挤压模-大截面铝合金型材散热管的挤压模具设计

1、 第 39 页大截面铝合金型材散热管的挤压模具设计摘 要随着工业和建筑行业的高速发展，我国建筑铝型材工业也得到了迅猛的发 展。铝合金及其型材的应用范围在不断的扩大，甚至已经渐渐的取代了其他的一些合金，可见，铝合金及其型材在工业中的重要性。在日常生活中我们可以看到很多铝合金及其型材的产品，比如说房屋建筑中的门和窗，交通工具中的汽车、飞机等。也正是由于铝合金及其型材在我们日常生活中应用的广泛性和普遍性，人们对铝制品的质量也提出了更高的要求，如何生产出高质量、低成本、优性能的产品成为了铝合金及其型材的发展方向。铝合金材料主要元素为镁和硅，具有加工性能极佳、优良的可焊接性、挤出 性及电镀性，是典型的挤

2、压合金。其中6063铝合金型材是铝合金产品中应用最为最广泛的材料之一。铝合金产品质量的好与坏不仅仅取决于材料的性能，更重要的是决定于模具。铝材在挤压过程中，如挤压模具质量不是很好或者设计的结构不合理，就会使得铝产品产生划痕、裂痕等缺陷。因此，在铝合金挤压产品中其产品质量的优劣关键是在于挤压模具质量。本文介绍了铝合金挤压模具的设计准则及其工艺方案的确定，尤其是针对大截面铝合金型材散热管进行平面分流组合模设计，同时根据给定的产品进行全面的分析，得出设计方法、设计要点、设计流程等，同时运用AutoCAD绘图软件系统绘制出模具的零件图和装配图。关键词：铝合金；挤压；平面分流组合模；模具设计Extrus

3、ion die design of large section aluminum alloy radiatorAbstractWith the rapid development of industry and the construction industry,Chinas architectural aluminum profile industry has been rapid development.The application range of aluminum alloy is expanding now,even have gradually replaced some oth

4、er alloys.So, aluminum alloy and its profile is very important in industry.In everyday life, we can see many products of aluminum alloy and its profile,for example, building doors and windows;the car and aircraft in the traffic industry.It is also because of the universality of the application of al

5、uminum alloy and its profile in our daily life,people also put higher requirements on the quality of the aluminum products.So how to produce high quality, low cost, superior performance products has become the development direction of aluminum alloy and its profile.Aluminum alloy elements such as ma

6、gnesium and silicon,has excellent processing properties,excellent weldability, extrusion,is a typical extrusion alloy.6063 aluminum alloy profile is one of the most widely used material used in the aluminum alloy products.Properties of aluminum alloy product quality is good or bad depends not only o

7、n the material, the more important is determined by the mold. Aluminum in the extrusion process, extrusion mould quality is not very good will make the aluminum products appear surface scratches,defects such as cracks.Therefore,the key of the quality in the aluminum alloy extruded products is the qu

8、ality of extrusion die.This paper introduces how to determinate the design criterion of the aluminum alloy extrusion die and its process scheme, especially for large section aluminum alloy radiating tube porthole die design,at the same time to conduct a comprehensive analysis according to the given

9、product, get the design method and key points of the design, design process, and then use the AutoCAD drawing software system to draw the parts drawing and assembly drawing at the same time.Key words：aluminum alloy; extrusion; planar porthole die; die design目 录摘 要IAbstractII1 绪论11.1 引言11.2 挤压在轻合金加工中

10、的地位21.3 铝合金挤压技术的现状与发展21.3.1 国内铝合金挤压技术的现状与发展21.3.2 国外铝合金挤压技术的现状与发展31.3.3 国内外铝合金挤压技术的比较31.4 挤压模具在挤压过程中的重要意义41.5 铝挤压模具技术的发展概况51.5.1 国内铝挤压模具技术的现状与发展趋势51.5.2 国外铝挤压模具技术的现状与发展趋势61.5.3 台湾铝挤压模具技术的现状与发展趋势71.5.4 国内外铝挤压模具技术的发展比较82 模具材料的合理选择102.1 模具材料的选择要求102.2 铝型材挤压模具的工作条件102.3 模具材料的选择112.4 挤压件材料性能分析123 型材模具设计的

11、要求133.1 挤压模具设计时应考虑的主要问题133.1.1 挤压模具设计时应考虑的主要问题133.1.2 热挤压模具设计的内容133.2 模具设计的技术条件及基本要求144 模具设计154.1 制品分析154.1.1 挤压件分析154.1.2 挤压件的尺寸分析164.2 挤压方法的选择与确定164.2.1 挤压工艺的分类164.2.2 挤压方法的选择164.3 挤压设备的选择174.3.1 制品的截面积174.3.2 挤压设备的选用原则174.3.3 设备和坯料的选择174.4 挤压力的计算194.5 模具尺寸194.5.1 模具外径194.5.2 模具厚度204.5.3 模角204.6 平

