CN113210452B - 一种多孔分流模具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多孔分流模具，包括有同轴设置的上模和下模，上模包括有位于中心的芯头以及多个环绕所述芯头一周均匀分布的分流孔，相邻的分流孔之间由分流桥隔开；下模靠近上模的一侧开设有凹槽，凹槽与分流桥之间形成一个一体的焊合室，焊合室与分流孔相通；凹槽的中心设有与下模同轴的凸台，凸台与芯头相抵接。本发明通过分流孔、焊合室的独特设计，形成一体式多孔分流模具，一体式焊合室和均匀圆周排列的分流孔以及优化分流孔和分流桥的设计解决了铝流均匀性和大挤压模具的尺寸效应问题，能够有效提高分流桥的强度以及模具的强度，并有效提高铝流的均匀性，减少停留在模具内部的死区金属，减少型材的缩尾长度，提高成品率。

Description

一种多孔分流模具

技术领域

本发明涉及挤压型材技术领域，尤其涉及一种多孔分流模具。

背景技术

挤压作为一种常见的铝合金成型工艺，广泛应用于高铁、航空航天、船舶等领域。随着挤压技术的发展，型材的种类、尺寸和性能的要求也越来越高。模具作为挤压生产的核心零部件，优化模具设计、改善模具质量和提高生产效率是各个挤压厂和模具厂研究的重点。对于挤压型材市场而言，大尺寸型材需求往往不及小尺寸型材，大型挤压设备又会因为挤压比过大而容易堵模、生产效率低、成本高等因素无法生产尺寸较小的型材，因此经常出现大型挤压机生产机时不足，甚至是无料可产的情况。针对上述问题，已经有诸多对多孔模具进行研究和设计，专利CN206643151U公开了一种铝型材多孔挤压模具，专利205308988U公开了一种镁合金实心型材的多孔挤压模具，专利CN110722010A公开了一款八孔分流模具，专利号CN205463681U 公开了一种铝型材多孔稳流速挤压模。这些方案主要采用了一模多孔的设计，有效地解决了生产效率的问题。上述多孔模具均是设计独立的上模进料口和焊合室，本质上是由多个小模具拼凑在一个模具上，互无关联。此类设计优点是只要设计好其中一个进料口，重复均匀排布在模具上即可，各个进料口互相独立，即可保证出料稳定。但对大挤压机而言，存在一定的尺寸效应：模具受力增大，径向压力变化大，模具强度无法保证，铝流也会随着径向显现处明显的区别，甚至同一个进料口内外侧铝流都不一致，此问题对分流模具更加显著。这就导致同等的独立式设计不满足大挤压机上的应用。专利号CN107377937A公开了一种自行车车圈挤压分流模具，该模具特点是，上模周向布置多个进料口，中心布置多个进料口，分流桥上分布模芯，多个独立焊合室由隔板隔开。此设计与上述多孔设计方案有一定的区别，但是依然未解决上述问题，并且其增加了分流桥的数量和总长度，导致制作尺寸较大的模具时分流桥强度难以保证，另外隔板隔开的焊合室增加了死区金属，增加型材的缩尾长度，影响成品率。

发明内容

针对以上不足，本发明提供一种多孔分流模具，以解决多孔模具强度不足、铝流不均，以及隔开的焊合室所带来的问题。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种多孔分流模具，包括有同轴设置的上模和下模，所述上模包括有位于中心的芯头以及多个环绕所述芯头一周均匀分布的分流孔，相邻的所述分流孔之间由分流桥隔开；所述下模靠近上模的一侧开设有凹槽，所述凹槽与分流桥之间形成一个一体的焊合室，所述焊合室与所述分流孔相通；

所述凹槽的中心设有与下模同轴的凸台，所述凸台与所述芯头相抵接。

进一步地，各个所述分流孔整体呈扇形，圆弧朝外，各个所述分流孔的圆弧顶点位于同一个外接圆上，所述外接圆与所述上模同轴，所述外接圆的半径与所述上模的半径之比为0.6-0.85，整体呈扇形的所述分流孔的顶角处以及弧形与两边的连接处为弧形，各个所述分流孔的顶角处的弧形的顶点位于同一个内接圆上，所述内接圆的直径与所述上模的直径之比为0.2-0.35。

进一步地，所述分流桥在靠近下模一侧设有模芯，所述凹槽开设有多个型腔，所述型腔与所述模芯一一对应。

进一步地，所述焊合室的高度与所述分流桥的宽度之比为0.8-1.9。

进一步地，所述凸台的直径与所述下模的直径之比为0.2-0.35；

多个所述分流孔的横截总面积与所述上模的横截面积之比为0.14-0.5。

进一步地，所述分流桥的长度与高度之比为0.38-0.81，所述分流桥为上下两部分，上部截面形状为矩形，下部截面形状为等腰梯形，且所述分流桥的靠近下模的一侧作下沉处理；

