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大型壁板鋁型材模具結(jié)構(gòu)設(shè)計
1. 扁模
用扁擠壓筒擠壓壁板鋁型材時,可采用伸入擠壓筒口內(nèi)的扁模;擠壓軸產(chǎn)生的擠壓力作用于模具上,扁擠壓筒對扁模起著保護(hù)作用,使其在擠壓過程中不易發(fā)生變形;模支承及其他工具應(yīng)與扁模的形狀與結(jié)構(gòu)相適應(yīng);
扁模擠壓的主要優(yōu)點(diǎn)是可節(jié)約大量貴重的高合金模具鋼材;其主要缺點(diǎn)是由于模子剛性差,故在擠壓時壁板鋁型材的腹板會明顯變薄,其中心部位尤為嚴(yán)重;這是由于作用在模子端面上的摩擦力使模子產(chǎn)生徑向(擠壓筒半徑方向)壓縮變形,以及擠壓方向的正壓力(近似等于塑性變形區(qū)的單位流動壓力)使模子產(chǎn)生彎曲(撓曲)變形的緣故;
模子端面通常帶有一定的傾斜度(凹度),作用于模面上的正壓力在半徑方向的分力與摩擦力的方向相反,因而有益于抵消徑向壓縮變形;但模子端面的傾斜度過大時,由向外推力作用所產(chǎn)生的變形量不僅可以與壓縮變形量相等,有時還會超過壓縮變形量,致使腹板的厚度超過名義尺寸;所以,模子端面的傾角通常不應(yīng)大于7~10°;
因?yàn)樵跀D壓過程中引起模孔收縮的力是不均勻的,因而??赘鞑课蛔冃慰沙霈F(xiàn)明顯的差異,這種差異沿壁板寬度方向可達(dá)0.3mm以上;
2. 圓模
為了提高剛度,將壁板鋁型材模設(shè)計成圓膜結(jié)構(gòu),這樣可增大抵抗相對于擠壓筒橫截面長軸方向的彎矩的能力;然而,即使在這種情況下,擠壓模也會產(chǎn)生相當(dāng)大的變形,特別是擠壓工具加熱不充分時,以及擠壓過程中坯料在擠壓筒內(nèi)變冷的情況下更是如此;模子上的正壓力,特別是模子接觸表面上的摩擦力,在接近擠壓后期會增大,使模孔變形增大;
與扁模結(jié)構(gòu)相比,圓模結(jié)構(gòu)在扁擠壓筒長軸方向上具有大得多的抗彎矩能力,且加工制造容易;所以在大多數(shù)情況下,用圓模結(jié)構(gòu)來擠壓帶筋壁板鋁型材;
圓模系統(tǒng)包括圓形模子、模墊、模環(huán)及與之相配的模支承;在擠壓過程中,安裝在圓形模支承上的模子與擠壓筒的端面緊緊壓靠在一起;為了確保接觸緊密和防止金屬溢出,要盡量減少模子與擠壓筒的接觸面,增大接觸應(yīng)力;圓模的變形比扁模的變形小得多,盡管如此,圓模仍然在擠壓時會產(chǎn)生相當(dāng)?shù)膹椥宰冃?,在很多情況下甚至還可能會產(chǎn)生塑性變形;
3. 寬展模
在沒有扁擠壓筒的擠壓機(jī)上,為了擠壓外接圓直徑大于圓筒直徑的扁寬鋁型材或壁板,可以在一般的成形模(平面?;蚪M合模)與擠壓筒的工作端之間,增設(shè)一個寬展模;寬展模的模腔具有啞鈴形斷面,呈喇叭形向前擴(kuò)展;當(dāng)圓形坯料鐓粗后通過寬展模時,產(chǎn)生第一次變形,其厚度變薄,寬度逐漸增大到大于圓擠壓筒直徑,然后通過成形模產(chǎn)生二次變形,獲得所需斷面的鋁型材;因此寬展模實(shí)際上起到了扁擠壓筒的作用;
寬展模擠壓的優(yōu)點(diǎn)是可以擠壓寬度比圓筒直徑更大的壁板鋁型材,模具結(jié)構(gòu)簡單,加工成本低,省掉了設(shè)計和制造都很復(fù)雜、價格昂貴的扁擠壓筒;其主要缺點(diǎn)是模子清理、修復(fù)比較困難,擠壓力較一般擠壓時高25%~30%左右;因而難以擠壓變形程度大、寬厚比大的硬合金壁板;寬展模可以與平面模配合使用,也可以與組合模配合使用,可在一般擠壓機(jī)上使用現(xiàn)有的工具擠壓壁板或扁寬鋁型材;
4. 空心壁板鋁型材擠壓模
穿孔針擠壓法可用來生產(chǎn)單孔管材和簡單斷面的異形空心鋁型材,但一般難以用此法來擠壓形狀復(fù)雜的多孔空心壁板;復(fù)雜斷面空心鋁型材可以采用舌型模、叉架模和平面分流模擠壓;從擴(kuò)大產(chǎn)品品種范圍,提高生產(chǎn)效率和成品率等方面來看,用平面分流組合模進(jìn)行擠壓是生產(chǎn)多孔空心壁板鋁型材最有效的方法;
