挤压模具十篇

挤压模具篇1

【关键词】模具 挤压 设计 要点

铝型材是工业需要的一种重要材料，但挤压模具的设计又和它的生产质量、生产效率是紧密相关的。在目前看来，我国的模具设计仍然存在一些不足之处，这直接的影响了铝型材的使用。因此，需要对模具进行改造，以提高它的强度。

一、模具的设计现状

模具目前有很多的种类，比如塑料模具、压铸模具、冲压模具等等，这三种模具也是目前使用频率最高的。从模具的生产规模来看，目前我国已经能够达到一定的水准，而且技术含量也有所提高，但仍然落后于其他工业较发达的国家，比如美国、意大利、英国等等。在我国，精密、复杂的大型模具仅仅只占25%左右，但发达国家却占到了60%左右。另外，我国模具的出口量也远远的低于发达国家，甚至还需要进口国外的模具，据调查，我国已经成为了世界上进口模具最多的国家。

笔者根据实际情况，分析了我国模具设计落后于他国的因素，其中主要有材料、软件、设备这三个方面的原因。在材料方面，我国设计的模具一般都是采用的2Cr13，或者3Cr13，这两种材料的性能远远不够。而国外为了提高模具的强度和刚度，采用的材料则为DINI或者2316，这两种材料制造出来的模具，其耐磨、耐低温、耐高温、耐腐蚀的性能都非常的高，但是却需要很高的成本。然后是软件方面，就目前看来，我国的CAD软件、CAE软件开发程度很低，而且也赶不上国外的水平。不仅如此，我国的三维设计水平也仅仅处于起步阶段，生产者没有将数控技术很好的利用到模具设计、生产当中。最后是设备方面，我国的高精度设备技术很低，利用率也很低，因为资金不够，引进设备不配套，甚至设备与附件之间也不配套。

二、模具设计的几个要点

（一）选用模具材料

首先要选用模芯，选用模芯的时候必须要注意模具的使用寿命，成本的高低，以及耐腐蚀、耐热的性能，并且还要选择容易加工、削切的材料，选择得不好，就会影响模具的使用性能。一般的模芯材料有合金结构钢、合金工具钢、炭素结构钢等几种。如果是挤管式模芯，因为长嘴定径区有圆管，不能进行加热，可以使用耐磨性能比较好的合金结构钢。

（二）挤压件的尺寸

积压件的尺寸非常的重要，同时，它也关系到了模具的使用性能，因此在进行设计的时候，必须要注意积压件的尺寸。如果挤压件的尺寸产生了偏差，那么一定和挤压设备、生产工艺有关，其中受到模具尺寸变化的影响也非常的大。一般情况下，影响模具尺寸的因素有模具的温度，模具的原材料，模具的制造精度以及模具的磨损程度等。

（三）外形尺寸的计算

模具的外形尺寸指的是模具外形的直径、厚度等，它关系到模具挤压力的大小以及模具的弹性，因此，要合理的计算外形的大小。外形尺寸中比较重要的是模孔尺寸，在计算的时候要分析产品的形状、铝合金型材的化学成分、线膨胀系数抗压温度等等。不仅如此，还要考虑断面上的几何形状、挤压力大小。最后还要合理的设计模孔空刀，模孔空刀指的是模孔的工作带出口端悬臂支承的结构，结构设计得不合理，那么其强度也会达不到要求。如果铝制型材的壁的厚度大于或者等于两毫米，就可以选择容易操作的直空刀的结构，反之，如果铝制型材的壁的厚度小于两毫米，就可以使用斜空刀。

（四）流出模孔

在流出模孔的时候，要进行合理的调整，使得断面上的质点能够以合理、均匀的速度流出模孔。可以采用多孔对称排列的方法，这种方法比较容易操作，它是根据铝制型材的外形、壁厚、比周长、挤压筒的远近，设计出长度不一样的定径带。铝制型材的形状越复杂，挤压筒的中心就离之越远，壁厚越薄，比周长就越大，那么就可以使用促流角或者导料锥来加快流动量。但是，如果壁厚很厚，那么就可以使用阻碍角，使得阻碍被补充，直接的调整了流动速度。一般情况下，很多工厂是采用的改变分流孔数量、大小的方法来调整速度的。

（五）保证其强度

对于模具来说，强度是非常重要的，如果强度达不到要求，那么就不能够适应恶劣的工作环境。所以，设计和生产的过程中，必须要保证其强度。上面已经说了如何选择合适的模具材料，如何设计模具外形和结构，如何控制模孔流速，但要保证其强度，还要计算挤压力，并且校核断面的强度。不同的生产工艺，计算挤压力的方法也有所不同，但适用比较广，比较简单的计算方法有经验系数法。另外，在校核断面的强度时，还要根据生产模具的实际情况，模具的外形结构来操作。如果是结构比较特殊的模具，比如舌型模具、平面分流模具，除了要校核其强度以外，它的舌尖部分还要另外检测，近几年来，大部分技术人员都采用的有限元法来对模具的受力情况进行测试，这种方法目前已经得到了广泛的使用。

三、总结与体会

铝合金型材的使用非常广泛，除了医学、建筑、工业方面，甚至也被运用到了交通运输、电子、航空航天等领域。但铝合金型材的生产必须要依靠挤压模具，如果挤压模具设计得不合理，不标准，便会影响到铝合金的质量、性能。因此，需要改进模具设计中的不足之处，大力的进行研究和优化，以提高技术水平。

参考文献：

[1]张洪辉 隋荣勃 王坤.铝合金挤压模具寿命影响因素[J].中国有色金属，2013（3）：66-67.

[2]洪慎章.《冷挤压模具设计与制造》讲座（连载十）[J].模具制造，2012（7）：93-96.

[3]洪慎章.《冷挤压模具设计与制造》讲座（连载十三）[J].模具制造，2012（10）：91-96.

[4]王赫男 王孟君 刘超 乔磊 葛鹏.基于Hyper Xtrude铝型材挤压模具优化设计[J].铝加工，2012（6）：11-15.

挤压模具篇2

本文主要分析了凸轮制件的精冲工艺，并设计出排样，选择了压力机与精冲力计算方式，明确精冲模具与凸凹模间隙工作刃口的圆角；然后设计精冲复合的模具结构，同时对精冲的模具工作部件与材料的热处理规范性进行合理选择，从而设计出齿圈压板的结构。

关键词：

精冲模具；冷挤压技术；应用价值；

模具是汽车的重要零件，产品多种多样，结构具有复杂性，规格要求准确度高。有些模具品种需求量较大，按照模具优点可以应用于挤压工艺生产。比较模具挤压技术和传统机械切削加工技术可知，应用模具挤压成形技术不仅可以提高生产效率，而且能够取得较好的力学性能制件，同时材料使用次数高，成本费用低，缩短了加工时间。

1传统模具设计方式的不足

为了提高产品的质量，因此要研究传统冲压工艺以及模具设计的不足，并从中找出解决的方法，促进冲压工艺以及模具设计的完善。同时为了保证产品运行的有效性，需要从传统冲压工艺以及模具设计的不足，例如凸包斜面问题、工件内腔定位问题以及冲孔问题等问题为出发点，才能提高产品质量。

1.1冲孔在对腰形孔模具进行设置时，使用特殊工艺进行设定。为了保证零件安装的质量，进行冲孔之后,对卸载工序不够重视,加之，操作比较困难,容易使零件出现异常，零件底面平行度底面无法保持平行,会直接影响操作的正常运行。

1.2凸包斜面凸包是影响汽车质量的重要因素。凸包的位置在与腰形孔进行连接处,但是凸包的斜面没有和16×1.8毫米或者17×1.9毫米之间腰形孔进行接触。散热管的摩擦力过大,也会引起热管的形状出现异常,如果没有对会凸包斜面问题进行有效解决，则会严重影响汽车的质量。

