起来应用和加工生产。它通常具有两种或两种以上加工技术的特点，其效果比简单运用一种工艺要更好，这种加工技术已日益成为今后的发展方向之一。(5） 研制和发展模具自动加工系统随着计算机控制和数控加工的高速发展，模具制造上已经成功研制出自动加工系统，自动加工系统的运用，使模具制造周期大幅度缩短，误差减少，有效地提高了模具质量，使模具制造全线自动化的可能性增大，生产的型材也可以向大型化、复杂化发展。(6） 在模具制造中应用激光加工技术激光加工技术在模具制造上的应用，主要表现在模具加工工艺的简化上，打孔和切割样板是其主要技术。希望在今后能实

32、现用二维的板片加工代替三维的空间曲面加工。此外，激光加工技术另一个方面还可以用来强化模具表面，在提高模具表面耐磨性和硬度上起着很大的作用。(7） 发展研磨抛光技术目前，模具研磨抛光费时费力，大部分工序仍然依靠手工作业来完成，工作环境恶劣，也不能保证模具的质量，尤其是粗糙度方面。而近年来研磨抛光技术逐渐向自动化方向发展，一些自动研磨抛光设备相继被开发出来，如自动抛光机、机械-超声波二合一抛光机等等，改善了工作环境，省时省力，模具质量也进一步提高。(8） 发展铝挤压工模具产业化和标准化由于CAD/CAM/CAE技术的不断发展，其在模具制造中的应用也越来越广泛，而生产效率和产品质量作为模具生产行业的

33、两大关键标准，在该领域受到的关注日益增多。因此，模具加工不再单纯地依靠手工作用，而是逐步向数控化、自动化转变，模具的设计和制造也向“标准化”和“产业化”的方向发展。1.4 挤压模具设计重要内容挤压模具设计主要包括设计理论和设计方法的选择、模具材料的选择、模具结构的设计计算、尺寸的确定以及强度的校核等。1 合理选择铝合金挤压模具材料目前，制造模具的材料品种非常多，譬如各种合金钢、碳素工具钢、硬质合金、有色金属及合金、铸铁、非金属材料等8。选择合理的模具材料对模具的使用寿命、产品的质量以及效益都有着非常重要的作用。通常选择铝合金挤压模具材料时要考虑以下方面因素9：（1）被挤压金属的性能；（2）挤压

34、产品的品种、形状和规格；（3）挤压工艺条件、方法以及设备；（4）挤压模具的结构和尺寸；（5）模具材料的经济性及其他。2 正确设计模具结构(1） 充分考虑来自各方面的设计因素，如模具设计者确定的因素、模具制造者确定的因素以及挤压生产者确定的因素，之后制作最佳的模具工艺参数和流程，以获得最好的设计效果。具体来说，模具设计者要确定的因素主要有挤压机的选择、模具的外形尺寸和结构、模孔数、尺寸精度公差、分流比及分流孔的结构、焊合腔的尺寸和结构等；模具制造者应该确定的因素主要有形状精度、加工精度、表面硬度以及表面粗糙度等；挤压生产者应该确定的因素主要有挤压机的吨位、挤压速度、加热温度以及工艺润滑等。(2）

35、 按照确定模腔参数、在模具平面上合理布置模孔、计算模孔尺寸、调整金属流动速度、模具强度校核的步骤进行模腔的设计。(3） 保证较好的模具加工质量。具体要求如下9：1 由于模具尺寸越大，硬度要求越低，因此一般要求硬度适中而均匀，模具经过淬火、回火处理，模具硬度应为44-52HRC；2 制造精度必须足够高,配合尺寸具有互换性，模具的尺寸公差和形位公差应符合图纸要求（一般按负公差制造）。3 表面粗糙度必须足够低，表面硬度一般需达到900HV以上，表面应进行磷化处理，氮化处理或其他表面强化处理，如化学热处理及多元素共渗处理等。4 保证好对中性、直线度、垂直度和平行度，配合面接触率达到80%以上。5 保证

