模具毕业设计33散热器型材分流组合模的设计.docx

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模具毕业设计33散热器型材分流组合模的设计

1绪论

挤压工模具设计与制造是铝挤压材生产，特别是铝合金型材生产的关键技术，不仅影响产品的质量、生产效率和交货周期，而且也是决定产品成本的重要因素之一。

随着型材难度和对产品性能个性化的增加，这种作用更加明显。

目前，我国铝加工正处于高速发展时期，2006年，我国铝挤压材产销量超过400万t/a以上，工模具消耗量量达60～80万套/a，价值高达15亿元以上，占挤压加工成本的25%～35%，大大制约了我国铝挤压工业的发展。

为了减少挤压工模具的消耗量，提高铝挤压材的经济效益，最主要的途径就是提高挤压工模具的质量和寿命。

目前，我国挤压模具的平均使用寿命为5～8t/模，一次上机合格率为50%左右，大大落后于国际先进水平的5～8t/模和67%，大有潜力可挖。

振兴和发展我国的模具工业，日益受到人们的重视和关注。

“模具是工业生产的基础工艺装备”也已经取得了共识。

在电子、汽车、电机、电器、仪器、仪表、家电和通信等产品中，60%～80%的零部件都要依靠模具成形。

用模具生产制件所具备的高精度、高复杂程度、高一致性、高生产率和低消耗，是其他加工制造方法所不能比拟的。

模具又是“效益放大器”，用模具生产的最终产品的价值，往往是模具自身价值的几十倍、上百倍。

目前全世界模具年产值约为600亿美元，日、美等工业发达国家的模具工业产值已超过机床工业，从1997年开始，我国模具工业产值也超过了机床工业产值。

模具行业的生产小而散乱，跨行业、投资密集，专业化、商品化和技术管理水平都比较低。

现代工业的发展要求各行各业产品更新换代快，对模具的需求量加大。

一般模具国内可以自行制造，但很多大型复杂、精密和长寿命的多工位级进模大型精密塑料模复杂压铸模和汽车覆盖件模等仍需依靠进口，近年来模具进口量已超过国内生产的商品模具的总销售量。

为了推进社会主义现代化建设，适应国民经济各部门发展的需要，模具工业面临着进一步技术结构调整和加速国产化的繁重任务。

挤压成形是一种精密常用的工件成形技术,具有切削加工无可比拟的优点,如工件的力学性能好,生产率高和材料利用高,特别适合于大批量生产。

近几年来，挤压设备发展迅猛，具体地说，挤压机台数急剧增加，压力不断扩大，结构型式不断更新，自动化程度不断提高，液压挤压机得到广泛应用。

在挤压机本体方面，近年来国外发展了钢板组合框架和预应力“T”型头板柱结构机架和预应力混泥土机架，大量采用扁挤压筒、活动模架和内置式独立穿孔系统。

在传动形式方面发展了自给油传动系统，甚至72～96MN大型挤压机上也采用了油泵直接传动装置。

现代挤压机及其辅助系统的工作都采用了PLC（程序逻辑控制）系统；采用了记忆磁带和带模拟曲线的卡片控制系统或穿孔卡片控制系统，即实现了速度自动控制，实现了等温-等速挤压、工模具自动快速装卸、乃至全机自动控制。

挤压机的机前设备（如长坯料自控加热炉、坯料热切装置和坯锭运送装置等）和机后设备（如牵引装置、淬火装置、前梁锯、活动工作台、冷床和横向运输装置、拉伸矫直机、成品锯、人工时效炉等）已经实现了自动化和连续化生产。

铝型材是挤压的主要产品，铝合金材料由于重量轻、散热效果好被广泛应用在各种电器的散热元件上。

由于现今电器设备的外形日趋薄小,其散热空间也日趋减小,这就要求散热器的外形必须符合其散热空间的大小,且能起到应有的散热作用。

因此,这种散热器型材一般都设计成较薄且分布着很多起增加散热面积和散热效果的牙形及孔。

这种带有空心及牙形的散热型材,虽然改善了散热效果,但同时也给设计、加工及挤压增加了很大的难度。

本文对普通6063铝合金型材的工艺作了具体的分析,并设计了一套全新的使用性很强的散热器模具。

2挤压产品的工艺分析

型材是挤压的主要产品，随着航空工业和其它工业部门的飞速发展，特别是建筑工业及民用事业的发展，对铝合金型材的要求不仅数量增加、规格扩大、品种增多，而且其形状日见复杂，并广泛用来制造承受重载的整体结构件。

