借助Pro_e的铝型材模具设计.pdf

第6 1 卷第3 期 2009 年8 月 有色金属 N o n f e r r o u sM e t a l s V o L6 1 ．N o ．3 A u g ． 200 9 借助P r o ／e 的铝型材模具设计 杨 辉1 ’2 ，陈锡渠1 1 ．河南科技学院机电学院，河南新乡4 5 3 0 0 3 ；2 ．河南理工大学，河南焦作4 5 4 0 0 0 摘要通过对一款典型铝材模具的设计，介绍p m ／e 在复杂分流组合模具设计中的应用。实践表明，P r n ／e 在实际应用中 更加方便了，更加促进了模具的改进。设计完成之后，在河南辉龙铝厂试挤，其挤压出的圆角型材的尺寸和形状完全符合图纸要 求，且表面光洁度高。现在在挤压过程中仍表现良好，无出现模具裂纹、部分结构磨损现象。因而所设计的模具合格，使用P m ／e 设计铝材挤压模具是可行的。 关键词金属材料；铝合金；型材；分流孔；工作带 中图分类号T G l 4 6 ．2 1 ；T G 3 7 5 ．4文献标识码A文章编号l o o l 0 2 1 1 2 0 0 9 0 3 一0 0 4 1 一0 4 铝合金型材广泛用于日常生活、建筑、航空、汽 车街等领域。铝型材也越来越复杂，种类也越来越 多，对模具的设计也提也了更高的要求，日益激烈的 市场竞争已使模具产品的设计与生产厂家越来越清 楚地意识到，能比别人更快地推出优秀的新产品，就 能占领更多的市场。p r o ／e 等设计工具在铝型材挤 压工艺生产中的应用越来越重要，过去经常凭借经 验和反复试模来进行模具设计，这样就会造成人力 与物力的耗费问题。使用p r o ／e 就能很好的回避这 些问题。再者，铝型材挤压时，由于挤压模具内部是 封闭的型腔，因此材料的流动、应力与应变场的分布 以及模具载荷情况都很难监测与掌握到。 现如今，在p r o ／e 等计算机设计辅助软件下，对 于角边的装饰不再用以前那种方角装饰，改用圆角 装饰，这样不仅美观，而且密封性好。并且以前很难 绘制和限定的图形断面可以清晰迅速的生成。分流 组合模是挤压工艺中生产中空型材的重要模具，其 寿命的高低对产品的成本影响很大。在挤压中空铝 型材时由于产品形状的复杂性和承受过高的挤压 力，分流组合模极易损坏。为提高模具的使用寿命， 必须合理、科学地设计模具。圆角型材如图1 所示。 1 挤压机、模具材料的选择 由于该图形的外接圆直径为7 6 m m ，所以选择 吨位为5 8 0 t ，挤压筒直径为9 0 m m 的挤压机。由于 收稿日期2 0 0 7 一0 8 一0 9 基金项目新乡市科技攻关项目 0 7 G 0 6 6 作者简介杨辉 1 9 7 8 一 ，男，河南南阳市人，助理实验师，，硕 士，主要从事机电教学、科研等方面的工作。 图1 型材断面图 模具的工作于高温、高冲击、高摩擦高压的环境中， 所以选择模具材料为3 c r 2 w 8 V 。 2 挤压比的计算 为使挤压型材具有一定的变形量，同时又不致 于难挤压，选择合理的挤压比是很重要的，现所采用 的挤压机的挤压简直径为西9 0 m m ，根据挤压比计算 公式A F 挤／F 到 可9 0 2 ／4 ／1 0 7 ．6 8 2 4 5 9 ．0 5 。 计算结果在允许范围之内，所以满足要求。将挤压 比调整为6 0 。 } ’ 3 分流比的选择 分流比的大小直接影响到挤压阻力的大小、制 品的成形和焊合质量，其值愈小时则挤压时变形阻 力愈大，对模具的使用和挤压生产是不利的，在保证 模强度的前提下，选择大的分流比是有利的，一般情 况下，在生产空心型材时，取分流比K 为1 0 ～3 0 。 再加上，分流比越大，越有利于金属流动与焊合，减 少挤压力，所以在设计该模具时选K 2 0 。 