1.3工件内腔定位一方面，在对零件的原翻边成形模具进行设置时,使用工件内腔周边定位。由于工件内腔周边直线段比较短、内腔长度不足、零件长度数值较大等问题,无法准确安装零件，在对翻边进行设置后,不能准确确定高度尺寸数值。另一个方面，在对模具进行设置时没有对卸载工序进行细化,零件翻边成形后,零件容易被固定在定位块上,需操作人员利用器具从定位块上撬起。这种操作方式,过程比较复杂,容易使零件出现异常,底面无法保持平行,会直接影响汽车的正常使用[1]。

2制件分析

图一是变速箱中一个挡功能件局部示意图，此局部结构普遍应用于选换挡、离合器与座椅调节的机构中，成形方式为顶冲孔加翻边成形，成形高度可以决定模具的结构。在设计模具的过程中，通常为合理布置预冲孔塌角面，需要选择与翻边相反方向冲孔。以上因素加大了模具结构设计难度，增加了模具维护、设计、使用与制造成本，降低了制件质量稳定性。

3工艺性的分析

为降低工件设计成本，本次研究制件使用原材料的牌号是宝钢35号钢，其屈服强度控制在360兆帕以内，而抗拉强度控制在520兆帕以内，延展率超过了20%。按照顶冲孔加翻边工艺进来估算，得出预冲孔径直径的最大值不可以大于Ф64.8毫米。根据翻边高度的计算公式高等于Dx(1-k)+0.43xr+0.72xt，得出极限翻边的系数Kmm等于0．2，高度的最大值是8.8毫米，这个高度超过了图纸的要求。可以确定模具设计方案的第1步是预冲孔，第2步是翻边，第3步是整形，第4步是复合性落料[2]。但是在模具方案验证过程中，以下两个因素会致使这个无法正常进行。一是原材料的延展率逐渐将低，一旦达到4.5毫米翻边高度时易出现裂纹；二是公司自身的设备限制了施工进程，加之，制件的外形相对较大，四工位的反顶缸需要搭桥，而且模具偏载较为严重，无法彻底地消除外形撕裂的情况。因此。为消除以上因素产生的影响，更改了模具设计方案。具体如下：第l步为是冷挤压，第2步是整形，第3步是复合性落料。目前这个方案已经获得量产验证，在第1步时挤压高度能够达到达5.8-6毫米，制件表面光亮带达到设计要求，且模具寿命在每一次刃磨之后可达到1.5万次。

4模具分析

4.1模具结构精冲模具挤压技术和油压机上挤压技术的区别在于应用了拉杆顶出系统，为了使模具安装便利，也应用了模柄。模柄内的顶杆主要以120°角形状出现，以加强模板的受力体积。由于挤压零件外表没有进行加工，就能够达到零件的标准，只能应用φ14毫米型腔，如果使用12.5mm×φ14mm负公差的棒料，并安装于凹模中显得狭隘，而且顶杆位于高位，若安装位置较浅，在冲床下行时极易出线歪斜。

4.2模具动作和特征模具动作的主要内容：毛坯放进凹模后，模具挤压开始运作，推动上模部分向下运转和模。凸模导向套首先接触毛坯然后自行向凹模内挤压，这个过程的压力主要由压缩弹簧所产生，利用托板和顶杆的功能像凸模导向套提供压力。其次，在导向套指引下凸模通过和凹模的相互触碰并挤压毛坯形成小孔。在最后完成反挤压过程中凸模导向套与凸模相互挤压毛坯形成φ6毫米小圆台，最终挤压件外形规格得以统一。

5精冲模具设计的优势

第一，精冲模具挤压件利用拉杆系统的功能自行顶出，顶出距离根据其范围为17-19毫米。如果顶出的空隙较大，可能会发生挤压件接触凸模和凹模导向套的事件，也可能会发生顶杆过高的现象，那么下个挤压毛坯就有可能不能进入凹模型腔。如果顶出的空隙较小，则会导致挤压件只能进入凹模型腔的一半，取不出来。第二，凸模导向套可以确保凸模脱模，挤压件就不能进入到凸模内。碟形弹簧的压力和挤压件胀模力的相互挤压，凸模导向套就能确保进入凹模内，有拉杆系统取出；凹模更换的速度更快。第三，应用碟形弹簧限制凸模导向套的运转，简单方便，安全可靠。碟形弹簧的主要特点是力量大、压缩简便以及距离大等，精冲模具挤压成形技术在规格较短的冲床上可以确保凸模的运转方向，模具完成任务时挤压件取出，同时又可以支撑和供应充足的压力辅助挤压运作过程。第四，凸模导向套发挥其导向功能，确保了挤压件孔以及外援同轴度为0.1的标准。由于精冲模具挤压零件7mm内孔过小，头部以圆锥形的形式出现，极易发生流动偏离。纯反挤压将不确保精冲模具挤压零件同轴度标准。把导向套加载凸模上，就能够确保这一标准[3]。

6应用冷挤压技术在模具设计中的应用

6.1模芯设计中对于闭式冷挤压技术的应用在尺寸比较大的情况下，应用传统冷挤压的方法难以成形的精密度。如果仅是应用闭式方式，会因为高流动的阻力导致模芯从而产生缺陷。为了获得高质量与高精度模芯，需要使用多工序的方法，也就是模芯通过几次成形来提高制件质量。此外，在多个模具运动或是动作中组成挤压成型时，这种方式是同一个工位作业，可以提高工作的效率，保证成形的质量。图二是芯轴圆柱交换成形的过程。在模具工作的过程中，首先将毛坯放入模芯中，滑块滑行时，模具上下模具会闭合，然后模芯逐渐成形，成形后滑块的运动停止，同时在液压的作用下下芯轴把上芯轴从模具形腔中顶出，从而完成芯轴的交换，当压力机滑块产生第二次下行时，真正成形。

6.2精冲模具设计中对于冷挤压技术的应用精冲模具工作零件一般包括凹凸模、凸模与凹模，其是确保精冲件的质量关键，尺寸与形状精度会直接影响导精冲零件的断面质量与精冲模刃口实际间隙，而且精冲模具强度会直接影响导精冲模具使用的寿命，因此，需要合理设计凹凸模、凸模与凹模结构，科学选择热处理的规范与材料。而应用冷挤压技术，恰好可以在保证精冲模质量的同时，延长精冲模使用寿命，冷挤压技术设计的精冲模具结构比较简单，同时选高强度、耐磨性较好与淬透性好的凹凸模、凸模与凹模，全部应用真空方式淬火，其中，凸模的热处理硬度在60-62HRC之间，凹模与凸凹模热处理硬度在62-64HRC之间[4]。

6.3模具结构设计中对于冷挤压技术的应用按照零件尺寸与结构要求，使用复合落料冲孔模结构，依据模具中凹模位置差异，可将复合模分成倒装的复合膜与正装的复合模，其中需要重点考虑的两个因素是生产效率与磨具强度。从凸轮零件的结构中可知，强度比较大的是凸凹模，因此，在确保凸凹模强度以及制件使用的要求前提下，为提高生产的效率、操作安全与操作方便，凹凸模要使用倒装复合的膜结构。具体从图三中可以看出。

7结语

总而言之，改善零件冷挤压工艺与模具结构可以提高产品质量来，为了保证产品的质量，需要充分研究传统冷挤压工艺以及模具设计的不足。例如：凸包斜面问题、工件内腔定位问题以及冲孔问题等问题，不断地完善冲压工艺以及模具设计方法，同时为了保障零件安装的准确度，需要对操作过程进行优化，确保汽车可以安全行驶。

参考文献

[1]朱小兢.冷挤压技术在精冲模具设计中的应用[J].模具制造,2913,23(06):15-17.

[2]卢尚文,周水波,任学平.高体积分数SiCp/Al复合材料等温反挤压模具设计及工艺研究[J].热加工工艺,2012,13(03):173-176.

[3]朱烈峰,孟彬,杨庆华.锥齿轮高频颤振冷挤压数值模拟及模具设计[J].锻压技术,2012,13(03):114-118.