12、面分流组合模设计214.6.1 模具设计分析214.6.2 平面分流组合模结构214.7 上模设计214.7.1 分流孔的设计214.7.2 分流桥的设计224.7.3 模芯的设计234.8 下模设计244.8.1 下模结构244.8.2 焊合室设计244.8.3 模孔设计254.8.4 模孔工作带长度的确定264.8.5 模孔空刀结构设计274.9 定位销的选择(摘自GB/T 119.1-2000)284.10 联结螺钉的选择(摘自GB/T 70.1-2000)284.11 模子强度校核284.11.1 分流桥弯曲应力的校核284.11.2 分流孔道抗剪应力的校核295 模具设计图305.1

13、 挤压模具装配图305.2 挤压模具上模315.3 挤压模具下模32总 结33致 谢34参考文献35 1 绪论1.1 引言与其他的有色金属、钢铁、塑料和木材等相比,铝及其铝合金具有重量轻、导电导热性好、耐腐蚀、外形美观等优良特点,同时还具有良好的力学性能、优良的铸造性能和焊接性能,除此之外,铝合金的塑性加工能力强,切削加工性能、铆接性能及表面处理性能也很好。因此,铝合金制品被广泛的应用于航天航空、汽车船舶、桥梁建筑、电子电气、冶金化工及机械制造等各个领域。世界各国均将铝合金及其产业作为重点发展方向,其应用受到了广泛的重视,将在未来的诸多领域替代现有的材料,如钢铁和塑料等,目前其消费量在金属材料

14、中仅次于钢铁。在铝合金的加工过程中,挤压成形是铝型材生产的核心步骤,可以精确加工和生产具有复杂形状和特殊要求的铝合金材料。我们所说的铝型材挤压是指将铝合金高温铸坯通入专用模具(机头)内,在挤压机提供的强大压力作用下,按给定的速度,将铝合金从模腔中挤出,从而获得所需要的形状、尺寸以及具有一定力学性能的铝合金挤压型材。铝合金型材的挤压成型过程非常复杂,这么说是因为铝型材挤压大多数都是属于三维流动大变形问题，而且挤压过程中的工作区域是根据挤压力的极限、允许的表面缺陷极限以及性能极限决定的。而这些极限不是由一个参数决定的(例如挤压过程挤压力的极限,不仅由挤压力的大小决定,也与模具的设计有关),是许多与

15、挤压设备有关因素复合的结果。但是在众多的因素之中，对挤压产品的质量影响最大的还是挤压模具质量的综合水平。因此,挤压模具的合理设计与制造能大大延长模具寿命,对于提高生产效率、降低成本和能耗具有重要意义。可见，挤压成形的模具结构、工装设备等对最终产品的质量都有直接的影响。模具的设计、加工工艺、适用范围和使用寿命是决定挤压生产优质、高效和低成本的关键。所以说学习好挤压模具的设计制造过程是很有必要的，这不仅能锻炼我们独立思考和研究的能力，更能将所学习到的理论知识运用到实际生产中来，在实践中检验我们的所学，同时也在实践中来纠正我们以前错误的思维，是我们能更好的掌握挤压模具的设计过程，这都会为我们未来的学

16、习和工作中打下坚实的基础。1.2 挤压在轻合金加工中的地位挤压加工在轻合金加工材料体系中占有特殊的地位。这主要是因为近年来随着科学技术的进步与发展，人们对轻合金产品的结构精度、形状和组织性能等各方面的指标提出了更高的要求。而为了向用户保证各种轻合金产品的质量，要求我们研究和发展各种新的生产技术和适用于轻合金的生产技术，经大量的实践证明，相比于如轧制、锻造等加工方法，挤压加工生产技术有较大的优越性和先进性。由此也可见，在轻合金的生产中，挤压加工生产技术也在逐渐的占有更重要的地位和作用。归纳起来，挤压加工有下列特点：（1）被淘-宝.店-铺搜索：“两个半学分”他方法加工的同类产品要高。（5）工艺流程

17、简短、生产操作方便，一次性可获得比模锻或成形轧制等方法面积更大的整体机构部件，而且投资少、模具费用低、经济效益高。（6）轻金属具有良好的挤压特性，可以通过多种挤压工艺和模具结构进行加工。综上所述，可见挤压加工生产技术有着许多轧制、锻造等技术所不具备的优越特点，是我们生产轻合金的首要选择的技术之一。1.3 铝合金挤压技术的现状与发展1.3.1 国内铝合金挤压技术的现状与发展在建国以前，我国的铝合金挤压技术生产基本上是空白的。自从1949年以后，中国逐渐建立起独立的挤压工业，这在很大程度上促进了挤压生产的向前发展。目前，我国已经建立起了比较完整的大、中、小配套的挤压工业体系。到2005年底，我国铝

