挤压模具设计思考题及答案

挤压模具设计思考题

1、基本概念

平模：模孔压缩区断面形状为平行形状的模具。

锥模：模孔压缩区断面形状为锥形的模具。

正锥模：模孔压缩区断面形状为锥形且锥角为1o30“~4o。

倒锥模：模孔压缩区断面形状为锥形且锥角为6o~10o。

舌比:对于半空心型材，把型材断面所包围的空心部分的面积A与型材开口宽度的平方W2之比值R，称为舌比，即R=A/ W2。

比周长：型材断面周长（或某一部分的周长）与其所包围的截面面积的比值。

阻碍角：在型材壁厚处的模孔入口处做一个小斜面，以增加金属的流动阻力，该斜面与模子轴线的夹角。

促流角：在型材壁较薄，金属不易流动的模孔入口端面做一个促流斜面，该斜面与模子平面间的夹角。

分流比：各分流孔的断面积与型材断面积之比。

宽展量：铸锭经宽展变形以后的最大宽度与挤压筒直径之差。

宽展变形率：宽展模出口宽度和入口宽度之差与出口宽度的比值。

比压：挤压筒内壁单位面积所受的挤压力。

2、从模具的整体结构上可将挤压模具分成那几类，各自的主要用途是什么？

答：按模具整体结构形式可分为：整体模、分瓣模、可卸模、活动模、舌型组合模、平面分流组合模、嵌合模、插架模、前置模、保护模等。整体模广泛用于挤压普通型材、棒材、管材；可卸模用于生产阶段变断面型材；舌型组合模主要用于挤压硬合金空心型材；平面分流组合模多用于挤压变形抗力低、焊合性能好的软合金空心型材；保护模用于一些形状非常复杂、成型很困难的实心型材或舌比大的半空心型材。

3、根据模孔压缩区的形状，可将挤压模具分那几种？最常用的是什么模子，主要用于挤压什么产品？

答：可分为平模、锥形模、平锥模、流线型模和双锥模等。常用的是平模和锥模。平模主要挤压铝合金型材、棒材，镍合金、铜合金管、棒材。锥模主要挤压铝合金管材。

4、分流模、舌型模都是用于挤压空心制品的，他们各自的优缺点是什么，适用于挤压什么产品？

答：舌型模的优点：①与用穿孔针法生产管材相比，外形尺寸更精确，壁厚更均匀，而且尺寸变化小，都比较稳定。②管材内外表面质量良好，无起皮、成层、擦伤、气泡等缺陷。

③可生产内径较小的管材和空心型材，管材最小内径可达 2.5mm，空心型材内孔最小到

0.6mm。④可生产断面形状极为复杂的异型材和空心型材。⑤可在无独立穿孔系统的挤压机上，用实心锭生产管材和空心型材。⑥桥对铸锭中心部位金属流动的阻挡，金属流动较均匀，可减少缩尾等缺陷。⑦与平面分流模相比，挤压力较小（约低12%），金属流动较容易，更适合生产挤压性能较差的合金管材和空心型材。缺点：①制品有焊缝，当工艺条件不当时，焊缝强度比基本金属的强度低（仅70%~ 80%左右），甚至导致焊合不良，出现裂纹、分层、气泡和粗晶等缺陷。②与穿孔针挤压相比，挤压力高（约高20%左右），模子易损坏。

③模子的设计、制造较复杂，成本较高。④残料较长，一般为桥高的1.5~2倍，或等于挤压筒直径的（0.9~1.1)倍，比穿孔针挤压的长2~3倍。⑤与平面模相比，修模和清理模腔都很困难。⑥模桥和桥支座的强度比平面分流模的低，挤压时必须仔细调整挤压中心。

