CN117549015A - 一种挤压模具加工工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种挤压模具加工工艺，包括：步骤S1：获取成型模，并在成型模的模孔轮廓尖角位置加工减应孔，减应孔的延伸方向与成型模的成型方向一致；步骤S2：根据减应孔的尺寸加工减应杆，并将减应杆过盈配合装入减应孔中，减应杆的硬度小于成型模的硬度；步骤S3：对成型模开设模孔，并加工空刀结构，模孔与减应孔有相交部分；步骤S4：获取模垫，并对模垫加工凸面和型孔；步骤S5：将成型模放置于模垫加工有凸面的一侧，并装配成型模和模垫，获得挤压模具。本发明所提供的挤压模具加工工艺，可大幅减小尖角位置的应力集中，降低尖角位置开裂失效风险，延长成型模的使用寿命；减小成型模中部的弹性变形，从而减小模孔在尖角处的应力集中现象。

Description

一种挤压模具加工工艺

技术领域

本发明涉及挤压模具加工方法领域，特别是涉及一种挤压模具加工工艺。

背景技术

大型或重型挤压机用挤压模具，由于挤压模具中成型模的尺寸规格大、挤压力大，导致其工作环境恶劣，在挤压带尖角的扁棒或型材时，由于受到应力集中的影响，容易出现角部开裂而导致成型模失效或报废。特别是角部的圆角半径R越小，应力集中越明显，成型模开裂风险越大。对于这类成型模，开裂是其失效或报废的主要原因。对于5000吨以上的大型或重型挤压机，其成型模大多外径在400mm以上，最大外径可达2000mm，单个成型模重量可达数吨，成型模费用从万元至数十万元不等。成型模失效或报废会造成大的经济损失。

另外，成型模的端面承受挤压力和工作带承受变形金属的摩擦力，成型模会在两者的合力下发生弹性变形。当成型模不能承受极限应力时，则出现开裂损坏。

因此，如何有效提高延长挤压模具的寿命，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种挤压模具加工工艺，用于解决挤压模具使用过程中在角部的应力集中问题，提高挤压模具的寿命。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种挤压模具加工工艺，包括以下步骤：

