毕业论文-玻璃窗框组合模的设计.doc

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河南科技学院

2009 届本科毕业论文（设计）

论文题目：玻璃窗框组合模的设计

学生姓名： 连 迎 风

所在院系： 机电学院

所学专业： 机电技术教育

指导老师： 陈锡渠 杨辉

论文完成时间：2009年5月31日

目 录

1 概述 2
2 挤压产品的工艺分析 3
2.1 成形工艺的分析及选择 3
2.2 挤压件的结构分析及各个要素对其影响 4
2.3 挤压件的尺寸分析 4
2.4 挤压机吨位的选择 5
2.5 挤压模具失效分析 6
3 平面分流组合模 6
3.1 结构分析 6
3.2 工作原理与特点 6
4 模具结构设计 7
4.1 模具材料 7
4.2 一般结构 7
4.3 结构要素设计 8
4.3.1分流比的计算 8
4.3.2分流孔的形状、断面尺寸、数目及其分布 8
4.3.3分流桥的设计 10
4.3.4模芯（或舌头）的设计 10
4.3.5焊合室设计 10
4.3.6模孔尺寸的设计 11
4.3.7模孔工作带长度的确定 13
4.3.8模孔空刀结构设计 13
4.4 强度校核 16
4.4.1 分流桥弯曲应力的校核 16
4.4.2 分流孔道抗剪应力的校核 16
4.4.3 模芯的强度校核 16
5 结束语 19
致谢 19
参考文献 19
1 概述（挤压工艺的历史及简介）
　　17世纪法国人用手动螺旋压力机挤压出铅管，用作水管，是为冷挤压之始。19世纪末实现了锌、铜和铜合金的冷挤压，20世纪初期扩大到铝和铝合金的挤压。30年代德国人发明磷化、皂化的表面减摩润滑处理技术，使钢的冷挤压获得成功，最初用于挤制钢弹壳。第二次世界大战后，钢的冷挤压推广到其他国家，并扩大了应用范围。50年代开始采用熔融玻璃润滑法，钢的热挤压遂在冶金和机械工业中得到应用和发展。
　　挤压按坯料温度区分有热挤压、冷挤压和温挤压 3种。金属坯料处于再结晶温度以上时的挤压为热挤压；在常温下的挤压为冷挤压；高于常温但不超过再结晶温度下的挤压为温挤压。
　　热挤压广泛用于生产铝、铜等有色金属的管材和型材等，属于冶金工业范围。钢的热挤压既用以生产特殊的管材和型材，也用以生产难以用冷挤压或温挤压成形的实心和空心（通孔或不通孔）的碳钢和合金钢零件，如具有粗大头部的杆件、炮筒、容器等。热挤压件的尺寸精度和表面光洁度优于热模锻件，但配合部位一般仍需要经过精整或切削加工。
　　冷挤压原先只用于生产铅、锌、锡、铝、铜等管材、型材，以及牙膏软管（外面包锡的铅）、干电池壳(锌)、弹壳（铜）等制件。20世纪中期冷挤压技术开始用于碳素钢和合金钢，如各种截面形状的杆件和杆形件、活塞销、扳手套筒、直齿圆柱齿轮等，后来又用于挤压某些高碳钢、滚动轴承钢和不锈钢件。冷挤压件精度高、表面光洁，可以直接用作零件而不需经切削加工或其他精整。冷挤压操作简单，适用于大批量生产小制件（钢挤压件直径一般不大于100mm）。
　　温挤压是介于冷挤压与热挤压之间的中间工艺，在适宜的情况下采用温挤压可以兼得两者的优点。但温挤压需要加热坯料和预热模具，高温润滑尚不够理想，模具寿命较短，所以应用不甚广泛。
　　 挤压是金属压力加工的一种少切削和无切削加工工艺。将挤压模具装在压力机上，利用压力记得往复运动，在室温、中温或高温下使金属在三向压应力状态下发生塑性变形，从而挤出所需尺寸、形状及性能的零件。
挤压加工的优点：1.节约原材料，提高生产率
2.提高零件的力学性能——切削加工时，金属内部纤维被割断，力学性能受到影响。但在挤压过程中，金属受三向压应力作用，成型后零件内部的纤维组织具有连续性，基本沿外形分布，保证了零件的力学性能。另外，冷挤压成形过程中，因为金属的冷作硬化，制件的的强度大为提高;
3.可加工形状复杂的零件;
4.提高零件的精度及表面粗糙度。挤压过程中，金属表面粗糙度可达到Ra1.6-0.2,尺寸精度的公差范围最高可控制到±0.015mm.
2 挤压产品的工艺分析
型材是挤压的主要产品，随着房地产的持续高热，对铝合金门窗型材的需求量增加、规格品种日渐增多，而且其形状也不断改进，以增加门窗耐用性。铝合金型材可分为普通型材和专用型材两大类。专用型材主要是指变断面型材、空心型材和壁板型材等，普通型材主要是指各种形状规格和各种用途的实心型材。那么门窗型材就属于专用型材。
