挤压工模具的模具设计水平分析

工模具的设计一般包括设计理论和设计方法的选择，结构的设计计算，尺寸的确定，强度的校核和模具材料的选择以及经济技术指标的评价等。模子、穿孔针、挤压垫片、挤压筒内衬等是直接参与金属变形的工具，其设计不同于一般的机械零件设计，而是介于机械加工与压力加工之间的一种工艺性设计。除了要考虑机械设计遵循的原则以外，尚需考虑挤压条件下各种工艺因素，如铸锭的形状、尺寸与内外质量，产品的断面形状、尺寸与交货长度，被挤压合金的性能及挤压时的流动情况，挤压残料的形状与分离残料的方法，设备的能力及结构特点，设备与模具的连接方式，工模具的组装及加热温度，铸锭的加热温度，制品的流动速度，模子或铸锭的润滑情况，挤压力的大小，挤压筒的结构、形状和加热温度，模子出口的风冷或水冷情况，代牵引的情况，模具钢的高温性能等等。因此，模具的设计远比其他工具的设计要复杂得多。无锡市瀚超特殊钢公司合金模具钢事业部专业销售优质合金模具钢（无磁模具钢、冷挤压、冷镦、冷冲压等冷作模具钢、热挤压、热锻、压铸等热作模具钢、塑料模具钢、基体钢、进口模具钢、火焰淬火钢、透气钢、特种模具钢等），提供模具失效分析及模具寿命解决方案“一站式”服务。
一般来说，挤压工模具设计的工艺要素主要包括如下内容：
⑴、模孔型腔出口断面的形状与尺寸；
⑵、模孔工作带的形状与长度；
⑶、模孔的入口端的圆角半径；
⑷、止推角或促流角；
⑸、模角和挤压筒表面到模子表面的过渡区；
⑹、模孔工作带的入口角或叫做“阻碍角”；
⑺、阶段变断面型材模子中的“料兜”的过渡区的形状、尺寸和圆角半径；
⑻、型腔在模子平面上的布置及金属的分配；
⑼、模子的数目及其分布；
⑽、模子的厚度及外形尺寸；
⑾、分流组合模模桥舌芯的形状与尺寸，分流孔的数目、大小、形状与分布，焊合腔的形状与体积；
⑿、穿孔针的结构、形状、锥度及过渡方式；
⒀、挤压垫片的尺寸和形状等。
可见，要设计出合理而经济的挤压工模具是一件十分复杂而困难的工作。因此，世界各国的挤压工作者对设计理论和设计方法进行了大量的研究。在挤压技术发展的初期，一般根据机械设计的原理，用普通的古典强度理论结合设计者的实践经验来设计棒材、管材和普通实心型材模。随着弹塑性理论和挤压基础理论的发展，许多试验方法和新的理论方法已用于挤压工模具的设计和计算。如工程计算法、金属流动坐标网格法、光弹光塑法、密栅纹云法、滑移线法、上限理论等广泛用来确定工模具的结构、工艺要素和强度校核。近年来，有限单元法和模拟计算法等发展很快，并取得了良好的效益。随着计算机技术的展，挤压工模具计算机辅助设计( CAD)技术进入实用阶段，使挤压工模具的设计进人了一个崭新的时代。目前，在工业发达国家，挤压工模具的设计不再是单个的凭经验的手工操作，而变成了一个连续的计算机自动控制的优化设计过程。
我国对铝合金挤压工模具的CAD/CAM/CAE技术方面应用软件采用模块化结构，具有图形输入、二维变换对模具进行优化设计，型材截面几何性质计算，分流孔个数、形状、尺寸及布置的设计，分流桥、模芯及焊合腔的尺寸确定，模具强度校核，剖面图和上下模试图的绘制，图形裁剪，模垫设计等功能模块。能完成平面模和组合模设计的全过程，显著提高了复杂模具的设计效率和质量，操作简单，运行可靠，达到了国外同类系统的先进水平。开发了铝型材导流模（包括宽展导流模）设计方法，搞清了型材挤压过程的金属流动规律和导流模控制金属流速的机制，建立了导流模模孔结构尺寸设计的数字模型和完成了三维刚黏塑性有限元模拟铝型材挤压过程的实验研究。经工厂生产考核，证明开发的导流模设计方法正确可靠，对提高模具设计一次上机成功率，提高型材质量和模具使用寿命具有积极作用，有明显的经济效益。了解更多相关资讯，敬请关注无锡瀚超合金模具钢网站www.alloy-mould-steel.com。
此外，所开发的CAD软件还包括模具温度场计算，热疲劳和应力分布的分析功能。CAD系统根据CAD得到图形，自动生成模孔腔线切割纸带输出，在屏幕上模拟加工，校验所生成的程序，实现计算机设计—编程—加工一体化，可完成从型材图纸输入到模具设计图纸及模孔数控线切割纸带输入的全过程，实现了轻合金模子CAD/CAM一体化。用本系统设计制造的挤压模具质量达到国外同类系统的水平。近年来，CAD/CAM/CAE一体化系统也取得了进展。目前兴顺模具公司和华南理工大学以及国内其他单位正在进行分流组合模的虚拟设计与热模拟挤压试验，以减少试模次数，逐渐实现零试模。

推荐应用于轻合金挤压的合金模具钢钢种：LD(7Cr7Mo2V2Si)、65Nb、012Al、YXR3、Qro 90 Supreme、Dievar、HD(4Cr3Mo2NiVNb)、Y4(4Cr3Mo2MnVNbB)、Y10(4Cr5Mo2MnVSi)、GR(4Cr3Mo3W4VNb)、HM3、ER8等。

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