万方数据 4 2有色金属第6 1 卷 4 分流孔的形状、断面尺寸、数目及分布 在采用p r o ／e 设计时，分流孑L 的数目根据空心 型材的断面形状、复杂程度和模孔排列位置具体确 定，对于外形尺寸小、断面形状较对称的型材，可采 用两孔或三孑L 。对外型较大、断面复杂的型材，取四 孔或多孔。一般情况下，分流孔数目应尽量少，以减 少模桥造成的焊缝。少取分流孔可增大分流孑L 的面 积，从而降低了挤压力为了保证金属的合理流动及 模具寿命，分流也不宜过于靠近模子中心。由于挤 压筒的直径为9 0 m m ，所以选择分流孔数为3 个，分 布于R 4 0 m m 的圆上。p r o ／e 设计的分流孔布局图 如图2 和图3 所示。 3 图2 结构尺寸 F 唔．2s c a n t l i n go fs t r u c t u r e 图3p r o ／e 设计的分流孑L 布局模型 F i g ．3 P r o ／ed e s i g no fs h u n th o l e1 a y o u tm o d e l 5分流桥的设计 p r o ／e 设计的分流桥结构直接影响挤压力大小、 金属流动快慢、焊合质量和模具强度。从加大分流 比，降低挤压力来考虑，分流桥宽度曰可选择小些， 但从改善金属流动均匀性和模具强度来考虑，模孑L 最好受到分流桥的遮敝，因而曰选择得大一点较合 适。分流桥的高度H 直接影响挤压力的大小和模 具强度。一般在保证模具强度的前提下，桥越矮越 好，这样可以降低挤压力。 ’为了改善金属的流动与焊合，而且便于模具加 工，选择水滴形分流桥。桥底圆角选用尺 5 m m ，分 流桥的高度选为5 0 m m 。如图4 所示为p r o ／e 设计 的分流桥模型。 图4p r o ／e 分流桥模型 F i g ．4 P r o ／ed i v e r s i o nb r i d g em o d e l 6 模芯 或舌头 的设计 在p r o ／e 中模芯宽度6 1 0 m m 时，多采用锥 式。这种结构形式的模芯强度和刚度都较高，但不 易加工。模芯宽度在1 0 m m 理 图7P r o ／e 模孔结构设计 F i g ．7 P r o ／ed e s i g no fm o l dp o r es t r u c t u r e 万方数据 有色金属第6 l 卷 1 1强度校核 1 分流桥弯曲应力校核。日。i 。 f [ p ／ 2 盯6 ] l ／2 2 3 [ 5 8 0 0 ．9 0 7 1 8 5 1 0 4 4 ／ 1 T 9 0 2 2 1 0 0 0 ] l ／2 1 4 ．7 9 8 2 m m 。所造 模具的厚度为5 0 m m ，所以满足要求。 z 选为两分 流孔之间的最短距离 2 分流孔道剪应力的校核。丁 亭p ／ n f 0 ．3 5 8 0 x0 ．9 0 7 1 8 5 1 0 4 ／ 3x2 3x5 0 4 5 7 ．5 3 M P a 。f 0 ．6 盯。 0 ．6 1 0 0 0 6 0 0 M P a 。 校核结论满足要求，经过上述设计模具合格。 可在p r o ／e 中直接获取界面断面数值，因此将以前 参考文献 主要靠经验来进行校核的分流孑L 进行了具体化。数 值更加可靠，解除了设计人员的后顾之忧。 1 2结语 实践表明，P r o ／e 在实际应用中更加方便了，更 加促进了模具的改进。设计完成之后，在河南辉龙 铝厂试挤，其挤压出的圆角型材的尺寸和形状完全 符合图纸要求，且表面光洁度高。现在在挤压过程 中仍表现良好，无出现模具裂纹、部分结构磨损现 象。因而所设计的模具合格，使用P r o ／e 设计铝材 挤压模具是可行的。 [ 1 ] 刘静安．铝型材挤压模具设计、制造、使用及维修[ M ] ．北京冶金工业出版社，1 9 9 9 8 4 1 3 8 ． [ 2 ] 刘静安，赵云路．铝型材模具设计与生产工艺优化[ M ] ．重庆西南铝信息中心出版，1 9 8 9 8 0 9 8 ． [ 3 ] 西南铝加工厂技术中心．