普通型材主要用单孔或多孔的平面模来进行挤压。在挤压断面形状比较复杂，非对称性很强或型材各处的壁厚尺寸差别很大的型材时，由于金属流出模孔时的速度不均匀而造成型材的扭拧、波浪弯曲及裂纹等。因此，为了提高挤压制品的质量，在设计型材模具时，除了要选择有足够强度的模具结构以外，还需要考虑模孔的配置，模孔制造尺寸的确定和选择保证型材断面各个部位的流动速度均匀的设计。
2.1 成形工艺的分析及选择
挤压工艺是在金属材料冷变形、温变形、热变形三种状态下进行的，并按被挤压材料的温度分为冷挤压、温挤压、热挤压三大类。设计挤压模具时应根据其挤压变形的规律，对模具效果图进行适当修改，使挤压出的零件具有良好的工艺性。 因此，应该对三种挤压工艺合理分析，并选择最佳工艺：
冷挤压不需加热坯料，也就是在室温下进行挤压。这种工艺节约原材料，生产率高、精度高，但是冷挤压需要的变形抗力大；当变形抗力大到超过模具材料允许的强度时，就造成模具的破坏，目前一般模具材料在冷挤压时允许的单位挤压力为2500～3000MPa。所以冷挤压之前，要将材料预先软化退火，在各道冷挤压工序之间也要退火处理。
由于金属坯料被预先加热，温挤压中材料的变形抗力比冷挤压要小，可有效降低成形压力机的吨位，模具寿命也有所提高，而且挤压难加工材料也比冷挤压来得容易。如果在较低温度范围内挤压，产品的力学性能与冷挤压件差别不大，唯一的缺点是：热环境使尺寸精度稍有降低。
热挤压的加热温度为热锻温度，材料变形抗力显著降低，成形压力机的吨位进一步降低，同时挤压零件的尺寸范围也很宽泛。热挤压的表面质量和尺寸精度较模锻高，而且具有良好的力学性能。但是，因为热挤压特殊的热环境，其工艺缺点也很突出：其一，材料氧化、脱碳及热膨胀等问题不容忽视，挤压产品须经过切削才能最终成形；其二，模具寿命较低，普通合金工具钢凹模只能生产1000到2000只热挤压件；第三，对于大型挤压零件，难以保证有效的高质量加热。
本次的模具设计，坯料是铝合金，采用冷挤压完全满足要求，但金属挤压机的吨位太大，对模具要求也高。温挤压是介于冷挤压与热挤压之间的中间工艺，在适宜的情况下采用温挤压可以兼得两者的优点。
按坯料的塑性流动方向，挤压又可分为：流动方向与加压方向相同的正挤压，流动方向与加压方向相反的反挤压，坯料向正、反两个方向流动的复合挤压。在本设计中，型材长度最适合正挤压。
润滑和表面处理 为降低挤压力和模具的磨损率，并防止金属坯料与模具面的热胶合，挤压时必须有良好的润滑。温挤压和热挤压因温度高，不适宜用磷化-皂化润滑，一般采用玻璃粉(高温时熔融)、二硫化钼、石墨等配成的油剂润滑。
2.2 挤压件的结构分析及各个要素对其影响
挤压件的极限成形尺寸取决于坯料的破坏极限、模具的强度以及挤压过程中的润滑和工作条件。给出必要的挤压斜度（若采用卸料装置，也可以不给出挤压斜度），可以使挤压件在模腔内的摩擦阻力大大减少，从而能方便地从凹模型腔内取出挤压件。
挤压件截面过度处必须设计成圆角，并给出适当半径，圆角半径越小，金属材料在此处的流动性越差，就越难充满模具型腔，还会使型腔的相应部位严重磨损。在圆角半径过小处，由于应力集中会产生裂缝，以致热挤压模型腔破裂。所以，在保证产品零件要求的前提下，挤压件的圆角半径应稍大。
温挤压时，铝合金棒料的温度在2500C以下，为减少坯料表面的氧化，挤压温度不宜太低。但同时要考虑到温度对挤压力的影响。对于纯铝，如将室温200C时的挤压力设为100%，那么在1500C时的挤压力为59%，2000C时的挤压力为41%[2]。本设计将工作温度设定为2400C，挤压力约为室温时的30%。
2.3 挤压件的尺寸分析
挤压件的尺寸及偏差是由模具、挤压设备和其他相关因素决定的。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。
本设计的挤压件材料为最为常用的6063铝合金，根据《挤压模具简明设计手册》表2.8中查得，挤出入模角α为900～1200，挤出直径d≥0.1D（其中D是挤压筒的直径），坯料直径d0≤D，挤出余料厚度b≥0.2～0.3mm。由《挤压模具简明设计手册》表2.10中查得，壁厚≥0.1，其尺寸精度范围在±（0.030～0.075）mm。图1所示的零件厚度最厚为1.2mm ,宽为64.9mm[1]，截面积为232.96mm2，外界圆直径约70mm。
图1-窗框型材截面图