铝合金型材可分为普通型材和专用型材两大类。

专用型材主要是指变断面型材、空心型材和壁板型材等。

普通型材主要是指各种形状规格和各种用途的实心型材。

普通型材的应用最广，品种规格最多，是最常见的铝合金型材。

普通型材主要用单孔或多孔的平面模来进行挤压。

在挤压断面形状比较复杂，非对称性很强或型材各处的壁厚尺寸差别很大的型材时，往往由于金属流出模孔时的速度不均匀而造成型材的扭拧、波浪、弯曲及裂纹等废品，因此，为了提高极压制品的质量，在设计型材模具时，除了要选择有足够强度的模具结构以外，还需要考虑模孔的配置，模孔制造尺寸的确定和选择保证型材断面各个部位的流动速度均匀的设计。

2.1成形工艺的分析及选择

挤压件的工艺性对挤压件的质量、模具寿命和生产率影响很大。

挤压件的外形多数是轴对称形状，设计挤压零件时应根据其挤压变形的规律，对产品零件图进行适当修改，使之成为具有良好挤压工艺性的适合挤压加工的零件。

最初采用的机加工虽然能满足尺寸要求,但是材料利用率低,耗费工时多,生产成本极高,经济效益难以实现。

因此，在这里我们首先分析下面三种挤压工艺并从中选择最佳工艺：

冷挤压是少切削和无切削工艺，节约原材料，生产率高、精度高，但是冷挤压需要的变形抗力大，尤其冷挤压较硬的金属材料时，所需要的变形力更大。

当变形抗力大到超过模具材料允许的强度时，就造成模具的破坏。

目前一般模具材料在冷挤压时允许的单位挤压力为2500～3000MPa。

因为本设计的挤压件材料为铝，所需要的单位挤压力远超过了3000MPa，所以冷挤压工艺不合适。

温挤压中被加热后的金属坯料的变形抗力比冷挤压要小，因此可显著减小挤压时模具所受的压力；并可应用于挤压难加工材料；显著提高材料挤压变形程度，以至减少工序和中间处理次数。