分流组合模结构要素剖析[ z ] ／／铝合金挤压模具技术译文集．重庆西南铝加工厂技术中心， 2 0 0 0 1 3 5 1 3 7 [ 4 ] 西南铝加工厂技术中心．铝型材挤压平面分流组合模结构要素剖析与设计[ z ] ／／铝合金挤压模具技术论文集．重庆重 庆国际信息中心，2 0 0 0 1 6 0 1 6 5 ． [ 5 ] 许其亮．建筑铝型材生产[ M ] ．西安西安冶金建筑学院，1 9 9 8 2 6 l 一2 8 9 ． [ 6 ] 斯德洛日夫MB ，波波夫EA ．金属压力加工原理[ M ] ．哈尔滨工业大学锻压教研室，吉林工业大学锻压教研室译．北 京机械工业出版社，出版年份v v v v 6 5 6 8 ． [ 7 ] 杜东福，苟文熙．冷冲压模具设计[ M ] ．长沙湖南科学技术出版社，1 9 8 5 2 2 3 6 ． [ 8 ] 机械工程手册编辑委员会．机械工程手册 第3 卷 [ M ] ．北京机械工业出版，1 9 8 2 ，1 4 一1 2 一1 4 1 6 ． [ 9 ] 刘静安．轻合金挤压工具与模具[ M ] ．北京冶金工业出版社，1 9 9 0 1 9 6 2 0 1 ． [ 1 0 ] 上海模具技术研究所．模具技术[ M ] ．上海上海交通大学出版社，1 9 8 5 3 5 5 6 ． [ 1 1 ] 解英艳，宋英．铝型材挤压模具工作带长度的合理选择与计算[ J ] ．机械设计与制造，1 9 9 5 ，4 2 3 5 0 一5 3 ． [ 1 2 ] 赵云路，刘静安．空心铝型材挤压模具设计[ J ] ．轻合金加工技术，1 9 9 7 ，2 5 7 1 2 ～1 6 ． [ 1 3 ] 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／ea p p l i c a t i o n ． W h i l e d e s i g ni sc o m p l e t e d ，t h et e s te x t r u s i o ni sc a r r i e do u ti nL o n g h u is m e l t e ro fH e n a n ，t h ef i l l e ts i z ea n ds h a p eo ft h e e x t r u d e dp r o f i l e sa r ec o n s o n a n tw i t ht h er e q u i r e m e n t so ft h ed r a w i n g s ，a n dh i g hf i n e n e s so ft h es u r f h c ei s 、a c h i e V e d ． U pt on o w ， t h ee x t r u s i o np r o c e s si sw e l lo p e r a t e d ，a n dt h e r ei sn oc r a c k si nm o u l d ，n o rw e a ra n dt e a ri nt h e s t m c t u r e ． T h u s ，q u a l i f i e dm 0 1 dd e s i g n ，t h eu s eo fp r o ／ed e s i g ni na l u m i n u me x t l l l s i o nd i ei sf e a s i b l e ． K e y w o r d s m e t a lm a t e r i a l ；a l u m i n u ma U o y ；a l u m i n u ms e c t i o n ；s h u n th o l e ；w o r k i n gt a p e 万方数据