挤压模的类型

     整体模

     可拆卸模

     分流组合模

     挤压模的设计

     棒材模设计

     实心型材模设计

     圆管和空心型材模设计

     模具制造

金属从中挤出并获得模孔断面形状和尺寸的制品的挤压工具。挤压模应耐高温、耐高压、耐磨。

挤压模的类型     

挤压模按结构分为整体模、可拆卸模及分流组合模等。

整体模    

由整体钢料制成的挤压模。按模孔的形状分为平模、流线模、双锥模、锥模、平锥模、碗形模和平流线模，如图1所示。

整体模制造简单，广泛地用于管、棒、型材挤压。

平模(图1a)的模角a为90⁰，挤压时存在死区，金属流动时形成的自然模角一般为40⁰～70⁰。用平模生产的挤压制品表面质量好，但挤压力大，消耗能量增加。流线模(图1b)的模孔呈流线形，金属变形均匀，适于钢和钛合金的挤压。

双锥模(图1c)的模角a₁为60⁰~～65⁰，a₂为10⁰～15⁰，挤压时金属流动条件好，适合于挤压铜合金、镍合金和铝合金管材。锥模(图1d)的模角a小于90⁰，一般a为55⁰～70⁰，挤压时金属流动均匀，挤压力比平模的小，但制品表面质量不如平模好，适用于大规格管材和难变形金属管棒型材挤压。平锥模(图1e)介于平模和锥模之间，兼有两者之优点，适于钢和钛合金挤压。碗形模(图1f)的模孔呈碗形，主要用于润滑挤压和无压余挤压。平流线模(图1g)的模孔介于平模与流线模之间，兼有平模和流线模的优点，适于钢与钛合金的挤压。

可拆卸模    

由几块钢料组合而成的挤压模(图2)，用于变断面型材的挤压。

分流组合模   

由阳模(上模)、阴模(下模)、定位销和联结螺钉4部分组成的挤压模(图3)。为了保证模具强度，减少或消除模的变形，还要配备专用模垫和模座。分流组合模使金属在流动过程中，产生两次激烈变形，一次是进入分流孔的变形，一次是进入模孔的变形，金属流动阻力大。因此，这种模子用于挤硬铝较困难，而适用于纯铝、防锈铝、锻铝等焊合性好的金属。

挤压模的设计         

根据产品的要求确定模具的外形尺寸和材质、模孔的形状和尺寸及工作带长度(图1中的h)，并画出模具图。按产品的特点，挤压模设计可分为棒材模设计、实心型材模设计、圆管和空心型材模设计。

棒材模设计棒材(圆棒、方棒、六角棒)模的设计比较简单，按模孔数分为单孔模设计与多孔模设计。单孔模应按棒材横断面形状设计模孔，棒材横断面的重心与模子横断面的中心相重合。多孔模设计时，应将棒材横断面形状的重心均匀分布在模子横断面的同心圆周上，并且模孔间的距离相等，但不宜将模孔安置得过分靠近模子边缘或中心。同心圆直径D月可根据经验确定：

式中D_t为挤压筒内孔直径，mm;n为模孔个数；a为经验数值，一般为2．5～2．8。当n值大时a取下限，挤压筒内孔直径大时a取上限。

设计模孔尺寸时主要考虑棒材断面尺寸偏差、棒材冷却时的收缩、模孔加热时的膨胀及棒材在进行矫直时的变形量等因素。棒材模孔尺寸A可由下式求出：A=A₀+KA₀

式中A₀为棒材的名义尺寸(圆棒为直径，方棒为边长，六角棒为内切圆直径)；K为经验系数，它是考虑了各种影响因素后的综合系数，如铝及铝合金的K值为O．007～O012。

工作带的作用是稳定制品尺寸和保证制品表面质量。工作带的长度要合理选择。工作带过短，模易损坏；工作带过长，容易在其表面粘结金属。根据经验确定的挤压各种金属及合金的模孔工作带长度如表所示。

模孔出口尺寸比工作带尺寸大4～5mm。模子入口处有一定的圆角，以防止在挤压时低塑性合金模具产生裂纹并能减少金属在流入工作带时产生非接触变形，还能防止模棱角被压堆，使制品的精度得到保证。

根据安装方式的不同，模子外形分为带正锥或带倒锥的两种，正锥一般为1⁰30`，也有时取2⁰～4⁰。倒锥一般为6⁰。模子的厚度一般为30～80mm。目前，挤压模的材质为铬钼钒硅合金钢。

实心型材模设计   

型材模设计时需要注意金属流动不均匀性和模的强度两个问题，以保证制品的质量。设计单孔模时，对于轴对称及近似轴对称的型材，应将型材横断面的重心布置在模子中心线上。对于非对称的型材和壁厚差别很大的型材，必须将型材横断面的重心相对于模子中心作一定距离的偏移，使难于流动的壁薄的部位靠近模子中心。对于壁厚相差不大，但截面形状复杂的型材，应将型材截面外接圆的中心，布置在模子中心线上。对延伸系数很大或流动不均匀的型材，有时为了使金属流动均匀，在型材模的某部位附加1～2个平衡模孔；当模具的安装方向不能改变时，应将型材的大面放在下边，以防止型材扭拧或弯曲(见图4)。