5. 帶筋管擠壓工具
帶筋管擠壓一般在50MN以上的大型擠壓機(jī)上進(jìn)行;為了提高鋁型材質(zhì)量,降低擠壓力和提高生產(chǎn)率,帶筋管的反擠壓法獲得了較多的應(yīng)用;帶筋管擠壓的工具結(jié)構(gòu)與無縫管擠壓的工具結(jié)構(gòu)基本相同,主要包括穿孔針系統(tǒng)和模子組件;如果生產(chǎn)內(nèi)帶筋管,則應(yīng)在穿孔針上開出筋槽,針的加工和修理十分困難;如果生產(chǎn)外帶筋管,則筋槽開在模子上,這與普通鋁型材模生產(chǎn)相似,加工、裝配和修理比較方便;因此,用帶筋管擠壓法生產(chǎn)帶筋壁板時,一般采用帶外筋管的生產(chǎn)法;
6. 壁板模的設(shè)計原則
用圓擠壓筒直接擠壓壁板時的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)是十分復(fù)雜的,金屬的流動也極不均勻,擠出鋁型材的前端與尾端、中心與邊緣的尺寸往往相差很大,易產(chǎn)生波浪、扭擰、刀彎等廢品,模子易開裂變形;因此為了提高鋁型材質(zhì)量,延長模子壽命,除了合理設(shè)計鋁型材,嚴(yán)格控制工藝因素外,對鋁型材在平面模子上的布置,模孔尺寸和定徑帶、阻礙角或促流角,模子外形等應(yīng)作合理的考慮;
為了調(diào)整流速,合理分配金屬流量,改善流動特性,對稱型壁板應(yīng)盡量使??捉孛嬷行呐c擠壓筒截面中心相吻合;不對稱型壁板應(yīng)適當(dāng)增加工藝余量,以減少其不對稱性;對于腹板厚度不同的壁板,應(yīng)使較薄的部分靠近擠壓筒中心;
在確定??壮叽鐣r通常主要考慮熱收縮、??椎膹椥耘c塑性變形,模子的整體彎曲和拉伸矯直時鋁型材尺寸的變化等因素;在擠壓壁板時,由于各個部分的尺寸變化規(guī)律有很大差異,所以在設(shè)計時,模孔尺寸應(yīng)分成幾部分來進(jìn)行計算;目前尚無計算壁板腹板處模孔尺寸的定量公式,只能根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)來確定;一般來說,壁板越寬、越薄,被擠壓合金變形抗力越高,作用在模子上的壓力就越大,模子變形就越大;通過對擠壓工具的變形進(jìn)行長期觀察之后表明,當(dāng)擠壓壁板腹板厚度等于或大于8mm,擠壓比為12~15時,模子實(shí)際上不產(chǎn)生殘余變形;
生產(chǎn)實(shí)踐表明,??椎恼w彎曲主要取決于壁板腹板??椎膶挾扰c厚度以及相對于擠壓筒中心的位置;在設(shè)計模孔尺寸時,對于大型鋁型材來說,中心部分應(yīng)比壁板的名義尺寸大2.5mm;而兩側(cè)邊的尺寸應(yīng)比名義尺寸大1.5mm;
模孔中心部位的彈性變形主要取決于壁板的規(guī)格和被擠壓合金的變形抗力,而與擠壓次數(shù)關(guān)系不大;??椎乃苄宰冃坞S擠壓次數(shù)增加而逐漸減少,如果扁擠壓筒擠壓硬合金壁板時,在??字行奶幍乃苄宰冃?,第一次擠壓后為0.9mm,第二次擠壓后減至0.3mm,而在第三、四次擠壓后,模孔的塑性變形實(shí)際上停止了;
除了腹板以外的筋條部分,塑性變形以及整體彎曲的影響很小,所以只需考慮鋁型材的公差、熱收縮量和拉伸矯直量等,也就是說可按普通鋁型材的變化規(guī)律來設(shè)計這些部分的??壮叽纾粸榱苏{(diào)節(jié)金屬流速,改善變形條件,防止波浪、扭擰、刀彎等廢品,必須合理設(shè)計模子的定徑帶長度,它主要與鋁型材設(shè)計的部位距擠壓筒中心的距離有關(guān),一般取5~15mm;經(jīng)驗(yàn)證明,對寬厚比大的壁板,阻礙角的意義并不大;
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