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铝型材挤压模具悬臂挤歪导致报废的原因分析

发表时间:2019-06-14 08:57

【摘要】

挤压铝型材的模具设计、制作直接关系到铝型材挤压生产效率、成品率、产品质量和生产成本。对于一些特殊断面型材模具的设计、制造难度较大,模具存在挤压难成形、悬臂挤歪,压裂等问题,直接影响了模具整体使用寿命和产品质量。为此,根据生产实践,列举了几种危险断面型材模具的设计方法...........


什么是危险断面铝型材挤压模具




凡是铝型材加工生产厂家都有共同的认识,铝挤压模具是铝合金挤压成型的关键工具。所以,挤压模具的设计制造质量,是铝型材挤压生产高产、优质、低耗最重要的基础保障,是确定铝材生产形成批量、供货及时、经济可行的重要因素。在国内铝型材挤压模具的设计制造或采购成本,要占到铝型材挤压生产成本的20%一30%。


铝挤压模具报废原因大致分别为三类


一是模具由于长时间的使用,磨损、修模等造成的超差报废,其占的比例较大,为80%左右;

二是危险断面铝型材模具的压塌、断裂、悬臂挤歪等造成的报废,占巧10%左右;

三是型材断面设计改进或淘汰造成的模具报废,占5%左右。这些些易压塌、断裂、悬臂挤歪等危险断铝型材加工挤压模具就称为危险断面模具


危险断面铝型材的概念和图例





我们一般把“舌比”大于3的铝型材:称之为谓危险断面铝型材。

舌比就是悬臂的截面积与开口宽度尺寸平方之比。公式如下:


     其中:R—舌比;F悬臂梁承压面积;b悬臂梁根部开口宽度
    “舌比”是一个经验数值,仅表示型材挤压的,难易程度,以“舌比”的比值3来粗略划分型材是否是危险断面。在模具设计、挤压使用中,引起重视,避免模具被挤坏。这也是模具设计人员,在看到型材断面后所做的第一步工作。

当我们拿到一个新的铝型材断面,我们首先要看一看其有没有大的悬臂,也就是危险断面。如果铝型材断面存在较大的悬臂,就要按公式进行“舌比”的计算。可以将“舌比”分为三个类型:
    R<3左右时;
    R=3以上时;
    R>3以上时。
    根据这个数值的计算,挤压设计者就可以采取不同的模具结构方式来进行设计工作了。


危险断面铝型材挤歪导致报废原因分析



由于铝型材挤压模具的设计制造误差、热处理、铸棒温差及夹渣、铝挤压设备中心线不对中等原因,造成挤压模具悬臂或左或右的歪斜有以下几种因素。


危险断面挤歪导致报废原因分析


一:设计制造时,导流孔、工作带确定不合理,加工相对误差大,使挤压金属的流动不均,极易造成模具的歪斜;

二:热处理工艺不严格,使模具的表面硬度不均匀,也是造成模具挤歪的一个因素;铸棒加热不均匀、存在杂质夹渣,当流动金属的夹渣通过模孔时,就会将悬臂挤向一边,使模具的悬臂歪斜;


三:挤压杆、挤压筒、模具三者不同心或者中心相对偏差较大,使金属的流动不均匀,流动金属在模孔中快慢不一致,造成模具的或左或右的挤歪。
此种左、右的挤歪后,其危害是造成铝型材壁厚偏差不均匀,产品不合格,铝挤压模具是不能修复的。只能报废。


危险断面铝型材压塌报废的原因分析





压塌是铝型材挤压模具在挤压使用过程中,受自身温度、铸棒温度和挤压温度的影响,机械性能降低,悬臂部位产生的下塌变形。有两种情形:一是弹性变形,即在压力的作用下,悬臂部位下塌的挠度在模具设计数值范围内,撤去压力后,其能恢复原来的状态。这种状态在开始挤压时出现。二是不能恢复的下塌变形,如图所示,随着挤压铸棒的增多,悬臂根部产生疲劳,下塌部位超出了挤压模具设计时的挠度计算数值,此种状况是不能恢复的。当模具被清理完后,就会看到这种状况。这俩种状况的危害,造成了铝型材断面的变形、壁厚不符图纸、模具很难修复、影响铝型材产量和交货期。


