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挤压模具设计

目　录

第一章　概述2

第二章模孔布置３

2．1模具的外形尺寸3

第三章设计工作带长度ﻩ5

第四章　设计导流腔ﻩ８

第五章　型材模孔尺寸设计9

第六章　　型材模具强度校核12

第七章　绘制模具图ﻩ14

第一章概述

1.从模具设计与制造的专业术语可知，用于成形加工的模具必须完成设计和制造两个阶段，它们相辅相成，缺一不可。

本设计为型材模具课程设计。

2.设计时,首先根据工件横截面形状对模具的模孔进行布置;模孔布置设定后再对模具各段的工作带进行计算和设计,设计导流腔;选择模具材料并通过计算确定型材模孔尺寸；最后对所设计的模具进行强度校核及画出模具图;对此次课程设计进行总结.

第二章模孔布置

2.１模具的外形尺寸

1模具外形D

模子外圆直径主要依据挤压机吨位和挤压筒大小、模孔的合理布置及制品尺寸来确定,并考虑模具外形尺寸的系列化,便于更换、管理，一般一台挤压机上最好只有1~2种规格.型材部分模具外形尺寸如下所示:

表1-1型材、棒材用部分模具外形尺寸

挤压机能力/MN

模具外形尺寸

D1

D2

H

（°）

h

ｈ1

11．76

148

15０。

6

3０

３

２~3

1.5

１48

1５2.5

40

3

２~3

1。

５

148

154。

５

70

２

２～３

1．5

19。

6

2０0

20３．4

40

3

3~４

1.５

200

2０４。

5

60

3

３~４

1。

５

2０0

２07。

５

80

3

3~4

1.5

49

265

275.5

6０

8

4~８

２.5

3５0

３70.９

6０

9

4～8

2。

５

３５0

32４。

6

７0

1０

４～8

2.5

350

384。

4

70

1０

4～8

2。

５

又因为挤压筒的内径为２00mm,挤压机能力为1９。

6ＭＮ，则选取D=200mm

②在挤压机设计时,通常选取单位压力位１000MPa时的挤压筒Ｄt作为基本参数来确定模具的厚度,其关系为:

Ｈ=（0.12~0．22）Ｄt

所以Ｈ=（0。

1２～０。

2２）Dt=０.12~0。

22）×２00=24～4４ｍm

又因为模子厚度主要是根据强度要求及挤压机吨位来确定，在保证模具组件（模子+模垫+垫环）有足够强度的条件下,模子的厚度应尽量薄。

一般H=25~８0mm,８0MN以上吨位挤压机取80~15０mm。

模具厚度也应系列化。

所以取Ｈ＝4０mm

2。

2模孔的合理配置

单孔挤压时的模孔布置

①具有两个以上对称轴的型材，型材的重心布置在模子中心

②具有一个对称轴，如果断面壁厚差不大,应使型材的对称轴通过模子的一个坐标轴，使型材断面的重心位于另一个坐标轴上.

③对于非对称的型材和壁厚差别很大的型材，将型材重心相对模子中心偏移一定距离,且将金属不易流动的壁薄部位靠近模子中心，尽量使金属在变形时的单位静压力相等．

④壁厚差不太大，但断面较复杂的型材，将型材断面外接圆的圆心布置在模子中心。

对于挤压比很大,金属流动困难或流动很不均匀的某些型材,可采用平衡模孔或增加工艺余量的方法。

因为所要设计的模具只具有一个对称轴，且断面壁厚差不大，符合第二种情况，则应使型材的对称轴通过模子的一个坐标轴,使型材断面的重心位于另一个坐标轴上。

模孔布置如下图所示:

图2—１

第三章　设计工作带长度

　　由于所设计模具的型材壁厚不均匀,故不能采用等长的工作带,而采用不等长工作带来达到调整金属流速的目的.其原则是型材断面厚壁处的工作带长度应大于薄壁出的工作带长度,即比周长（面积与周长之比）大的部分工作带长度要小于比周长小的部分的工作带长度，这样就可以利用工作带的摩擦阻力差别对各部分金属的流速的影响来实现调速的目的。

对于宽厚小于30的型材或最大宽度小于挤压筒内径１/3的型材，可以按以下算式计算模孔的工作带长度。

h１／ｈ2＝s1/s1

或　　　　　　　　　　　h1/h2=z２/z1

式中：

　h1、　h２－截面F1、Ｆ2处工作带长度;

s1、s2—截面Ｆ１、F2处壁厚；

　　　　z１、z2—截面F1、F2处的比周长.

