模具设计的原则与步骤

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在充分考虑了影响模具设计的各种因素之后，应根据产品的类型、工艺方法、设备与模具结构来设计模腔形状和尺寸，但是，在任何情况下，模腔的设计均应遵循如下的原则与步骤:
（1)确定设计模腔参数
设计正确的挤压型材图，拟订合理的挤压工艺，选择适当的挤压筒尺寸，挤压系数和挤压力，决定模孔数。这一步是设计挤压模具的先决条件，可由挤压工艺人员和设计人员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共同研究决定。
（2）模孔在模子平面上的合理布置
所谓合理布置就是将单个或多个模孔，合理地分布在模子平面上，使之在保证模子强度的前提下获得最佳金属流动均匀性。单孔的棒材、管材和对称良好的型材模，均应将模孔的理论重心置于模子中心上，各部分壁厚相差悬殊和对称性很差的产品，应尽量保证模子平面x轴和y轴的上下左右的金属量大致相等，但也应考虑金属在挤压筒中流动特点，使薄壁部分或难成形处尽可能接近中心，多孔模的布置主要应考虑模孔的数目、模子强度(孔间距及模孔与模子边缘的距离等)，制品的表面质量、金属流动的均匀性等问题。一般来说，多孔模应尽量布置在同心圆周上，尽量增大布置的对称性(相对于挤压筒的x轴和y轴)，在保证模子强度的条件下(孔间距应大于20～50mm，模孔距模子边缘应大于20～50mm)，模孔间应尽量紧凑和尽量靠近挤压筒中心(离挤压筒边缘应大于10～40mm)。
（3）模孔尺寸的合理计算
计算模孔尺寸时，主要考虑被挤压合金的化学成分，产品的形状，公称尺寸及其允许公差，挤压温度及在此温度下模具材料与被挤压合金的热膨胀系数，产品断面上的几何形状的特点及其在挤压和拉伸矫直时的变化，挤压力的大小及模具的弹性变形情况等因素。对于型材来说，一般用以下公式进行计算：
              A=A0+M+（Ky+Kp+Kt）A0                       （2.1）      
式中  Ao—型材的公称尺寸；       M—型材公称尺寸的允许偏差；
      Ky—对于边缘较长的丁字形、槽型等型材，考虑由于拉力作用而使型
材部分尺寸减少的系数； Kp—考虑到拉伸矫直时尺寸缩减系数； Kt—管材的热收缩量； Kt由下式计算：
              Kt=tα—t1α1  
                             （2.2）      
式中  t和t1—分别为坯料和模具的加热温度；       α和α1—分别为坯料和模具的线膨胀系数。
对于壁厚差很大的型材，其难于成形的薄壁部分及边缘尖角区应适当加大尺寸，对于宽厚比大的扁宽薄壁型材及壁板型材的模孔，折条部分的尺寸可按一般型材设计，而腹板厚度的尺寸，除考虑以上公式所列的因素外，尚需考虑模具的弹性变形与塑性变形及整体弯曲，距离挤压筒中心远近等因素。此外，挤压速度，有无牵引装置对模孔尺寸也有一定的影响。
(4)合理调整金属的流动速度
所谓合理调整金属的流动速度就是在理想状态下，保证制品断面上的每一个质点应以相同的速度流出模孔。合理调整金属流速的方法主要在模子平面上合理布置模孔，尽量采用多孔对称排列，根据型材的形状，各部分壁厚的差异和比周长的不同以及距离挤压筒中心的远近，设计不等长的定径带。一般来说，型材某处的壁厚越薄，比周长越大，形状越复杂，离挤压筒中心越远，则此处的定径带应越短，当用定径带仍难于控制流速时，对于形状特别复杂，壁厚很薄，离中心很远的部分可采用促流角或采用导料锥来加速金属的流动。相反，对于那些壁厚大得多的部分或离挤压筒很近的地方就应采用阻碍角进行补充阻碍，以减缓此处的流速。此处，还可以采用工艺平衡孔，工艺余量或者采用前室模、导流模，改变分流孔的数目、大小、形状和位置来调节金属的流速。
(5)保证足够的模具强度
由于挤压时模具的工作条件是十分恶劣的，所以模具强度是模具设计中的一个非常重要的问题。除了合理布置模孔的位置，www.vtoall.com选择合适的模具材料，设计合理的模具结构和外形之外，精确地计算挤压力和校核各危险断面的许用强度也是十分重要的。目前计算挤压力的公式很多，经验公式、初等解析公式虽然精度较低，但由于简单，具有较好的工程价值：挤压力的上限解法，由于可用于求解复杂断面型材的挤压变形问题，也有较好的实用价值：对于某些重要的模具或十分复杂的模具可用有限元法求解。