18、合金型材的挤压机的数量已经达到3000台，结构和自动化的程度也有了很大程度上的改进和提高，油压单独传动挤压机的自动速控装置都达到了较高的水平。不仅挤压技术不断得到提高和完善，挤压工艺也在不断改进，新的挤压方法和挤压工艺正在一些工厂和研究单位进行试验研究，并获得一定的应用。除了挤压技术水平在不断的提高，铝合金挤压材的品种规格正在与日俱增，据初步统计，目前我国铝型材品种已经超过10000种，壁板的最大宽度可达到932mm，型材的最大断面积达400c，长度达1030m，同时用异形针穿孔法进行生产无缝异形空心旋翼大梁型材，用自行设计和制造的有独创性的670mm270mm1600mm扁挤压筒和扁锭固定挤

19、压垫片，为高速铁路和地铁研制了首批轨道车辆用大型铝合金型材等。虽然我国的铝合金挤压技术有了明显的进步，但仍然有很多地方需要改进和完善，我国也正向着更好的方向前进和研究，要将基础的理论知识与实际应用相结合起来，达到增加产量、降低消耗、节能减排、提高生产效率、降低成本和改善品质的共同目标。1.3.2 国外铝合金挤压技术的现状与发展我国的铝挤压技术起步比较晚，虽然说铝合金挤压技术较以前有了很大的进步，为了更好的速进挤压技术的发展，而且正在不断地提高和完善挤压技术，但是在挤压品的质量和挤压生产效率以及标准化程度来看，相比于世界上的其他国家，都存在较大差距。目前，世界上的铝合金型材挤压生产技术发展的非常

20、迅速，而且世界各国的研究人员仍然在不断的对铝合金型材挤压技术进行研究和改善，使得铝型材挤压正在向大型化、精密化、多品种、多规格等各个方向发展，挤压的生产也逐渐的趋于连续化、自动化和专业化。世界上各发达国家的挤压工艺设备向大型化、现代化、精密化和生产线自动化方向发展，大型优质圆、扁挤压筒与特种模具技术均取得了突破性的进展。与此同时，挤压工艺与方案、铝挤压材的产品结构也在不断的改进。挤压技术的不断完善和进步，极大地促进了国家的发展以及铝挤压工业的前进。1.3.3 国内外铝合金挤压技术的比较我国虽然已经成为了世界上的挤压大国，但是还不是挤压强国，与工业发达的国家比较起来，我国的铝合金挤压技术仍存在一

21、定的差距。例如，在方向挤压技术方面，前苏联、法国、日本早已经得到广泛推广，可是中国还处于比较落后的状态；在大型铝型材短程挤压机方面，法国和德国等国家早在上世纪后期已经发明了这类装备，而我国在这方面的起步比较晚，近年来才对此有所研究；在大型铝型材牵引技术方面，外国许多国家早已建立了比较成熟的大型铝型材双牵技术，而我国虽然在单牵引技术方面已经成熟，但是在双牵引方面才开始研究；在工厂的规模上，国内数量多而规模小，国外则是数量少而规模大；在产品品种方面，国内产品品种以建筑铝型材为主，少量的工业型材和管材，且高精度管材和部分工业型材尚需要进口，而国外已经可以生产各种高精度型材和交通运输用大断面型材；在挤

22、压机吨位、挤压机速度、挤压材成品率等方面，与国外比较起来都存在一定的差距。1.4 挤压模具在挤压过程中的重要意义挤压产品的好与坏，绝大程度上是取决于挤压模具的质量，由此可见挤压模具在实现挤压过程中是有着相当大的重要意义，模具的质量与使用寿命对铝合金挤压生产、高产、减少能耗和高效有着很大的影响，是挤压产品高质量的有效保证之一。挤压制品的质量和使用性能基本上是由挤压模具所决定的，可以说，挤压模具的优劣决定着挤压制品的质量高低。由此可见，挤压模具的合理设计与制造是至关重要的，这对于提高生产效率、改善生产环境、降低生产成本等方面都有着重要意义。首先，合理的模具结构设计是实现挤压工艺过程的基础，是保证产

23、品成形，具有正确形状、尺寸精度的基本工具，因为模具是使金属产生变形和传递压力的关键部件；其次，模具的结构、精度和表面光滑度对产品的内外表面质量也有着重要的影响，在一定的程度上也可控制产品的力学性能和内部组织；除此之外，模具合理的结构设计与制造，在能大大地提高模具寿命的同时，还能降低生产制造成本，降低生产者的劳动强度，减少生产制造的时间，改善生产环境等等。由此可见，挤压模具在挤压过程中起着至关重要的作用。尤其是近年来建材市场迅猛发展带动了铝加工行业的飞速发展，而挤压模具在铝型材的加工过程中尤为重要。也正是因为如此，世界各国正在努力的改善和发展挤压模具的技术和制造水平。1.5 铝挤压模具技术的发展

24、概况1.5.1 国内铝挤压模具技术的现状与发展趋势挤压技术发展的初期,由于挤压技术水平较低，挤压生产条件受到很大的限制，挤压产品质量不是很高，而且挤压机的吨位大多数都较小,结构简单,产品形状单一且断面轮廓较小,被挤压合金较软,所以当时的挤压模具一般为结构形状简单、尺寸较小的平面模。当时的模具材料多为普通工具钢,采用一般的机械加工方法和普通的热处理方法制造。随着铝合金挤压型材多方向的发展,对挤压模具提出了各种不同的要求。目前,不仅出现了多种新型结构的模具,还研制功了多种在高温下b达到1500兆帕以上的高级耐热、耐磨、高强、高韧模具材料,并在此基础之上开发了多种大型的基本挤压工具。除了研究处许多的