主要用于挤压硬合金空心型材。

分流模的优点：①可挤压双孔或多孔内腔十分复杂的空心型材或管材，也可以同时挤压多根空心制品，桥式舌型模则很难实现甚至无法实现。②可以挤压悬臂梁很大，用平面模很难挤压的半空心型材。③可拆换，易加工，成本较低。④与舌型模相比，残料较短，易分离。⑤可以实现连续挤压，根据需要截取任意长度制品。⑥可以通过改变分流孔的大小、形状和数目，使断面形状比较复杂，壁厚差较大，难以用工作带、阻碍角和促流角等调节流速的空心型材很好成形。⑦可以用带锥度的分流孔，实现在小挤压机上挤压外形较大的空心制品，而且能保证有足够的变形量。缺点：①焊缝较多，可能会影响制品的组织和力学性能。②要求模子的加工精度较高，特别是对于多孔空心型材，上下模要求严格对中。③变形阻力较大，挤压力一般比平面模高30% ~ 40%，比桥式舌型模高15% ~ 20%。

④残料分离不干净，有时会影响产品质量，而且不便于修模。

主要用于挤压双孔或多孔内腔十分复杂的空心型材或管材。

5、平模和锥模各自有什么优缺点，适合挤压什么样的产品，为什么？

答：平模的特点是在挤压时形成较大的死区，可阻止铸锭表面的杂质、缺陷、氧化皮等流到制品表面，可获得良好的制品表面，但在挤压某些易于在死区产生断裂的金属与合金时，消耗的挤压力较大，模具容易产生变形，使模孔变小或者将模具压坏，特别是在挤压某些高温高强的难变形合金时，上述现象更为明显。适合挤压普通实心材。

锥模的特点是挤压力大大降低，模具的使用寿命得到提高。适合挤压铝合金管材。

6、为下列铝合金挤压产品选择较合适的挤压模具：无缝圆管材——锥模、棒材——平模、直角型材——平模、舌比较小的半空心型材——平面分流模、纯铝空心型材——平面分流模、2A11硬铝合金空心型材——舌形模、宽度等于挤压筒直径的排材——宽展模。

7、锥模设计时，如何选择模角？

答：根据模角a 与挤压力的关系，当a=45—60时，挤压力出现最小值。但当a=45—50时，由于死区变小，铸锭表面的杂质和赃物可能被挤出模孔而恶化制品的表面质量。因此，挤压铝合金用锥形模的模角应大于50，一般可取55—65.应该指出，随着挤压条件的改变，合理模角也会发生变化。如在静液挤压时，随着挤压系数的变化，模角可在15（小挤压系数）到40（大挤压系数）之间波动。静液挤压时模子的模角比正常挤压时要小的主要原因是工具与金属之间的摩擦力较小。不同介质的摩擦应力也不一样，因此其合理模角也会发生变化。

8、模具工作带的作用是什么？确定工作带长度的原则是什么？

答：工作带的作用：稳定制品尺寸，保证制品表面质量。

工作带长度的确定原则：A 、工作带的最小长度，应按照挤压时能保证制品断面尺寸的稳定性和工作带的耐磨性来确定。一般最短1.5~3mm 。B 、工作带的最大长度，是按照挤压时金属与工作带的最大有效接触长度来确定。铝合金一般最长不超过15~20mm 。

9、挤压模具设计时，为什么要设计入口圆角？

答：凸出的直角上的过渡半径过小易发生应力集中；凹形的直角在模孔入口处易磨损。(因为入口圆角半径r 有防止低塑性合金挤压时产生表面裂纹；减轻金属在进入工作带时产生的非接触变形；减轻高温挤压时模子入口棱角被压秃而很快改变模孔尺寸等作用。)

10、在什么情况下要设计多孔模，多孔模设计时如何合理布置模孔？

答：挤压直径较小的棒材、简单断面小规格型材、线坯等时，为提高挤压机的生产效率，避免挤压比过大引起挤压力过高或挤不动，受料台长度的限制，造成锭坯过短，成品率太低等，采用多孔模。