步骤S1：获取成型模，并在所述成型模的模孔轮廓尖角位置加工减应孔，所述减应孔的延伸方向与所述成型模的成型方向一致；

步骤S2：根据所述减应孔的尺寸加工减应杆，并将所述减应杆过盈配合装入所述减应孔中，所述减应杆的硬度小于所述成型模的硬度；

步骤S3：对所述成型模开设模孔，并加工空刀结构，所述模孔与所述减应孔有相交部分；

步骤S4：获取模垫，并对所述模垫加工凸面和型孔；

步骤S5：将所述成型模放置于所述模垫加工有所述凸面的一侧，并装配所述成型模和所述模垫，获得挤压模具。

优选地，所述步骤S3中：所述减应孔上与所述模孔相交的圆弧长度≤所述减应孔周长的20％。

优选地，所述步骤S1中，所述成型模的最大外径≤400mm，所述成型模的厚度≥70mm，所述减应孔的直径为5-20mm。

优选地，所述减应杆与所述减应孔的长度相同，且所述减应杆与所述减应孔的装配过盈量为0.1-0.3mm。

优选地，所述减应孔与所述减应杆的形状均为圆柱形。

优选地，所述减应孔与所述减应杆的形状均为圆台形，并且所述减应孔与所述减应杆直径较大的一端背离所述模垫。

优选地，所述步骤S1中，所述成型模为经热处理后的耐热模具钢成型模，所述成型模的硬度为HRC35-58。

优选地，所述减应杆为热作模具钢减应杆，所述减应杆的硬度比所述成型模的主体结构硬度小HRC3-10。

优选地，所述步骤S4还包括：

对所述模垫的入口端面加工凸面，对所述模垫的中心加工型孔，所述型孔为通孔；控制所述凸面的高度T为0.1-1.0mm。

优选地，所述凸面为弧面，且所述凸面的最高点靠近所述模垫的型孔。

本发明所提供的挤压模具加工工艺，包括以下步骤：步骤S1：获取成型模，并在所述成型模的模孔轮廓尖角位置加工减应孔，所述减应孔的延伸方向与所述成型模的成型方向一致；步骤S2：根据所述减应孔的尺寸加工减应杆，并将所述减应杆过盈配合装入所述减应孔中，所述减应杆的硬度小于所述成型模的硬度；步骤S3：对所述成型模开设模孔，并加工空刀结构，所述模孔与所述减应孔有相交部分；步骤S4：获取模垫，并对所述模垫加工凸面和型孔；步骤S5：将所述成型模放置于所述模垫加工有所述凸面的一侧，并装配所述成型模和所述模垫，获得挤压模具。本发明所提供的挤压模具加工工艺，通过在所述成型模上加工所述减应孔，并在所述减应孔中装配所述减应杆的方式，由于所述模孔与所述减应孔有相交部分，因此在加工所述模孔时，所述减应杆的一部分结构会被去除，构成所述模孔的一部分，由于所述减应杆的硬度小于所述成型模的硬度，并且，由于所述减应杆的尺寸较小，其产生的不均匀弹性变形小，从而可达到大幅减小尖角位置的应力集中，降低尖角位置开裂失效风险，延长所述成型模的使用寿命；同时，通过在所述模垫上加工凸面，利用所述凸面对所述成型模的模孔位置进行支撑，可以在挤压过程中，使得所述成型模的中部区域优先获得支撑，减小所述成型模中部的弹性变形，从而减小所述模孔在尖角处的应力集中现象。

在一种优选实施方式中，所述步骤S3中：所述减应孔上与所述模孔相交的圆弧长度≤所述减应孔周长的20％。上述设置，可以避免所述减应孔上与所述模孔相交的圆弧长度过大，而导致所述模垫对所述减应杆的支撑面积过小，从而导致的所述成型模对所述减应杆的抱紧力减弱问题，从而降低所述减应杆错位或脱落的风险，因此，所述减应孔上与所述模孔相交的圆弧长度趋小时更佳。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为挤压设备的结构示意图；

图2为本发明所提供的挤压模具加工工艺一种具体实施方式的流程图；

图3为本发明所提供的挤压模具加工工艺中模孔的加工过程示意图；

图4为本发明所提供的挤压模具加工工艺中模垫的加工过程示意图；

图5为本发明所提供的挤压模具加工工艺中模孔的结构示意图；

其中：成型模1；模孔11；减应孔12；减应杆13；空刀14；第一入口端面15；第一出口端面16；模垫2；凸面21；型孔22；第二入口端面23；第二出口端面24；制品3；挤压杆4；挤压垫5；挤压筒6；铸锭7；模套8；模孔轮廓A。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种挤压模具加工工艺，能够显著提高挤压模具的使用寿命，减少变形风险。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

一般的扁棒或实心型材制品3采用平模设计，其设计方案简单，挤压模具易于加工、维护，加工成本较低；成型模1的端面承受挤压力和工作带承受变形金属的摩擦力，挤压模具会在两者的合力下发生弹性变形；当模具不能承受极限应力时，则出现开裂损坏，特别是对带尖角的扁棒或型材，其尖角位置的应力集中明显。同时，随着尖角位置的R角变小，应力集中现象将会加剧。因此，在设计产品时，一般会尽量增大R角的尺寸以减少应力集中现象，延长模具寿命，降低模具使用成本，然而增大R角，则会影响材料在后续加工零件时的利用效率，造成浪费。因此，从成本角度来看，在挤压模具具有足够的抗风险能力时，R角越小越有利于提高材料的利用率，然而，对于扁棒或尖角的型材制品3而言，无论R角大小，尽可能减小尖角的应力集中都有益于提升模具的使用寿命。

请参考图1至图5所示，图1为挤压设备的结构示意图；图2为本发明所提供的挤压模具加工工艺一种具体实施方式的流程图；图3为本发明所提供的挤压模具加工工艺中模孔11的加工过程示意图；图4为本发明所提供的挤压模具加工工艺中模垫2的加工过程示意图；图5为本发明所提供的挤压模具加工工艺中模孔11的结构示意图。

