一、擠壓模具設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮的因素

    擠壓模具設(shè)計(jì)是介于機(jī)械加工與壓力加工之間的一種工藝性設(shè)計(jì)。除了應(yīng)參考機(jī)械設(shè)計(jì)所需遵循的原則以外，尚需考慮熱擠壓條件下的各種工藝因素。
    (1)由模子設(shè)計(jì)者確定的因素
    擠壓機(jī)的結(jié)構(gòu)，壓型嘴或模架的選擇或設(shè)計(jì)，模子的結(jié)構(gòu)和外形尺寸，模子材料，模孔數(shù)和擠壓系數(shù)，制品的形狀、尺寸及允許的公差，?？椎男螤睢⒎轿缓统叽?，?？椎氖湛s量、變形撓度、定徑帶與阻礙系統(tǒng)的確定，以及擠壓時(shí)的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)等。
    (2)由模子制造者確定的因素
    模子尺寸和形狀的精度，定徑帶和阻礙系統(tǒng)的加工精度，表面光潔度，熱處理硬度，表面滲碳、脫碳及表面硬度變化情況，端面平行度等。
    (3)由擠壓生產(chǎn)者確定的因素 
    模具的裝配及支承情況，鑄錠、模具和擠壓筒的加熱溫度，擠壓速度，工藝潤滑情況，產(chǎn)品品種及批量，合金及鑄錠品質(zhì)，牽引情況，拉矯力及拉伸量，被擠壓合金鑄錠規(guī)格，產(chǎn)品出?？诘睦鋮s情況，工模具的對中性，擠壓機(jī)的控制與調(diào)整，導(dǎo)路的設(shè)置，輸出工作臺及矯直機(jī)的長度，擠壓機(jī)的能力和擠壓筒的比壓，擠壓殘料長度等。
    在設(shè)計(jì)前，擬訂合理的工藝流程和選擇最佳的工藝參數(shù)，綜合分析影響模具效果的各種因素，是合理設(shè)計(jì)擠壓模具的必要和充分條件。

二、模具設(shè)計(jì)的原則與步驟

    在充分考慮了影響設(shè)計(jì)的各種因素之后，應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品的類型、工藝方法、設(shè)備與模具結(jié)構(gòu)來設(shè)計(jì)模腔形狀和尺寸，但是，在任何情況下，模腔的設(shè)計(jì)均應(yīng)遵守如下的原則與步驟。
    (1)確定設(shè)計(jì)模腔參數(shù)
    設(shè)計(jì)正確的擠壓型材圖，擬訂合理的擠壓工藝，選擇適當(dāng)?shù)臄D壓筒尺寸，擠壓系數(shù)和擠壓機(jī)的擠壓力，決定模孔數(shù)。這一步是設(shè)計(jì)擠壓模具的先決條件，可由擠壓工藝人員和設(shè)計(jì)人員根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)場的設(shè)備條件、工藝規(guī)程和大型基本工具的配備情況共同研究決定。
    (2)?？自谀Ｗ悠矫嫔系暮侠聿贾?
    所謂合理的布置就是將單個(gè)或多個(gè)?？?，合理地分布在模子平面上，使之在保證模子強(qiáng)度的前提下獲得最佳金屬流動(dòng)均勻性。單孔的棒材、管材和對稱良好的型材模，均應(yīng)將?？椎睦碚撝匦闹糜谀Ｗ又行纳?，各部分壁厚相差懸殊和對稱性很差的產(chǎn)品，應(yīng)盡量保證模子平面x軸和l，軸的上下左右的金屬量大致相等，但也應(yīng)考慮金屬在擠壓筒中流動(dòng)特點(diǎn)，使薄壁部分或難成形部分盡可能接近中心，多孔模的布置主要應(yīng)考慮?？讛?shù)目、模子強(qiáng)度(孔間距及模孔與模子邊緣的距離等)，制品的表面品質(zhì)、金屬流動(dòng)的均勻性等問題。一般來說，多孔模應(yīng)盡量布置在同心圓周上，盡量增大布置的對稱性(相對于擠壓筒的X、Y軸)，在保證模子強(qiáng)度的條件(孔間距應(yīng)大于30～50 mm，?？拙嗄Ｗ舆吘墤?yīng)大于25～50 mm)，?？组g應(yīng)盡量緊湊和盡量靠近擠壓筒中心(離擠壓筒邊緣大于20～40 mm)。
    (3)?？壮叽绲暮侠碛?jì)算
    計(jì)算?？壮叽鐣r(shí)，主要考慮被擠壓合金的化學(xué)成分、產(chǎn)品的形狀和公稱尺寸及其允許公差，擠壓溫度及在此溫度下模具材料與被擠壓合金的熱膨脹系數(shù)，產(chǎn)品斷面上的幾何形狀的特點(diǎn)及其在擠壓和拉伸矯直時(shí)的變化，擠壓力的大小及模具的彈塑性變形情況等因素。對于型材來說，一般用以下公式進(jìn)行計(jì)算： 

 A=A₀ + M + (K_Y + K_P + K_T ) A₀             (4—3—1) 

式中  A₀——型材的公稱尺寸； 
M——型材公稱尺寸的允許偏差；
K_Y——對于邊緣較長的丁字形、槽形等型材來說，考慮由于拉力作用而使型材部分尺寸減少的系數(shù)；
K_P——考慮到拉伸矯直時(shí)尺寸縮減的系數(shù)；
K_T——管材的熱收縮量。 

K_T =t·(α- t₁)·α₁          (4—3—2) 

