材料成型模具设计

棒材模孔设计12MN挤压机，∅150mm挤压筒，材质H68黄铜，铸锭∅145×250，挤压比10.1.模角：因为挤压制品为铜合金棒材，所以用平模，α=90°（P68）2.模子厚度：根据挤压机能力，挤压筒尺寸，查表4-10，H=40mm（P76）3.工作带模孔尺寸：A=𝐴0(1+𝑘)（P69），根据表4-1（P67），k=1.5%，𝐴0=45𝑚𝑚，A=45.6mm，模孔制造公差+0.05−0.074.工作带长度：对于棒材，根据制品材质，形状，尺寸选取l=11mm（P69）5.工作带模孔入口圆角半径：根据表4-5（P73），材质，取r=2mm6.模具外形锥角（P71）：由于挤压模具逆着挤压方向放到模孔中，采用正锥度，γ=2°，正锥形7.外圆直径：D=0.8𝐷𝑡=0.8×150=120𝑚𝑚（式4-16，P71）8.出口带尺寸：根据式4-15，𝑑1=𝑑+(3~5)，𝑑1=45.6+4=49.6mm（P70）9.材质：选H13钢(4𝐶𝑟5𝑀𝑛𝑉1𝑆𝑖)，挤压模具钢{铬：热作模具钢，以H命名，13代表含量钨钒10.校核（P77）：主要校核模具的挤压能力，模孔与模具外径圆周之间的危险断面。𝜎𝑦=𝐷𝑚𝑎𝑥𝐹𝑡−𝐹棒=12𝑀𝑁𝜋∙(1502)2−1753.7=754𝑀𝑃𝑎而H13钢400~500℃时，[𝜎]=1000𝑀𝑃𝑎，𝜎𝑦[𝜎]舌形模设计弯曲强度校核1.梁受弯曲应力较大，是主要的作用应力2.将模桥看作固定梁，受均匀载荷，桥工作跨度为L（式5-10，P93）3.一般按挤压机的最大吨位计算外力，实际计算时按全压力80%计算4.危险断面最大弯矩，可按固定梁计算，以上为不计算摩擦力的𝑀𝑚𝑎𝑥(P95)，𝑀𝑚𝑎𝑥=gL2×B12；g：挤压机比压，MPa（比压的80%算）；B：模桥宽度（P93）；g×B：单位长度上的载荷摩擦力为：P′=P∙S∙μ=S∙𝜎𝑠𝑐×0.5MPa；S:总摩擦面积，S=𝑆1+𝑆2；𝑆1:桥两侧表面积，𝑆1=𝐵[𝜋𝑟+2(𝐻−𝑟)]；𝑆2:舌头表面积，𝑆2=2(𝑎+𝑏)∙ℎ；𝜎𝑠𝑐：挤压条件下的金属屈服极限，MPa；τ=0.5𝜎𝑠𝑐：内摩擦力，MPa；r：桥刀顶部的圆弧半径；H：桥刀总高度；h：舌头的长度5.模桥断面形状多样，抗弯系数各异：椭圆：w=𝜋4𝑎2𝑏2，a，b：椭圆的短轴和长轴半径；三角形：w=𝑎2𝑏12，b，a宽和高；水滴形：可用半圆和等分不规则部分的近似计算6.弯曲强度校核：𝜎𝑤=𝑀𝑚𝑎𝑥𝑊≤[𝜎]；水滴形：{σw上=Mmaxw上≤[σ]σw下=Mmaxw下≤[σ]；[𝜎]：许用弯曲应力，3Cr2W8V，400~500℃,980MPa剪切强度校核舌形模靠近模内侧面易被剪断（如a-a和b-b）1.在桥顶abcd面上所受的垂直压力𝑃1，𝑃1=𝑐∙𝐵1∙𝑃，𝐵1：桥面危险断面间的距离；c：模桥的厚度；P：挤压机比压2.模桥两危险断面所受的摩擦力𝑃2，𝑃2=𝑆∙𝑃∙𝜇；S：模桥产生摩擦力部分的表面积S=𝑆1+𝑆2;𝑆1：危险断面间桥的表面积,𝑆1=[𝜋𝑟+2(𝐻−𝑟−𝑎)]𝐵；𝑆2：舌头表面积，𝑆2=𝜋𝑑1𝐻1；a:模桥断面头部到模子平面的距离；H：模桥断面尖部到舌头底平面的距离；P=𝜎𝑠𝑐:挤压状态下金属的屈服强度；μ：摩擦系数，一般取0.53.模桥断面间受总的剪切力P：P=𝑃1+𝑃24.模桥危险断面的断面积等于圆面积一半加不规则部分的面积：F=π𝑟2+𝐻−𝑟−𝑎2×𝑐5.危险断面的剪切力，τ=2𝑃𝐹≤[𝜏]，温度为450~500℃,3Cr2W8V，[𝜏]=900𝑀𝑃𝑎，4Cr5MoSiV1，[𝜏]=600Mpa模桥挠度计算𝑌𝑐=1384∙𝑔𝐿2𝐵𝐸𝐽≤1𝑚𝑚g：单位长度载荷，g=𝑃𝑎𝐵1；Pa：挤压机比压；𝐵1：危险断面间距离；E：弹性模量，2.2×108MPa；J：断面惯性矩；模桥根部强度校核1.