挤压模具篇3

专业基础课内容涉及挤压模具从设计、制造、使用及维修到操作整个挤压工艺流程的各个环节，是从事挤压模具行业工作所必备的知识，在课堂教学上应与生产实践和社会环境相结合，理论指导实践，实践促进理论教学。因此，专业基础理论课应以“实用”为本，学生应主修完《金属塑性加工学（挤压与拉拔）》、《塑性加工设备》等课程。专业课程要以“专、精”为准，针对性强。学生应主修完《模具CAD/CAM》、《挤压模具设计》等课程。在专业课程方面，尽管众多高校已对专业基础课程以及基础理论课程进行了较大力度的改革，但课程内容与企业生产实际脱节现象依然存在。在教学改革中，通过精心组织挤压模具专业课程的教学，学生毕业上岗后，能够运用理论知识指导实践生产，灵活变通，逐渐学会解决实际工艺问题。

2积极探索课堂教学方法的改革

上述课程结构的设置是紧紧围绕培养挤压模具专业应用性人才这一目标，基于对学生模具设计能力和解决现场实际问题能力的培养，采取了更加灵活的方法来辅助教学。（1）在课时安排上，尽量精讲一些纯理论性的知识，在满足“够用”的前提下，对于一些复杂的理论推导不再介绍。（2）采用典型案例形象化理论教学内容，是改进挤压工艺课程教学的有效方法之一。为丰富教学内容，增强教学效果，在教学过程中将实际企业中应用的各种挤压加工技术介绍给学生，使学生对所学的专业知识有更深刻的理解。（3）在课堂教学中通过播放现场视频，及时穿插诸多挤压生产行业中出现的热点问题，以此激发学生的学习兴趣，增强学生对所学的理论知识学以致用、活学活用的意识，为将来走上工作岗位或进一步深造奠定了良好的基础。（4）将零件的成形过程采用模型、动画、成形仿真等授课方式展现在学生面前，这比纯粹的理论讲解更利于学生学习和接受。通过学生直观地认识模具结构组成、模具工作过程，增强学生对模具结构零件作用的了解，培养学生对专业课程学习的积极性。

3实践性教学环节实施重点

实践性教学环节是培养学生创新能力的关键环节，为了把学生培养成为技能型人才，要让学生参与到课堂教学中来，增加师生的互动性，增强教学效果。《挤压模具设计》课程在实践教学中更应注重学生的实际操作，反复训练，如增加对模型的认知。对于Autocad、UG、Pro/E等各类二维和三维绘图软件的教学，应注重对学生在熟练操作和创新能力方面的实训。模具制造技能训练环节，是让学生在课程设计阶段设计出模具结构后，在模具制造实验课程中采用快速成型机模仿制造模具，并分析设计出模具结构是否合理。针对上述列举出来的教学环节，可以从以下3个方面进行探讨。

3.1强化学生对软件使用的实训技能

通过对学生就职于现有企业的情况分析，企业要求学生能够熟练运用二维和三维绘图软件设计模具，因此在专业课和实验上机操作的教学过程中，应强化学生Autocad、Pro/E或UG的实训技能。在培养学生具有一定读图能力、空间想象和构思能力的基础上，要求学生能熟练掌握CAD软件绘图和建模的方法和技能；同时应加大学生对软件的使用要求以及考核力度，要求学生在随后相关的课程设计、毕业设计环节，必须运用该类软件进行设计、绘制工程图，以便在进入生产岗位时能快速上手。

3.2更新实验室教学方式，提高动手操作能力

模具结构规格繁多、内部构造复杂。教材中穿插的静态图例大多都是二维视图，学生只能看到主剖面，联想不到三维空间结构，而且图例说明简略，学生读图、看图均感抽象，在很大程度上对学生专业课的学习及后续课程设计和毕业设计造成不利影响。因此，《挤压模具设计》课程体系应增设实验教学模型、数值仿真、动画3种教学模式，在此基础上建立模具拆装、现场教学等多功能模具拆装室。通过对模具的反复拆装和测绘，加强学生对模具结构的感性认识，解决理论课程中难以消化的模具设计细节问题，提高动手能力，加强模具设计能力，有助于学生后续毕业设计的顺利完成。目前实验室对挤压模具教学模型的现场教学已实现了初步阶段，下学期学生就能通过教学模型的现场教学充实课堂学习内容，实现相辅相成。

3.3将数值模拟融入毕业设计，加强引导与互动

毕业设计是实践教学中最重要的一个环节，主要培养学生运用多学科的知识和技能分析与解决实际工程技术及相关问题的能力，学生在修完专业课程和课程设计之后，运用所学理论知识，独立检索资料、调研，拟定设计的技术路线和研究方案，最终完成毕业设计。挤压模具方向的毕业设计要求学生在教师指导下进行工艺分析和模具结构设计，重在训练学生的模具设计能力。学生设计出模具结构后，无法将模具投入生产。由于没有实践经验，学生不能完全确定模具结构的合理性，从而导致模具设计成为“闭门造车”，为此将仿真技术渗透到模具设计中，让学生能熟练运用软件和预先掌握先进的模具设计思想。学生在导师结合工程实际确定毕业设计题目的要求下，正确选择建模方法，对工程实际问题的可行性方案进行验证，并最终建立优化模型。通过近几年来将挤压成形数值模拟融入到毕业设计环节，模具结构设计方向的学生掌握了模具的实际运用，并能大大提高模具设计能力。针对挤压模具方向的毕业设计，可按3个阶段实施：第1阶段为模具设计阶段，大致占全部毕业设计时间的1/4，要求学生独立设计一副挤压模具。此阶段主要让学生阅读大量参考文献，尽可能深入企业调研分析以掌握第一手资料，在此基础上，训练学生紧密结合基础理论知识和实践经验来完成模具设计的能力；第2阶段为软件学习阶段，基本上占全部毕业设计时间的1/4，针对设计中的典型模具设计案例，以铝型材实心型材模为主，先采用三维造型软件Pro/E或UG对模具结构建模，之后利用塑性成型仿真软件Deform对挤压成形工艺过程进行数值模拟；第3阶段为通过对仿真模拟结果进行后处理分析，探讨设计方案和工艺参数的合理性，并制定出模具结构设计优化方案。历经这一教学改革，加强了教师与学生的引导和互动，针对性强，学生应用现代设计软件的能力得到了提高，充分调动了学生做毕业设计的积极性和提高学习工程设计软件的热情，更加锻炼了学生通过设计软件解决实际问题的能力，使学生能够举一反三，将来面对同类专业设计得心应手，全面提高了学生在挤压模具设计方面的综合能力。综观前几届学生在毕业设计阶段的表现，通过对该教学环节进行教学改革和实施，采用仿真技术完成毕业设计的学生几乎都受益匪浅，每年都有学生获得校优秀毕业设计论文的荣誉。

3.4实践性教学考试模式的探索

强化实践教学环节，理论联系实际，才能全面提高学生的综合素质。结合模具专业本身实践性较强的特点，安排实践环节，可以大大提高学生的动手操作能力。例如：在上完《挤压模具设计》专业课后安排2周的专业课程设计。课程设计的选题兼顾实用性和典型性，尽量选择一些实际生产中的实例，提高学生分析实际问题的能力。逐步提高具体要求，让学生根据给定任务，绘制正规的模具装配图，要求有主视图、俯视图、零件图、技术要求及明细栏；学生绘制模具零件图，要求标注公差与配合；学生编写设计计算说明书1份，不得少于12页。该环节有助于学生掌握具体的挤压模具设计思想和设计过程。在实践性教学环节考试模式上，从提高学生的动手能力和设计、操作技能方面入手。以课程设计为例，采用多种考试方法相结合：典型案例模具设计+上机操作+上机考试+实验报告+答辩。通过对铝型材工件的典型案例进行模具的结构要素设计，学生的模具设计能力、绘图能力得到了提升；基于动手能力的培养，侧重上机运行软件练习并结合上机考试绘制模具图，着重考核学生的软件操作和绘图能力，最后通过答辩考核学生获取理论知识的程度。基于实践教学环节的考试模式改革，实训教学质量得到了保证，避免出现同学相互拷贝实践教学考核内容以应付考试，有效地促进了学生自主学习的能力。