危险断面挤压模具前档后顶的设计案例





   “前档后顶”设计方法,是根据经验值R=3左右时的情况,确定的挤压模具设计方案。为了即满足铝型材模具的使用要求,还要节约模具钢材及有利于机械加工,挤压模具一般是:实心平面模由两片或三片组成,平面空心模是由上、下模组成的。我们以两片模作为实例,确定“前档后顶”的模具设计方案。即导流板式,见型材断面图。此铝型材断面R=3. 3。  


    根据挤压机吨位、挤压筒参数,确定挤压比后,模具的厚度由下公式确定:
   

    H—模具的总厚度mmo
    L—模具的悬臂梁长度mmo
    P—比压MPao
    [B许]—材料的需用弯曲应力MPa o
   

技术说明   


    A、前档悬臂的厚度和宽度有两个作用:一是在前边为危险断面进行遮挡,抵消一部分压力;二是作为导流孔,起到控制金属流速的作用。
    B、在设计此种挤压模具时,悬臂的顶端模孔,要根据计算的挠度情况,进行模孔宽度的补偿,以防变形,壁厚减薄。

                           

危险断面铝型材的模具设计要点





针对危险断面挤压模具存在的损坏问题,在挤压模具设计、制造、使用时,我们要全面考虑危险铝型材断面的影响因素,进行铝挤压模具设计时,要对挤压模具的结构、强度、刚度全面的进行计算;制造时,严格掌握制造偏差,以减少金属的流不均状况;铝挤压模具在使用时,充分考虑挤压机、挤压筒、模具的对中情况,严格控制整个铝材挤压过程中的温度。

                               

危险断面挤压模假分流模的设计方法





“假组合模”指的是在R>10以上的状况,实际就是用平面实心模无法进行模具设计的危险断面型材。铝型材断面如下图:


    此危险断面铝型材断面积是590mmZ ,“舌比”R=16.4,由于其R值太大,只能用“假组合模”的设计方法。所谓“假组合模”,就是按平面组合模的设计,使挤出产品为实心型材的模具设计方案。其一切的计算过程均同于组合模的设计。    首先,经过公式计算风流组合模的上模厚度。见公式:
   

    H—组合模上模的厚度mm
    L—模具固定梁两危险断面之间的长度mm
    P—比压MPao
    [B许」—材料的需用弯曲应力MPa

其次,确定挤压比、分流比、分流孔型状、抗剪切强度校核、确定桥宽........



危险断面挤压模具假分流模的设计

   

A:"假组合模“的设计。无论是机械性能,强度校核,模孔尺寸,工作带确等均按正常组合模具设计计算进行

B:根据弹性变形量计算,确定B,C位置的间隙。一般应应小于0.5MM

C:上下模孔悬臂工作带接触易产生线条凸起,模具在组合后,用锉刀或细沙纸进行倒圆。

D:上模的机加工,下模线切割时,型材开口要留有修余量,一般为0.2-0.5之间。

E 在确定工作带及修模时,要特别防止型材挤出后的扩,并口问题,


“吊挂式”模具设计的方法,是将一些存有大悬臂的危险断面型材,在模具设计时,把悬臂梁改为简支梁。可称为“吊挂式”。


    此断面铝型材断面积为203 mmZ ,“舌比”R=12,在模具设计时,也可以采用4. 3的设计方法。为克服型孔凸起线的问题,此种方法还是比较实用的。
    首先,根据悬臂梁或简支梁的公式,确定模具、模垫的厚度。
    其次,对模孔尺寸、导流孔、工作带、空刀。工作带确定等均按正常组合模设计计算进行。

第三、对弹性变形量,就是”绕度”进行抗剪校核。

         

危险断面铝型材的挤压模具总结





结束语   

以上根据铝型材挤压生产的实际情况,总结出几种类型的危险断面铝型材模具的设计制作方法,内容总结如下:

A:影响模具使用寿命的因素有很多,报废的原因主要是磨损超差。但是,危险型材断面的挤压生产,使模具压塌,挤歪和断裂,使模具被废,。也是影响模具使用整体寿命的重要因素。提高此类模具的设计,制作,使用等技术水平,无疑有重要的意义。

B,一种模具的设计方法,需要在实践检验,需要制作人员,模具使用人员,修模人员的配合,不断的进行总结,完善,才能成功,

C:以上危险断面型材模具的设计实例,只是在设计计算的基础上进行总结的,因此,建议在设计此类模具时,进行详细的设计计算。

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