图2-型材截面拉伸图
2.4 挤压机吨位的选择
挤压比是以数值表示模具实现挤压的难易, 一般来说挤压比10到150之间是可以适用的.挤压比低于10,产品机械性能低;反之产品容易出现表面粗糙或角度偏差等缺陷。实心型材常推荐挤压比在30左右,中空型材在45左右,特别是硬铝合金挤压比应在20至30之间。为了选择合适的设备，拟定合理的工艺，设计经济而合理的模具，必须精确的计算挤压比。
根据图-1提供的尺寸，可大致算出挤压件外接圆直径为70mm，为保证足够的分流空间，采用130mm直径的挤压筒。 根据下面的公式计算出挤压比r为：
　 （1）
其中Aο是铸锭的截面积；
A1是挤压件的截面积。
由这个挤压比综合挤压机的参数和型材的外接圆直径，应取挤压机吨位为15MN。
2.5 挤压模具失效分析
挤压时，凹模部分承受着定载荷，但细分到各个部分数值差别较大，模具存在危险截面。挤压凸模主要承受不同流速产生的压应力的作用，并有分流孔所引起的弯曲应力，受力状态比较复杂。
挤压时凹模承受着很大的内应力，在凹模圆周方面产生很大的拉应力。过大的拉应力是使凹模破坏的主要原因。
模具的早期失效是因冲击破裂、塑性变形黏附撕坏以及过早的磨损和开裂等原因造成的；当模具达到正常寿命之后，由于磨损或疲劳破损，则属于正常失效。
模具早期失效的主要原因就是模具材质差、模具结构不合理、模具加工和热处理工艺不达标；其次是模具材料选用不当、锻造工艺和模具使用不当的影响。
3 平面分流组合模
3.1 结构分析
根据空心型材的外形、孔的数目孔对型材断面中心位置的非对称分布程度以及一系列其它因素，可以采用两种基本方法挤压空心型材：
（1）对于空心或实心铸锭可以采用管材挤压法挤压；当采用实心铸锭时，在挤压之前，先要对坯料进行穿孔；
（2）利用组合（舌型）模进行挤压，在这种情况下，将组合针和模具做成一个整体或者装配成一个刚性结构；
为了使模具在挤压时模孔各部的流速均匀、挤压平稳，在设计其模具结构时，打破了一般型材大都采用平模形式的常规设计理念，将此型材模具设计成带有流口、分流桥的平面分流组合模的形式。
3.2 工作原理与特点
平面分流组合模采用实心铸锭，在挤压机挤压力的作用下，铝锭经过分流孔时被分成几股金属流，流入焊合室（模腔），在高温、高压、高真空的条件下重新焊合，然后通过模芯与模具所形成的间隙流出，而形成符合一定尺寸要求的管材或空心型材。
其主要优点是：
（1）可以挤双孔或多孔的内腔十分复杂的空心型材或管材，也可以同时生产多根空心工件，所以生产效率高，这一点是桥式舌型模很难实现甚至无法实现的；
（2）可以挤压悬臂梁很大，用平面模很难生产的半空心型材；
（3）可以实现连续挤压，根据需要截取任意长度的工件；
（4）可以改变分流孔的数目、大小和形状，使断面形状比较复杂、壁厚差较大，难以用工作带、阻碍角和促流角等调节流速的空心型材很好成形；
（5）可以用带锥度的分流孔，实现在小挤压机上挤压外形较大的空心工件，而且能保证有足够的变形量；
（6）可拆换，易加工，成本较底；
（7）易于分离残料，操作简单，辅助时间短，可在普通的型棒挤压机上用普通的工具完成挤压周期，同时残料短，成品率高。
但是，它也有一定的缺点：
（1）焊缝较多，可能会影响工件的组织和力学性能；
（2）要求模具的加工精度高，特别是多孔空心型材，上下模要求严格对中；
（3）残料分离不干净，不便于修模[3]。

