铝型材挤压分流组合模具的设计与运用

分流组合模是在桥式舌型模的根蒂根基 上成长 起来的，本色 是桥式舌型模的一个变种，即把突桥改成 平面桥，所以又称为平刀式舌型模。分流组合模是工场 用得最广的一种，稀奇是临盆 建筑型材，贸易 柜台型材和其它一些复杂型材时尤其 凸起 。

工作道理 ：

挤压时，锭坯在强年夜 挤压力感化 下，被模型 的刀（桥部门）分成几股金属流入模型 焊合室，在高温高压高真空的前提 下使金属从头焊归并 从模孔与针构成 的间隙中流出而构成 所需要外形 和尺寸的空心制品，制品的焊缝数与金属流的股数不异。所以分流模只顺应 于高温焊合机能 好的金属，如铅、镁、锌、铝及其合金。（硬铝不合用 ）

1、 分流组合模的构造 特点与分类

分流组合模是挤压机上临盆 各类 管材和空心型材的首要 模具情势 ，其特点是将针(模芯)放在模孔中，与模孔组合成一个整体，针在模型 中如同 舌头一样，如图4—3—20所示为桥式舌型模，由支承(柱)1；模桥(分流器)2；组合针(舌头)3；模型 内套4；模型 外衣 5构成 。为包管 模型 强度，在现实 临盆 中还需配做一个模型 垫，以撑持模型 不被退出模型 套外。

按桥的构造 分歧 ，分流组合模首要 可以分为如图4—3—21所示的各类 类型。

图4—3—20桥式舌型模构造 图

(a)——重视 图；(b)——侧视图1——支承柱；2——模桥(分流器)；3——组合针(舌头)；

4——模型 内套；5——模型 外衣 ；6——焊合室

图4—3—21分流组合模的构造 情势 示意图

(a)——桥式；(b)——叉架势 ；(c)——平面式

带凸起 桥的模型 (桥式舌型模)如图4—3—21(a)所示，加工对照 简单，所需挤压力较小，铝型材各部门的金属活动 速度较平均 ，可以采取 较高的挤压速度，首要 用来挤压硬铝合金异形空心型材。用这类 情势 的模型 可挤压一根型材，也能够 同时挤压几根铝型材。带凸起 桥的模型 ，其首要 错误谬误是挤压残料较长，模桥和支承柱的强度不如其他构造 的模型 ，需要细心 调剂 东西部件与挤压筒的中间 。

带叉架势 的模型 (图4—3—21(b))，可以分隔加工，破坏 时只需改换破坏 的部门。可同时加工多根型材。但装卸对照 难题 ，是以 限制了它的使用规模。

平面分流组合模(图4—3—21(C))是在桥式舌型模根蒂根基 上成长 起来的，本色 是桥式舌模的一个变种，即把突桥改成为平面桥，所以又称为平刀式舌型模。平面分流组合模在最近几年来取得 了敏捷 的成长 ，并普遍 地用于在不带自力 穿孔系统的挤压机上临盆 各类 规格和外形 的管材和空心型材，稀奇是6063合金平易近 用建筑型材及纯铝和软铝合金型材和管材。

平面分流组合模的首要 长处 是：

①可以挤压双孔或多孔的内腔十分复杂的空心型材或和管材，也能够 同时临盆 多根空心制品，所以临盆 效力 高，这一点是桥式舌型模很难实现乃至 没法 实现的；

②可以挤压悬臂梁很年夜 ，用平面模很难临盆 的半空心型材；

③可拆换，易加工，本钱 较低；

④易于分手残料，操作简单，辅助时候 短，可在通俗 的型棒挤压机上用通俗 的东西完成挤压周期，同时残料短，制品 率高；

⑤可实现持续挤压，凭据 需要截取肆意长度的制品；

⑥可以改变分流孔的数量 、年夜 小和外形 ，使断面外形 对照 复杂、壁厚差较年夜 ，难以用工作带、阻碍角等调理 省速的空心型材很好成形；

⑦可以用带锥度的分流孔，实现小挤压机上挤压外形较年夜 的空心制品，并且 能包管 有足够的变形量。

可是，平面分流组合模也有必然 的错误谬误：

①焊缝较多，可能会影响制品的组织和力学机能 ；

②要求模型 的加工精度较高，稀奇是对 多孔空心型材，上下模要求严厉 对中；

③与平面模和桥式舌型模比拟 ，变形阻力较年夜 ，所以挤压力一般比平面模高30%～40%，比桥式舌型模高15%～20%。是以 ，今朝 只限于临盆 一些纯铝、铝锰系、铝一镁一硅系等软铝合金。为了用平面分流组合模挤压强度较高的铝合金，可在阳模上加一个珍爱 模，以削减 模桥的承压力；