36、超声波探伤和表面质量检查之后，模具无内部缺陷和表面缺陷。6 模腔分流孔过渡区、焊合腔中的拐接处及工作带变化处过渡应圆滑均匀，不得出现棱角。第二章 挤压工艺分析2.1 模具材料的选择2.1.1 型材挤压对工模具材料的要求铝型材在挤压过程中，工模具要承受长时的高温、高压作用，激热激冷作用，反复循环的应力作用，冲击载荷和偏心载荷作用，局部应力集中以及高摩擦作用，使用条件非常恶劣，因此对工模具材料的性能要求较高，具体要求如下5：（1）硬度和强度高，挤压工模具通常在高比压的条件下工作，在铝合金挤压过程中，常温下模具材料的b值要大于1500MPa；（2）耐热性好，即在高温下能够抵抗机械负荷，保持一定的屈服

37、强度、强度和韧性，而退火和回火的现象不会过早的出现。挤压工具材料s650MPa，模具材料s1000MPa（工作温度下）；（3）在常温和高温下断裂韧性和冲击韧性好，使模具在具有应力或冲击载荷的情况下不容易发生脆断；（4）稳定性好，即高温下抗氧化稳定性好，不易产生氧化皮；（5）耐磨性好，能够在长时高温、高压和润滑不良的条件下，表面磨损小，尤其铝合金挤压过程中，能够减少金属“粘结”和表面磨损的发生；（6）淬透性好，使工具横截面的力学性能高且均匀；（7）能够适应激冷激热作用，抵抗高的热应力和防止热疲劳裂纹的产生；（8）导热性好，从工模具工作表面快速地散发热量，使尽量不出现挤压件或工模具局部过烧的现象；

38、（9）能够较好的抵抗反复循环应力，持久强度须高，使其不易过早产生疲劳破坏；（10）抗腐蚀性和可氮化性较好；（11）要求膨胀系数必须小，抗蠕变性好；（12）工艺性能好，即材料易于熔炼、锻造、加工以及热处理；（13）材料来源较为充足，容易获取，并考虑经济性，即达到物美价廉。2.1.2 常用模具材料铝型材挤压过程中，工模具大部分是采用热挤压模具钢，而其以钼钢和钨钢两类最为常用，我国主要采用3Cr2W8V和4Cr5MoSiV1钢。3Cr2W8V是典型的钨钢，4Cr5MoSiV1则是典型的钼钢，前些年，国内大多采用 3Cr2W8V钢作为模具材料，但钨钢韧性较低，导热能力差，易导致温度不均匀，加热时易发生

39、脱碳，耐磨性也较低，故而导致模具寿命不高，所以近几年来，4Cr5MoSiV1的应用更为广泛。4Cr5MoSiV1 钢又称H13钢，其化学成分见表2.1，室温和高温力学性能分别见表2.2和表2.310。表2.1 H13钢的化学成分(%)CCrMoVSiMnPNiCuFe0.364.721.441.030.960.350.0210.0510.054余量表2.2 H13钢高温力学性能试验温度/屈服强度/MPa抗拉强度/MPa断面收缩率/%伸长率/%5509021058516.56009601117516.56509801078527.07004515008011.0表2.3 H13钢室温力学性能淬火

40、温度/回火温度/屈服强度/MPa抗拉强度/MPa断面收缩率/%伸长率/%100055060012409581490110047.760.28.211.81100550600165012201830138046.551.17.28.81050550600173011101970129047.052.08.910.5综上，与3Cr2W8V钢比较，4Cr5MoSiV1钢具有以下几个特殊优点11:（1）化学成分更为合理，易用先进熔铸技术使钢材质量提高；（2）热处理性能好，包括工艺稳定，表面化学热处理性能等；（3）热处理之后，高温综合性能好，尤其韧性、塑性、断裂韧性明显优异，热疲劳抗力也较高。综合考虑，

