? 摘 要：針對(duì)一種給定的復(fù)雜空心鋁合金型材（BL-準(zhǔn)76-1）進(jìn)行平面分流組合模的設(shè)計(jì)。 結(jié)合型材的特點(diǎn)設(shè)計(jì)了模具的分流孔、分流橋、焊合室、模芯、工作帶、?？住⒖盏兜慕Y(jié)構(gòu)與尺寸。 實(shí)踐證明，模具設(shè)計(jì)合理，可以應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)。關(guān)鍵詞： BL-準(zhǔn)76-1 鋁合金型材；平面分流組合模；模具設(shè)計(jì)

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1 BL-準(zhǔn)76-1 鋁合金型材工藝分析

? 圖 1 所示 BL-準(zhǔn)76-1 鋁合金型材即為一種海船上使用的空心結(jié)構(gòu)型材，該型材屬于近似的圓形結(jié)構(gòu)，對(duì)稱性較好，厚薄差距大（最大壁厚有 8.5mm，而最小壁厚只有 1.9mm），截面形狀復(fù)雜，整個(gè)斷面結(jié)構(gòu)呈連續(xù)狀，并且型材的外部既有凸起又有凹陷，內(nèi)部為空心圓，型材成型困難，屬于空心型材Ⅰ級(jí)。

??BL-準(zhǔn)76-1 鋁合金型材的外接圓直徑是 93mm，型材周長(zhǎng) L 為 489.15mm，型材截面積 A 為 1091.4mm2，提供的供擠壓鋁棒直徑為 197mm。根據(jù)公司所擁有擠壓機(jī)噸位及計(jì)算得擠壓力選擇 20MN 擠壓機(jī)，并確定擠壓筒直徑為 210 mm。

2 模具種類選擇

? 由于所要擠出的是空心型材， 且斷面形狀比較復(fù)雜，壁厚差較大，所以本設(shè)計(jì)采用了平面分流組合模。 平面分流組合模一般由陽模（上模）、陰模（下模）、定位銷、聯(lián)結(jié)螺釘四部分組成。在上模上有分流孔、分流橋和模芯；在下模上有焊合室、?？仔颓?、工作帶和空刀[1]。

??3 平面分流組合模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 分流孔的設(shè)計(jì)

分流孔在模子平面上的合理布局， 對(duì)于平衡金屬流速，減小擠壓力，促進(jìn)金屬的流動(dòng)與焊合，提高模具壽命都有一定影響。此外，分流孔的布置應(yīng)盡量與制品保持幾何相似性。 為了保證模具強(qiáng)度和產(chǎn)品質(zhì)量，分流孔不能過于靠近擠壓筒或模具邊緣；為了保證金屬的合理流動(dòng)及模具壽命， 分流孔也不宜過于靠近擠壓筒中心。 而分流孔的個(gè)數(shù)要根據(jù)零件的外形尺寸、截面形狀和?？椎呐帕形恢脕泶_定[1]。

由于 BL-準(zhǔn)76-1 鋁合金型材是對(duì)稱型材， 為了簡(jiǎn)化工藝，減少設(shè)計(jì)、加工與修模的難度，增大試模和修模的可操作性， 設(shè)計(jì)中采用了等分流孔設(shè)計(jì)方法。根據(jù)型材形狀選用 6 個(gè)對(duì)稱的扇形分流孔，每個(gè)分流孔到模具中心的距離基本相等， 而且其截面積和形狀基本相同。 為了降低擠壓力，提高焊合質(zhì)量，采用了外錐度為 3.6°，內(nèi)錐度為 5°的斜分流孔。 結(jié)合各種因素設(shè)計(jì)出分流孔如圖 2 所示。

? 分流孔采取這樣的布置， 將四個(gè)角上壁厚較薄且?guī)в型蛊鸬牟课簧月冻鲈诜至骺谙驴梢允沟眠@些部位的金屬擠出速度加快，填充容易；而將壁厚較厚金屬流入容易的部位安置在分流橋下， 則可適當(dāng)降低這些部位的金屬流速從而利于金屬的均衡流動(dòng)。另一方面，采取這樣的布置，金屬焊合時(shí)所產(chǎn)生的焊縫將出現(xiàn)在壁厚較厚的部位， 從而保證了擠出型材的強(qiáng)度和表面質(zhì)量， 防止薄壁部分被焊縫穿過而破壞。 采用 6 孔分流，增加了分流橋的數(shù)量，同時(shí)也增加了模具的抗剪強(qiáng)度；而 6 孔對(duì)稱分布，則使得模芯受各向均勻的力，其剛度校核也可忽略不計(jì)。

3.2 分流橋的設(shè)計(jì)

