第四章 模具外形尺寸设计
4.1模角
根据挤压机的结构，用途以及所生产的制品类别的不同，挤压工具的组成和结构形式也不同。挤压工具一般包括：挤压模、挤压垫、挤压杆和挤压筒。模角是模子的基本参数之一，它指模子的轴线与其工作断面间所构成的夹角。当模角α=90°。挤压时，可以，形成较大的死区，从而获得优良的制品表面。但是，倘若死区发生断裂时，则会在制品表面发生起皮或分层。挤压力较大，特别在较高温度和高强度的合金是，模孔会因塑性变形而变小。应用：挤压铝合金型材、棒材，镍合金、铜合金管、棒材。本实验设计中采用模角为90的平模。 4.2模子的外形尺寸 4.2.1模具外径D
为了便于制造和更换，模具外径可标准化与系列化。模具外径尺寸标准化、系列化的必要性有三个方面：①减少模具设计与制造的工作量，降低产品成本，缩短生产周期，提高生产效率；②通用性大，互换性强，只需要配备几种规格的模支撑和模架，可节约模具钢材，容易备料，便于维修和管理；③标准化有利于提高产品的尺寸精度。因此，对于一台挤压机来说，模具外径最好根据挤压机配备各种规格的挤压筒，有1~3种规格为宜。因设计条件为在19.6MN挤压机的?200mm挤压筒上生产，所以取模具的外圆直径为198mm。
表4-1 棒材模具外形标准尺寸 挤压机能力/MN 7.35 11.76~14.7 19.6 34.3 49 122.5 196 挤压筒直径/mm D1/mm H/mm ? ?85，?95 113，132 16，32 3? 148 ?115，?130 32，50，70 3? 198 ?170，?200 40，60，80 3? ?270，?320，?370 230，330 60，80 3? ?300，?360，?420，?500 270，306，360，420 60，80 6? ?420，?500，?650，?800 300，420，570，670，880 60，80，120，150 6?，10? ?650，?800，?1100 570，670，900，1000 80，120，150，200 10?，15? 4.2.2模具厚度H
一般H=25~80mm，80MN以上吨位挤压机取80~150mm。考虑标准化及强度等
因素，将H放大，取H=80mm。 4.3入口圆角半径r
在工作带模孔入口设有圆角半径r，可以防止低塑性合金在挤压时产生表面裂纹和减轻金属在进入工作带时所产生的非接触变形，同时也是为了减轻在高温下挤压时模子的入口棱角被压颓而很快改变模孔尺寸用的，以保证制品尺寸精度。
入口圆角半径的选用与被挤压金属的强度、挤压温度、制品断面尺寸有关。根
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据表，本设计中的入口圆角半径取值为r=4mm。
表4-2模具入口处圆角半径/mm 紫铜、黄 钢、钛合铝合金 白铜 镍合金 镁合金 铜 金 4~8 10~15 1~3 3~8 金属种类 入口圆角半径 0.40~0.75 2~5 4.4挤压模结构形式与模具外形锥度?
挤压模具的外形结构根据其安装方式的不同可以有不同的结构形式，卧式挤压机上用的挤压模有圆柱形、带正锥和带倒锥三种形式。带正锥的挤压模在操作时逆着挤压方向放到模支承中，为了便于装卸，锥度不能太小，否则，人工取模困难；但如果锥度过大，则可能出现在模座靠紧挤压筒时，挤压模容易从模支承中脱落出来，故正锥的锥度在1?30?~4? 范围内选取。带倒锥的挤压模在操作时顺着挤压方向装入模支承中，其锥度为3?~10?，一般取6?左右，为了便于机械加工挤压模的外形锥度，一般在锥体上有一段长10mm左右的圆柱部分。
由表4-1查得，?=3?，因此，应选择带正锥的挤压模，如4-1所示
4.5模具材质的选取
对于热挤压模具，由于工作环境十分恶劣，在挤压生产中长时间的承受高温、高压、强摩擦及循环载荷的冲击作用，导致模具使用寿命低且损耗大，通常模具费用占挤压生产成本的10%到15%。因此，延长模具寿命，降低模具成本，一直是挤压生产过程中人们最关心的一个重要问题。模具寿命不仅与挤压工艺、模具制造工艺过程有关，而且还与模具的材质选择有重要的关系。模具材料必须具备以下条件：足够的高温强度、良好的抗磨损性能、足够高的抗疲劳性、良好的导热性能以及良好的热处理淬透性和可氮化性；这些是模具材料选择的首选条件。
热挤压模具中，主要是含碳量为0.3%—0.5%的钢中，添加W，Mo，V，Cr，Ni
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图4-1 带正锥体的锥形模示意图
的合金元素的高合金亚共析钢。添加上述合金元素，可提高模具的高强度、耐热性、抗热磨损的性能。目前，我国用于热挤压生产的模具材料，基本上是3Cr2W8V，4Cr5MoSiV1登高温耐热钢。对于3Cr2W8V模具钢，其特点是较好的高温强度，但存在较高的脆性和热裂行，不是个用于挤压断面形状复杂的铝合金制品挤压模具；所以采用3Cr2W8V模具钢对于挤压简单型面的棒线材叫适合。
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第五章 强度校核
对于多孔棒材模，需要对模孔之间和模孔与模具外径圆周之间的危险断面进行强度校核。
多模的剪切强度计算公式如下：
??Q0.8P≤??? （5-1） ??F?2?rx-n?d?H式中：Q?模具上承受的总压力，一般取Q=0.8P，有时为了安全起见，可取Q=P； P?挤压机的公称压力；
rx?各模孔均布的同心圆半径； d?棒材直径；
n?多孔模的模孔数；
??模具材料允许的抗剪强度，在450℃时，3Cr2W8V钢取 在450～500℃时，取???=(0.5~0.6)??b?，??b?有下表可得，????(0.5~0.6)?1471?735.5~882.6Mpa，取???=882.6MPa。 牌号 试验温度℃ 力 学 性 能 ?b MPa 1863 ? 1491 1471 1402 1314 1255 ?0.2 MPa 1716 ? 1373 1363 1304 1206 ? ?% 7 ? 5.6 ? 8.3 ? ? ?% 25 ? ? ? 15 ? ? ak HB kJ/m2 481 429 429 402 405 363 325 热处理制度 3Cr2W8V 20 300 400 450 500 550 600 290 ? 607 506 556 570 621 1100℃淬火，550℃回火 由上式可得到：
Hmin?0.8P （5-2）
?2?rx-n?d????D心80?mm?40mm，H=80mm， 22根据设计条件及计算，已知P=19.6MN，rx=等效直径d?2?
3?5??4.37mm,n=2，则有
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Hmin?0.8?19.6mm?73.14mm，H=80>73.14mm，则校核通过。
?2??40-2?4.37??82.6第六章 绘制模具图
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