25、挤压工具外，真空精密、少氧化等新型热处理工艺和硫化、化学沉积、电镀、电火花强化等新型表面强化处理工艺也得到了很大的发展。而且广泛地采用了电子计算机辅助设计和辅助制造(CAD/CAM)挤压模具技术,大型计算机的开发和应用以及CAD/CAM技淘-宝.店-铺搜索：“两个半学分”计和制造,乃至整个挤压的过程走向全盘自动化、连续化生产打下了良好的基础。总而言之,在近十几年中,金属的挤压加工理论和挤压模具设计理论有了相当大的进展,这提供了许多的不仅可供应用而且有价值的分析方法来获得挤压过程中工模具上的应力一应变、温度一速度等的分布及其变化,为合理地设计和制造工模具提供了有力的保证。特别是近几年来,模具CA

26、D/CAM技术的进一步发展，随着大型计算机的研制与应用,优化设计理论与应用的进一步完善,相关学科的进一步发展和揉合等,这些都极大地促进了金属挤压模具技术的发展。尤其是在我国模具工业非常兴旺发达的80年代,通过“六五”和“七五”攻关,对模具的设计和CAD/CAM技术,模具的材料及其热处理和表面处理技术,模具的加工工艺、模具修理及其科学管理等方面进行了深入系统的研究，在引进国外设备和技术的基础上,进行了广泛而深刻地学习、吸收、创新和国产化工作,有的方面已达到了国际先进水平。随着科学技术的进步和国民经济的快速发展，人民对各类产品的需求量越来越大，这就要求模具的生产也要以更高的速度进行。同时，也说明了

27、我国的铝挤压模具的生产技术的发展方向：模具的需求量将继续的增长，特别是机械、动力能源、交通运输等工业部门的铝合金挤压材用模量将大大增加；模具新材料的开发应用，提高模具的质量和使用寿命；开发新型的模具结构，提高产品的尺寸精度和形位精度等；电子计算机技术及虚拟设计技术的开发应用，因为随着科学技术的进步，计算机技术的应用越来越重要，并在模具的设计、检测、使用和维修等方面起着重要的作用；模具复合加工技术的开发和应用；朝着铝挤压模具标准化和产业化的发展等等。1.5.2 国外铝挤压模具技术的现状与发展趋势随着科学技术的发展以及人们对铝挤压产品的要求的逐渐提高，使得铝挤压模具技术的发展得到了广泛的提高。模具

28、材料的选用经历了一个由碳素工具钢低合金工具钢高合金工具钢高级合金钢的发展过程。铝合金挤压模一般采用的是热加工模具钢。为了提高模具的使用寿命,使模具可以满足极端的挤压加工工艺条件,世界各国对模具材料进行了广泛研究,开发了多种新模具钢材料,如高温合金,硬质合金,陶瓷和粉末烧结钢等。此外还根据加工条件,研究推广了如根据材料的加工过程设定新的预处理工艺、强韧化处理、真空热处理、气氛热处理等多种先进的热处理技术,以及离子硫、碳、氮等多元共渗、离子氮化、气体氮化、等离子渗氮、低温渗硼、PVD和CVD沉积技术等,这些表面沉积处理和物理化学处理,提高了模具材料的强度和性能,对于提升模具的质量和使用寿命具有重要

29、的推动作用。同时对模具的结构和设计原则都有不同程度上的改进，总结起来国外铝合金挤压模具的发展概况如下：（1）国外在模具设计和科研、加工等方面做了大量的工作,在加工方面采用程序控制,并广泛应用计算机技术。并且应用衍磨机或掖体喷射法研磨模具,致使模具的精度和光洁度都比较良好。我国也必须重视合理、科学地设针模具、改善模具的结构形式和强度考核的设计原则,不断改革模具设计的理论和方法,多学习和引进新的技术，不断地采用电子计算机辅助设计模具等。（2）择更好的材质,研究采用先进的热处理工艺:国外的先进经验表明,将研制新材质和开发新型热处理工艺有机地结合起来,是解决提高模具使用寿命这一课题的有效途径之一。例如

30、日本采用新型模具钢DAC(KKD-61),含铬5%左右,结合先进的金属热处理工艺,一套平模可以挤压招材40多吨,一套分流组合模可以挤压铝材20吨左右,而我国一套平模只能一,挤压铝材1015吨,而分流组合模只能挤压铝材23吨左右。（3）提有模具的加工质量,改进挤压机的设备结构和挤压工艺技术:必须采用新型的加工工艺技术,以提高模具质量以及延长模具使用寿命。必颤进一步改善工作条件,合理使用和维护模具,如采用掖、气冷却模具、全淮猾挤压和降抵挤压力等新工艺,加强对使用前模具的质量检查,建立挤压模具档案卡,改进和提高模具的修复工艺技术和模具的多次表面处理技术,以发挥模具的楷力,进行多次返修使用。总而言之，

