CN111274657A - 一种型材挤压模工作带的设计方法 - Google Patents

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王乾廷
王海龙
梁卫抗
谢志敏
林光磊
陈鼎宁
林晨
刘琼
马立安
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Abstract

本发明公开了一种型材挤压模工作带的设计方法，采用曲线在不同工作区域的工作带之间过渡使得金属流动更加均匀，提高型材焊合质量，减少型材表面划痕，提高型材表面质量，有效缩短料头的长度，而且工作带的整个工作区域受到的摩擦力更均匀，提高了工作带寿命。

Description

一种型材挤压模工作带的设计方法
技术领域
本发明涉及用于型材挤压成形领域，具体为一种型材挤压模工作带的设计方法。
背景技术
在挤压模具中，工作带(又称为定径带)长度的设计是铝型材挤压模具模孔最主要的几何参数之一，它直接影响整个挤压制品的尺寸精度、表面质量、几何形状等。若设计不合理，将造成金属模孔流速不均，从而引起型材的弯曲、裂纹、歪扭，致使多次修复模具造成模具报废，从而影响挤压产品的质量。
设计工作带长度的方法主要根据古布金关于挤压力计算公式的演变形式，但是没有考虑模孔位置对金属流动的影响。因此，闫洪等人对型材挤压时金属流动规律研究后，建立了型材挤压模孔工作带长度设计计算的数学模型。目前，型材挤压模的设计都是将工作带划分为若干个区段，然后利用工作带长度数学模型计算出重要的区段的长度，介于计算出来的区段之间的工作带则采用倾斜直线过渡，过渡区的工作带和通过公式计算确定长度的工作带区域连接点存在尖角，且尖角两边金属流速存在跳跃，导致型材焊合质量不好，表面光滑度不够，甚至发生划痕。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提出一种型材挤压模工作带的设计方法。。
一种型材挤压模工作带的设计方法，包括如下步骤：
步骤一)根据型材形状将工作带划分为N个区域，选择其中一区域，给定该区域工作带长度L0；
步骤二)根据确定的L0计算出其余各个区域的截面面积Fi，与金属直接接触的周长Ci，区域中心到挤压筒中心的距离ri，再计算各区域的工作带长度：
Figure BDA0002376490000000011
其中，C0为工作带长度L0区域的周长，F0为工作带长度L0区域的截面面积，r0为工作带长度L0区域中心到挤压中心的距离；
步骤三)根据沿区域变化的工作带长度分布曲线，将工作带长度有突变区域的交界处用倾斜直线连接；
步骤四)计算各区域工作带的金属流速：
Figure BDA0002376490000000021
其中，k为比例系数、F为挤压筒横截面面积；
步骤五)在金属流速变化较大区域的连接处用光滑曲线代替倾斜直线进行过渡。
进一步的，所述步骤五)中的光滑曲线有倒圆角。
进一步的，所述步骤五)中的光滑曲线采用拟合函数方法确定形状，包括如下步骤：
1)在工作带速度差距大区域的连接处周围均匀选取点；
2)使用选取的点分别进行一元3次、4次、5次、6次、7次函数曲线拟合；
3)通过试验选择最优曲线形状。
进一步的，将所述步骤2)替换为采用插值法拟合函数。
本发明的有益效果是：
本发明采用曲线在不同工作区域的工作带之间过渡使得金属流动更加均匀，提高型材焊合质量，减少型材表面划痕，提高型材表面质量，有效缩短料头的长度，而且工作带的整个工作区域受到的摩擦力更均匀，提高了工作带寿命。
附图说明
当结合附图考虑时，通过详细描述，能够更完整更好地理解本发明以及容易得知其中许多伴随的优点，此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，其中：
图1为挤压型材产品的部分区域划分；
图2为工作带长度与金属流速部分示意图；
图3为工作带尾部横截面；
图4为直线和曲线过渡的对比图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
1、选择型材产品，针对难以流动的区域，将其成形区域划分为9个区域，如图1所示，更细的划分会增加计算量；
2、选取区域8，确定其工作带的长度L0＝4.5mm；
3、通过列表，计算各区域的横截面积Fi，与金属直接接触的周长Ci，各区域形心到挤压筒中心的距离ri；
4、计算各区域的工作带长度，由于区域3、7处于角落，易受阻，将工作带长度减小1mm；得到各区域参数如下表所示：
Figure 1
5、绘制沿区域变化的工作带长度分布曲线，可发现其工作带长度突变大的区域出现在端部周围；
6、计算各区域的金属流速：
Figure BDA0002376490000000032
Figure BDA0002376490000000033
V3和V7区域的速度比其他区域大。
7、在工作带长度突变过大的区域用曲线代替倾斜直线进行过渡，其他倾斜直线过渡的区域也可用曲线代替，其曲线方程使用多项式拟合：首先在工作带长度之间差距大的周围均匀选取一些点；再假设3、4、5、6、7次一元的函数，并利用这些点计算各系数，绘制曲线图；根据计算出的曲线，选择5次元的函数：
f(x)＝1.8*10-5*x5-8.5*10-4*x4+0.012*x3-0.028*x2-0.013*x+3.996
8、如图2所示，倾斜直线过渡比用曲线过渡的金属流速变化曲率较大，如图3所示，各区域的横截面面积有所增加，即Ai＞A′i，根据公式
Figure BDA0002376490000000034
计算：τi＜τ′i，则表明其对应的剪切力有所下降，则工作带的使用寿命增加，且间接增加模具的使用寿命。
(1)计算工作带长度与变形区域的关系，利用相关软件对倾斜直线及周围提取相对应的点，除采用多项式拟合外，也可以利用插值法拟合曲线或者利用Matlab软件进行曲线拟合，其f(x)＝Ax6+Bx5+Cx4+Dx3+Ex2+Fx+G、f(x)＝Ax5+Bx4+Cx3+Dx2+Ex+F 与
Figure BDA0002376490000000041
拟合的曲线符合预期；
(2)对于工作带长度差距不大的部分可利用倒圆角的方法。
所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的范围。

Claims (4)

1.一种型材挤压模工作带的设计方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一)根据型材形状将工作带划分为N个区域，选择其中一区域给定该区域工作带长度L0；
步骤二)根据确定的L0计算出其余各个区域的截面面积Fi、与金属直接接触的周长Ci、区域中心到挤压筒中心的距离ri；再计算各区域的工作带长度：
Figure FDA0002376489990000011
其中，C0为工作带长度L0区域的周长，F0为工作带长度L0区域的截面面积，r0为工作带长度L0区域中心到挤压中心的距离；
步骤三)根据沿区域变化的工作带长度分布曲线，将工作带长度有突变的区域交界处用倾斜直线连接；
步骤四)计算各区域工作带的金属流速：
Figure FDA0002376489990000012
其中k为比例系数、F为挤压筒横截面面积；
步骤五)在金属流速变化较大的区域的连接处用光滑曲线代替倾斜直线进行过渡。
2.如权利要求1所述的一种型材挤压模工作带的设计方法，其特征在于，所述步骤五)中光滑曲线为倒圆角。
3.如权利要求1所述的一种型材挤压模工作带的设计方法，其特征在于，所述步骤五)中的光滑曲线采用拟合函数方法确定形状：
1)在工作带速度差距大的区域连接处周围均匀选取点；
2)使用选取的点分别进行一元3次、4次、5次、6次、7次函数曲线拟合；
3)通过进行试验选择最优曲线形状。
4.如权利要求3所述的一种型材挤压模工作带的设计方法，其特征在于，将所述步骤2)替换为采用插值法拟合函数。
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