41、故本设计选用 4Cr5MoSiV1 钢作为模具材料。2.2 挤压生产工艺流程 图2.1 铝合金民用建筑型材工艺流程5一个生产工艺通常由几个连续的工序组成，而挤压就是型材加工过程中一个主要工序，图2.1所示工艺流程比较适于生产民用建筑型材以及一些性能要求较低的民用产品。2.3 挤压工艺制度的确定2.3.1 挤压方法的确定挤压方法的确定也是制定最佳挤压工艺的一个关键部分。常用的挤压方法按坯料塑性流动方向分为正挤压、反挤压和侧向挤压，按挤压温度分为热挤压、温挤压、冷挤压。运用不同挤压方法时，挤压工具与被挤压金属间的摩擦程度不同，从而对挤压变形和其他工艺参数造成不同程度的影响，故挤压方法的选择需要满足

42、一定的条件，具体如下：（1）挤压设备的工艺可能性； （2）挤压变形下被挤压金属的变形抗力和塑性；（3）挤压制品满足一定的质量要求；（4）尽量节能环保；（5）易于实现自动化和使用、维护方便等。冷挤压不需加热坯料，室温下进行挤压。其优点是节约原材料，生产率高，制件精度高，缺点是需要的变形抗力大；温挤压预先加热坯料，故变形抗力相比冷挤压较小，但尺寸精度相对降低。热挤压坯料加热到热锻温度，变形抗力明显降低，挤压过程更为容易，综合力学性能较好，但是其材料氧化脱碳问题较为严重，且受热均匀性难以保证，淘-宝.店-铺搜索：“两个半学分”分流桥高度需要经过强度计算校核后才确定，暂取70mm。1 桥墩的选择分流桥

43、强度的增加通常通过在桥的两端增加桥墩的方式，在保证有充足金属流进模孔的前提下，桥墩离模孔越近越好。桥墩的增添，减少了桥的跨度，进而提高了模具的强度，改善了金属的流动性，更好地避免死区的产生。综上所述，本设计分流桥的截面形状如图3.6所示。图3.6 分流桥截面形状3.4.4.1 模芯的设计模芯相当于穿孔针，制品的内腔形状和尺寸由模芯的定径区决定，金属焊合质量、模具的强度和模具的加工方式等也受模芯的结构影响。常见的模芯结构形式有3种：锥式、凸台式和锥台式。当模芯宽度b<10mm时一般采用锥式；当模芯宽度处于10mm<b<20mm时一般采用锥台式；当模芯宽度b>20mm时一般

44、采用凸台式。本挤压模具设计中，由图3.1制品截面图中可以看出，模芯宽度b=33mm，即b>20mm，所以模芯结构形式选用凸台式，其结构如图3.7所示。图3.7 凸台式模芯结构形式为提高模芯刚度，保证有充足金属流入模孔，模芯应尽量做得短一些，可使模芯在挤压过程中不容易失去稳定性。但模芯又不宜太短，太短易使流速不均匀，会影响焊合的质量。一般情况下，模芯要伸出下模的定径带35mm。模芯定径带长度要比下模定径带的上、下相应都长出0.51mm ，防止制造误差引起有效定径带的长度的偏差。本设计取模芯伸出下模的定径带3mm，模腔外形按空心型材的空心部分确定。图3.8中具体参数为R1=3mm，R2=7m

45、m，e=7mm，h=1mm。型芯总长度等于焊合室高度h、模孔工作带长度及型芯深处长度之和，即L=(20+4.5+3)=27.5mm，型芯截面形状尺寸由模孔尺寸来确定，其截面形状如图3.8所示。图3.8 模芯截面尺寸3.4.4.2 焊合室设计焊合室的入口形式，形状和深度，都会影响到金属流动的均匀性，焊合的质量以及挤压力的大小。1 焊合室的截面形状圆形和蝶形是常用的两种焊合室截面形状，若采用圆形截面焊合室，两分流孔之间会有很明显的死区产生，则挤压阻力会相应地增加，对焊缝质量也有所影响；若采用蝶形截面焊合室，死区会得以消除，则焊缝质量会得到提高。为了把焊合室边缘和模孔平面接合处的死区消除，一般采用大