计算时,先根据经验给出型材壁最薄处的工作带长度ｈ1，再计算出壁厚出的h2。

材料选择为铝合金，其最小工作带长度如下表：

挤压机能力/MN

1２２。

5

49

34。

3

15。

794～19.8

５.88~12。

25

模孔工作带最小长度/mm

5~10

4~8

3～6

2.5～5

1.5~3

模孔空刀尺寸/mｍ

3

２.5

2

1。

５～2

0．5~１。

5

表３—1模孔工作带最小长度数值/ｍm

则所要设计的模具各部分的工作带如下图F1、F2、Ｆ３、Ｆ４

图3—1

　把型材断面按壁厚尺寸不同分成4个部分，计算各部分的工作带长度。

由上表可得型材壁最薄处的工作带长度hF１的范围为2。

5～5mm,所以由以上公式计算可得hF2＝３~6mm，取hF1=4mm，则ｈF2=5mm,同理可得取hＦ3=hＦ4=８mm。

　按上述计算方法确定了不同壁厚处的工作带长度后,还需按同心圆规则进行修正,最终确定距离模子中心不同部位的工作带长度。

同心圆规则:

a、先以整个型材断面上金属最难流出处为基准点，该处的工作带长度一般可取该处型材壁厚的1。

5~　2倍。

　ｂ、与基准点相邻区段的工作带长度可为基准点的工作带长度加上１mm.

同心圆规则图示:

　　　　　　　　　图3－2

c、当型材壁厚相同时,与模子中心距离相等处其工作带长度相同;由模子中心起，每相距1０㎜（同心圆半径）工作带长度的增减数值可按下表进行确定。

d、当型材壁厚不相同时，模孔工作带长度的确定除应遵循上述规则外,还需依靠设计者的经验进行恰当确定。

模孔工作带长度增减值如下表所示

表3－2模孔工作带长度增减值/mm

型材断面壁厚

1.2

1.5

2．0

2。

5

3.0

10

每相距１０mｍ（同心圆半径）工作带长度增减值

0。

20

0.25

0。

30

0.35

０.４０

１。

1

依据复合同心圆规则，结合上述计算,设计型材模孔各部位工作带长度

图　3－3

模孔各部位的工作带长度为:

图　３—4

第四章设计导流腔

在型材模孔入口处设计一个与型材断面形状相似的导流腔。

导流腔的结构形式选择整体式，导流腔的轮廓尺寸比型材的外形轮廓尺寸大１0~15mm；导流腔的深度按照挤压筒大小不同一般取１0～３0ｍm；导流腔的入口做成３°~１5°的角度;导流腔各部位采用圆滑过渡.

所以取导流腔的轮廓尺寸比型材的外形轮廓尺寸大10mm,导流腔的深度为1０mm，导流腔的入口做成8°的角度,导流腔各部位采用圆滑过渡。

如下图

图4—1

第五章型材模孔尺寸设计

图　4-1

　　　　　图5-1

模孔尺寸的确定主要考虑挤压制品的金属成分、断面形状、尺寸偏差、各部位几何形状特点和型材的冷收缩量、张力矫直时的断面收缩量等因素的综合影响来进行设计或计算确定。

若用A表示模孔长度,用B表示模孔的宽度，则用以下算式进行计算：

型材模:

　　　　　　A=A０（１+ｋ）+△

　　　　　　B=B0+△

式中:

Ａ０—型材断面的名义尺寸。

　k—模孔裕量系数，见下表:

表5—1不同金属模孔裕量系数k/％

金属种类

模孔裕量系数ｋ

紫铜

1．5

黄铜

1。

0~1.2

青　铜

１.7

Ｌ1~L7,ＬＦ2，ＬＦ3,LF21，ＬD2，ＬD31等

１。

0~1.2

ＬF5，LY11,LD5,ＬD8,LC4等

0.７~1.0

ＭB１,ＭＢ2，MB１５

1。

0～1．２

高镁合金

１。

0~1．２

　△—型材外形或壁厚的正偏差值,可按有关标准规定查取;

　　　B０—型材壁厚名义尺寸.

根据条件,取系数ｋ=0.０11,各部位具体尺寸如下:

①外形6１±0.90的模孔尺寸为0.90+（1＋0．0011）×６1=62。

57１,取62。

6mm。

②外形2８。

5±0。

75的模孔尺寸为0。

75+（1+0.01１）×２８．5=29．5６4取29。

6ｍm。

③外形63±0。

8５的模孔尺寸为0。

70＋（1+0。

０11）×63＝64.３93,取６4．4mm。

④外形9１±0。

90的模孔尺寸为0。

90+（1＋0．011）×91＝９2。

9０１，取92。

９mｍ。

⑤外形74±0.90的模孔尺寸为0。

９０+（1+0.０1１）×74=75．７14,取75。

７mm。

⑥外形103±0.95的模孔尺寸为０．95+（1+0．01１）×103=１０5.０8３,取１０5。

1mm。

⑦外形71±0。

９0的模孔尺寸为０。

90＋（1+0。

0１1）×71=72。

681，取72.7ｍm。

⑧外形62±0．9１的模孔尺寸为0.９1＋（1+０.０11）×62=６3。

59２,取6３.６mm.

