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摘 要：挤压模具的设计和养护对于铝型材生产至关重要，本文就薄壁铝型材挤压模具的设计做了系统的阐述，对分流组合模的设计做了具体分析，文章末尾对挤压模具的维护给出了一些具体的建议和措施。
关键词：铝型材；挤压模具；设计
1 挤压模具介绍
挤压模具结构设计和制造环节较多，包括选材、设计、制造、修模等环节，其成本占到型材挤压生产成本的35%左右。在型材加工生产中，一般有两种主要挤压方法：分流组合模挤压法和穿孔针挤压法。前者加工起来简单且成本较低，后者成本高且应用范围较小，在实际型材加工生产中，分流组合模应用更为广泛。
1.1 挤压模具的工作条件。对于大截面复杂型材的挤压成形，挤压难度比较大，对挤压模具的结构与形状要求也很高，特别是对于这种断面形状较复杂，壁厚相差悬殊，断面面积及外接圆大，多腔空心等型材，挤压模具的工作条件变得更加恶劣。因此，对挤压模具要求较高，主要有如下几个方面：一是高温高压条件下工作；二是要具有较好的抗磨损能力；三是具有很高的强度和韧性，避免在工作中出现应力集中而使模具破坏。
1.2 挤压模具的分类。挤压模具种类很多，根据不同的分类条件可以进行归类。分类的主要依据有模具结构和模孔压缩区断面外形。分流组合模在目前是应用最为广泛的一种模具形式，平面分流组合模的组成结构主要包括上模、下模、定位销和联结螺钉四个部分，其工作原理是在一定的挤压力作用下，锅淀通过分流孔被分流成金属流，流经焊合室进行汇集和傅合，最终由模芯和模孔流出，形成具有所要求几何形状的型材产品。
1.3 模具的设计步骤。实际生产中，产品类型、工艺方法、设备和模具结构都是影响模具设计过程的重要因素。但是在设计过程中，挤压模具模腔的设计一般按照以下步骤进行：
1.3.1 模腔参数确定和模孔布置。模腔参数的确定主要根据挤压机、工艺规程和现场工具设备来确定。模孔布置合理与否直接影响着模具强度，同时影响金属流动的均匀性。一般在设计过程中，即使非对称的型材也要尽量保证模孔的对称性，同时使其尽量接近中心紧凑一些。通常情况下，模孔多设置在同心圆上（模孔之间的间距大于30-50mm，模孔距离模具边缘大于25-50mm，模孔与挤压筒边缘的距离大于20-40mm）。
1.3.2 设计模孔尺寸。在计算模孔尺寸时，应该考虑各种因素。一般采用下列公式来计算模孔尺寸：A=A0+M+（KY+KP+KT）A0
其中A0、M、KY、KP、KT分别表示型材的工程尺寸、允许偏差、拉力作用而使型材部分尺寸减少的系数、拉伸矫直时尺寸缩减系数和管材的热收缩量。在设计过程中公式只是一个参考，还需要综合考虑模具弹塑性变形、弯曲变形等因素。
1.3.3 调整金属流动速度。合理的金属材料流动速度是指同一截面上的材料质点流出模孔的速度一致。为了达到金属流动速度合理调整的目标，不仅要增加分流孔数目，尽量对称排列，而且在确定工作带长度时，还要综合考虑壁厚差异及其与挤压筒中心的距离。在生产过程中，还可以通过调整阻流块、促流角或者分流孔的外形和数目来达到调控型材挤出断面上速度均匀性的目的。
2 分流组合模的设计
分流组合模由上、下模组合而成。其中，上模有分流孔、分流桥及模芯，下模有焊合室和型孔，在模芯与型孔上均设有工作带。对于分流组合模，制品的焊缝数与金属流的股数相同。所以分流模只适应于如铅、镁、锌及其合金等高温焊合性能好的金属，而不适合硬铝等焊合性能不好的金属。
2.1 分流比K的选择。分流孔的面积与制品面积的比称为分流比，用K表示。对于型材挤压过程而言，K值越大越有利于金属流动和焊合及减小挤压力，所以在模具强度允许的范围内，要尽量选取较大的尺值。对于空心型材，取k=10-30；而对于管材，取K=5-15。