a 、模孔布置在距模子中心一定距离同心圆上，且各孔之间的距离相等；

b 、模孔与模孔间、模孔边部距挤压筒壁间应保持一定距离。

11、在50MN 挤压机直径为360mm 的挤压筒上，挤压直径为40mm 棒材，合理的挤压比范围为10~15，模孔数目为多少合适？

答：F 0=4πD 2=4π×3602，F 1=4πd 2=4

π×402,10≦λ≦15 ?10

15F F ≦ n ≦1010F F ,n ∈Z ?n=6,7,8

12、单孔型材模设计时，如何合理布置模孔？

答：(1)具有两个以上对称轴的型材，型材的重心布置在模子中心。(2)具有一个对称轴，如果断面壁厚差不大，应使型材的对称轴通过模子的一个坐标轴，使型材断面的重心位于另一个坐标轴上。(3)对于非对称的型材和壁厚差别很大的型材，将型材重心相对模子中心偏移一定距离，且将金属不易流动的壁薄部位靠近模子中心，尽量使金属在变形时的单位静压力相等。(4)壁厚差不太大，但断面较复杂的型材，将型材断面外接圆的圆心布置在模子中心。对于挤压比很大，金属流动困难或流动很不均匀的某些型材，可采用平衡模孔或增加工艺余量的方法。

13、多孔型材模设计时，如何合理布置模孔？

答：挤压多孔型材时，模孔布置必须遵守中心对称原则，可以不遵守轴对称原则。配置模孔时，型材断面上薄壁部分应向着模子的中心；对称性较好、壁厚差不大的型材，模孔的重心应均布在以模子重心为圆心的圆周上。为了保证模子强度，多孔型材模的模孔之间也应保持一定距离。为了保证制品的质量，模孔边缘与挤压筒壁之间的距离不能太小，避免制品边缘出现成层缺陷。

14、多孔模设计时，为什么模孔既不能过于靠近边缘（挤压筒壁），也不能过于靠近模子中心位置？

答：不能过于靠近模子中心是为了保证模子的强度，不能过于靠近边缘是为了保证制品的质量，避免制品边缘出现成层缺陷。

15、多孔模设计时，为什么通常不在模子中心位置布置模孔？

答：是为了保证模子的强度。

16、不等壁型材模设计时，如何确定不同壁厚处的模孔工作带长度？

答：当型材断面较复杂，仅依靠合理布置模孔难以消除金属流动不均时，可采用不等长工作带。即：型材断面壁厚处的工作带长度大于壁薄处。也就是说比周长小的部分工作带长度大于比周长大的部分。按比周长计算方法确定了不同壁厚处的工作带长度后，还需按同心圆规则进行修正，最终确定距离模子中心不同部位的工作带长度。

17、在型材模具设计时，如何平衡模孔不同部位金属的流动速度？

答：A 确定合理的工作带长度；B 设计阻碍角；C 设计促流角；D 采用平衡模孔；E 设计附加筋条或工艺余量；F 设计导流模或导流腔；G 多孔对称布置模孔

18、在槽形型材模具设计时，为什么型材模孔的角度应减小1°~2°，设计成91°~92°，而且型材底部的模孔尺寸应适当扩大0.1~0.8mm？

答：槽型材易发生扩口，所以模孔的角度减小1——2，保证制品质量。槽形型材的底部，一方面由于流速快产生非接触变形，另一方面舌头变形，从而造成中间部分变薄。这些部位在设计时，模孔尺寸应增大0.1~0.8mm。

19、分流模主要由那几部分构成，焊合室的主要作用是什么？

答：平面分流组合模一般是由阳模（上模），阴模（下模），定位销，联结螺钉四部分组成。焊合室是把分流孔流出来的金属汇集在一起重新焊合起来形成以模芯为中心的整体坯料，由于金属不断聚集，静压力不断增大，直至挤出模孔。( 保证在模桥下聚集有足够的金属，使焊合室中建立起一个超过被挤压金属屈服强度10~15倍的高静水压力，以便金属能够在高温高压下重新焊合。)

20、型材模孔设计时，模孔尺寸要比型材的名义尺寸大一些，这是为什么？

答：为了保证得到接近型材负偏差的最佳断面尺寸。(对于各部分壁厚相差悬殊，特别是远离挤压筒中心的壁薄部分，由于受强烈的拉力作用而产生较大的非接触变形，不能充满模孔；对于宽而薄的排材，其中间部分流速快易产生非接触变形；槽形型材的底部，一方面由于流速快产生非接触变形，另一方面舌头变形，从而造成中间部分变薄。这些部位在设计时，模孔尺寸应增大0.1~0.8mm。)