? 分流橋的寬窄與模具強(qiáng)度和金屬的流量有關(guān)，從增大分流比、 降低擠壓力來考慮， 分流橋?qū)挾?B 應(yīng)選擇得小些；但從改善金屬流動(dòng)的均勻性來考慮，?？鬃詈媚鼙环至鳂蛘诒危珺 應(yīng)大些。 一般用式 B= b+(3～20)mm 進(jìn)行參數(shù)設(shè)計(jì)，式中 b 為模孔型腔寬度[2]。 在保證模具具有足夠強(qiáng)度的條件下，分流橋應(yīng)盡量設(shè)計(jì)的短而寬。 在此設(shè)計(jì)分流橋?qū)?22mm。

分流橋的高度 h 橋直接影響擠壓力的大小和模具強(qiáng)度，一般在保證模具強(qiáng)度的前提下，h 橋越小越好，這樣可以降低擠壓力。 在此對(duì)橋高進(jìn)行了粗略的強(qiáng)度校核，同時(shí)為了加工的方便，橋高就取上模的高度。

分流橋截面形狀主要有矩形、 矩形倒角和水滴形 3 種，如圖 3 所示[1]。 矩形倒角截面和水滴形（或近似水滴形） 截面的分流橋有利于金屬的流動(dòng)和焊合，而且便于模具加工。 現(xiàn)采用水滴形截面，分流橋斜度（即焊合角）取為 30°，橋底圓角 3mm。

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3.3 模芯（或舌頭）設(shè)計(jì)

? 模芯相當(dāng)于穿孔針， 其定徑區(qū)決定制品的內(nèi)腔現(xiàn)狀和尺寸，其結(jié)構(gòu)直接影響模具的強(qiáng)度、金屬焊合質(zhì)量和模具的加工方式。模芯的結(jié)構(gòu)形式，常見的有3 種：圓柱形模芯，雙錐體模芯和錐體模芯。 而模芯的定徑帶又有凸臺(tái)式、錐臺(tái)式和錐式 3 種，模芯寬度在 b<10mm 時(shí)多采用錐式， 在 10mm<b<20mm 時(shí)多采用錐臺(tái)式，在 b>20mm 時(shí)多采用凸臺(tái)式。如圖 4 所示[1]。在本設(shè)計(jì)中 b=76.2>20mm，因此采用錐體模芯凸臺(tái)式。

一般來說， 為了保護(hù)下模的工作帶及其有效長(zhǎng)度，在確定模芯工作帶時(shí)，總要比下模工作帶上部分長(zhǎng)出 1～2mm；如果型材壁厚很薄，小于 0.6mm 時(shí)，可以持平；而且一般情況下，也要比下模工作帶下部分長(zhǎng)出 1.5～2.0mm， 但當(dāng)工作帶長(zhǎng)度懸殊很大時(shí)，可以只考慮超出短工作帶部分 1.5～2.0mm。

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3.4 焊合室的設(shè)計(jì)

? 常用的焊合室截面形狀有圓形和蝶形兩種。當(dāng)采用圓形焊合室時(shí)，在兩個(gè)分流孔之間會(huì)產(chǎn)生一個(gè)十分明顯的死區(qū)，不僅增大擠壓阻力，而且會(huì)影響焊縫質(zhì)量。 碟形焊合室則有利于消除這種死區(qū)，提高焊縫質(zhì)量，同時(shí)，在碟形焊合室相對(duì)應(yīng)的分流橋根部也可做成凸臺(tái)，改善金屬流動(dòng)，減少擠壓阻力。 所以，通常選蝶形焊合室。 在此即選擇蝶形焊合室，如圖 5 所示。

? 焊合室高度是指分流橋底部與?？兹肟谄矫嬷g的距離。當(dāng)焊合室太淺時(shí)，由于摩擦力太小不能建立起足夠的反壓力，而使焊合壓力不足，導(dǎo)致焊合不良，同時(shí)，還限制了擠壓速度的提高，但太深又影響模芯的穩(wěn)定性，易出現(xiàn)空心制品壁厚不均勻現(xiàn)象，同時(shí)分離殘料后， 積存金屬過多， 會(huì)降低制品的成品率。 對(duì)于中小型擠壓機(jī)， 一般可取h 焊 =10～20mm 或等于管材壁厚的 6～10 倍[1]。 因?yàn)檫x擇的擠壓機(jī)為 20MN，在此確定焊合室深度為 15mm。

3.5 ?？壮叽缭O(shè)計(jì)

? BL-準(zhǔn)76-1 鋁合金型材的形狀復(fù)雜， 外部尺寸大，壁厚很薄，并要求在保證強(qiáng)度的情況下盡量減輕質(zhì)量，減少用材和降低成本。 因此，外形和壁厚尺寸

