技术丨铝材模具挤压力挤压比的计算方法探

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1、挤压力的计算目前,计算挤压力的公式很多,根据假设和推导方法不同大致可分为三类:平均应力法;滑移线法;有限元法和经验系数法。在生产实际中,最常用经验公式来计算挤压力。

经验算式是根据大量实验结果建立起来的,其最大优点是算式结构简单,应用方便;其缺点是不能准确反映各挤压工艺参数对挤压力的影响,计算误差较大。在工艺设计中,经验算式可用来对挤压力进行初步估计。最典型的经验算式1为:

P=a+b㏑λ

式中p——单位挤压力;

a、b——与挤压条件有关的试验常数;

λ——挤压系数。

由于式1中a、b的正确选定往往比较困难,推荐采用如下半经验算式进行估算。

式中σ8——变形温度下静态拉伸时的屈服应力,按表2选取;

μ——摩擦系数3,无润滑热挤压可取μ=0.5,带润滑热挤压可取μ=0.2~0.25,冷挤压可取μ=0.1~0.15;

Dt——挤压筒直径;

dZ——穿孔针的直径,棒材或实心型材挤压时dz0:

Lt——坯料填充后的长度,作为近似估算,可用坯料的原始计算;

λ——挤压系数;

a——合金材质修正系数,可取a=1.3~1.5,其中硬合金取下限,软合金取上限;

b——制品断面形状修正系数,简单断面棒材或圆管挤压时,取b=1.0。

对于断面形状较为复杂的异型材挤压,根据“制品断面形状的影响”中所述型材断面复杂程度系数五的大小,参考表中修正系数kf的取值方法,取b=1.1~1.6。

表1 型材挤压力计算时的修正系数表

表2 计算挤压力用的各种铝合金的屈服强度σs

表3 确定挤压力的摩擦系数μ值

2、挤压比、挤压系数的计算方法

首先计算铝型材的截面积,然后用挤压筒的断面积除以铝型材的截面积就是挤压比了。

挤压比=挤压用铸锭的截面积÷挤压型材的截面积这个算法是不准确的,严格点说是错误的。

挤压比=挤压筒的截面积÷挤压型材的截面积。

例如:T挤压机用直径90毫米的铸锭,挤压筒直径95毫米,挤压直径20毫米的型材。

挤压比=(1/4X3.14X95X95)÷(1/4X3.14X)=22.6挤压比(extrusionratio)是指挤压筒腔的横断面面积同挤压制品总横断面面积之比,也叫挤压系数。挤压比是挤压生产中用于表示金属变形量大小的参数,

用λ表示:λ=Ft/ΣF1

式中:Ft为锭坯在挤压筒内填充后的横断面积,mm^2;

ΣF1为挤压制品的总横断面积,mm^2;

挤压时金属变形量的大小也可用变形程度ε表示:ε=λ-1;

挤压比太小,铝型材制品变形不充分,密度和表面质量不好,挤压比太大,模具变形太剧烈,挤压困难,铝型材尺寸难以保证,甚至造成堵模。

3、挤压比同变形程度之间的关系

(1)挤压比增大时,金属流出模孔的困难程度会增大,挤压力也增大;

(2)当其他条件相同时,挤压比增大,挤压时锭坯外层金属向模孔流动的阻力也增大,因此使内外部金属流动速度差增大,变形不均匀;

(3)但当挤压比增加到一定程度后,剪切变形深入到内部,变形开始向均匀方向转化。研究证明,当挤压变形程度ε达到85%~90%时,挤压金属流动均匀,制品内外层的力学性能也趋于均匀。

4、挤压比选用大小关系

挤压比λ的选择与合金种类、挤压方法、产品性能、挤压机能力、挤压筒内径及锭坯长度等因素有关。

如果λ值选用过大,挤压机会因挤压力过大而发生“闷车”,使挤压过程不能正常进行,甚至损坏工具,影响生产率。

如果λ值选用过小,挤压设备的能力不能得到充分利用,也不利于获得组织和性能均匀的制品。

挤压比λ一般应满足下列要求:一次挤压的棒、型材≥8~12。

5、挤压比来确定采用多大挤压机一般是根据铝型材载面图和米重来确定挤压比,再来定采用铝大挤压机。挤压比、用λ表示是指铝材挤压筒腔的横断面面积同挤压铝型材总横断面面积之比,也叫挤压系数。挤压比是铝型材挤压生产中用于表示金属变形量大小的参数。

挤压机的确定多数是按挤压比来计算,这也与铝材厂的要求也有关系,比如一个铝型材挤压比算下来只有5-10,这种情况设计都会要求铝材厂更换大机台来挤压产品,但是铝材厂对型材只有简单要求,要求模具厂不换压机进行设计。

6、举例说明

技术要求:外下方推拉窗断面模具设计

(1)挤压机UST,筒径?,挤压比40

(2)模具设计,如图所示

(3)模具上下模厚度,如图所示

(4)模具规格:?X

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