式中  t和t₁——分別為坯料和模具的加熱溫度； 
α和α₁——分別為坯料和模具的線膨脹系數(shù)。
對于壁厚差很大的型材，其難于成形的薄壁部分及邊緣尖角區(qū)應(yīng)適當(dāng)加大尺寸。對于寬厚比大的扁寬薄壁型材及壁板型材的?？祝鞐l部分的尺寸可按一般型材設(shè)計(jì)，而腹板厚度的尺寸，除考慮公式(4—3—1)所列的因素外，尚需考慮模具的彈性變形與塑性變形及整體彎曲，距離擠壓筒中心遠(yuǎn)近等因素。此外，擠壓速度，有無牽引裝置等對?？壮叽缫灿幸欢ǖ挠绊?。
    (4)合理調(diào)整金屬的流動(dòng)速度
    所謂合理調(diào)整就是在理想狀態(tài)下，保證制品斷面上每一個(gè)質(zhì)點(diǎn)應(yīng)以相同的速度流出?？住１M量采用多孔對稱排列，根據(jù)型材的形狀，各部分壁厚的差異和比周長的不同及距離擠壓筒中心的遠(yuǎn)近，設(shè)計(jì)不等長的定徑帶。一般來說，型材某處的壁厚越薄，比周長越大，形狀越復(fù)雜，離擠壓筒中心越遠(yuǎn)，則此處的定徑帶應(yīng)越短。當(dāng)用定徑帶仍難于控制流速時(shí)，對于形狀特別復(fù)雜，壁厚很薄，離中心很遠(yuǎn)的部分可采用促流角或?qū)Я襄F來加速金屬流動(dòng)。相反，對于那些壁厚大得多的部分或離擠壓筒中心很近的地方，就應(yīng)采用阻礙角進(jìn)行補(bǔ)充阻礙，以減緩此處的流速。此外，還可以采用工藝平衡孔，工藝余量或者采用前室模、導(dǎo)流模、改變分流孔的數(shù)目、大小、形狀和位置來調(diào)節(jié)金屬的流速。
    (5)保證足夠的模具強(qiáng)度
    由于擠壓時(shí)模具的工作條件十分惡劣，所以模具強(qiáng)度是模具設(shè)計(jì)中的一個(gè)非常重要的問題。除了合理布置模孔的位置，選擇合適的模具材料，設(shè)計(jì)合理的模具結(jié)構(gòu)和外形之外，精確地計(jì)算擠壓力和校核各危險(xiǎn)斷面的許用強(qiáng)度也是十分重要的。目前計(jì)算擠壓力的公式很多，但經(jīng)過修正的別爾林公式仍有工程價(jià)值。擠壓力的上限解法，也有較好的適用價(jià)值，用經(jīng)驗(yàn)系數(shù)法計(jì)算擠壓力比較簡便。至于模具強(qiáng)度的校核，應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品的類型、模具結(jié)構(gòu)等分別進(jìn)行。一般平面模具只需要校核剪切強(qiáng)度和抗彎強(qiáng)度。舌型模和平面分流模則需要校核抗剪、抗彎和抗壓強(qiáng)度，舌頭和針尖部分還需要考慮抗拉強(qiáng)度等。強(qiáng)度校核時(shí)的一個(gè)重要的基礎(chǔ)問題是選擇合適的強(qiáng)度理論公式和比較精確的許用應(yīng)力。近年來，對于特別復(fù)雜的模具可用有限元法來分析其受力情況與校核強(qiáng)度。

三、模具設(shè)計(jì)的技術(shù)條件及基本要求

    模具的結(jié)構(gòu)、形狀和尺寸設(shè)計(jì)計(jì)算完畢之后，要對模具的加工品質(zhì)、使用條件提出基本要求。這些要求主要是：
    (1)有適中而均勻的硬度，模具經(jīng)淬火、回火處理后，其硬度值為40～52HRC(根據(jù)模具的尺寸而定，尺寸越大，要求的硬度越低)。
    (2)有足夠高的制造精度，模具的形位公差和尺寸公差符合圖紙的要求(一般按負(fù)公差制造)，配合尺寸具有良好的互換性。  

鋁型材擠壓工藝條件 
1) 鑄錠的加熱溫度 
鋁的最高允許加熱溫度為550℃，下限溫度為320℃，為了保證制品的組織，性能，擠壓時(shí)錠坯的加熱溫度不宜過高，應(yīng)盡量降低擠壓溫度。 2) 擠壓筒的加熱溫度 
模具的成分多為合金鋼，由于導(dǎo)熱性差，為避免產(chǎn)生熱應(yīng)力，擠壓前擠壓筒要預(yù)熱，為保證擠壓制品的質(zhì)量，并且具有良好的擠壓效應(yīng)，擠壓筒溫度可取400℃～450℃。 

3) 擠壓溫度 
熱擠壓時(shí)，加熱溫度一般是合金熔點(diǎn)絕對溫度的0.75～0.95倍，擠壓過程中溫度控制在500℃左右。 

4) 擠壓速度 
擠壓速度快雖然可以提高生產(chǎn)力，但擠壓速度過快會影響材料的擠壓性和使擠壓溫度過高，因此必須控制好擠壓速度。考慮金屬與合金的可擠壓性，制品質(zhì)量要求及設(shè)備的能力限制，本設(shè)計(jì)的擠壓速度取40～60m/min。 

5) 模具的材質(zhì) 
模具應(yīng)具有足夠的耐高溫疲勞強(qiáng)度和硬度，較高的耐回火性及耐熱性，足夠的韌性，低的膨脹系數(shù)和良好的導(dǎo)熱性，可加工性，及經(jīng)濟(jì)性。表2-1為鋁合金擠壓模具材料的部分性能參數(shù)。