31、国外的挤压模具设计技术水平发展是比较全面的，无论是在模具材料上的研究和处理上，还是在模具本身的结构设计、结构的改善以及模具生产设备的不断改进以及先进的计算机辅助设计技术的应用上，都是值得我国学习和借鉴的。不仅如此，世界各国仍然致力于寿命更高、精度更高、成本更低、能耗更小、劳动环境更好等等更先进的方向发展。1.5.3 台湾铝挤压模具技术的现状与发展趋势台湾模具技术一般不太高，模具主要材料为SKD级的，硬质合金很少用。其模具的加工设备主要引进了国外的数控加工中心，其中日本产的机床占多数，台湾产的成型磨、电火花机床只占少数。台湾的模具制造者一般不能正确的忠实于模具的基本加工技术，他们认为没有必要达到

32、日本模具制造水平的程度，对于模具的硬度也不能认真对待，所以模具质量一般不高，制造的精度远低于国外的制造水平，模具的使用寿命也会因此而大大地降低。由于台湾的挤压模具生产技术有待改善和提高，所以说其未来的发展趋势是生产高精度、高寿命的模具，引进CAD/CAM计算机电子辅助生产设备和设计技术以补充模具设计能力的不足，在学习和研究国外先进挤压模具生产技术的同时，结合自身的社会实际现状，提高固有的挤压模具技术，引进符合自己实际的先进挤压模具生产技术，促进社会的全面进步和发展。1.5.4 国内外铝挤压模具技术的发展比较科学技术在不断地进步，人们生活质量也在逐渐地得到提高，使得人们对挤压产品的质量要求、使用

33、寿命、使用性能以及维修等方面都提出了很高的要求，这也间接的促进了各个国家对挤压模具的设计、制造等技术的发展和完善，尤其在当今这个信息化的世界，计算机技术在挤压模具研究领域中得以广泛应用的时候，大大地方便了研究人员的学习和设计，促进了人们对挤压模具方面知识的研究，从而也使挤压模具技术得到了更加全面的发展。模具的重要性不言而喻，一个国家想要发展工业，就不能忽视在实际的工业生产中模具对于产品所起到的决定性作用。为了提高挤压模具的质量、使用寿命和制造精度，发展挤压技术，各个国家对模具的设计、制造、使用和维修等方面开展了广泛的研究，并取得了可喜的进展。生产需要的迅猛发展，促进了科学技术的不断发展，从而使

34、得CAD/CAM技术已经进入实用阶段，而且已经开发出了各种实用软件，与此同时，更多的科学研究工作者也在努力地学习和研究，为提高挤压模具的生产制造水平做出了很大的贡献，极大地促进了模具技术的发展。虽然说我国的挤压模具技术水平较以前已经取得了相当大的进展和提高，研究模具设计方面的人才也比以前多出很多，而且技术水平也在日趋专业化和先进化。但是,由于我国的研究模具生产制造起步较晚，而且模具技术底子薄,所以说在综合水平上与国外相比仍有一定的差距,见表1.1。由表1可见，与国外相比，我国的模具技术水平还有待提高。我国的模具技术仍有一段很长的路要走，相信在不久的未来，我国的模具技术水平将赶上甚至超过其他发达

35、国家的水平。表1.1 国内外模具技术的主要差距Table1.1 The main difference between domestic and abroad in mould technology指标国际先进水平国内目前水平设计理论和方法普遍采用动态热分析有限元和电子计算机分析计算基本采用传统方法，开始研究和开发新理论、新方法CAD/CAM技术普遍采用CAD/CAM技术，并从二维向三维发展，开发了大量的平面模和组合模及其他结构模具的应用软件，且商品化。已开发出简单形式的平面模和平面分流组合模的二维使用软件、及导流模应用软件，正向三维推进模具材料以H13及改进型钢为主，采用电渣重熔炉在线精炼，

36、冶金质量稳定可靠，并开始研制陶瓷、高温和粉末冶金等新型模具材料以H13代替3Cr2W8V钢，H13的冶金质量正在逐步提高，开始研发新型模具材料模具加工技术机加工、电加工和热加工水平很高，机床的NC/CNC程度达90%以上，实现全线自动化生产推行机电热综合加工方法，传统的手工加工法仍占相当大的比重，机床的NC/CNC程度为50%左右热处理技术普遍推广预处理、真空和保护气氛热处理传统热处理方法占70%以上，开始采用真空和保护气氛热处理工艺表面处理技术普遍采用各种表面处理技术，可处理窄缝（0.6mm）模孔，表面硬度可达HV25004000开发并推广了几种有效的表面处理技术，可处理0.76mm以上的窄