2.2 分流孔的确定。需要确定的分流孔参数主要包括分流孔形状、数目、截面尺寸及分布。形状有圆形、腰子形和异形，对管材或简单断面型材一般取圆形，对复杂型材多采用异形。通常，可通过减少分流孔数目同时增大分流孔面积来减少焊合缝的数量和降低挤压力。对于分流孔的数目，一般有二孔、三孔及四孔等偶数个模孔，分流孔形状可以设计成斜孔，即入口小出口略大，同时也要根据型材的形状而具体确定，最终以有利于金属焊合为目的。
2.3 焊合室。增大焊合室高度有利于焊合区的焊合，但会使得模芯的稳定性下降和制品壁厚不均；当压力增大和焊合室高度过小时，就会影响焊合区的焊合质量。焊合室高度通常可根据挤压筒的直径而定（参考表1）。
表1 挤压筒直径与焊合室高度对照表
[筒径＼&115-170＼&170-220＼&220-280＼&300以上＼&焊合室高度＼&10-20＼&20-30＼&30＼&40＼&]
2.4 分流桥的确定。分流桥可按照其结构分为固定式分流桥和可拆式分流桥两种。若分流桥宽设置较小，则可以加大分流比和降低挤压力；若设置较大，则可以改善金属流动的均匀性。分流桥高度与模具强度及挤压力有直接关系，在保证模具强度情况下，应愈小愈好，若分流桥的高度过大，则压力就会变大。所以分流桥的高度值必须要能保证模具的强度。
3 挤出模具的维护
对于模具的维护和保管是直观的一个环节，从模具出厂以后就需要对模具建立档案，详细记载模具的相关情况，包括订购验收情况、工艺参数和使用过程中的技术状况、磨损和维修情况等。在平常使用过程中要根据使用强度对真空系统和冷却系统等进行必要的清理工作。使用过程中如果模具表面出现擦伤或轻微腐蚀现象，要及时用1000目以上的细砂纸打磨抛光，对严重的损伤要及时进行修复处理。在模具闲置不用的情况下要放置在清洁、干燥且通风的地方进行保管，谨防受到腐蚀，对于长时间不用的模具要采取油封等其他的防止损伤的措施。另外，模具的维修和养护需要具有专业技能的工人承担，切不可粗心大意。
参考文献：
[1]何钊.基于HyepXtrude的多孔模具研究及应用[D].中南大学，2012.6.
[2]孙雪梅，赵国群.悬臂铝合金型材伪分流挤压模具结构设计及其强度分析[J].机械工程学报，2013，49（24）：39-44.
关键词：铝型材；挤压模具；设计
1 挤压模具介绍
挤压模具结构设计和制造环节较多，包括选材、设计、制造、修模等环节，其成本占到型材挤压生产成本的35%左右。在型材加工生产中，一般有两种主要挤压方法：分流组合模挤压法和穿孔针挤压法。前者加工起来简单且成本较低，后者成本高且应用范围较小，在实际型材加工生产中，分流组合模应用更为广泛。
1.1 挤压模具的工作条件。对于大截面复杂型材的挤压成形，挤压难度比较大，对挤压模具的结构与形状要求也很高，特别是对于这种断面形状较复杂，壁厚相差悬殊，断面面积及外接圆大，多腔空心等型材，挤压模具的工作条件变得更加恶劣。因此，对挤压模具要求较高，主要有如下几个方面：一是高温高压条件下工作；二是要具有较好的抗磨损能力；三是具有很高的强度和韧性，避免在工作中出现应力集中而使模具破坏。
1.2 挤压模具的分类。挤压模具种类很多，根据不同的分类条件可以进行归类。分类的主要依据有模具结构和模孔压缩区断面外形。分流组合模在目前是应用最为广泛的一种模具形式，平面分流组合模的组成结构主要包括上模、下模、定位销和联结螺钉四个部分，其工作原理是在一定的挤压力作用下，锅淀通过分流孔被分流成金属流，流经焊合室进行汇集和傅合，最终由模芯和模孔流出，形成具有所要求几何形状的型材产品。
1.3 模具的设计步骤。实际生产中，产品类型、工艺方法、设备和模具结构都是影响模具设计过程的重要因素。但是在设计过程中，挤压模具模腔的设计一般按照以下步骤进行：
1.3.1 模腔参数确定和模孔布置。模腔参数的确定主要根据挤压机、工艺规程和现场工具设备来确定。模孔布置合理与否直接影响着模具强度，同时影响金属流动的均匀性。一般在设计过程中，即使非对称的型材也要尽量保证模孔的对称性，同时使其尽量接近中心紧凑一些。通常情况下，模孔多设置在同心圆上（模孔之间的间距大于30-50mm，模孔距离模具边缘大于25-50mm，模孔与挤压筒边缘的距离大于20-40mm）。