但是温挤压的表面质量和尺寸精度不高，用在这里也不合适。

热挤压可使材料变形抗力降低，从而降低了对模具的材料和积压设备的要求，使固定资产投资大大减少。

热挤压的表面质量和尺寸精度较模锻高，而且具有良好的力学性能。

经过对冷挤压、温挤压、热挤压三者进行的分析比较，以及根据本设计的材料特点，在这里只有热挤压工艺最适合，所以本设计决定采用热挤压加工工艺的方法加工工件。

在相同的条件下挤压同一种金属材料，采用正挤压、反挤压和复合挤压所需要的挤压力各不相同。

一般情况下反挤压力比正挤压力大，复合挤压力略小于单向正挤压力或单向反挤压力。

反挤压时，挤压件的壁厚越小，则所需要的单位挤压力就越大。

但壁厚小到一定程度的数值后，单位挤压力会急剧升高。

正挤压时，凹模与挤压件接触面积的单位挤压力远大于凸模的，使得凹模的受力较凸模更大，磨损更为严重。

因此，正挤压时的变形程度的最大值取决于凹模的极限载荷，在本文的设计中选用：

正挤压[1]。

2.2挤压件的结构分析及各个要素对其影响

挤压件的极限成形尺寸取决于被挤压材料是否破裂和失稳、模具的强度以及挤压过程中的润滑和操作条件。

给出必要的挤压斜度，即为热挤压件出模设置的模壁斜度（若采用卸料装置，也可以不给出挤压斜度）。

由于有了挤压斜度，使挤压件在模腔内的摩擦阻力大大减少，从而能较方便地将挤压件从凹模型腔内取出。

热挤压件如果平面尺寸较大且不高，金属就容易压入或挤入热挤压模的型腔，也容易从模具型腔内取出，挤压斜度就可以小些。

但当下顶出装置顶出行程不能将挤压件顶出模具型腔高度的2/3时，则还应给出10′～30′的挤压斜度。

在保证质量的前提下，给出最小的机械加工余量和公差（对于要求不高的一般机械零件，可以不给出加工余量，而直接挤压出符合要求的产品零件或部分加工半成品）。

热挤压时，要将带通孔的空心挤压件一次挤压出来很困难。

通常先将坯料挤成杯形零件，留下一定厚度的挤压余量，待下一道工序将其冲下而制成带通孔的空心挤压件。

挤压余量厚度过薄，会使金属流动困难，挤压力提高。

挤压余量厚度过大，会使材料利用率降低，需要的冲孔力增大，且冲孔时易使挤压件产生变形。

挤压件截面过度处必须设计成圆角，并给出适当半径。

圆角半径越小，金属材料在此处的流动性就越差，也就越难充满模具型腔，还会使热挤压模型腔的相应部位严重磨损。

热挤压时在圆角半径过小处，由于应力集中会产生裂缝，以致热挤压模型腔破裂。

所以，在保证产品零件要求的前提下，热挤压件的圆角半径应尽量取大。

金属坯料随着加热温度的升高，其强度极限降低，塑性提高。

所以为了降低挤压力，挤压温度总是越高越好。

加热到1500C～2000C复合挤压时，挤压力可比室温时减少10%；加热到1000C～2000C反挤压时，挤压力可比室温时减少20%～40%。

一般情况下，低温温挤压可减少变形抗力15%，中温及高温温挤压的变形抗力可减少到室温时的0.25～0.5。

有色金属温挤压时，加热温度对挤压力的影响，也是很明显的。

对纯铝，如将室温200C时的挤压力设为100%，那么在1500C时的挤压力为59%，2000C时的挤压力为41%[2]。

2.3挤压件的尺寸分析

挤压件的尺寸及偏差是由模具、挤压设备和其他有关工艺因素决定的。

其中受模具尺寸变化的影响很大，而影响模具尺寸变化的原因有模具的弹性变形、模具的温升、模具的材料以及模具的制造精度和模具磨损等。

目前,散热器的绝大多数的材质是纯铝或铝合金,本设计的挤压件材料为6063铝合金，根据《挤压模具简明设计手册》表2.8中查得，挤出入模角α为（90～120），当挤压筒直径小于200时，D模≥0.6D0（其中D模是指模子的外圆直径，D0为经过模孔最远点所划得外接圆直径），为了简化起见，可以直接去D模≈（0.8～1）D筒，挤出余料厚度b≥0.2～0.3mm。

由《挤压模具简明设计手册》表2.10中查得，壁厚≥0.1，其尺寸精度范围在±（0.030～.075）mm。

图1为某扁形多孔空心散热器型材的截面设计图，从图1中可知,此型材截面的外形尺寸为38.4mm×5.2mm，内部分布有7个4.2mm×3.2mm增加散热面积的牙形，型材壁厚仅为1.0mm。

由于型材的壁厚较薄,在加工时其上、下模的型芯与型孔的相对位置要求较严格,加工难度极大。

2.4挤压机吨位的选择

挤压比是以数值表示模具实现挤压的难易,一般来说挤压比10至150之间是可以适用的.挤压比低于10,产品机械性能低;反之挤压比过高,产品容易出

现表面粗糙或角度偏差等缺陷。

实心型材常推荐挤压比在30左右，中空型材在45左右，特别是硬铝合金挤压比希望在20至30之间。

为了选择合适的设备，拟订合理的工艺，设计先进而合理的模具和工具等，都必须精确的计算挤压比的大小。

根据下面的公式计算出挤压比λ为：

（1）

表1模具外形标准尺寸表

挤压机/MN

挤压筒直径/mm

D1/mm

H/mm

α1/（0）

7.5

Φ85,Φ95

113,132

16,32

3

12～15

Φ115,Φ130

148

32,50,70

3

20

Φ170,Φ200

198

40,60,80

3

其中Aο是挤压筒截面积；

A1是型材截面积；

根据挤压比的数值，选择挤压机的吨位为12MN。

2.5挤压模具失效分析

挤压时，模具工作部分承受着交变的冲击载荷，模具的工作条件极其恶劣。

挤压凸模主要承受随挤压方法不同而异的压应力的作用，还会受到偏负荷所引起的弯曲应力的作用，其受力状态比较复杂。

挤压时凹模承受着很大的内应力，在凹模圆周方面产生很大的拉应力。

过大的拉应力是使凹模破坏的主要原因。

模具的早期失效是因冲击破裂、塑性变形黏附撕坏以及过早的磨损和开裂等原因造成的；当模具达到正常寿命之后，由于磨损或疲劳破损，则属于正常失效。

模具早期失效的主要原因就是模具材质差、模具结构不合理、模具加工和热处理工艺不合适；其次是模具材料选用不当、锻造工艺和模具使用不当的影响。

3平面分流组合模

3.1结构分析

根据空心型材的外形、孔的数目孔对型材断面中心位置的非对称分布程