37、缝模孔，表面硬度可达HV20002500生产方式及专业化标准化程度高度专业化、集约化生产，专业化、标准化生产生产程度达75%90%多采取大而全、小而全的生产方式，专业化、标准化生产程度仅达20%30%模具的平均使用寿命平面模：3050t/模.组合模：2025t/模平面模：1020t/模.组合模：1015t/模挤压材成品率80%85%70%80%2 模具材料的合理选择2.1 模具材料的选择要求型材挤压时对模具材料的要求如下：（1） 高强度值和高硬度值。挤压工具和模具一般在比较高比压条件下工作，因此，在挤压铝合金时，要求模具材料在常温下b值应大于1500MPa。（2） 高的稳定性。即在高温下有高抗

38、氧化稳定性，不易产生氧化皮。（3） 具有良好的淬透性。确保工具的整个工作断面有较高的并且均匀的力学性能。（4） 具有抗激冷、激热的适应能力。以抗高热应力和防止工具在连续、反复、长时间使用中产生热疲劳裂纹。（5） 抗反复循环应力性能强。即要求高的持久强度，防止过早疲劳破坏。（6） 具有一定的抗腐蚀性和良好的可氮化特性。（7） 良好的工艺性能。即材料易于熔炼、锻造、加工和热处理。（8） 所有的工模具材料在国内应易于获取，并尽可能符合最佳经济原则，即物美价廉。2.2 铝型材挤压模具的工作条件在挤压的过程中，挤压模具的生产工件条件是十分复杂和繁重的，随着挤压技术水平的不断发展，挤压制件的质量也在不断的

39、得到改善，挤压产品品种的增加和规格大型化，形状复杂化要求的提高。挤压模具的工作条件也变得更为恶劣了，简单介绍如下：（1） 承受长时间的高温作用。金属的热挤压大多是在较高的温度下进行的，不仅仅要与高温的铸锭接触，并且参与变形的挤压模具表面温度局部可高达550C以上，时间有时甚至数个小时。长时间的高温作用，极大地恶化了金属与挤压模具之间的摩擦条件，降低了工模具材料的强度，加速了模具的破损。（2） 承受长时间的高压作用。挤压过程中挤压机的吨位不一，公称压力也有所不同，作用在挤压模具上面的力也不一，从挤压纯铝所需要的最小单位压力100MPa到某些铝合金空心型材的1000MPa。（3） 承受激冷激热作用

40、。挤压铝合金时，工模具工作和非工作时间的温差可达200 300C以上，而且模具上的不同工作部位的温度也不同，均会存在一定的温差。（4） 承受反复循环应力作用。挤压过程本身就是一个周期性的间歇式操作过程，大部分工具在挤压时受压应力，在非工作时间突然卸载，应力下降到零，挤压过程中模具部件的应力状态是极其复杂和不稳定的。（5） 承受偏心载荷和冲击载荷作用。在细长件、薄壁空心件中，模具会受到偏心载荷、冲击载荷、扭曲和横向弯曲应力的作用，偏心载荷和冲击载荷的作用会导致模具不同程度上的磨损和破坏。（6） 承受高温高压下的高摩擦作用。铝合金在挤压过程中极易与模具产生“粘结”作用，并与模具不断地摩擦。（7）

41、承受局部应力集中作用。挤压件产品形状不一，品种多样，产品形状比较复杂，相应模具的形状和结构也较复杂，因而在高温高压下容易产生局部的应力集中。2.3 模具材料的选择热挤压模具材料的选择可参照表2.1。表2.1 热挤压模具材料选择Table 2.1 Selection of hot extrusion die material模具零件名称挤压件材料铝、镁合金模具材料硬度（HRC）凹模4Cr5MoSiV1，4Cr5MoSiV4751凸模与芯棒4Cr5MoSiV1，4Cr3Mo3SiV4650芯棒镶块W6Mo5Cr4V2，6W6Mo5Cr4V5560凹模内套4Cr5MoSiV，4Cr5MoSiV142

42、47垫块顶杆4Cr5MoSiV1，4Cr5MoSiV4044查看表2.1可知，在挤压铝合金时，模具的材料使用较多和较普遍的是4Cr5MoSiV1，又称H13钢。可见H13钢的性能足够满足挤压生产的要求，故本设计选用的模具材料是4Cr5MoSiV1。模具材料的化学成分见表2.2。表2.2 材料的化学成分（质量分数，%）Table 2.2 Chemical composition(,%)元素CSiMnCrMoV其它含量0.320.420.801.200.404.505.501.201.500.801.10-H13钢属于铬系热模具钢，材料中含有大约5的铬，并且加有一定的钼、钨、钒和硅等合金元素。由于

43、铬的含量比较高，使得模具具有比较高的淬透性，而当加入1Mo时，会更进一步的提高模具的淬透性，而且尺寸较大的模具淬火时也可以空冷。铬、硅合金元素的作用主要是提高钢的耐热疲劳性和抗氧化性。钒可以加强钢的二次硬化效果，增加钢的稳定性。铬系热作模具钢的韧性、耐热疲劳性都较好。综合来看，H13钢的整体性能较好。2.4 挤压件材料性能分析本设计选用6063铝合金,其强度高，质量轻，加工性能好，在退火状态下，该合金有优良的耐蚀性及物理机械性能，是一种可以时效强化的Al-Mg-Si系合金，是典型的挤压合金，挤压性能良好，可挤压截面形状复杂的薄壁型材，能够满足此次设计的要求。6063铝合金是AL-Mg-Si系中