21、分流模设计中，为什么要将模孔置于分流桥下面？如果模孔不能完全被桥遮蔽，工作带尺寸如何确定？

答：将模孔置于分流桥下面是为了改善金属的流动性。如果模孔不能完全被桥遮蔽，可将工作带长度取为桥下的2倍。

22、分流比大小对于挤压制品的焊合质量有何影响？为什么？

答：分流比K的大小直接影响到挤压阻力的大小，制品成型和焊合质量。K值越大，越有利于金属流动与焊合，也可减少挤压力。因此，在模具强度允许的范围内，应尽可能选取较大的K值。

23、分流模设计时，模芯为什么要伸出模孔工作带一定长度？

答：模芯的长度宜短，稍伸出定径带即可。过长易使管子偏心；过短则易形成椭圆。

24、焊合室的大小、形状对挤压制品的质量有何影响？

答：焊合室的形状，入口方式，尺寸大小，对于金属流动，焊接质量，挤压力的大小有很大的影响。圆形焊合室：在两分流孔之间会产生—个十分明显的死区，不仅增大挤压阻力，而且会影响焊缝质量。蝶形焊合室：有利于消除这种死区，提高焊缝质量。为消除焊合室边缘与模孔平面接合处的死区，可采用大圆角(R＝5 ~ 20㎜)，或将焊合室的入口处作成15°左右的角度。同时，在与蝶形焊合室对应的分流桥根部也做成相应的凸台，改善金属的流动，减少挤压阻力。蝶形焊合室侧面凸台呈半圆形，这样不仅增加了模具强度，同时也消除了桥根处金属流动的死区。

25、焊合室高度对制品的焊合质量有何影响？

答：焊合室太浅时，由于摩擦力太小，不能建立起足够的反压力，使焊合压力不足，导致焊合不良。同时，还限制了挤压速度的提高。太深时，会影响模芯的稳定性，易出现空心制品壁厚不均匀现象。同时分离残料后，积存金属过多，会降低成品率，影响制品质量。

26、一般来说，焊合室高度越大，制品的焊合质量越好，但易造成制品偏心，这是为什么？

答：焊合室过深，模芯的稳定性降低，易出现空心制品壁厚不均匀现象，造成制品偏心。

27、挤压模具设计中为什么要设计“空刀”，空刀尺寸大小对产品质量和模具寿命有何影响？

答：空刀量过大，定径带的支承减弱，在冲击载荷和闷车的情况下可能把定径带压坏；空刀量过小，易划伤制品表面。

28、宽展模挤压的基本原理是什么？

答：在圆挤压筒的前端增加一个宽展模，使圆锭产生预变形，厚度变薄，宽度逐渐增加到大于圆挤压筒直径，然后再从模孔中流出的挤压过程。

29、导流模挤压的基本原理是什么？

答：铸锭镦粗后，先通过导流模产生预变形，金属进行第一次分配，形成与型材断面相似的坯料，然后进行第二次变形，挤出型材。

30、模具优化设计的意义是什么？

答：获得经济而合理的模具。使模具具有最长的寿命，所需的力—能消耗最小，生产效率最高，制品组织和性能最好，成本最低而效益最高。

31、模具优化设计的基本方法是什么？

答：预设计多种模腔轮廓曲线和半模角，然后用最有效的方法（如工程法、滑移线法、上限法、有限元法、云纹法、光弹光塑法等）计算工件有各种模腔和半模角的模子中挤压的应力—应变场、温度—速度场以及其他有关参数。根据实验研究和分析计算结果择优模腔轮廓曲线和半模角，在此基础上再采用CAD/CAM技术最后完成模具设计。