④残料分手不清洁 ，有时会影响产物 质量，并且 未便 于修模。

总的来讲 ，平面分流组合模的运用 规模，要比舌型模广很多 。舌型模首要 用来临盆 内部组织和机能 要求较高的兵工 产物 和挤压力较高的硬铝合金产物 。由于平面分流模和舌型模的工作道理 不异，构造 基底细似，所以下面首要 计议平面分流组合模的设计手艺 。

2、 平面分流组合模的构造 设计

平面分流组合模通常为 由阳模(上模)、阴模(下模)、定位销、联络 螺钉四部门构成 ，如图4—3—22所示。上下模组装后装入模支承中。为了包管 模具的强度，削减 或消弭 模型 变形，有时还要配备专用的模垫和环。

在上模上有分流孔、分流桥和模芯。分流孔是金属通往型孔的通道，分流桥是支承模芯(针)的支架，而模芯(针)用来构成 型材内腔的外形 和尺寸。

鄙人 模上有焊合室、模孔型腔、工作带和空刀。焊合室是把分流孔流出来的金属聚集 在一路 从头焊合起来构成 以模芯为中间 的整体坯料，由于金属赓续 聚集，静压力赓续 增年夜 ，直至挤出模孔。模孔型腔的工作带部门肯定 型材的外部尺寸和外形 和 调理 金属的流速，而空刀部门是为了削减 磨擦 ，使制品能顺遂 经由过程 ，免遭划伤，以包管 产物 皮相品质。

定位销用来进行上下模的装配定位，而联络 螺钉是把上下模安稳地联络 在一路 ，使平面分流组合模构成 一个整体，便于操作，并可增年夜 强度。

另外 ，按分流桥的构造 分歧 ，平面分流组合模又可分为固定式和可拆式的两种。带可拆式分流桥的模具又称之为叉架势 分流模，用这类 情势 的模型 ，可同时挤压多根空心制品，如图4—3—21b所示。

图4—3—22平面分流模的构造 示意图

1——上模；2——下模；3——定位销；4——联络 螺钉

3、 平面组合模的构造 要素设计

(1)分流比K的选择。分流比K的年夜 小直接影响到挤压阻力的年夜 小，制品成型和焊合品质。K值越年夜 ，越有益 于金属活动 与焊合，也可削减 挤压力。是以 ，在模具强度许可的规模内，应尽量 拔取 较年夜 的K值。在一般环境下，对 临盆 空心型材时，取K=10～30，对 管材，取K=5～l5。

图4-3-23分流孔的数量 、年夜 小、外形 与散布 方案举例

1孔、2孔……暗示模孔数；1分、2分……暗示分流孔数；l芯、2芯……暗示模芯数

(2)分流孔外形 、断面尺寸、数量 及散布 。分流孔断面外形 有圆形、腰子形、扇形和异型等。分流孔数量 、年夜 小、分列 见图4—3—23。为了削减 压力，提高焊缝品质或 当制品的外形尺寸较年夜 ，扩年夜 分流比遭到 模型 强度限制时，分流孔可做成内斜度为1°～3°，外锥度为30～60的斜形孔。

分流孔在模型 平面上的公道 安插，对 均衡 金属流速、削减 挤压力、增进 金属的活动 与焊合，提高模具寿命等都有必然 影响。对 对称性较好的空心制品，各分流孔的中间 圆直径应年夜 于或等于0.7D筒。对非对称空心型材或异型管材，应尽量包管 各部门的分流比基底细等，或型材断面积稍年夜 部门的K分值略低于其他部门的K分值。另外 ，分流孔的安插应尽量与制品连结 几何类似 性。为了包管 模具强度和产物 品质，分流孔不克不及 安插得过于接近 挤压筒或模具边沿 ，但为了包管 金属的公道 活动 及模具寿命，分流孔也不宜安插得过于接近 挤压筒中间 。

(3)分流桥。按构造 可分为固定式分流桥和可拆式(叉架势 )分流桥两种。分流桥宽度B一般取为：

B=b+(3～20)mm(4—3—8)

式中b——模芯宽度，(3～20)mm为经验系数，制品外形及内腔尺寸年夜 的取下限，反之取上限。

分流桥截面外形 首要 有矩形的、矩形倒角的和水滴形的三种(见图4—3—24)，后两种广为采取 。分流桥斜度(焊合角)一般取45°对难挤压的型材取θ=30°，桥底圆角尺=2～5mm。