44、具有中等强度的可热处理强化合金，Mg和Si是主要合金元素，使用范围广泛,特别是建筑业离不开此合金，是最有前途的合金。其耐蚀性好，焊接性优良，冷加工性较好，并具有中等强度。它的特点是在压力加工的温度-速度条件下，塑形性能和抗蚀性高，没有应力腐蚀倾向。在焊接时，其抗蚀性实际上不降低。整体而言，6063铝合金的综合性能较好，能够满足本次设计的要求。3 型材模具设计的要求3.1 挤压模具设计时应考虑的主要问题3.1.1 挤压模具设计时应考虑的主要问题见表3.1。表3.1 挤压模具设计时应考虑的主要问题Table 3.1 The main issues to be considered in the d

45、esign of extrusion die序号主要问题1挤压件的使用条件，如受力情况、工作温度、工作环境等2挤压件的性能要求，如强度、硬度、冲击韧性、金相组织等3挤压件的结构形状，如是否适合挤压工艺，脱模是否有困难4挤压件的精度要求，如尺寸精度、位置和形状等5挤压件的生产量，如批量及长远的需要情况3.1.2 热挤压模具设计的内容见表3.2。表3.2 热挤压模具设计的内容Table 3.2 Hot extrusion die design content 序号说明1制定挤压件图，设计工艺结构性最佳的挤压件2确定热挤压方式3当挤压复杂形状的零件时，需合理确定分模面的位置4确定挤压件的飞边形状（即

46、纵向飞边或横向飞边）和尺寸5确定热挤压所用坯料的形状和尺寸6确定热挤压所需的挤压力，确定金属变形中对模壁产生压力的数值和方向7根据挤压力的大小，选择热挤压设备的吨位8确定模具材料及其表面硬度，校核模具主要零件的强度9确定挤压件从模膛中迅速退出的方法10选用合适的冷却工艺及冷却装置3.2 模具设计的技术条件及基本要求模具设计的技术条件及要求主要如下：（1）有足够的硬度，要保证模具在实际生产中有一定的耐磨性，不易遭到破换和磨损，一般要经过合理的热处理。（2）有足够高的制造精度,由于模具的精度将影响挤压制品的质量和使用性能，所以说在进行模具制造时，要保证模具有高的精度，如模具的公差要满足图纸的要求等

47、。（3）有足够高的表面粗糙度，配合表面应达Ra=3.21.6，工作带表面达Ra=1.60.4,表面应进行氮化、磷化处理或其他表面强化处理等。（4）模具的各个工作表面和空心部分要有良好的配合，模具的对中性、平行度、直线度和垂直度都要较好。（5）模具不存在内部和表面缺陷，防止模具过早的失效和破坏，从而影响生产，多数要进行超声波探伤和表面质量检查后才能使用。（6）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润均匀过渡，不得出现棱角。4 模具设计4.1 制品分析4.1.1 挤压件分析由图4.1可看出，本次设计的挤压件结构很对称，沿着x轴和y轴均对称。这种对称性对于设计挤压模具有一定的帮助。由图

48、也可以看出，挤压件的平面尺寸较大，而且挤压件存在五个空孔且圆的中间还存在对称的矩形齿，这使得挤压金属挤入挤压模的型腔有一定的难度，也不易从模具型腔内取出，热挤压时，要将带通孔的空心挤压件一次挤压出来很困难。通常先将坯料挤成杯形零件，留下一定厚度的挤压余量，待下一道工序将其冲下而制成带通孔的空心挤压件。挤压余量厚度过薄，会使金属流动困难，挤压力提高。挤压余量厚度过大，会使材料利用率降低，需要的冲孔力增大，且冲孔时易使挤压件产生变形。这就要求在模具的设计时要给出必要的挤压斜度，即为热挤压件出模设置的模壁斜度（若采用卸料装置，也可以不给出挤压斜度）。由于有了挤压斜度，使挤压件在模腔内的摩擦阻力大大减

49、少，从而能较方便地将挤压件从凹模型腔内取出。所以在模具设计的时候要充分考虑挤压件的结构和工艺性。图4.1 挤压件截面图4.1.2 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、模具的温升、模具的材料以及模具的制造精度和模具磨损等。图4.1为铝合金散热管的截面设计图，从图中可以看出散热管的截面尺寸大小，该散热管的外轮廓为200200mm的正方形，属于完全对称的图形，沿各个方面均对称，并且在对称中心有两个同心圆，半径分别为45mm和33.5mm，挤压件的厚度相同，均为5mm，在设计的时候可不考虑