4结束语

挤压模具篇4

关键词：铝合金；碰撞横梁；优化设计；挤压；仿真

中图分类号：TG379文献标文献标识码：A文献标DOI：10.3969/j.issn.2095-1469.2016.06.01

Abstract：The lightweight design of steel front bumper beam for one kind of vehicle was conducted based on the performance parameters in static pressure experiments. The shape and size of cross-section of the aluminum front bumper beam were designed by FEM optimization， and the mechanical properties of the beam were determined. The aluminum profile extrusion divergent die and the extrusion process were designed， and the extrusion process was simulated based on the commercial extrusion simulation software. The simulation results agree well with the experimental results.The optimized bumper beam weighs 1.3kg， achieving a weight savings of 2.1kg and a weight reduction by 61%. The simulation results greatly help guide the mold design and the optimization of extrusion process.

Keywords：aluminium alloy； bumper beam； optimization design； extrusion； simulation

铝合金型材在汽车结构件应用中的需求越来越大，这意味着在进行方案设计时需要考虑零部件的结构和功能，对于合金的状态也需要精心设计和控制。汽车工程师在进行产品设计时，需要解决各种各样的工程问题，如轻量化的要求、合适材料的选择等等，这也有利于铝合金挤压型材生产者改善工艺，提高产品质量，从而为汽车工程应用提供有效的解决方案[1-4]。

本文针对某款车型钢制碰撞横梁进行全新轻量化设计，以仿真分析得到的性能参数为依据，设计目标车铝合金碰撞横梁的截面尺寸，并确定生产该铝合金碰撞横梁需要的材料性能。

对防撞横梁进行优化设计时采用三点静压的方法进行，由于其加载工况相对简单，采用有限元软件的优化功能对其进行优化，以确定防撞横梁的截面形状和尺寸。

1 碰撞横梁截面优化设计

拓扑优化是指在满足有关应力、位移、平衡等约束条件下，通过拓扑形式对所设计的结构件孔洞的有无、数量、位置以及相互联接方式进行优化，使结构达到某种性能指标最优。拓扑优化常以寻求材料最合理的分布为基本的设计思想，这也符合部件轻量化开发的要求。因此拓扑优化是部件轻量化开发概念设计阶段的一个重要设计手段。

汽车碰撞横梁的一个重要作用是在碰撞发生时使碰撞力尽可能沿吸能盒均匀地向后传递，所以汽车碰撞横梁必须满足一定的强度指标。

采用三点静压试验和仿真分析相结合的方法对碰撞横梁刚度进行分析。为了便于进行优化设计，采用等效静态载荷法来近似处理静压过程的压头载荷，并对横梁进行拓扑优化设计，原碰撞横梁三点静压试验其峰值支反力为9.0 kN，重量为3.4 kg。

取汽车碰撞横梁的1/2模型作为研究对象，模型整体作为设计空间，在横梁对称面上约束z向自由度，同时约束x、y向自由度，施加弯曲方向的挤压约束，在达到静压峰值载荷时碰撞横梁的应力小于材料屈服应力280 MPa，碰撞横梁质量最小为优化目标。

根据优化得到防撞横梁的截面形式，以口字型作为横梁的基本截面形式，最终确定了目标车碰撞横梁的截面形状，如图2所示，各板厚度取3 mm，材料屈服强度为280 MPa。在有限元分析软件中建立目标车碰撞横梁三点静压仿真模型，如图3所示，对其进行壁厚优化计算分析。

图4为当型材壁厚为1.8 mm时，铝合金碰撞横梁三点静压支反力-位移曲线。其变化趋势和峰值大小与目标车钢制碰撞横梁吻合，而且壁厚为1.8 mm时基本达到该类型铝合金挤压件的可挤压下限，因此将目标车碰撞横梁截面厚度定为1.8 mm，其截面尺寸如图5所示。优化设计后铝合金碰撞横梁的重量为1.3 kg，减重2.1 kg，减重百分比为61%。

2 碰撞横梁挤压模具设计及模型的建立

本文根据优化设计后的铝型材截面，借助有限元分析软件，设计出平面分流组合挤压模具，并设计挤压工艺方案，对该铝型材挤压过程进行数值模拟分析，最后按照模拟方法进行试验验证。

2.1 挤压模具

该横梁截面为空心截面，需要选用平面分流组合模具进行挤压生产，根据碰撞横梁截面尺寸进行挤压机大小选型及配备的模套尺寸选型。由下模、上模、联接螺钉及定位销四部分组成平面分流组合模具。根据所设计的型材断面尺寸，结合平面分流组合模具设计规范，设计出平面分流挤压模具（如图6所示，模拟计算中定位销及联接螺钉可先不考虑）。模具材料为H13模具钢，模具外形尺寸按照与1350T卧式挤压机配套的模座设计，上模和下模外形尺寸均为D230 mm×75 mm。1350T挤压机上使用的挤压筒内径为162 mm，选用挤压棒料规格为D160 mm×420 mm，铝材料牌号为AL6061。

2.2 挤压模拟模型

本文采用有限体积法进行挤压仿真分析，该方法采用Euler网格技术，可以避免网格重划分[5-6]。在挤压过程中，根据材料流在挤压过程中的流经位置，分区域进行仿真模型的建立，然后划分合适的网格单元。为保证单元质量，提高计算效率，去除模型中不必要的细微特征[7-9]（如较小的倒角、圆角及小孔等），将模型进行几何清理，改善几何模型的拓扑关系。碰撞横梁的挤压仿真模型如图7所示。

2.3 材料模型

材料本构关系是有限元模拟铝合金塑性成形加工的重要前提条件。本文选择有限元软件材料库中的Al6061合金，其具体力学性能为：密度2.71 g/cm3，泊松比0.33，坯料与模具间的热传递系数为3 000

W/（m・K），热传导率为198 W/（m・K），弹性模量为68.94 GPa，应力应变关系（Mpa）。

2.4 摩擦模型

铝合金材料在挤压变形过程中，铝合金与模具之间接触的边界存在摩擦力，其受多种因素的综合影响，如温度、、边界压力和材料等。在处理挤压成形问题中一般采用库仑摩擦模型和剪切摩擦模型。库仑摩擦模型为，式中，为模具和坯料之间的接触法向应力，为摩擦因数；剪切摩擦模型为，式中k为剪切屈服应力，m为摩擦因子。本研究进行如下设置：工作带与坯料间采用库仑摩擦模型，摩擦因子设为0.4；坯料与挤压筒、模具之间采用材料剪切摩擦模型，摩擦因子设为0.9[7]。

2.5 挤压工艺参数

为得到高质量的铝合金挤压型材，需要对挤压速度和挤压温度进行合理的控制。本文所采用的挤压工艺参数见表1。

3 挤压模拟结果分析

3.1 碰撞横梁速度场、温度场分布

将建立完成的仿真模型提交计算，得到计算结果，并对结果进行分析。图8为型材出口流速分布图，结果显示出口流速均匀，根据出口流速（2 mm/s）和挤压比（51.01）与入口流速之间的关系可知，出口流速理想值为102 mm/s。图中所示流速在100 mm/s左右，型材下方流速稍慢于上部，可将出口往上移动少许位置。由图8～10可知，在各个区域的铝合金流速分布情况，可以观察到铝合金材料在流入工作带时，其流速快速增大，在四边形上边拐角处铝合金流速较大，但从型材截面整体流速来看，其出口流速比较均匀，不会出现由于截面过大的流速差使型材变形，甚至开裂的现象。