46、圆角(R=520mm)或者给焊合室设置15°左右的入口角度的方式，从而减少挤压阻力，改善金属流动。故本挤压模具设计中，宜采用蝶形截面焊合室，大圆角取R=12mm。2 焊合室的位置焊合室可设计在下模，也可以设计在上模，甚至可以一半在上模、一半在下模，但一般将焊合室设计在下模上。本设计，选择在下模设计焊合室。3 焊合室深度随着焊合腔容积的增大，随着焊合腔截面积与制件截面积的比值的增大，焊合腔内的静水压力值也就越大。若使焊合室中静水压力超过挤压金属的屈服强度的1020倍，则获得的焊缝的强度会很高。焊合室深度不宜太浅，也不宜太深。若焊合室太浅，因摩擦力太小，不能建立足够的反压力，静水压力值不

47、足，会有焊合不良的情况发生，同时还使挤压速度和制品的尺寸精度得到了限制。相反，若焊合室太深，模芯长度便会增加，模芯的稳定性受到影响，故易出现壁厚不均匀，且会使金属积存过多，成品率降低，不能保证良好的制品质量1。在实际生产中，可根据挤压筒的大小来对焊合室的深度选取经验值，如表3.6所示。若挤压筒直径在500mm 以下，也可按照经验公式3.7确定：表3.6 焊合室深度与挤压筒的关系挤压筒直径/mm95130150200200280300350500焊合室深度/mm10152025303540504060500mm以下挤压筒的焊合室深度 h经验公式：h=(0.10.15) D0 （3.7）式中D0挤

48、压筒直径。本挤压模具设计中，挤压筒直径D0=140mm，则1 根据表3.6，焊合室深度h在1520mm之间；2 根据经验公式3.7，焊合室深度h=(0.10.15) D0=(0.10.15)×140mm=1421mm。综合考虑，本设计取焊合室深度h=20mm，焊合室截面形状及剖面图如图3.9所示。图3.9 焊合室3.4.4.3 模孔尺寸的计算民用建筑铝合金型材多采用平面分流组合模生产出来。这些型材外廓尺寸大，形状复杂，壁厚薄，并且既要满足强度的要求，又要使重量尽量减轻，降低生产的成本，减少材料的损耗。故壁厚和外形尺寸考虑下偏差，模具设计过程中考虑金属在冷却之后的收缩量。模孔的外形尺寸

49、由3.8式确定：A=A0+KA0=(1+K)A0（3.8）式中，A制品外形的模孔尺寸，mm； . A0制品外形的公称尺寸，mm； K经验系数，6063铝合金，取K=0.012。制品壁厚的模孔尺寸由3.9式确定：B=B0（3.9）式中，B制品壁厚的模孔尺寸，mm； B0制品壁厚的公称尺寸，mm； 壁厚模孔尺寸增量，当B03mm时，=00.05mm；当B0>3mm时， =0.1mm。查公差表得，各尺寸为：外形： 壁厚：各模孔尺寸为：外形的模孔尺寸为：(1+0.012)×83=83.996mm，取84.00mm；外形的模孔尺寸为：(1+0.012)×35=35.42mm，取

50、35.42mm；外形的模孔尺寸为：(1+0.012)×4=4.048mm，取4.05mm；外形的模孔尺寸为：(1+0.012)×1=1.012mm，取1.01mm；外形的模孔尺寸为：(1+0.012)×15=15.18mm，取15.18mm；外形的模孔尺寸为：(1+0.012)×22=22.264mm，取22.26mm；外形的模孔尺寸为：(1+0.012)×1.5=1.518mm，取1.52mm；外形的模孔尺寸为：(1+0.012)×7=7.084mm，取7.08mm；圆角0.5的模孔尺寸可按名义尺寸设计，即仍为0.5mm；壁厚的模孔