所述分流桥的接触进料面为矩形，所述分流桥的接触进料面的宽度与所述分流桥的高度的之比为0.1-0.35；

所述分流桥靠近下模的一侧在远离所述芯头的一端与所述上模靠近下模的侧面形成一朝向所述芯头的弧形凸起。

进一步地，所述分流桥的接触进料面为梯形，所述分流桥的接触进料面的宽度与所述分流桥的高度的之比为0.1-0.35。

进一步地，所述模芯设置于所述分流桥靠近芯头一端的1/4-1/2处。

进一步地，所述模芯连接分流桥的一端的宽度大于远离分流桥的一端的宽度。

进一步地，各个所述模芯平行设置。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明提供一种多孔分流模具，通过分流孔、焊合室的独特设计，保证挤压时模具中的铝合金流动均匀，各个型材挤出时出料速度一致，尺寸符合要求，稳定生产，并形成一体式多孔分流模具，一体式焊合室和均匀圆周排列的分流孔以及优化分流孔和分流桥的设计解决了铝流均匀性和大挤压模具的尺寸效应问题，能够有效提高分流桥的强度以及模具的强度，并有效提高铝流的均匀性，通过一体化的焊合室设计，减少停留在模具内部的死区金属，减少型材的缩尾长度，提高成品率，最终得到一种既适用于小挤压机，也适用于大挤压机的模具；芯头和凸台的互相抵接，可充分增加模具强度，提高模具寿命；

2、本发明合理设置分流桥的宽高比、桥与外侧连接处的连接设计可充分增加模具强度，提高模具寿命；

3、本发明的模芯位置的合理布置使得其横向受压相同，防止其发生弹变，而模芯沿挤压方向逐渐减小的设计也增强了其强度，进一步避免弹变的发生，提高模具寿命，保证型材尺寸合格。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，以下将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1的爆炸示意图；

图3为图1中过直径的等轴侧截面图；

图4为上模的正面视角的结构示意图；

图5为上模的背面视角的结构示意图；

图6为下模的正面视角的结构示意图；

图7为下模的背面视角的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参照图1至图7，本发明优选的实施例提供一种多孔分流模具，包括有同轴设置、依序排列的上模10、下模20和模垫30，上模10、下模20和模垫30分别呈圆形，最大外径相同，均为340mm，上模10和下模20通过止口配合安装，防止错位。

请参照图1至图5，上模10包括有位于中心的芯头11以及多个环绕芯头11一周均匀分布的分流孔12，本优选的实施例中分流孔12的数量为6个，环绕芯头11一周均匀分布，相邻的分流孔12之间由分流桥13隔开，分流桥的宽为32mm，长为97mm，高为125mm。各个分流孔12整体呈扇形，圆弧朝外，各个分流孔12的圆弧顶点位于同一个外接圆上，外接圆与上模10同轴，外接圆的直径为140mm，此时，外接圆的半径与上模10的半径之比为0.8，多个分流孔10的横截总面积与上模10的横截面积之比为0.42。

请参照图1至图3以及图6和图7，下模20靠近上模10的一侧开设有凹槽21，凹槽21与分流桥13之间形成焊合室，焊合室的高度为35mm，合理设置焊合室高度是保证型材焊合质量的重要途经，合理的焊合室高度的设计保证了挤压型材的焊合质量。焊合室与分流孔12相通，连成一个整体，也即一体式设计，形成一体式多孔分流模具，保证进入焊合室的铝流互相流通，并最终通过出料口挤出，减少停留在模具内部的金属，且能够改善挤压产品的切头尾长度，提高产品的成品率。在优选的实施例中，焊合室的高度与分流桥13的宽度之比为0.8-1.9，不同的焊合室深度设计取决于型材焊合质量的要求，焊合室的深度越深，挤压力越大，焊合质量就越好，反之亦然。