4 模具结构设计
4.1 模具材料
模具材料将采用钨钢，其典型钢种为3CrW8V。
3CrW8V钢广泛地用来制造重载荷模具，这种钢是含碳量为03%～0.4%的Cr-W系的一种亚共析奥氏体合金钢。它的特点是具有很高的室温强度性能：当温度为650℃时，бs仍可保持1100MPa，HRC可达47。但超过650℃时，强度和硬度值则急剧下降。实验研究表明，3CrW8V钢的上述性能随钢材中的碳含量的增加而提高。由于3CrW8V钢的化学成分和生产、使用条件在各国存在差异，所以，其热处理工艺也不尽相同，因此所得到的性能也有区别。3CrW8V钢的另一个特点是热处理后具有良好的耐磨性和符合模具使用要求的热疲劳强度[4]。
4.2 一般结构
平面分流组合模一般由上模，下模，定位销，联结螺钉四部分组成。上下模组装后装入模支承中，为了保证模具的强度，减少或消除模具变形，有时还要配备专用的模垫和环。在上模有分流孔，分流桥和模芯，分流孔是金属通往型孔的通道，分流桥是支承模芯的支架，而模芯用来形成型材内腔的形状和尺寸。
在下模有焊合室，模孔型腔，工作带和空刀。焊合室是把分流孔流出来的金属汇集在一起重新焊合起来形成以模芯为中心的整体坯料，由于金属不断聚集，静压力不断增大，直至挤出模孔。模孔型腔的工作带部分确定型材的外部尺寸和形状以及调节金属的流速，而空刀部分是为了减少摩擦，使工件能顺利通过，免遭划伤，以保证表面质量。
定位销用来进行上下模的装配定位，而联结螺钉是把上下模牢固地联结在一起，使平面分流模形成一个整体，便于操作，并可增大强度。
此外，按分流桥的结构不同，平面分流组合模又可分为固定式个可拆式的两种。带可拆式分流桥的模具又称之为叉架式分流模，用这种形式的模子，可同时挤压多根空心制品。
4.3 结构要素设计
平面分流组合模的主要设计要素有模孔的选择，分流比，分流孔的形状、大小和分布，分流桥，模芯，焊合室，定径带等，这些因素对产品质量和模具寿命均有重大的影响，必须认真的计算和慎重选择。
4.3.1分流比的计算
分流比(K)就是各分流孔的断面积(ΣF分)与型材断面积(F型)之比。分流比K的大小直接影响到挤压阻力的大小，工件成型和焊合质量，K值越大，越有利于金属流动与焊合，也可减少挤压力。因此，在模具强度允许的范围内，应尽可能选取较大的K值。在一般情况下，对于生产空心型材时，取K=10～30，对于生产管材时，取K=8～15。根据