影响铝合金流动的一个重要因素是挤压变形过程中坯料温度的变化。铝合金在挤压过程中发生大的塑性变形，其塑性变形功将转化为热能，因此铝合金坯料在挤压过程中会有明显的温升。铝合金坯料在挤压过程中的温度变化如果不均匀还会影响其在挤压模具中的流动，甚至会影响空心型材焊缝处的焊合质量，因此，对于挤压过程中铝合金坯料温度的变化及分布的了解和控制非常重要。挤压型材缺陷最容易产生的区域在挤压模具出工作带处，该处铝合金材料温升最为明显，温度最高。图11为铝合金挤压型材的温度场分布，由于型材在工作带处的摩擦较大使温升较高，所以该处温度最高。从图8所示的铝合金速度场分析可知，此区域的流速也较快。在挤压过程中，最高温度不宜超过合金的过烧温度，可通过调整挤压速度、初始温度等输入条件，来得到合理的挤压工艺参数。

4 挤压试验研究

按照所设计的平面分流组合模具试制该模具，使用和仿真一致的挤压工艺参数，在1350T的卧式挤压机上进行挤压试制，得到挤压型材初始料头，如图12所示，仿真结果如图13所示。对比可知，试制结果与仿真结果吻合度较高，型材底面流速较慢，流速变化较小，没有出现料头开裂现象。

通过有限元软件可以模拟型材挤压成形过程，能够准确地反映挤压过程中材料的流动规律，仿真结果与试制结果吻合度较高。同时，上述结果实现了模具设计的虚拟试模，证明了该模具设计的正确性。

选用6061铝合金作为生产汽车铝合金碰撞横梁组件的材料。为了达到所需的力学性能要求，需要对挤出型材进行热处理[10]，在完成挤压过程后对挤出的铝合金碰撞横梁进行T6热处理，热处理工艺为160℃+ 4 h。，热处理后对型材进行了拉伸力学性能试验，其性能参数测量值与设计值的对比结果见表2。由表2可知，型材实际力学性能与设计性能吻合较好，采用的挤压工艺能制备出满足铝合金碰撞横梁要求的挤压型材，可为铝合金碰撞横梁的工业化生产提供技术支持。

5 结论

（1）针对某车型钢制碰撞横梁进行轻量化设计，得到了优化的铝合金碰撞横梁截面尺寸，优化后重量为1.3 kg，减重2.1 kg，减重百分比为61%。

（2）采用数值模拟方法，获得了铝合金碰撞横梁挤压过程的铝合金流动速度场和温度场分布图，模拟挤压料头与挤压试验料头吻合较好，数值模拟结果对模具设计和挤压工艺的制订与优化有直接指导意义。

（3）采用的挤压工艺能制备出满足铝合金碰撞横梁要求的挤压型材。

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挤压模具篇5

关键词：散热器型材；模具；设计

中图分类号：TG379 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）11-0064-03

前言

近年来，随着我国大规模的基础建设和工业化进程的快速推进，我国一跃成为世界上最大的铝型材生产基地和消费市场。伴随着交通、工业、汽车以及IT、太阳能和LED等产业的迅速发展，铝合金因质轻、美观、良好的导热性和易加工成复杂的形状等特点，现已被广泛地用于生产散热器材。由于散热型材断面形状出现复杂化、多样化，如按常规常见形式进行设计，存在许多不足，需要在生产实践不断地学习、积累、不断地改造和创新，并通过生产实践逐步解决问题。

1 模具设计的要点概述

模具在挤压成型过程中起着将圆形的铝棒变形为各种形状的铝材的作用。因此，模具在铝型材挤压工序中举足轻重，其设计的好坏直接影响到挤压型材的质量及效率（外形尺寸、壁厚公差、强度、表面外观）。

挤压模具的设计不但要充分考虑到金属在挤压过程中的特性和在模具中流动的复杂性，而且还要在保证模具强度和寿命的同时，使成型出口的每个位置金属流速基本保持一致。

模具设计主要考虑的内容如下：

1.1 确定设计模腔参数

设计模腔参数不但要根据生产现场的设备条件、工艺规程和大型基本工具的配备情况，还要考虑挤压筒尺寸，挤压系数和挤压力的大小。

1.2 布置模孔在模子平面上的位置

一般来说，对于单孔的管棒材及对称好的型材，应将模孔的理论重心放在模子的中心上。对于多孔模的分布还要考虑模孔数目、模具强度，制品表面的质量要求、金属流动的均匀性等问题。

1.3 计算模孔尺寸

设计模孔尺寸，不但要考虑铝合金的化学成分、产品形状、公称尺寸及其公差、产品断面的几何形状及其在拉伸矫直时的变化，还要考虑挤压温度以及在此温度下模具与合金的线膨胀系数、模具的弹性变形、升温特性等。一般来说，模孔的设计尺寸要比公称尺寸大1%。

1.4 调整金属的流动速度

金属的流动速度一般由模孔的形状、位置、布局以及工作带共同调节。其中，工作带是模子中垂直于模具工作端面并用以保证挤压制品的形状、尺寸和表面质量的区段。金属流经模孔时的变形应力最大，因此，工作带的长短对金属流出模孔的速度影响也最大。一般来说，要根据型材的形状，各部分壁厚的差异和比周L的不同以及距离模具中心的远近，是否有遮挡等情况设计出不等长的工作带，保证制品断面上的每一个质点以相同的速度流出模孔。

1.5 模具要保证足够的强度

挤压模具的工作条件十分恶劣，模具强度直接影响模具的使用寿命和使用效益。设计时要合理布置模孔的位置，选择合适的模具材料，设计合理的模具结构和外形，同时要对危险断面的许用强度校核。

1.6 确定模孔空刀结构

模孔空刀就是模孔工作带出口端悬臂支承的结构。空刀的设计如果不合理则容易导致型材划伤甚至出现堵模。一般来说，型材壁厚t≥2.0mm时，可采用加工容易的直空刀结构；当t

2 散热器铝合金型材的特点

铝合金散热器型材的特点：散热片之间距离短，相邻两散热片之间形成一个槽形，深宽比大，壁厚差大：根部的底板厚度大，齿部很薄。

目前，散热器型材主要有三种类型：放射型，梳子形、鱼刺形。它们广泛应用于IT、LED行业的散热器上，具有良好的散热功能，如图1所示。

这些型材的结构特点给模具设计、制造和生产带来了很大的困难。笔者根据多年的实践经验，并通过实际例子介绍这类型材的模具设计方法，以供同行们参考。

3 典型散热器挤压模具设计举例

3.1 梳子形散热器铝型材挤压模具设计

3.1.1 产品分析

图2是一款梳子状散热器铝合金型材截面图，其特点是散热片齿薄，悬臂长，而散热片齿间距小，挤压时齿部极易出现偏齿和断齿，导致模具报废；其次是型材截面壁厚相差悬殊：截面根部的底板较厚而齿部薄，挤压时金属流速的不均匀更易导致危险断面的断裂。

对这种型材，如采用平面模直接挤压，很难生产出合格的产品，而且极易导致模具报废。改进的办法是增加导流模，即金属先在导流模中产生预变形，进行第一次分配，形成与散热器相似的坯料，再经过模孔再进行第二次变形，从而挤压出合格产品。为控制调节金属的流动，使壁薄、形状复杂、难度大的型材易成形，有时将模孔设计成扩展模式。扩展除了起宽展作用外，还起着预分配金属和调整出口型材流速的作用，同时也可减少模具挤压时承受较大的正面压力，防止模孔的危险断面的断裂，实现正常挤压。

3.1.2 设计方案确定

方案1：采用遮盖式导流保护模：

设计思路：采用遮盖式导流保护模，让金属直达壁薄的悬臂根部，率先充满根部型孔，悬臂的头部由于位于导流板的保护之下，金属不能直接到达，从而减小头部对根部产生的扭矩、弯矩。同时，对导流孔进行扩孔，减少了金属进入模孔的流速和挤压力，减缓了悬臂所承受的正压力。一般来说，导流遮盖板遮盖悬臂的长度为悬臂总长度的1/3-1/2为宜，扩孔以15°～25°为宜。如图3所示。