32、采用平模挤压生产普通实心型材时，如果出现弯曲、扭拧等缺陷，可采用那些修模方法以消除这些缺陷？

答：在流速快的一侧工作带处进行阻碍或在另侧加快，或在流速慢得模子端面上涂润滑油。

33、采用分流模挤压空心型材时，如果出现弯曲、扭拧等缺陷，可采用那些修模方法以消除这些缺陷？

答：调整分流孔的面积及分布，如果是由于工作带长短不一引起的，则修理工作带以加速或阻碍金属流动。

34、当型材尺寸出现超负偏差，或超正偏差时，如何修模？

答：超负偏差修模：（1）减薄型材壁厚处工作带厚度，或增大该处模孔尺寸，许可时，也可采取局部润滑角部的方法。（2）挤压轮廓尺寸较大，特别是外接圆尺寸较大，而壁厚差很大的型材时，采用扩大尖角部分的模孔尺寸，并加速该处的金属流动速度。（3）在挤压舌比较大的槽型及工字型型材时，在设计时加强悬臂部分的刚性，即加大模具厚度，采用专用支撑环等。在挤压现场可将悬臂部分工作带锉修成外斜角，以增大型材的壁厚。（4）模具材料选择不当，热处理硬度偏低或模具设计强度不够，预先将模孔工作带锉成外斜，当挤压过程中发生弹性变形时使尺寸正好符合要求。（5）在挤压宽厚比大的带筋壁板、薄壁带板和扁宽型材时，采用减慢中部流速，扩大中间部分的模孔尺寸，根据型材宽度、宽厚比及合金性能的不同，型材中部的模孔尺寸有事要比边部扩大1.5~3mm（6）在挤压纯铝或软铝合金带板时，采用扩大中部模孔尺寸，使之呈凸形。

超正偏差修模：（7）由于设计不当，或模孔经长期磨损，易使尺寸超正差，可用局部氮化、镀铬、涂层法，也可用锤击法或补焊法进行修正。

35、挤压管材的挤压筒为什么要设计定心锥？

答：有助于挤压时顺利地将锭坯和挤压垫片推入挤压筒内，更重要的是起定心作用，使模子的模座靠近挤压筒内衬套锥面后，能准确地处于挤压中心线上，以保证管子不偏心。36、挤压筒设计时，如何确定挤压筒直径？

答：1、挤压筒的工作内孔直径主要是根据挤压机的吨位及前梁结构、制品的允许挤压比范围、使被挤压金属产生塑性变形所需要的单位压力等来确定。2、挤压筒的最大直径，应保证作用在挤压垫上的使金属产生塑性变形的单位压力不低于挤压温度下被挤压金属的变形抗力；挤压筒的最小直径，则应保证工具的强度，特别是挤压轴的强度。

37、挤压筒设计时，为什么要采用多层套过盈热装配合的装配结构？

答：目的是使筒壁中的应力分布均匀些和降低应力的峰值，同时，在磨损后仅更换内村套而不必换掉整个挤压筒，从而可节约大量的合金钢材。

38、在挤压生产中，模具成本占挤压生产总成本的30%左右。请从模具设计、使用及维护管理等方面，谈一谈如何延长模具的使用寿命以降低生产成本？

答：（1）合理设计工模具。在设计工模具时，应尽量使各部分受力均匀，注意避免尖角、内凹角、壁厚差悬殊、扁宽薄壁截面等，以免产生过大应力集中，引起热处理变形、开裂和使用过程中脆性破裂或早期热裂。（2）合理选择工模具材料。（3）提高热处理和表面处理质量。调整淬火与回火工艺参数，增加预处理、稳定化处理和回火次数，注意温控、升温和冷却强度，采用新型淬火介质以及研究强韧化处理、各种表面强化处理等新工艺、新设备，都有利于工模具使用寿命的提高。（4）提高工模具的加工质量，延长工模具的使用寿命。（5）改进设备结构和挤压工艺条件，改善工作环境。（6）合理使用与维护工模具。合理的使用可大大改善工模具的工作条件和工作环境，减轻工作负担；合理的维修可大大提高中间寿命。（7）加强全面质量管理，建立健全工模具的科学管理制度。