图4-3-24分流桥截面外形 示意图

(a)——矩形；(b)——矩形倒角；(c)——水滴形；(d)——焊合角θ示意图

在焊室高度h焊（1/2～2/3）B的前提 下，θ均小于45°，θ可按下式计较：

(4—3—9)

式中h焊——焊合室高度/mm；

B——分流桥宽度/mm。

为了增添 模桥强度，凡是在桥的两头 添置桥墩。蝶形桥墩不但 增添 了桥的强度，并且 改良 了金属活动 ，避免死区发生 。

(4)模芯(舌头)。模芯相当于穿孔针，其定径区决意 制品的内腔外形 和尺寸，其构造 直接影响模具强度、金属焊合品质和模具加工体例。最多见 的有圆柱形模芯(多用于挤压圆管)、双锥体模芯(多用于挤压方管和空心型材)。模芯的定径带有凸台式、锥台式和锥式三种，见图4—3—25。模芯宜短，对 小挤压机可伸出模型 定径带l～3mm，对年夜 挤压机可伸出10～12mm。

图4—3—25模芯构造 情势 图

(a)——凸台式；(b)——锥台式；(e)——锥式

(5)焊合室外形 与尺寸。焊合室外形 有圆形和蝶形两种，当采取 圆形焊合室如图4—3—26(a)时，在两分流孔之间会发生 一个十分明明的死区，不但 增年夜 了挤压阻力，且会影响焊缝品质。蝶形焊合室如图4—3—26(b)有益 于消弭 这类 死区，提高焊缝品质。为消弭 焊合室边沿 与模孔平面间接合处的死区，可采取 年夜 圆弧过渡(R=5～20mm)，或将焊合室生齿 处做成15。阁下 角度。同时，在与蝶形焊合室对应的分流桥根部也做成响应 的凸台，如许 就改良 了金属活动 ，削减 了挤压阻力。是以 ，应尽量采取 蝶形截面焊合室。当分流孔外形 、年夜 小、数量 及散布 状况 肯定 以后 ，焊合室断面外形 和年夜 小也根基 肯定 了。是以 公道 设计焊合室高度有重年夜 意义。一般环境下，焊合室高度应年夜 于分流桥宽度之半。对中小型挤压机可取l0～20mm，或等于管壁厚的6～10倍。在很多环境下，可凭据 挤压筒直径肯定 焊合室高度。焊合室高度与挤压筒直径的关系以下 ：

图4—3—26平面分流组合模焊合室外形 图

(a)——圆形焊合室；(b)——蝶形焊合室；(c)——焊合室剖面；

(1)——分流孔；(2)——焊合室；(3)——死区

挤压筒直径/mm95～130150～200200～280300～500≥300

焊合室高度/mml0～1520—2530～3540～5040～80

(6)模孔尺寸。用平面分流组合模临盆 的产物 ，绝年夜 多半 为平易近 用空心型材和管材，这些材料外形 复杂，外廓尺寸年夜 ，壁很薄并要求在包管 强度的前提 下尽量减轻质量，削减 用材和下降 本钱 。一般环境下，模孔外形尺寸A可按下式肯定 ：

A=A0+KA0=(1+K)A0(4—3—10)

式中 A0——制品外形的公称尺寸/mm；

K——经验系数，一般取0.007～0.015。

制品壁厚的模孔尺寸B可由下式肯定

B=B0+△(4—3—11)

式中 B0——制品壁厚的公称尺寸/mm；

△——壁厚模孔尺寸增量/mm，当B0≤3mm时，取△=0.1mm；当>3mm时，取△=0.2mm。

(7)模孔工作带长度。肯定 平面分流组合模的模腔工作带长度要比平面模的复杂很多 ，由于 对它不但 要斟酌 型材壁厚差与距挤压筒中间 的远近，并且 必需 斟酌 模孔被分流桥掩蔽 的环境和 分流孔的年夜 小和散布 。在某些环境下，从分流孔中流入的金属量的散布 乃至 对换 节金属活动 起主导感化 。处于分流桥底下的模孔由于金属流出难题 ，工作带必需 减薄。一般用公式(4—3—5)进行初步计较，然后按金属流出难易批改 。平面分流模的工作带，一般应较平面模长些，这对金属的焊合有益处。