为使挤压的顺利进行，需将模具的横截面积与分流孔10的横截总面积设置一个合理的比值μ，其取值与模具的大小、挤压合金和挤出型材的截面面积有关。反映到本优选的实施例中，则分流孔10的横截总面积与上模10的横截面积之比优选为0.14-0.5。考虑到模具的尺寸效应对铝流均匀性的影响，保证挤压时从各个分流孔12内外侧铝流均匀地进入到焊合室，分流孔设计成扇形，形状相同，面积相等，围绕上模10的芯头11环绕一周均匀分布，也即为一种类似于花瓣状的排列。通过恰当的设计花瓣状分布的分流孔12和挤压比，保证挤压时模具中的铝合金流动均匀，各个型材挤出时出料速度一致，尺寸符合要求，稳定生产。本发明采用一体式焊合室和均匀圆周排列的分流孔12以及优化分流孔12和分流桥13的设计解决了铝流均匀性和大挤压模具的尺寸效应问题，能够有效提高分流桥13的强度以及模具的强度，并有效提高铝流的均匀性，通过一体化的焊合室设计，减少停留在模具内部的死区金属，减少型材的缩尾长度，提高成品率，最终得到一种既适用于小挤压机，也适用于大挤压机的模具。

在优选的实施例中，整体呈扇形的分流孔12的顶角处（扇形的顶角）以及弧形与两边的连接处为弧形，各个分流孔12的顶角处的弧形的顶点位于同一个内接圆上，内接圆的直径与上模10的直径之比为0.2-0.35，本优选的实施例中内接圆的直径为90 mm，与上模10的直径之比为0.24，以便于铝流均匀地流入分流孔12。且此时各个分流孔12的顶角处的弧形实质为芯头11的边缘，与芯头11相切，通过合理设计内接圆的直径，也即为合理设计芯头11的直径，从而能够有效提高模具的强度。

分流桥13在靠近下模20一侧设有模芯14，凹槽21开设有多个型腔22，型腔22从凹槽21穿过下模20的另一侧，从而形成多个出料口，型腔22与模芯14一一对应，模芯14的端部位于型腔22内，多个出料口可同时出料，以实现多孔挤压生产。为了进一步减小挤压力，使铝流更有利于流出，下模20的型腔22设计了口袋24。

下模20靠近上模10的一侧设有与下模20同轴的圆形的凸台23，凸台23与芯头11相抵接，凸台23的直径与下模20的直径之比为0.2-0.35，凸台23位于凹槽21的中心位置，本优选的实施例中，凸台23为平顶的锥状结构，顶部直径为60 mm，底部直径为90mm，凸台23的底部直径与下模20的直径之比为0.24。下模20的凸台23实际与分流孔12所在的内接圆尺寸相近，且尺寸应合理，过小会增加残留死区金属，增加缩尾，从而降低成品率，过大则导致焊合室内部铝合金量少，铝流不可控，流动和变形不充分。凸台23支撑上模10的芯头11，增加强度，提高上模的寿命。

分流桥13的作用主要包括有：一是，分隔分流孔12和调节分流孔12总横截面积；二是，连接上模10的芯头11，增加模具强度；三是，布置模芯14；同时也会对不同分流孔12的铝流的焊合产生影响。所以需要对分流桥13的形状和尺寸进行精心设计。

在优选的实施例中，分流桥13的长度与高度之比优选为0.38-0.81，数值与模具的材料、设计方案和挤压设备有关，显而易见的是，相同条件下，分流桥13的长度越小，高度越大，则分流桥13的强度越高。进一步地，分流桥13为上下两部分，上部截面形状为矩形，下部截面形状为等腰梯形，且等腰梯形上大下小，最窄处设计为10mm，有利于两个分流孔12的铝流在最窄处汇合时有较好的焊合，避免出现分层现象。且分流桥13在靠近下模20的一侧作下沉处理，以使得分流桥13在靠近下模20的一侧高于上模10靠近下模20的一侧，以使得分流桥13的高度小于上模10的厚度，下沉处理的分流桥13与凹槽21构成模具的焊合室，此设计能够有效保证下模所需厚度的同时，增加焊合室的高度，提高型材的焊合质量。分流桥13的接触进料面设计为以分流桥长和宽为边长的矩形，通过对桥长和桥宽的配合，可对分流孔12的总面积进行调节。考虑到模具尺寸效应对同一个分流孔12内外侧铝流的影响，保证两侧铝流对模芯14产生的横向压力平衡，也可将分流桥的形状设计成以桥长为腰的梯形，也即分流桥13的接触进料面为梯形，通过改变梯形的上下底边调节分流孔内外侧铝流的均匀性。分流桥13的宽度设计为与高度的比值为0.1-0.35，这主要取决于模具尺寸、模芯14位置和尺寸，以及模具焊合室的深度，可预见的是，在保证相同型材焊合质量的前提下，分流桥13的宽度越大，所需焊合室越深。