（2）
这里我们取K=21
4.3.2分流孔的形状、断面尺寸、数目及其分布
分流孔是平面分流模的基本结构部分，其形状、断面尺寸，数目及不同的排列方式都直接影响到挤压工件的质量、挤压力和模具的使用寿命，对于每一特定的产品必须设计特定的分流孔。
分流孔的断面形状有圆形、腰子形、扇形及异形等。
对于方管，矩形管或断面复杂的型材多取扇形和异形分流孔，对于管材或断面简单的型材可取圆形的和腰子形的分流孔，对于扁、宽型材或空心壁板，则应取矩形或弧形的分流孔本设计的工件型材断面复杂，所以选用异形分流孔。
分流孔的数目有两孔、三孔、四孔和多孔多种，这要根据工件的外形尺寸，断面形状，模孔的排列位置等来确定。因为本设计的工件型材断面形状比较简单，所以这里将采用两个对称分流孔。
分流孔的断面尺寸主要是根据工件的外形尺寸，工件的断面积，以及所要求的分流比，模具的强度等因素来确定。为了减少挤压力，提高焊缝的质量或对工件的外形尺寸较大，想扩大分流比又受到模具强度的限制时，分流孔可做成斜形孔，一般来说，起内斜度为1～3°，外锥度取3～6°。
分流孔在模具平面上的合理布置，对于平衡金属流速，减少挤压力，促进金属的流动与焊合，提高模具寿命等都有一定的影响。本工件属于对称性交好的空心工件，各分流孔的中心圆直径应大致等于0.7D筒，此时金属的流动性较为均匀，而且挤压力最小，模具强度较高。此外，分流孔的布置应尽量与工件保持几何相似性。为了保证模具强度和产品质量，分流孔不能布置得过于靠近挤压筒或模具的边缘，但是为了保证金属的合理流动及模具的寿命，分流孔也不宜布置的过于靠近挤压筒中心。
对比本次型材的截面，属于矩形管范畴，应该采用扇形分流孔；在分流孔数目的选择上，考虑到该型材悬臂较长，截面形状不太复杂，可以（这也是唯一的选择）使用两个分流孔。初设定扇形圆弧半径为45mm，两弦相距28mm。如图-3所示：

图-3 分流孔的数目及分布

4.3.3 分流桥的设计
在保证模具有足够强度的条件下，分流桥应尽量设计得短而窄。分流桥的宽窄与模具强度和金属的流量有关，分流桥的高度直接影响模具寿命，挤压力，以及焊缝质量。从增大分流比、降低挤压力来考虑，分流桥宽度B应选择得小些，但从改善金属流动均匀性来考虑，模孔最好受到分流桥的遮蔽，则B应选得宽些。一般取：
　（3）
其中B是分流桥宽度，
b是形腔宽度；
分流桥的截面形状主要有矩形的，矩形倒角的和水滴形的三种。采用矩形截面分流桥时，金属在桥下形成一个死区，不利于金属流动与焊合。矩形倒角截面和水滴形(或近似水滴形)截面的分流桥有利于金属的流动与焊合，而且便于模具加工，因此，在强度允许的条件下，应尽量采用这两种截面的分流桥。在这里我们采用矩形倒角截面的分流桥。
分流桥的斜度，对焊缝质量有影响，一般取θ=45°；对难挤压的型材取θ=30°，桥底圆角R=2~5mm，焊合高度h焊在（1/2～2/3）B的范围θ均小于45°。
根据下面的公式计算出本模具的分流桥斜度θ为：