(8)模孔空刀构造 设计。平面分流组合模的空刀构造 如图4—3—27所示。对 壁厚较厚的制品，多采取 直角空刀情势 ，此种空刀轻易 加工。对 壁厚较薄或带有悬臂的模孔处，多采取 斜空刀情势 ，能提高模具强度。今朝 国外很多 国度 都采取 斜空刀或阶梯式的喇叭形空刀。

图4—3—27分流模模孔工作带出口处空刀的构造

(a)——直线瘦语 ；(b)——圆弧瘦语 ；(c)——斜度瘦语 ；

(d)——圆弧与斜度相组合瘦语 ；(e)——工作带有斜度的圆弧瘦语

4、 平面分流组合模的强度校核

平面分流模工作时，其最晦气 的承载环境发生在分流孔和焊合室还没有 进入金属，和 和金属布满 焊合室而刚要流出模孔之时。要针对模型 的分流桥进行强度校核。首要 校核由于挤压力引发 的分流桥曲折 应力和剪切应力。对 双孔或四孔分流模，可将一个或两个分流桥视为受均布载荷的简支梁，并对其进行危险断面的抗弯和抗剪强度校核，见图4—3—28。

图4—3—28分流模强度计较简图

1——模外衣 ；2——分流桥；3——模芯4——焊合室；5——模型 ；

6——固定式分流桥；7——分流孔；8——挤压抑 品

(1)抗弯强度校核

从抗弯强度校核公式可推导出计较模型 分流桥最小高度的公式。

(4—3—12)

式中 Hmin——模型 危险断面处的计较厚度，即分流桥的计较高度/mm；

L——分流桥两桥墩之间的距离/mm；

P——挤压筒最年夜 比压/MPa；

[σ弯]——模具材料在工作温度下的许用曲折 应力/MPa。

对3Cr2W8V钢或4Cr5MoVlSi钢，在450～500℃时，取[σ弯]=800～900MPa。

现实 设计时，所采取 的分流桥高度不得低于由上式计较得出的桥高值。

(2)抗剪强度校核

抗剪强度校核公式以下 ：

(4—3—13)

式中r——剪应力/MPa；

P——分流桥端面上所受的总压力，可近似为挤压机的公称压力/N；

[r]——模具材料在工作温度下的许用抗剪强度/MPa；一般环境，可取[r]=(0.5～0.6)[σb]，对3Cr2W8V钢或4Cr5MoVlSi钢，在450～500℃时，取[σb]=1000～1100MPa；

F——以分流孔间最短距离为长度，以模型 厚度为高度所构成 的断面积/mm2；

n——分流孔的个数。

(3)平安 系数法

假定分流模的设计方案如图4—3—28所示，可按下述平安 系数法强度校核公式进行校核。

(4—3—14)

举例：按图4—3—28给的前提 ，且挤压机公称压力为80MN，Φ500mm为挤压筒直径，桥厚选为60mm，[σb]为1100MPa，则计较平安 系数np为

式中 np——计较平安 系数；

P——挤压筒的比压/MPa；

[σb]——模具材料在工作中温度下的抗拉强度/MPa。

是以 ，强度吻合要求，是平安 的。

5、 经常使用 的铝型材平面分流组合模优化设计举例

(1)直升机旋翼年夜 梁型材用(6061-T6)舌型模简图，见图4—3—29。

图4-3-29直升机旋翼年夜 梁型材用舌型模示意图

(2)硬铝合金(2024一T4)搭钮 型材用舌型模简图，见图4—3—30

图4—3—30硬铝合金搭钮 型材用舌型模示意图

(3)9孔高筋异形空心型材(6061－T6)平面分流组合模，见图4—3—31。

图4—3—319孔高筋异形空心型材平面分流组合模示意图

(4)单孔管材(6063－T5)平面分流组合模，见图4—3—32。

图4-3-32单孔管材平面分流组合模示意图

(5)多根管材(6063－T5)平面分流组合模，见图4—3—33。

图4—3—33多根管材平面分流组合模示意图

(6)单孔异形空心型材平面分流组合模，见图4—3—34。

(7)单根多孔异形空心型材平面分流组合模，见图4—3—35。

(8)多根空心型材平面分流模，见图4—3—36。

(9)口琴管空心型材平面分流组合模，见图4—3—37。

图4—3—34单孔异形空心型材平面分流组合模示意图

图4—3—35单根多孔异形空心型材平面分流组合模示意图

图4—3—36多根空心型材平面分流模示意图

图4—3—37口琴管空心型材平面分流组合模示意图

(10)差池称空心型材平面分流组合模，见图4—3—38。

图4—3—38差池称空心型材平面分流组合模示意图