方案2：采用假分流模：

设计思路：所谓假分流模就是将型材模具设计成分流模的形式，但没有决定型材内孔尺寸的型芯，因此，称之为假分流模，如图4所示，其中图（1）的导流孔设计为2个、图（2）的导流孔设计为4个。

这2种设计的假分流模，都将壁厚较厚的部分布局在上模分流桥下，分流桥起到阻碍金属流动的作用，使金属到达模孔的流速和挤压力都降低，减小大悬臂型材模具危险断面的断裂系数，有效地增强模具的强度。

将型材的齿布局在分流口处，减小挤压阻力，使金属先期到达壁薄处，使型材挤出时流速均衡。为使金属能够充分填充模孔的各处，将上模的分流口设为带有斜度的扩展形式，如图5所示。

为改善齿顶部的流速，有时下模的齿顶处的焊合室设计促流斜面，以利于齿顶部不易填充部分的充分填充。如图6所示。在工作带的选取上，被遮盖住的齿部工作带应设计为最小，其余模孔各部的工作带，按其所处模孔的位置、形状、壁厚等和经验做相应的调整和选择，确保其挤压速度趋于一致。

3.2 太阳花散热器挤压模具设计

太阳花散热器是一款常用的电脑散热器。

3.2.1 产品分析

如图7所示，此型材截面的外形尺寸为φ90 的圆形，在它的周围均布有52根圆弧型齿，每根齿前端又分出2根叉齿，齿片总长度24.6mm，齿尖部位的厚度仅有0.52mm，而实心部位的厚度42mm。如果采用平面模直接挤压，基本上不可能挤出成品，而且模具极易压塌报废。

3.2.2 确定设计方案

对于这类太阳花铝合金散热型材，要采用分流组合模结构。

分流组合模具有普通平面分流模的功能及点，其主要特点是：

（1）按断面形状进行一次金属流量预分配，有效地减小了底部较大壁厚模孔处的流速，确保了挤压型材流速的均衡平稳。

（2）通过上模的中心部位对下模孔悬臂部分的遮盖，可以减少流动金属对模孔的直接冲击，减少在模端面上形成的拉应力，从而增强了模具的强度。

太阳花散热片型材横截面为中心对称结构圆形，但由于其壁厚差相差大，为保证金属均匀流动，提高焊合性能和模具强度，设计选用4个分流孔，其形状设计为扇形，并呈90°角均布，如图8所示。分流孔内切圆直径的选取比散热片齿根外径大，使齿根部位位于分流桥下，减小挤压时金属对齿根部的正压力。

3.3 LED灯具散热器铝合金型材

如图9，这是一种LED灯具散热器铝合金型材产品结构图。

此LED灯具散热器是空心型材，其特点是外接圆尺寸大，断面形状复杂，截面大，齿薄，悬臂长，齿间间距小，挤压时齿部受力极易发生偏齿和断齿；其次是截面壁厚相差大，挤压流速的极不均匀，也使危险断面的断裂系数增大。

对于本产品的特点，分流模的设计要采用宽展设计：两端部区域采用30°大宽展角，使两端形成足够的压容室，这样有利于金属自然流动，同时，重点还要优化分流孔、工作带、空刀、焊合室、分流桥等5个方面的设计，要对中心部位与边部的金属流速进行平衡从而保证制品的平直度。LED灯具散热器铝合金型材模具结构如图10所示。

4 结语

通过对上面几种典型散热器型材的设计实践，我们以后对于这类具有高密齿的散热器型材挤压模具的设计，一定要打破常规，通过采用导流板、分流模、扩展导流（分流）孔等优化设计，合理地分配金属的供应，合理地调整金属的流速，使各处金属流速趋于一致；要尽量减少由于挤压模具承受较大的正面压力，改善了各悬臂的受力状况，提高了悬臂的强度，延长挤压模具的使用寿命从而提高模具的使用效益。

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挤压模具篇6

【关键词】 铝合金 扁方管型材 挤压模具 产品缺陷 有效修正

我国铝型材行业经过短短的二三十年的发展，经历了从零起步、赶日超美的巨大变迁，一跃而成为全球铝型材生产最大的国家。铝合金模具生产厂家也是成千上万，生产技术也日臻成熟。由于挤压生产中各种工艺因素的变化和模具在高温高压下循环摩擦等恶劣因素影响，以及客户对型材的要求越来越苛刻：厚度越来越薄、形状结构越来越复杂、表面质量越来越高，尽管模具的设计者和制造者都进行了不懈的努力，但效果依然不是很明显：首次上机挤压出合格型材的模具成功率还是不高，因此，模具的修正在铝型材生产行业变得必不可少，修正的成功率直接影响到模具的使用寿命和企业的生产效率和效益。

1 挤压铝型材模具简介

1.1 挤压工艺

挤压工艺是将金属毛坯放入装在塑性成形设备上的模具型腔内，在一定的温度、压力和速度作用下，迫使金属毛坯产生塑性流动，从型腔定的模孔挤出，从而获得所需断面形状及尺寸，并具有一定力学性能挤压件的工艺技术，如图1所示。

挤压方法适合于各种金属材料的塑性成型，特别适合于有色金属材料的挤压成型，其中最典型的是铝合金型材的挤压成型。

1.2 挤压模具

铝型材挤压模具在挤压成型过程中起着将圆形的铝棒变形为各种形状的铝材的作用。模具在铝型材挤压工序中举足轻重，是保证产品成形，使其具有正确形状、尺寸和精度以及表面质量最重要的基本工具。

铝型材可以分为三大类：实心材、空心材、半空心材。相应模具按常规也分为平模（实心模）（如图2），分流模（空心模）（如图3）。根据模孔数目也可以分为单孔模和多孔模。

铝合金挤压模具制造一般要经过毛胚（下料）粗车、划线、铣、热处理、线切割、电火花、精车、装配、锉削抛光、磨、试模等工序。

2 影响挤压模具型材成型的原因分析

铝合金在挤压过程中，由于受到挤压筒壁、模具端面、分流孔、焊合腔、舌头表面和模具工作带表面的强烈摩擦，其流速是极不均匀的。在设计时不可能完全合理地调整或消除这种差异，制作时又很难完全达到设计图纸的要求。因此，用新制造的模具进行挤压时，不可避免地产生各种产品缺陷或废品：弯曲、扭拧、扩口、并口、波浪、表面裂纹或撕裂、平直度超标准、焊合不良、不成形、堵模等。

造成这些缺陷主要是因为型材各部位的金属流出模孔的速度不一样造成的。

影响金属流出模孔的速度因素是多种多样的，基本可归纳成以下2个方面。

（1）供给产品断面各部分的金属分配量是否合理，即产品各部分断面积之比与各相应部分金属供应量之比是否相等，其中包括模具分流孔的大小、形状、数目、数量与分布。

（2）金属流动时所受摩擦阻力的大小，与分流孔的形状、大小、数目和深度，焊合腔的形状和深度，模芯与模孔工作带的长度以及模孔与金属直接接触部分的表面状态和情况息息相关。当型材某一部分可供给的金属量愈多，所受到的摩擦力愈小，则这部分型材流出模孔的速度就愈快。反之就愈慢。

金属供给量的分配比例主要是由模具设计者确定的，当模具制造完成后，金属的分配比例就固定下来了。

流动金属与模具之间的摩擦力由两部分组成：一是流动金属与挤压筒壁、模具端面之间的摩擦力；二是金属的流动与工作带表面之间的摩擦力。当模具与产品一定时，单位压力P和型材各部分的周长是一个定值，而当各部分的表面状态和条件相同时，摩擦系数也认为是不变的，因此只要调整模孔工作带的长度就可以调整金属流出模孔的速度。