　（4）

其中B为分流桥的宽度；
h为焊合室的高度。
为了增加分流桥的强度，通常在桥的两端增加桥墩，蝶形桥墩不仅增加了桥的强度，而且改善了金属的流动，避免死区的产生。
4.3.4 模芯（或舌芯）的设计
模芯相当于穿孔针，其定径区，决定工件的内腔形状和尺寸，其结构直接影响模具的强度、金属焊合质量和模具的加工方式。模芯的结构形式，常见的有三种：圆柱形模芯、双锥体模芯和锥体模芯。这里我们采用凸台式锥体模芯，它主要用于挤压方管，矩形管及空心型材。模芯的定径带有凸台式、锥台式和锥式三种，模芯宽度在b<10mm时多采用锥式；在10mm20mm时，多采用凸台式。模芯的长度宜短，稍伸出定径带即可，过长易使管子偏心，过短易形成椭圆，对于小挤压机模芯可伸出模具定径带1～3mm，对于大吨位挤压机可伸出10～12mm。
模芯的总长度可取焊合室深度、模具入口圆锥部分高度、工作带长度、模芯伸出工作带长度之总和。可由下式求得：
　（5）
式（5）中h焊表示焊合室深度；
h锥表示模具入口圆锥部分高度；
l带表示工作带长度数值；
为了保证内表面质量，在模芯的端部可倒出一定的圆角。如图-4所示：

图-4 模芯三视图
4.3.5 焊合室设计
焊合室的形状，入口方式，尺寸大小，对于金属流动，焊接质量，挤压力的大小很大的影响。
常用的焊合室截面形状有圆形和蝶形两种，当采用圆形焊合室时，在两分流孔之间会产生一个十分明显的死区，不仅增大挤压阻力，而且会影响焊缝质量。蝶形焊合室有利于消除这种死区，提高焊缝质量，为了消除焊合室边缘与模孔平面之间的接合出的死区，可采用大圆角（R=5～20mm ）,或将焊合室的入口处作成15°左右的角度，同时，在与焊合室对应的分流桥根部也作成相应的凸台，这样就改善了金属的流动，减少了挤压阻力。因此，这里我们选用圆形截面的焊合室。
本设计把焊合室设计在下模上，焊合室是金属聚集并焊合的地方，焊合腔的容积越大，焊合腔的截面积与工件断面之比越大，则焊合腔所建立起来的静水压力就越大，金属在焊合腔中停留的时间就越长，因此，焊接的质量就越高，可能采用的挤压速度就越大。合理的设计焊合室的高度具有重大的意义，当焊合室太浅时，由于摩擦力太小不能建立起足够的反压力，而使焊合压力不足，导致焊合不良，同时，还限制了挤压速度的提高，但太深又会影响模芯的稳定性，易出现空心工件壁厚不均匀的现象，同时分离残料后，积存金属过多，会降低工件的成品率。为了获得高强度的焊缝，在焊合室中心必须建立一个超过挤压金属屈服强度10~20倍高的静水压力。随着管材壁厚的增加和空心型材断面积增大，焊接腔的高度也应增大，一般情况下，焊合室高度应大于分流桥宽度的一半。对于中小型挤压机来说，焊合室高度可取10～20mm或等于管理厚度的6～10倍。在很多情况下，可根据挤压筒的直径来确定焊合室的高度。这里我们取焊合室的高度为30mm。

1. 分流孔 2. 焊合室 3. 死区

图-5 焊合室形状
a 圆形焊合室

b 蝶形焊合室室
c焊合室剖面

4.3.6 模孔尺寸的设计
由于本设计工件的形状复杂，外部尺寸大，壁厚很薄，并要求在保证强度的情况下尽量减轻重量，减少用材和降低成本。因此，外形和壁厚尺寸可按下偏差考虑。在模具设计时，主要考虑工件冷却后的收缩量和拉矫后的缩减量。模具外形的模孔尺寸A可由下试计算得出： （6）
其中A0是工件外形的工称尺寸；
K为经验系数，对铝合金一般取0.007～0.015，常用的6063合金，可取K=0.012；工件壁厚的模孔尺寸B可由下式计算得出：
　（7）