50、挤压制品厚度不一的问题。其他的尺寸如图4.1所示。4.2 挤压方法的选择与确定4.2.1 挤压工艺的分类按挤压时金属流动方向与凸模运动方向的关系分类：（1）正挤压，即被挤压金属的流动方向和凸模运动方向相同的挤压方法。（2）反挤压，即被挤压金属的流动方向与凸模的运动方向相反的挤压方法。（3）复合挤压，复合挤压时一部分被挤压金属的流动方向与凸模运动方向相同，而另一部分被挤压金属的流动方向与凸模运动方向相反的挤压方法。按金属加热温度分类：（1）热挤压，是指挤压毛坯温度在金属的再结晶温度以上进行的挤压。（2）温挤压，是指挤压毛坯温度在金属的再结晶温度以下进行的挤压。有时将接近室温的挤压称为低温温热挤压

51、，而把接近再结晶温度的挤压称为高温温热挤压。（3）冷挤压，是毛坯在室温下进行的挤压。4.2.2 挤压方法的选择挤压成形的过程中，挤压设备通过挤压模具对挤压坯料施加挤压力使其变形，而被挤压材料对模具施以反作用力以反抗变形。如果模具的承载能力大于挤压力，就可以顺利地挤压出工件，如果模具的承载能力小于挤压力，将会使模具损坏。因此，为了挤压能够顺利进行，必须合理地选择挤压方法，合理地安排挤压工艺，合理地设计挤压模具结构。铝合金散热管模具的外表面即为工件表面，为了达到更好效果，要求不能过于粗糙。有色金属采用热正挤压所能够达到的表面粗糙度为 Ra2.5，这样的精度能够满足模具的使用要求。本次是设计大截面铝

52、合金型材散热管的挤压模，而且此散热管截面面积较大，且存在五个空心部分和悬臂，为了保证金属挤压时能够充分的流动，防止在挤压时开裂现象，需要对坯料进行加热，所以选择热挤压。生产实践证明，热挤压是一种生产效率高、劳动强度低、加工质量好、省料、省工和成本低的金属压力加工方法。在生产实践中，采用热挤压模具，只需要调换上模和下模便可以生产同类型的不同挤压件，节省了模具设计、制造、安装和调整的时间，提高了生产效率，降低了生产成本。挤压件材料为6063铝合金而且由挤压件的截面图可以看出采用正挤压能够满足产品的尺寸精度和表面粗糙度的要求。所以说，本次设计的挤压方法为热正挤压。4.3 挤压设备的选择4.3.1 制

53、品的截面积由绘图软件AutoCAD计算得到挤压件的截面积S=11739.6。4.3.2 挤压设备的选用原则挤压设备的选择主要是根据挤压工艺性质、生产批量大小、挤压件的几何形状和尺寸及精度要求等因素来确定的。挤压生产中常用的挤压设备种类很多，选用挤压设备时主要应考虑以下因素：（1）挤压设备的类型和工作形式是否适用于应完成的工序；是否符合安全生产和环保的要求。（2）挤压设备的压力和功率是否满足应完成工序的需要。（3）挤压设备的装模高度、工作台尺寸、行程等是否适合应完成工序所用的模具。（4）挤压设备的行程次数是否满足生产率的要求等。4.3.3 设备和坯料的选择型材断面大小用外接圆来衡量，外接圆大，所

54、需要的挤压力大。挤压型材的最大外接圆直径一般比挤压筒直径小2550 mm，挤压空心型材时应更小一些。制品的截面积=11739.6mm2，查看表4.1，暂选公称压力为50MN的挤压机，直径为420mm时，其中为挤压筒截面积，为制品截面积。挤压比小，变形量小,挤压效率低；挤压比大，所需要的挤压力大。变形率是材料变形前后截面积变化的绝对量与材料变形前截面积的百分比。与存在关系式=（1-1/）100%。一般变形程度不应小于85%（最好大于95%），即挤压系数应大于7，对硬合金型材来说挤压系数应在2050为宜。综上所述，公称压力为50MN的挤压机符合基本的要求，所以暂选公称压力为50MN的挤压机。表4.

55、1 挤压设备参数Table 4.1 Parameters of extrusion equipment 挤压机挤压筒铸锭尺寸填充系数K残料长度/mm推荐值公称压力/MN结构形式介质压力/MPa直径/mm长度/mm截面积/比压/MPa直径/mm长度/mm截面积/制品截面积/合理挤压系数35卧式3222010003809222127003521.0820154028010006065772707005721.06405015353701000107532636070010151.064050152550卧式3230012007077072909006601.076524641130360120010184903509009601.0665419311254201200138536140590012891.088569126112050012001964254482100018401.08851902601115查表4.1可知公称压力为50MN的挤压机，挤压筒内径尺寸为420mm。满足大于制品的最大外接圆直径约的要求。所以暂选挤压筒内径尺寸为420mm。根据经验所得即：选择50MN的挤压机设备，挤压筒内径=420mm 淘-宝.店-铺搜索：“两个半学分”320mm经验系数，制品外形及内腔尺寸大的取下限，反之取上限。经式4.7计算得：B