设计多孔模时，对于壁厚不等的型材，应将壁厚的部位布置在模子的边缘，将壁薄的部位布置在靠近模子中心部位。对于壁厚差不大的型材，采用多孔模时，型材重心平衡模孔图4单孔模模孔排列示意图可将型材模孔横断面的重心均匀地布置在以模子中心为圆心的同一圆周上(图5)。为了保证模子的强度，多孔模各模孔之间应保持足够的距离，而不应过小，可根据挤压机的吨位确定，如50000kN以下的挤压机，取20～50mm。模孔距边部的距离一般取挤压筒的直径的10％～15％。

确定模孔尺寸时，要考虑制品的合金牌号、断面形状和尺寸偏差、型材断面各部分的几何形状特点、冷却时的收缩量以及型材在张力矫直时的断面收缩量等因素。型材模孔尺寸可按以下两式计算。型材外形模孔的设计尺寸A为：A=A₀(1+K)+a₁式中A0为型材断面外形的名义尺寸，mm；a₁为型材尺寸的正偏差；K为综合经验系数。

型材壁厚模孔的设计尺寸B为：B=B₀+a₂，式中B₀为型材壁厚的名义尺寸，mm；a₂为型材壁厚的正偏差，mm。

模子工作带长度的改变可以调整金属的流动速度，使型材断面上各部分金属流动均匀。一般模孔定径带的最小长度为1．5～3mm，最大长度为15～20mm。简单断面而壁厚又相同的型材，模孔各部位工作带长度为2～8mm。复杂断面而壁厚又不等的型材(图6)，

工作带长度用下式计算：式中h_{F1`</sub>h<sub>F2</sub>为图中断面F<sub>1`}F₂处工作长度，mm；f_{F1`</sub>f<sub>F2</sub>为断面F<sub>1`}F₂处的断面积，mm²；Z_{F1`</sub>Z<sub>F2</sub>为断面积F<sub>1`}F₂处周边长度，mm。在计算时首先确定型材壁薄处的工作带长度，而后计算出壁厚处的工作带长度。

用增加工作带长度的方法来调整金属流速是有一定限度的。当型材壁厚差别较大，仅用调整工作带长度的方法不能调节金属的均匀流速时，就需要在模孔入口处附加阻碍或促进金属流动的角，即阻碍角p和促流角y的方法来调整金属流速(图7)。对于一些特殊型材要根据型材的形状考虑阻碍角和促流角，以保证型材的断面尺寸。

圆管和空心型材模设计     

圆管和简单断面的空心型材可在带有独立穿孔装置的挤压机上采用锥模或双锥模挤压。采用分流组合模在棒型挤压机上挤压铝合金圆管和空心型材发展很快。

分流组合模设计时应考虑以下几点：

(1)挤压比λ 。    在组合模挤压过程中，金属流动经过二次激烈变形，阻力很大。因此，挤压比λ要选择合适，否则影响焊合质量。

(2)分流比K。指分流孔面积与制品断面积之比，其值的大小直接影响到挤压阻力大小、制品的成形和焊合质量。K值越小，挤压变形阻力越大，这对模具和挤压生产都是不利的。挤压管材时K为5～10，挤压型材时K为10～30。

(3)分流孔。它的形状、大小和排列方式等影响到挤压制品的质量、挤压力和模具的寿命。分流孔的数目有2孔、3孔及多孔，主要根据产品的形状、断面大小、一次挤压的根数和不同的挤压条件确定。

(4)分流桥。结构如图8所示，它直接影响挤压金属的流动快慢、焊合质量、挤压力大小和模具强度等。分流桥宽度B一般比型材空腔宽度大3～10mm。分流桥的截面多采用矩形倒角或近似水滴形截面。

(5)模芯(舌头)。结构形式有锥形、锥台形和凸台形3类，如图9所示

(6)焊合室。焊合室的高度、形状和入口形式均影响焊合质量和挤压阻力的大小。焊合室的高度一般以挤压筒内径而定。焊合室形状一般为蝶形。

(7)模孔尺寸。在设计时，主要考虑金属冷却后的收缩量、型材模孔尺寸确定与用平模挤压型材时的相同。

(8)工作带长度L1。确定工作带尺寸时必须遵循的原则(图10)是：分流桥底入料困难处工作带长度为成品厚度的两倍，即2s(s为型材壁厚)；分流孔处工作带长度一般为2s+1mm，也可根据型材壁厚及分流孔的通位长度e的变化确定工作带的长度。设计要求图与实心型材模的设计基本相同；模芯工作带应比模孔工作带长1mm。

模具制造实心模与空心模的制造工艺如图11、12所示。