其中B0是工件壁厚的公称尺寸；
Δ是壁厚模孔尺寸增量，当B0≤3mm时，Δ=0.1mm,当B0>3mm时，Δ=0.2mm[5]。
4.3.7 模孔工作带长度的确定
确定平面分流组合模的模腔工作带要比平面模要复杂的多，根据过去挤压产品的经验, 挤压时金属在挤压筒中心流动是非常容易的, 但是越接近挤压筒内壁处, 金属的流动性逐渐降低。同样地, 当模口与模具中心距离相同, 金属经过模口的流动性几乎没有例外地与模口的相关尺寸成正比。
当采用单孔模挤压时，可按单一同心圆规则来确定模孔工作带的长度。确定模孔工作带长度时，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为该处型材的1.5~2倍；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；当型材壁厚相同时，与模子中心（与挤压筒中心重合）距离相等处其工作带长度相同；由模子中心起，每相距10mm（同心圆半径）工作带长度的增减数值可按表1所列数值进行确定；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，还要依据设计者的经验进行恰当确定。
计算模具工作带时, 首先按上述基本原理考虑,模口布局, 然后按照模口尺寸和模具中心的距离确定工作带。
平面分流组合模的工作带长度应较平面模的大些，这对金属的焊合有好处。

表1 模孔工作带长度增减值

、

4.3.8 模孔空刀结构设计
因用平面分流组合模挤压的制品壁厚都比较薄，故空刀结构应合理选择。当制品壁厚大于2mm 时可采用容易加工的空刀结构（如图a,b示：），当壁厚小于2 mm 时或带有悬臂处和危险断面处可用图(c ,d )型空刀结构，为降低工作阻力，增加其强度，工作带出口处应作1～3°的斜角。
由以上所述，我们在进行模具设计时应注意以下几点：
（1）模桥结构、焊合室高度，以及焊合室处形尺寸的设计要充分考虑型材壁厚和断面形状对金属流动性的影响，保证金属焊合充分，流动均匀。
（2）工作带的设计要尽量短，并在保证平滑、逐渐过渡的前提下，尽量减少落差。另外，工作带出口处形成一小半径弧形，有助于金属在模孔表面和工作带之间的过渡处流动，并可减少工作带出口处的毛刺，从而减少产生型材表面暗纹缺陷的机会
3）对某些实心型材，采用假组合模设计（阳模＋阴模）比平模设计效果好一些。
（4）设计模具出口带时，可采取一定锥度，以保证不擦伤型材。

b圆弧切口

a 直线切口

c斜度切口

d 圆弧与斜度组合切口

e 工作带有斜度的圆弧切口

图6 平面分流模空刀结构图

4.4 强度校核
4.4.1 分流桥弯曲应力的校核
按两端固定，均匀载荷的简支梁计算，校对模具厚度H为：
（8）

其中Hmin是分流桥的最小高度；
l是分流桥的宽度（两危险断面之间的距离）；
p是挤压机最大的比压；
[σb]是模具材料在工作温度下的许用应力，在450~500℃下，对3CrW8V钢取[σb]=1000Mpa[6]。
4.4.2 分流孔道抗剪应力的校核

　（9）

　 （10）
因而满足要求。
其中p是挤压机的公称压力；
n是分流孔的数目；
F是以分流孔间最短距离为长度，以模具厚度为高度所形成的面积；
[τ]是模具材料在工作温度下的许用剪切应力，[τ]=（0.5～0.6）[σb]，对3CrW8V钢在450～500℃时取[σ]=1000Mpa[6]。
4.4.3 模芯的强度校核
（1）桥梁受弯曲应力（循环）的数值很大，是主要的作用应力。
（2）将刀桥看作固定梁，受均布载荷的作用，桥的工作跨度为L。
（3）在计算外力时，一般按挤压机的最大吨位（如12500t）来考虑。
但实际上受的外力，即实际挤压力，有时低于全压力，而且有一部分挤压力不直接传递给模子，因此，有时也可按挤压机全压力的80%来考虑。
模芯的实体部分可分三段进行：
（A）与空心边接处工作带长度h1；
（B）三面受阻部位工作带长度h2；
（C）中间部分工作带h3； h3=(1.5～3) h1；若中间部分为分流孔直对部位，可选上限[6]。
校核:
（11）

在模具设计中L取50mm 。
4.5 凸模与凹模视图
通过以上准备，型材的模具已经有了具体的数据，根据这些数据，可分别画出草图，再对部分细节进行优化处理，就可得到模具的效果图，如以下两图所示：