分离残料时，根部所受拉力T=𝑃𝑎+𝑃𝑏;𝑃𝑎=𝐾∙𝐹𝑎∙𝜎𝑏,拉断制品的力；K=1.5~2，𝐹𝑎：制品断面积；𝜎𝑏：挤压后抗拉强度；𝑃𝑏：残料脱离模桥摩擦力；𝑃𝑏=𝐵∙𝑃∙𝜇∙[𝜋𝑟+2(𝐻−𝑟)]；B；桥宽；H：桥断面高；r：桥半径；μ=0.5；P：屈服强度；2.根部断面积：𝐹0=𝐵−𝐵12∙𝑐3.分离残料时根部所受拉应力𝜎𝑝=𝑇2𝐹0≤[𝜎𝑝]，450~500℃时，3Cr2W8V，[𝜎𝑃]=1250𝑀𝑃𝑎，4Cr5MoSiV1，[𝜎𝑝]=1000𝑀𝑃𝑎最小残料长度的确定1.拉断残料所需力：T=𝑃𝑎+𝑃𝑏=K∙𝐹𝑎∙𝜎𝑏+𝐵∙𝑃∙𝜇∙[𝜋𝑟+2(𝐻−𝑟)]2.挤压筒与残料的摩擦力f：f=π∙𝐷𝑘∙𝐿残×0.5𝜎𝑠𝑐；𝐷𝑘：挤压筒直径；𝐿残：残料长度3.为分离残料必须满足f≥T，所以𝐿残=𝑓𝜋𝐷𝑘×0.5𝜎𝑠𝑐，一般𝐿残取𝐿残=(1.5~2)𝐻；H：模桥高度；4.模子根部最大压缩应力𝜎压=2∙𝑃∙𝑏∙𝐷𝑘𝐵(𝐷𝑘−𝐿)≤[𝜎压]；P：比压分流组合模分流桥：用来支撑模芯，遮挡模芯及悬臂并劈开金属模芯：形成空心型材或生产半空心型材时用来遮蔽悬臂和形成型材内腔形状和尺寸桥墩：用来支撑模桥或改变金属的流向在挤压断面形状对称性差而且复杂的空心型材时一般采用不等面积分流孔设计法，原则如下各分流孔面积大小选择的基本原则是：考虑各分流孔所对应的模孔面积，通过调节分流孔的大小，形状和位置使挤压筒内的分流面与其相对应的焊合腔内的焊合面大致位于相同的位置，这样可以保证模孔各处金属流出速度基本均匀并最大限度的减少焊合腔内的金属的横向流动，减轻模芯的附加弯曲变形，防止产生附加壁厚不均使分流面与其焊合面位置大致相同的具体措施是：假定分流面和焊合面位于同一平面，且刚好位于分流桥宽度中央位置，然后计算各分流孔所对应的坯料面积（即相邻两个分流面所分割的挤压筒面积）𝐹𝑡和所对应的横孔面积𝐹𝑓之比。𝐹𝑡𝐹𝑓=𝐹𝑡1𝐹𝑓1=⋯=𝐹𝑡𝑛𝐹𝑓𝑛；如满足，表明模孔各部位金属流出速度基本相同凸台侧表面至模孔边缘的距离W应满足W=(6~8)𝑡；t：同一位置模孔宽度（型材壁厚），W过大，易产生死区，W过小，影响焊缝质量。经验：∅500挤压筒，ℎ焊=(0.1~0.15)𝐷𝑐焊合室高度的选择应满足以下要求：(1)ℎ焊≤𝑡𝑚𝑎𝑥；ℎ焊≥(6~8)𝑡𝑚𝑖𝑛；h=(0.1~0.2)𝐷𝑐ℎ；（2）型材形状与尺寸精度，（3）较为均匀的金属流动使挤压力达到要求；𝐷𝑐ℎ：焊合室外接圆直径第一项中前两式保证尺寸形状，尺寸精度，焊缝质量满足要求最后式为获得较均匀的金属流动，使挤压力达到所需要求校核τ=𝑄𝑛∙𝐹≤[𝜏]F：以分流孔之间最短距离为长度，以模子厚度为高度组成的断面面积；n：分流孔个数；对于4Cr5MoV1Si来说450~500℃，[𝜏弯]=1000~1100𝑀𝑃𝑎安全系数法：𝑛𝑝=桥宽×桥厚×[σ]×2模桥受压面积×P≥3；P:挤压机比压静水压力：由均质流体作用于一个物体上的压力，这是一种全方位的力并且均匀地施向物体表面各个部位导流模设计25MN，∅258挤压筒1.挤压比，模孔数量；根据型材的尺寸200mm，以挤压筒直径258mm取n=2λ=𝐹𝑡𝑛𝑓=60.5P65，P792.模角：对于挤压铝合金型材多用平模，α=90°，（P68）3.模子厚度：根据挤压机能力，挤压筒尺寸，查表4-4，初步确定模子厚度H=30mm（P73）4.模孔尺寸：公式4-13,4-14（P69）5.工作带长度：以型材开口端的顶点为基准点𝑙1=1.5×厚=3𝑚𝑚；相邻端点𝑙2=𝑙1+1=4𝑚𝑚，从端点→模孔中心，每距10mm，工作带增加0.3mm，（P83）6.模子出口尺寸：式4-15：𝑎𝑐ℎ=模子尺寸+(3~5)=2.1+4=6.1𝑚𝑚（P71）7.