如何通过修理这种补救方式来正确调整型材流出模孔速度？下面我以扁方管型材模具的修理，分析当前模具不合格产生的主要原因并确定最有效的解决办法。

3 扁方管类铝型材模具的检测与修复

扁方管型材是常见的铝合金装饰材料及工业型材（如图4），也是铝加工厂经常生产的品种，型材生产厂家拥有这类模具的数量也最多，这类模具出现的问题和产生的产品缺陷也是最多的。根据客户的需求，有的厂家生产的壁厚只有0.7mm。壁厚变薄使这类型材的挤压成型也变得越来越难，对这类薄壁模具的修理一直是很多厂家模具修理工面临的最为头疼的问题。

扁方管型材模具，属于平面分流组合模中最简单的分流模，由上模和下模装配而成。如图5。

多年模具修理的经验：要找到出现制品缺陷的真正原因，首先必须做好模具的检测工作，才能找出影响金属流出模孔速度的主要原因。这是正确修好模具的第一步。

3.1 模具的检测

3.1.1 模孔尺寸和分流孔、导流孔的检测

对这些部分的检测主要是检查其各部分尺寸，利用高精度卡尺检查模具成型部位的尺寸是否和设计一致，标准误差是否满足要求。对于扁方管型材的挤压模具，一般来说，其分流孔设计大小形状具有对称性，对称性型材分流孔的检查主要是检查分流孔对称性。当模具制造出来之后，金属的分配比例就基本固定了，但金属与模具之间的摩擦阻力是可以改变的，通过改善金属与模具模腔表面的摩擦条件，从而达到调整金属流速的目的。

挤压模具篇7

【关键词】直接挤压；间接挤压；铸造工艺；工艺比较

采用挤压铸造代替模锻工艺生产动盘零件，能够确保产品的精度获得较大的提升，另外，可以显著提高毛坯尺寸精度要求，有效降低机加工的工作量，产品性能可以进行量产完全达到了其设计要求。以下本文对汽车空调器动盘采用挤压铸造工艺生产过程中，采用的两种不同工艺方案进行了比较分析，并进一步对动盘部件模具设计、铸件成形等问题进行了较为深入的分析。

1 结构分析和方案选择

1.1 动盘件的结构分析

空调器动盘铸件有一定的要求，要确保零件内部无气孔、冷隔、夹渣以及裂纹等缺陷，其次，对于零件表面的质量要求也很高，挤压铸造动盘铸件毛坯，详见图1。

从上图可清晰地看到铸件的一些特点，一是铸件壁厚较薄，结构相对较复杂，铸件的最薄处为其上部中心处的螺旋圆弧的弧壁，此处的壁厚为4 mm，可以选用较低的充型速度成形；二是该零件毛坯除上部的螺旋圆弧外，可通过模具的动模进行成形；三是要考虑到零件的排气问题，为此，可采用合理布置推杆以加强合金液进行充型过程中的排气效果。

1.2 动盘的直接接挤压铸造方案

对于采用直接挤压的铸造工艺时，进行分型面进行选择应充分考虑以下几个方面：①要确保分型面选择的部位在压铸件的外形轮廓中的最大截面处，这样为了更好取出；②应确保压铸件在开模后能够留在动模，这样确保能够更方便的将其推出；③要确保压铸件表面质量和尺寸精度能够满足要求；④应确保进行模具加工。根据动盘铸件结构，可选择的分型方案见图2。

上图中经比较，第一种方案相较于第二种方案而言更为合理，因为动模要成形不易加工的螺旋圆弧结构，因此，模具结构应尽可能的使其简化。要充分的考虑模具加工和铸件更方便的取出，应结合分型面的选取原则，将分型面尽量设置设I-I处。

1.3 动盘的间接挤压铸造方案

间接挤压铸造时，进行分型面的选取工艺和流程与直接挤压铸造时工艺类似。方案Ⅱ（见图3）与相对于方案I（见图3）的浇口位置更加靠近螺旋结构，更加有利于金属液顺着螺旋结构型腔进行充填，从而有效的减少了紊流现象的发生。另外，由于铸件在开模的过程中可能会随着动模一起向上运动，因此，溢流槽开在动模上非常有利于针对溢流槽上推杆进行布置。为此，综合进行比较应选择分型方案Ⅱ，即图3。

2 两种工艺分析和比较

针对上述动盘铸件，分别采用了直接挤压铸造和间接挤压铸造这两种工艺来进行模具的设计，从两种设计的模具的结构也能够清晰的看出它们的成形工艺和特点。

2.1动盘的性能特点

直接挤压铸造是通过利用成形压头，在进行合模时将压头力直接作用于液态金属中，从而对液态金属进行挤压，以充填由凹模和凸模形成的封闭型腔。直接挤压铸造工艺的特点是：在压力下的合金液会在流动和充型过程中，伴随一定的结晶现象，由于合金液不经工艺和变质处理，也可获得细晶组织。另外，由于合金液是在较高的压力下完成凝固的，因此，该产品的密度较为紧密，力学性能相比间接挤压铸造工艺要高，直接挤压铸造的动盘硬度将高出间接挤压铸造的动盘硬度5～10。

2.2 动盘的尺寸精度特点

由于直接挤压铸造进行浇注的金属液的量需要进行严格控制，因此浇入的金属液的多少对动盘铸件的质量也有着直接的影响。而间接挤压铸造则是通过压头将浇入压窜内的液态金属挤入已合模的型腔中，冲头的挤压力通过内浇道传递到铸件上。由于铸件是在已合模的型腔中成形，浇入的合金液量多少只会影响余料的大小，而不直接影响动盘铸件的质量，制件尺寸是不受金属的浇注量多少而影响，因此，进行浇注的金属液的量相比直接挤压铸造而言没有那么严格，因此，相对而言，铸件的尺寸精度高。而直接挤压铸造是将金属液直接浇如型腔，因没有浇注系统，因此，相对而言其工艺的出品率较高。而间接挤压铸造因设有浇注系统，余料厚度较大，因此造成的工艺出品率也就相对较低。

挤压模具篇8

在制作创新作品“简单挤压清洁工具――气动拖把挤压器”的过程中，我通过运用UG和Fusion 360三维软件，完成了一种上下成对的波浪形条状弹簧的设计，使其能模拟手指挤水的动作，践行了自己的设计师梦想。

UG是Siemens PLM Software公司出品的一个产品工程解决方案，为用户产品设计和加工过程提供数字化造型和验证手段，是一个交互式CAD/CAM系统，可以轻松实现复杂实体及造型的建构。而Unigraphics NX是美国EDS公司开发的面向制造业的CAD/CAE/CAM系统。

我的发明就是根据产品使用要求，利用UG软件的造型与仿真功能实现个性定制。首先我利用UGNX6.0进行了拖把挤压器挤水弹簧、挤压板的初次造型设计和干涉验证，同时对挤水弹簧、挤压板进行深度优化、验证等工作，设计出一根具有挤水作用的弹簧条“月亮支架”。

为达到挤水效果，我采用单面挤压板造型，并在上面成排均匀布置“月亮支架”。通过软件仿真，我发现具有相同转轴、最初成一定角度布置的上下双面挤压板在执行挤水工作时，挤水执行机构“月亮支架”出现干涉现象，于是我在两个挤压板中间留出间距以消除干涉，设计踏板（也可作手柄）以传递挤压力。接着我又把“月亮支架”结构改为模仿手指形状的网条结构，并成排布置。

在设计过程中，通过直接建模、处理几何体、在屏幕上交互地直观创建和修改特征，我对Unigraphics NX实体造型、装配和渲染的功能有了深入了解，对曲面造型中的有关属性命令如拉伸、扫描等进行了验证与使用。我也深刻了解到Unigraphics NX功能的强大、技术的先进，它为造型设计提供了完整的解决方案，加快了设计开发的进度。