图-7 凸模视图

图-8 凸模视图
凹模中间的同心圆弧和模具外圆同轴，同轴度为0.01，凸模模芯位置也是在这种约束下得到的。

经过几个月不断的学习，不断的搜索，不断的查询相关的模具设计的资料，在老师和相关设计人员的帮助下，最终设计出了基本符合设计要求的模具结构图形，图7为这个设计模具的实体图形，其中包括上摸、下模和组合模。
这个模具设计完成后，立即在工厂里加工制造，一是为了顾客的需求；二是为了验证设计的模具是否成功；
经过工厂的快速加工制造完成后，立即投入了零件的加工，当然首先是进行试模，在第一次的试模完成后，我们根据出现的问题立即进行了修改，经过多次的试模、修模，最终完成了符合工件的尺寸和精度要求的模具的设计。

5 结束语
本设计是由指导老师带入河南辉龙铝业有限公司进行实习的情况下完成的，由于本设计是我参与工厂的模具设计后，和模具设计人员共同完成的，属于理论联系实际，对工厂原有模具做了相应的改进,取得了良好的效果,因而所设计的模具合格。因本人所学有限，文中多数视图乃是复制屏幕然后粘贴的结果，背景颜色不可调，影响了画面质量，向各位读者表示歉意。
此外,在这次毕业设计我大量阅读了有关铝合金及其挤压模具的书籍，了解到很多有关铝型材加工的知识，拓展了视野，提高了分析问题、解决问题的综合能力。同时,在于其他同学进行交流时,竟有人慨叹:”真后悔没有好好学!”这是我很受震撼,此人学习起来可谓废寝忘食,他这么一句话,犹使我感到一阵莫名的恐慌---学海无涯,当真是我做得不对,我对人称”才疏学浅”时,是实话而非谦虚了.
致谢
在本次的设计中，本院诸位领导、老师、同学以及河南辉龙铝业各位技师都给了我很大的帮助。尤其是指导老师严谨的治学态度和务实的求知精神，给我留下了很深的印象，他鼓励我们积极进取，特别是在困难的时候，他有意识地培养我独立思考和解决问题的能力。在此，对所给予我指导和帮助的老师、同学和河南辉龙铝业有限公司的各位工程师表示最衷心的感谢。
参考文献
[1] 郝滨海.挤压模具简明设计手册[M].化学工业出版社；
[2] 王东华.设计因素对型材成形及表面质量的影响[J].深圳大学学报,1999 年 第16卷 ；
[3] 简便模具设计与制造[M].北京出版社，1985年2月；
[4] 赵权，虞传宝.模具材料和热处理方法的选择[M].浙江科学技术出版社，1989年2月；
[5] 铝合金及其加工手册[M].中南工业大学出版社，1989年；
[6] 刘静安.铝合金挤压模具设计制造使用及维修[M].冶金工业出版社，1999年2月；
[7] 周 平，李爱平，李大永，等.基于多重优化设计的铝型材挤压工作带模型[J].同济大学学报，2005年7月，第33卷第7期 ；
[8] 赵国忠，刘静安.6063铝型材挤压工艺的优化[J].铝加工 1999，Vol.22；
[9] 胡洪全，赵玉军.铝型材表面亮条缺陷成因及预防措施[J].铝合金加工技术 2002.VOL.30；
[10] 王东华.铝合金型材表面条纹的成因及预防措施[J].轻合金加工技术，1999 VOL.29；
[11] 曹胜泉，张胜华.6063合金型材表面缺陷的分析[J].轻合金加工，2001年8月；
[12] 王自焘.中国铝挤压技术及装备[J].世界有色金属 2005年第7期；
[13] 傅建，彭必友，李军.铝型材挤出速度对模具工作带的影响[J].塑性工程学报，2005年6月，第12卷第3期；
[14] 冯炳尧，韩泰荣，殷振海，等.模具设计与制造简明手册[M].上海科学技术出版社，1985年6 月；
[15] 中国模具工业协会标准件委员会.中国模具标准件手册[M].上海科学普及出版社，1989年11月。

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