可按下平偏差考慮。在模具設(shè)計(jì)時(shí)，主要考慮制品冷卻后的收縮量和拉伸后的縮減量。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，雖然不同材料的擠壓收縮量有少許區(qū)別， 但通常對(duì)所有尺寸均按 1%計(jì)算， 即， ?？壮叽缡切筒某叽绲?/p>

1.01 倍。 ?？壮叽缛鐖D 6 所示。

3.6 ?？坠ぷ鲙гO(shè)計(jì)

? 確定平面分流組合模的模腔工作帶長(zhǎng)度要比平面模復(fù)雜得多，因?yàn)樗粌H要考慮型材的壁厚差，距擠壓簡(jiǎn)中心的遠(yuǎn)近， 而且還必須考慮?？妆环至鳂蛘诔ǖ那闆r以及分流孔的大小和分布。

型材壁厚如果懸殊比較大， 在擠壓時(shí)厚壁部分的金屬因?yàn)橥ǖ缹挸ㄝ^薄壁部位先流出?？?， 為限制它的流動(dòng)，一般從工作帶上來調(diào)整，加長(zhǎng)厚壁部位工作帶長(zhǎng)度，可以增大摩擦阻力，使向該處流動(dòng)的供應(yīng)體積中的流動(dòng)靜壓力增大， 迫使金屬向阻力小的部位流動(dòng)， 從而使型材整個(gè)斷面上的金屬流動(dòng)趨于均勻[4]。 同時(shí)，處于分流橋下的?？子捎诮饘倭鬟M(jìn)困難，工作帶必須減薄。選取分流橋下壁厚最薄而流動(dòng)阻力最大的地方作為模腔工作帶長(zhǎng)度最短處， 此處工作帶的長(zhǎng)度為壁厚的兩倍。 壁厚較厚或金屬容易流動(dòng)和供料較充分的地方， 工作帶長(zhǎng)度可參考上述最小值適當(dāng)加長(zhǎng)。

? 在設(shè)計(jì)時(shí)， 先找出那些在分流橋下、 遠(yuǎn)離分流孔、處于擠壓軸中心部分、最窄的模孔，選擇其中最難進(jìn)料的部分作為工作帶最低部位， 其長(zhǎng)取為壁厚的 2 倍，再以此做為基準(zhǔn)，其它部位視具體情況可以依據(jù)上面的原則來確定。為了使工作帶長(zhǎng)懸殊不大，一般也會(huì)把分流橋設(shè)置在那些壁厚比較大的部位。在相鄰的兩個(gè)不同長(zhǎng)度的工作帶之間最好取斜過渡，這樣不至于突然轉(zhuǎn)變影響制品質(zhì)量。

3.7 ?？卓盏督Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

? 模孔空刀，即模口工作帶出口端懸梁支承結(jié)構(gòu)。BL-準(zhǔn)76-1 鋁合金型材比較薄，空刀結(jié)構(gòu)更應(yīng)合理設(shè)計(jì)。 空刀量應(yīng)適中，即可以保證模具強(qiáng)度，又不至于劃傷制品和造成堵?，F(xiàn)象?？盏读窟^大，工作帶支承薄弱， 在受擠壓力的作用下可能把工作帶擠壓變形甚至擠掉；空刀量過小，擠壓出的鋁會(huì)粘著在空刀部位，造成堵模。 所以在此設(shè)計(jì)了二級(jí)空刀，因?yàn)殇X制品在擠出時(shí)越長(zhǎng)越容易偏，越容易粘在空刀部位，選擇二級(jí)空刀既可以保證模具強(qiáng)度又能防止堵模。 如圖 8。

? 當(dāng)制品壁厚大于 2.0mm 時(shí)，可采用容易加工的空刀結(jié)構(gòu)，如圖 9（a）、（b）；當(dāng)壁厚小于 2.0mm 時(shí)或帶有懸臂處和危險(xiǎn)斷面處，可用圖 9（c）、（d）型空刀結(jié)構(gòu)。 為降低工作阻力，增加其強(qiáng)度，工作帶出口處應(yīng)作 1°～3°的斜角，如圖 9（d）、（e）[1]。

現(xiàn)選用的是圖 9（a）直線切口形空刀，這種結(jié)構(gòu)容易加工。 工作帶處為一級(jí)空刀，往下為二級(jí)空刀。

4 結(jié)束語

? 正確的模具設(shè)計(jì)可以提高生產(chǎn)效率， 降低模具制造費(fèi)用，提高產(chǎn)品質(zhì)量。實(shí)踐證明，模具設(shè)計(jì)合理，可以應(yīng)用于該型材的實(shí)際生產(chǎn)。