⑨外形72±０．90的模孔尺寸为0。

90+（1＋0。

０11）×72＝７3。

６92，取73。

7mm。

⑩外形26±０。

70的模孔尺寸为0.7０+（1+０.0１1）×26=２6。

986,取27。

0ｍm。

⑾外形8±０．6０的模孔尺寸为0。

60＋（1+０。

０11）×8=８.６8８，取8。

7ｍｍ。

⑿外形6±0。

５5的模孔尺寸为0。

55＋（１+0.01１）×6=6。

616，取6。

６mm.

⒀外形5±0。

３5的模孔尺寸为０．3５+（1+０。

011）×5=5。

405，取5。

4mm。

⒁型材中所有半径为R3的圆角的模孔尺寸为0。

2０＋（１＋0.011）×3＝3。

23４，取R３.2mm．

⒂型材中所有半径为R１．5的圆角的模孔尺寸为0.１5＋（１＋0.011）×1.5=1.6６２取R1.7mm。

型材模孔尺寸如下图（括号外为型材尺寸，括号内为模孔尺寸）:

图　５—2

第六章　型材模具强度校核

槽形型材模强度校核：

　　　　　图6—1

把槽形型材模的突出部分,看成是一个受均布载荷的悬臂梁，其根部是危险截面，计算模子的最小厚度。

①求单位压力p

　　　　　p=Ｐ/F0

　式中:

P-挤压力（用挤压机的额定压力）,N;

　　F0—挤压筒断面积，mｍ2。

则p=Ｐ/F0=1９。

６×106/π×2002＝1５6Ｎ

②求舌头根部的弯曲应力σw

　舌部载荷Ｑ:

Q=pａl

则Q＝pａl=15６×6１×59＝5.６MN

舌头根部弯矩Ｍ：

M=ｐ·a·ｌ·l/2=p·a·l2/2

则M=Ｐ·a·l2/2=１9。

6×61×５92/2=２080９4１。

８MN·mm

舌头根部截面模数W:

W＝b·h2/６

式中：

b—悬臂梁根部截面出口宽度,b＝ａ-2ｃ;

　c—悬臂梁根部截面出口空刀尺寸，取c＝１．8

则W=b·ｈ２/6=（6１-2×2）×４02/6=15200mｍ３

则弯曲应力为：

弯

=

=

=1３6。

９ＭＰa

当模具材质选用3Cｒ2Ｗ８V钢时,在500°C时,取[σ弯］=650MPａ；400°C时，取980MPa。

则

③模具的最小厚度H

式中：

ｈ—模具厚度（模子和模垫的总厚度）,mm；

　　ｌ—悬臂梁长度,mｍ;

　　ａ-悬臂根部断面宽度，ｍｍ；

　　b—悬臂根部断面出口宽度,mm;

　[σ弯］—模具材料的许用弯曲应力，MPa。

带入数据计算可得hmin=15～１9ｍm

④悬臂梁端部挠度δmａx计算

式中：

ｑ-悬臂梁单位长度上的压力,q=Q/ｌ,N/mｍ；

　Ｅ—模具材料弹性模量，对于3Cr２Ｗ8V钢,取E=2。

2×105　Ｍｐa;

Ｊ—悬臂梁截面的惯性矩J=ｂH3/12，mm4;

只有当悬臂前端的挠度δｍax〈1mｍ时，才能保证型材的精度。

将数据带入上式计算可得：

最大=0。

015mm〈1mm．

通过以上计算校核可得出所设计的模具符合要求．但如果按照上式计算出的模具厚度进行设计,可以保证模子的悬臂部分在发生弯曲变形的情况下,基本不会发生断裂．但是，当弯曲较大时，会导致模孔尺寸发生变化而影响型材的精度.所以选取模具的高度H＝４０mm.

第七章　绘制模具图

。

型材模（入口端）:

图　6—1

图７-１

总结

经过这一周的型材模具课程设计的参与和学习，使我对型材模具的设计和制造过程有了一个了解;并且在设计过程中，我对模具的使用和发展的现状有了更深刻的了解。

在这一周的时间里,加深对热挤压模具设计与制造基础这门课的知识的理解和消化。

虽然在设计过程中遇到了一些问题，但在老师和同学的帮助下也一一解决。

总的来说此次课程设计是对我所学知识的一次实践应用,在发现问题和解决问题的过程中也对自己的一些对知识理解薄弱的环节进行强化记忆和理解。

参考文献

【1】.热挤压模具设计与制造基础.重庆：

重庆大学出版社,20０1

【2】。

马怀宪。

金属塑性加工.北京:

冶金工业出版社,201０.

【3】。

陈霖.机械工人切削手册．北京：

人民邮电出版社，20０8。