在优选的实施例中，分流桥13靠近下模20的一侧在远离芯头11的一端与上模10靠近下模20的侧面形成一朝向芯头11的弧形凸起，该弧形凸起类似于一个水滴状的形态，在不影响铝合金流动性的前提下，减短了分流桥13有效长度，从而增加其强度。本优选的实施例中，弧形凸起的高度为33mm，使分流桥13的实际有效长度缩减至64mm，最大限度地增加了分流桥13的承压性能。通过弧形凸起形成一种圆滑过渡的连接，让铝流更加易于流动和填充分流孔12，防止残留气体导致型材产生气泡。

在优选的实施例中，模芯14设置于分流桥13靠近芯头11一端的1/4-1/2处，模芯14位置的设置与模具的尺寸和分流孔12的形状有关，最终的目的是保证模芯14内外侧铝流均匀，所受到的横向压力相互抵消，保证模芯14不发生偏转。本优选的实施例中，模芯14水平设置，位于分流桥13靠近芯头11一端的1/3处，保证挤压过程中左右两侧铝流产生的压力相同，避免模芯14由于压力过大而断裂。其中左右两个以磨具轴心相对应的模芯14的设置方向与其所在分流桥13的长度方向一致，互相平行，而其余四个个模芯14设置与分流桥13形成一定的夹角。模芯14连接分流桥13的一端的宽度大于远离分流桥13的一端的宽度，也即模芯14尺寸由根部到端部作逐渐减小设计，提高模芯14刚度。模芯尺寸由根部开始逐渐减小，最大处为45mm，最小处为28mm，并且做了下沉处理，以助于即分流桥13的高度小于上模10的厚度，并减少了挤压过程中铝流对其的摩擦，增加模芯14的强度，避免挤压过程中摆动。

本发明优选的实施例的多孔分流模具适用于75MN及以上的挤压机，并已上机成功，实现了量产。而根据本发明公开的内容对其参数进行相关的调整，亦可用于其他型材模具的生产。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种多孔分流模具，包括有同轴设置的上模（10）和下模（20），其特征在于：

所述上模（10）包括有位于中心的芯头（11）以及多个环绕所述芯头（11）一周均匀分布的分流孔（12），相邻的所述分流孔（12）之间由分流桥（13）隔开；所述下模（20）靠近上模（10）的一侧开设有凹槽（21），所述凹槽（21）与分流桥（13）之间形成一个一体的焊合室，所述焊合室与所述分流孔（12）相通，所述焊合室的高度与所述分流桥（13）的宽度之比为0.8-1.9；

各个所述分流孔（12）整体呈扇形，圆弧朝外，各个所述分流孔（12）的圆弧顶点位于同一个外接圆上，所述外接圆与所述上模（10）同轴，所述外接圆的半径与所述上模（10）的半径之比为0.6-0.85，整体呈扇形的所述分流孔（12）的顶角处以及弧形与两边的连接处为弧形，各个所述分流孔（12）的顶角处的弧形的顶点位于同一个内接圆上，所述内接圆的直径与所述上模（10）的直径之比为0.2-0.35；

所述凹槽（21）的中心设有与下模（20）同轴的凸台（23），所述凸台（23）与所述芯头（11）相抵接；

所述凸台（23）的直径与所述下模（20）的直径之比为0.2-0.35；多个所述分流孔（10）的横截总面积与所述上模（10）的横截面积之比为0.14-0.5；

所述分流桥（13）的长度与高度之比为0.38-0.81，所述分流桥（13）为上下两部分，上部截面形状为矩形，下部截面形状为等腰梯形，且所述分流桥（13）的靠近下模（20）的一侧作下沉处理；

所述分流桥（13）的接触进料面为矩形，所述分流桥（13）的接触进料面的宽度与所述分流桥（13）的高度的之比为0.1-0.35；

所述分流桥（13）靠近下模（20）的一侧在远离所述芯头（11）的一端与所述上模（10）靠近下模（20）的侧面形成一朝向所述芯头（11）的弧形凸起；

所述分流桥（13）的接触进料面为梯形，所述分流桥（13）的接触进料面的宽度与所述分流桥（13）的高度的之比为0.1-0.35。

2.根据权利要求1所述的多孔分流模具，其特征在于：

所述分流桥（13）在靠近下模（10）一侧设有模芯（14），所述凹槽（21）开设有多个型腔（22），所述型腔（22）与所述模芯（14）一一对应。

3.根据权利要求2所述的多孔分流模具，其特征在于：

所述模芯（14）设置于所述分流桥（13）靠近芯头（11）一端的1/4-1/2处。

4.根据权利要求2所述的多孔分流模具，其特征在于：

所述模芯（14）连接分流桥（13）的一端的宽度大于远离分流桥（13）的一端的宽度。

5.根据权利要求2所述的多孔分流模具，其特征在于：

各个所述模芯（14）平行设置。