1.3.2 设计模孔尺寸。在计算模孔尺寸时，应该考虑各种因素。一般采用下列公式来计算模孔尺寸：A=A0+M+（KY+KP+KT）A0
其中A0、M、KY、KP、KT分别表示型材的工程尺寸、允许偏差、拉力作用而使型材部分尺寸减少的系数、拉伸矫直时尺寸缩减系数和管材的热收缩量。在设计过程中公式只是一个参考，还需要综合考虑模具弹塑性变形、弯曲变形等因素。
1.3.3 调整金属流动速度。合理的金属材料流动速度是指同一截面上的材料质点流出模孔的速度一致。为了达到金属流动速度合理调整的目标，不仅要增加分流孔数目，尽量对称排列，而且在确定工作带长度时，还要综合考虑壁厚差异及其与挤压筒中心的距离。在生产过程中，还可以通过调整阻流块、促流角或者分流孔的外形和数目来达到调控型材挤出断面上速度均匀性的目的。
2 分流组合模的设计
分流组合模由上、下模组合而成。其中，上模有分流孔、分流桥及模芯，下模有焊合室和型孔，在模芯与型孔上均设有工作带。对于分流组合模，制品的焊缝数与金属流的股数相同。所以分流模只适应于如铅、镁、锌及其合金等高温焊合性能好的金属，而不适合硬铝等焊合性能不好的金属。
2.1 分流比K的选择。分流孔的面积与制品面积的比称为分流比，用K表示。对于型材挤压过程而言，K值越大越有利于金属流动和焊合及减小挤压力，所以在模具强度允许的范围内，要尽量选取较大的尺值。对于空心型材，取k=10-30；而对于管材，取K=5-15。
2.2 分流孔的确定。需要确定的分流孔参数主要包括分流孔形状、数目、截面尺寸及分布。形状有圆形、腰子形和异形，对管材或简单断面型材一般取圆形，对复杂型材多采用异形。通常，可通过减少分流孔数目同时增大分流孔面积来减少焊合缝的数量和降低挤压力。对于分流孔的数目，一般有二孔、三孔及四孔等偶数个模孔，分流孔形状可以设计成斜孔，即入口小出口略大，同时也要根据型材的形状而具体确定，最终以有利于金属焊合为目的。
2.3 焊合室。增大焊合室高度有利于焊合区的焊合，但会使得模芯的稳定性下降和制品壁厚不均；当压力增大和焊合室高度过小时，就会影响焊合区的焊合质量。焊合室高度通常可根据挤压筒的直径而定（参考表1）。
表1 挤压筒直径与焊合室高度对照表
[筒径＼&115-170＼&170-220＼&220-280＼&300以上＼&焊合室高度＼&10-20＼&20-30＼&30＼&40＼&]
2.4 分流桥的确定。分流桥可按照其结构分为固定式分流桥和可拆式分流桥两种。若分流桥宽设置较小，则可以加大分流比和降低挤压力；若设置较大，则可以改善金属流动的均匀性。分流桥高度与模具强度及挤压力有直接关系，在保证模具强度情况下，应愈小愈好，若分流桥的高度过大，则压力就会变大。所以分流桥的高度值必须要能保证模具的强度。
3 挤出模具的维护
对于模具的维护和保管是直观的一个环节，从模具出厂以后就需要对模具建立档案，详细记载模具的相关情况，包括订购验收情况、工艺参数和使用过程中的技术状况、磨损和维修情况等。在平常使用过程中要根据使用强度对真空系统和冷却系统等进行必要的清理工作。使用过程中如果模具表面出现擦伤或轻微腐蚀现象，要及时用1000目以上的细砂纸打磨抛光，对严重的损伤要及时进行修复处理。在模具闲置不用的情况下要放置在清洁、干燥且通风的地方进行保管，谨防受到腐蚀，对于长时间不用的模具要采取油封等其他的防止损伤的措施。另外，模具的维修和养护需要具有专业技能的工人承担，切不可粗心大意。
参考文献：
[1]何钊.基于HyepXtrude的多孔模具研究及应用[D].中南大学，2012.6.
[2]孙雪梅，赵国群.悬臂铝合金型材伪分流挤压模具结构设计及其强度分析[J].机械工程学报，2013，49（24）：39-44.