模孔间距（保证强度以及挤压机能力和尺寸）：取𝑎𝑗=40𝑚𝑚（P80）8.模孔距模外缘最小距离：由挤压筒直径查表5-1，得d=35mm（P81）9.导流槽的设计：导流槽距模孔底边的距离c大于槽孔侧边的距离E，取c=10mm，E=8mm（P107）10.模子外圆直径：D=(1.1~1.36)𝐷𝑡（式4-18，P71）𝐷𝑡：挤压筒内径11.校核模子的材质为H13钢，在400~500℃，[𝜎]=1000MPa，公式5-4：ℎ𝑚𝑖𝑛=𝑙∙√3∙𝑝∙𝑎[𝜎弯]∙𝑏=10𝐻=80（式5-4，P88）l:槽形悬臂的长度，即槽形型材的槽深尺寸p：比压a：模孔悬梁根部截面入口处宽度b：悬臂梁根部截面出口处宽度，b=a-2cc：悬臂梁根部截面出口处空刀尺寸水压机大型分流断面组合模的改进DQ22831.型材中间立筋处有波浪，且厚度尺寸超正差（偏压）2.型材底平面超负差DQ22861.外形尺寸对称性偏小2.管材壁厚不均3.外形不圆4.模具强度不够及模芯下塌改进：DQ2283立筋处：由于型材中间立筋两侧分流孔靠近模具中心，使分流孔的流入金属直接填充至模孔中（超正差的原因）底平面：由于A-A处模孔位于分流桥下面而被遮蔽，金属流动阻力大，不易填充至模孔中（超负差的原因）措施：分流孔尺寸：∅380→∅360,310→290中间立筋两侧的分流孔距模具中心的距离：40→50mm，宽度70→60mm将上模工作带长度由10→5mm，13→14.5mm将下模工作带长度由5.5→3.5mm，12→13mmDQ2286由于管壁厚，加强筋较薄且较大，特别是桥底加强筋，此处金属难流动措施：将模芯下空刀进行改进，同时桥底工作带长度加强模芯强度，以减小塑性变形而产生的永久性偏差。将模芯中心比加大加深，且头部设计成球形为加强金属的流动性，将直壁分流孔改为锥形孔道将模芯厚度增加，以防止模芯下塌水冷模水冷模可以提高硬质合金的挤压速度，生产效率原理：在挤压过程采用水冷却或液氮冷却模具，降低变形温度，以减小硬质合金挤压时以出现的表面问题6063Al合金，采用液氮冷却，100m/min利用水封挤压的水封头入口处有一个负压区域的特点，设计水封头原理：将水冷模设计成环状喷水，逆挤压方向喷到模子的定径带的出口处，形成一个环状的冷却区域，以达到降低变形区温度的目的挤压时，随挤压制品地向前移动，喷出的冷却水，通过水导管进入水封头的负压区，进而被吸入水封槽内。在挤压结束时，消除残料的工序中，水不会滴到模具表面，解决冷却不均产生裂纹的现象液氮模：液氮模的原则：氮的通道布置应尽量保证模具表面得到均匀冷却锻模：锻模分类，P124终锻模膛，P125热锻件图，P125钳口及其尺寸，P127折叠，P128滚压模膛从结构上分为以下几种，图7-26滚压模膛分类，P133镦粗台和压扁台设计，图7-34镦粗台，图7-35压扁台，P136模膛中心和锻模中心，P138错移力的平衡和导向，P141检验角，P146冲压冲压模具的分离，P178冲模的设计步骤，P179表8-6单工序模、复合模和级进模的比较，P183图8-4,导柱式固定卸料落料模，P184图8-5导柱式冲孔模，P185复合模正装和倒装，P185图8-6正装复合模，P186图8-7倒装复合模，P187表8-7复合模正装和倒装区别，P187图8-13级进模的工作原理，P189凸凹模的配合工作尺寸，P190，P191级进模排样注意事项，P193P194冲模的闭合高度，图闭合高度，P195图8-43V形弯曲模，P213图8-44U形弯曲木，P213图8-59落料-拉深复合模，P226终锻模膛带飞边的模膛是根据热锻件图与热压力机的终锻模膛的区别：答：压力机的模膛的飞边槽没有承击面，飞边槽的桥口高