51、尺寸为：1+(00.05)=11.05mm，取1.05mm。则模孔尺寸设计结果如图3.10所示。图3.10 模孔尺寸3.4.4.4 模孔工作带长度的确定工作带长度是型材模孔设计中一重要参数，其对制品的质量有着十分重要的影响。因为工作带阻碍金属的流动，故增加工作带的长度能够增大摩擦阻力，使金属流向阻力小的部位，从而使型材断面金属流动较为均匀。因此，若定径带过短,模具容易磨损,制品表面易出现压痕等缺陷；若定径带过长,定径带上容易粘结金属, 制品表面同样容易出现毛刺、划伤、麻面等缺陷,挤压力也会增高。对于对称性较好，外形尺寸较小且壁厚基本相等的简单型材，工作带的长度基本可以设置为相等；对于对称性较差

52、，外形尺寸较大且壁厚相差较大的复杂断面的型材，工作带的长度应该设置为不同，以便调节金属流动速度5，离模具中心越远或者壁厚较厚处，应该设置更长的工作带长度。在确定平面分流组合模的工作带长度时，除了要考虑型材的壁厚及其距离模具中心的远近，还要考虑分流孔的分布、大小和模孔被分流桥遮蔽的情况，有时，分流孔中流入的金属的分布情况甚至占有决定作用。所以在设计过程中，应该尽量把壁厚较厚处置于分流桥下或者离模具中心较远的地方18。因为分流桥对金属流入有一定阻碍作用，分流桥底下的模孔金属流入较困难，所以分流桥底下的模孔工作带一般设置地较短；尤其壁厚最薄、模孔最窄的地方一般设置为工作带最短处，其长度可设置为两倍的

53、壁厚。铝合金在实际生产中，工作带的最小长度值可根据挤压机的吨位和型材的规格来确定，如表3.7。表3.7 模孔工作带最小长度值挤压机/MN125503516.3207.512.5工作带最小长度/mm51048362.551.53 本设计中，挤压机为1000T（9.8MN），故工作带最小长度取2mm。平面分流模和一般的平面模不同，其模孔的工作带长度可以按以下原则来确定19：1 空心部位工作带长度的确定（1）分流桥底下，金属流进较为困难，其工作带长度一般取为型材壁厚t的2倍，本设计中取2t=2×1=2mm；（2）与分流孔相邻的部位，其工作带长度可以取为(2t+1) mm，也可以取得更长一点

54、，本设计中取为3mm；（3）其它的部位可视具体情况来确定。2 与空心部位相邻的实心部位的工作带长度的确定（1）在分流桥下面，金属可以直接到达的部位，其工作带长度可以取为(34)t mm，本设计中，(34)t =(34)×1=34 mm，取为3.5 mm；（2）在分流孔下面，金属可以直接到达的部位，其工作带长度可以取为(45)t mm，本设计中，(45)t =(45)×1=45 mm，取为4.5 mm；3 模芯工作带的入口和出口端的工作带长度应该比模孔工作带长度长0.51.0 mm；4 若模孔工作带长度变化较大，则模芯的工作带长度应该作相应的变化。5 在工作带长度突然发生变化

55、的地方，应采用30°或45°的斜坡圆滑过渡，防止制品上凸棱、凹下等出现，保证制品表面质量13。综上，模孔各部分的工作带长度如图3.11所示（a）工作带长度分布 （b）模孔工作带长度图3.11 工作带长度图3.4.4.5 模孔空刀结构设计模孔定径带的出口端的悬臂支承结构称为模孔空刀，其结构形式和尺寸应合理地选择，因为其影响到模具的强度以及制品表面质量等。常见的空刀结构形式主要有：直角切口、圆弧切口、斜切口、圆弧与斜度组合切口以及斜度与圆弧阶梯切口五种类型。当制品的壁厚较厚（t>2mm）时，主要采用直角切口的空刀形式；当制品的壁厚较薄（t<2mm）或制品模孔处带有悬臂时，主要采用斜切口或圆弧与斜度组合切口的空刀形式。本设计制品壁厚t=1mm<2mm，故采用斜切口的形式，如图3.12所示。图3.12 模孔空刀结构形式3.4.1 定位结构和螺钉的设计3