接着我又在网上下载并学习使用Autodesk Inventor Fusion制作三维图，进一步完成设计。

Fusion 360是美国Autodesk公司推出的一款三维可视化建模软件。该软件是Autodesk在工业设计和机械设计领域很多相关技术的试验田，很多成熟的技术都被运用到其他Autodesk的商业软件中。该软件中比较实用的包括直接建模技术、基于联结的装配技术、自顶向下的参数化建模技术等。

考虑到安装与定位时的具体情况，我使用Fusion 360设计弹簧造型，并选取合适的直径，采用优质碳素弹簧钢材料回火定制弹簧。

由于优质碳素弹簧钢具有较高的弹性极限、疲劳极限，并具有一定的冲击韧性、塑性和良好的热理型性，需让这些上下相对布置的波浪形网条状弹簧运动起来，才能模拟双手，较好地包裹拖把头。

为达到这一目的，我仍利用Fusion 360软件，设计对开的挤压板结构，同时考虑到拖把头本身直径的大小，将对开的两个平面间隔布置。把模仿手指的波浪形网条状弹簧按一定规律上下相对分别布置在运动的挤压板之间，模拟上下伸展的具有弹性的“手指挤压面”，达到对拖把头上的布条形成弹性挤压的“十指相扣”的仿生学挤压效果。

挤压模具篇9

4芯平行集束导线在挤出时4根导体共同挤出，塑料在模具内压力分布不均匀，靠外的绝缘偏厚，靠内的偏薄，且无法进行调整。而传统挤出模具采用上、下、左、右互相垂直的调偏螺栓调节挤出偏心量，本身模具内部流道和压力的不平衡，挤出偏心不易调节，故挤出厚度不均匀且不易控制。我们设计的微调型模具为半挤管式，模具由模芯、中间模、模套板三部分组成(见图5)。这样设计是为了更好地调整偏心，模芯与中间模部分在装入机头后，靠机头的一块压板固定在机头内，不可移动，模套板可以通过机头的4颗调偏螺栓进行偏心微调节。

1.1模具尺寸

导体截面为10～70mm2时，模芯内孔尺寸d=导体外径+0.5mm;当导体截面大于70mm2时，内孔尺寸d=导体外径+1mm，模芯壁厚0.5mm。因为模具设计为半挤管式，所以模套的尺寸设计为模芯孔外径+2倍的绝缘标称厚度。

1.2模具的装配

最初设计的模套四孔的横竖间距与模芯的相同(见图6)，经过调试后，生产出的绝缘外侧偏厚，内侧偏薄。分析其原因是塑料在模具外侧流道段，压力较小，内侧流道较远，压力较大，所以才产生外厚内薄的情况。我们经过分析，对模套进行尺寸微调。如图7所示，将模套四个内孔的位置进行微调，模套横向间距与竖向间距同时减少t(t的取值与绝缘厚度有关，厚度越厚t值越大)。我们以4×35的模套调整距离为0.2mm为例进行试制。调整后，模具组合内侧部分的厚度会相应增宽，这样有利于对模具内侧的压力进行调整，增加内侧的出胶量，以达到与外侧挤出厚度相等的效果。经过多次调整与实验后，该平行集束导线绝缘偏心度基本达到理想效果。

2工艺要求

2.1模具装配的工艺要求

4芯平行集束导体在生产时，因挤出压力的不均匀，造成偏心不合格，所以适当减少模套板上的4个内孔的横向间距与竖向间距。线径越大时其减少的间距越大，具体要减少的间距数值，要经过多次的试验，才能得出。所以在生产时需制备几个不同间距的模套板，以便于随时更换与调整。模具在第一次调节好后，拧紧模套板的四个螺栓，将模套板固定好，待下次生产可直接作为免调模具使用。

2.2导线生产的工艺要求

(1)平行集束导线放线张力要尽可能保持均匀，以免因张力不均匀而造成绝缘开裂或连接筋断开。(2)冷却水尽量靠近机头，便于绝缘线一出机头就进行冷却定型，以防绝缘线在挤出后出现粘结现象。(3)生产时在出模具的水槽处放置一个自行设计的冲水装置，从下开口无连接筋处冲水，防止下面两根绝缘线芯粘连。(4)为便于牵引及成盘收线，在牵引前，通过双导轮将方形线展平，待四芯绝缘成平行状后，再进行卷绕成盘收线。

3结束语

挤压模具篇10

关键词：拖把挤压器；脱水；清洁工具；气动式；仿指形网条

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.03.175

0 引言

美丽校园离不开大家的辛苦劳动，在用拖把清洁教室地面的过程中发现，涮用普通拖把后无论用手挤还是用脚踩，都难以挤掉拖把中过多的水分（从卫生角度考虑，这两种方法也不可行）。为了挤掉拖把中过多水分，保持洗涮槽及周围地面洁净，降低值日学生冬天从结冰的洗涮槽附近行走会滑倒的安全隐患，并提高清洁教室地面的质量，应用多种知识，开展了此项代替人手挤去拖把中过多水分的简单挤压清洁工具――气动拖把挤压器的设计研究与制作工作。

1 已有成果查询情况

目前查询到18家生产拖把挤压器的公司、一项专利，已有产品或利用交流电为动力或无动力源属于纯机械力产品，本项目设计制作产品无同类竞品。

2 气动拖把挤压器的设计

2.1 设计思路

为了更好地实现拖把挤压脱水的效果，选择仿生学的方法，通过模拟双手挤压脱水的方式来设计挤压器。这样可以使得拖把在不同的位置上，即使受压后的尺寸不同，也可以达到理想的脱水效果。

2.2 仿指形网条的设计

选用弹簧钢材料，上下成对设计波浪状仿指形网条，并将这些网条适当间隔水平排列，待网条运动起来，伸缩弯曲弹性变形好，可以较好地包裹拖把头，达到模拟双手“十指相扣”的挤压效果。（见附图1）

2.3 运动机构（含布置图）的设计

为了让这些网条运动起来，设计对开的运动机构，同时考虑到拖把头本身直径的因素，把对开的两个平面间隔开布置。

挤压器把水从拖把中挤压出来的功能，与“时间就如同海绵里的水，……”、开卷有益”等文化特点结合在一起，形成“把运动机构设计成书的形状的设计方案，以下称之为“铁卷”。

铁卷的“封面”与“书脊”之间设计成铰链连接，使得封面可以实现回转运动。把仿指形网条水平方向上分别布置在铁卷运动封面与固定封底之间，模拟出上下伸展的具有弹性的“手指挤压面”。在运动的封面接近固定封底的过程中，可以对拖把形成弹性挤压的“仿生学”挤压效果。（见附图1）

2.4 能量采集及动力设计

考虑到使用的安全性，避免使用安全电压以上的“电动”方式，避免压力波动巨大的“液压”方式，因此系统的驱动使用了“气动”方案。设计一个控制踏板，踏板上表面控制一个气压缸。气压缸与两个单向阀配合便构成了气压系统的能量源――气泵。执行机构选择使用双作用气缸连接运动的封面，与固定的封底，压缩气体往复地进入气缸便可以实现活动封页的开闭运动。由于气压缸的压力较小，当封页闭合之后，操作者可以再踏上一只脚，最终给拖把头施加足虻难沽Γ从而完成脱水任务（附图2，附图3）。

2.5 控制机构工作原理

气泵部分提供压缩空气作为能量来源，执行部分双作用缸在气压作用下可以控制铁卷的开闭，控制部分通过轻触开关所连接的回路进行控制。

3 气动拖把挤压器的制作与挤水效果分析

零部件准备后，通过焊接的方式完成运动机构的制作，使用仿生学的基本原理，通过气动控制的操作方式，让拖把挤压器模拟人手对拖把头加压的过程，挤压效果相对于一般的挤压方法，更彻底，少残留，更高效。这项技术同时还可以用在对其他任何柔软且不规则形状物体进行均匀挤压的场合。

参考文献：

[1]李松晶.轻松看懂液压启动系统原理图[J].化学工业出版社，2013（03）.