在该实施方式中，如图2所示，挤压模具加工工艺包括以下步骤：

步骤S1：获取成型模1，并在成型模1的模孔轮廓A尖角位置加工减应孔12，减应孔12的延伸方向与成型模1的成型方向一致；

步骤S2：根据减应孔12的尺寸加工减应杆13，并将减应杆13过盈配合装入减应孔12中，减应杆13的硬度小于成型模1的硬度；

步骤S3：对成型模1开设模孔11，并加工空刀14结构，模孔11与减应孔12有相交部分；

步骤S4：获取模垫2，并对模垫2加工凸面21和型孔22；

步骤S5：将成型模1放置于模垫2加工有凸面21的一侧，并装配成型模1和模垫2，获得挤压模具。

具体的，如图3所示，在加工模孔11之前，先根据模孔轮廓A确定好减应孔12的位置，然后在成型模1上开设减应孔12，减应孔12在加工完成后，与模孔轮廓A有重叠部分，然后向减应孔12中安装减应杆13，减应孔12与减应杆13的形状相同，减应杆13的尺寸大于减应孔12的尺寸，方便过盈配合，提高连接稳定性；在减应杆13安装完成后，沿着模孔轮廓A，加工模孔11，此时的模孔轮廓A，大部分在成型模1上，小部分在减应杆13上。

进一步，挤压模具应用于模具系统中，挤压模具包括成型模1和模垫2，模具系统包括主要由挤压模具和模套8。成型模1的第一入口端面15与铸锭7接触，成型模1的第一出口端面16与模垫2的第二入口端面23贴合，制品3从模垫2的第二出口端面24出料。成型模1与模垫2组合被安装于模套8内，并与挤压筒6等工具配合使用。视不同挤压机的装配结构，成型模1与模垫2也可组合后不装于模套8内直接与挤压筒6配合使用；成型模1的外形可以呈圆柱形，视装配需要可设置销孔、键槽孔等结构，并设置止口，与模套8配合卡接。如图1所示，该挤压模具加工工艺优选加工5000吨及以上吨位的大型或重型挤压机用挤压成型用挤压模具，单体挤压模具的最大外径不小于400mm；如图1所示，挤压模具的挤压原理是：铸锭7和挤压垫5被放置于挤压筒6的圆孔内，挤压杆4与挤压垫5接触；挤压筒6的一端与模套8、成型模1、模垫2的组合体的入口端接触；挤压垫5在挤压杆4的推动下向成型模1的方向移动，对挤压筒6中铸锭7的高温金属施加压力使其产生塑性变形，并流入成型模1的模孔11；在成型模1的模孔11的径向约束下，铸锭7的金属通过模孔11后形成为在长度方向上具有稳定横断面的长条形金属制品3，即本发明所指制品3，例如扁棒或带尖角的型材；成型模1上设置有空刀14，模孔11加工完毕后加工空刀14，如图4所示，空刀14是在模孔11的尺寸基础上扩孔，并在模孔11靠近成型模1入口侧形成不同长度的工作带，以调整金属流速；模孔11与空刀14形成成型模1的模孔11；一般的扁棒或实心型材的挤压模具至少包括成型模1、模垫2两部分，成型模1上有贯通性的模孔11，模垫2起对成型模1起支撑作用，以减少成型模1的变形，增强模具系统的刚度，模垫2上设有型孔22，供制品3通过。

本发明所提供的挤压模具加工工艺，通过在成型模1上加工减应孔12，并在减应孔12中装配减应杆13的方式，由于模孔11与减应孔12有相交部分，因此在加工模孔11时，减应杆13的一部分结构会被去除，构成模孔11的一部分，由于减应杆13的硬度小于成型模1的硬度，并且，由于减应杆13的尺寸较小，其产生的不均匀弹性变形小，从而可达到大幅减小尖角位置的应力集中，降低尖角位置开裂失效风险，延长成型模1的使用寿命；同时，通过在模垫2上加工凸面21，利用凸面21对成型模1的模孔11位置进行支撑，可以在挤压过程中，使得成型模1的中部区域优先获得支撑，减小成型模1中部的弹性变形，从而减小模孔11在尖角处的应力集中现象。

在一些实施方式中，步骤S3中：减应孔12上与模孔11相交的圆弧长度≤减应孔12周长的20％。上述设置，可以避免减应孔12上与模孔11相交的圆弧长度过大，而导致模垫2对减应杆13的支撑面积过小，从而导致的成型模1对减应杆13的抱紧力减弱问题，从而降低减应杆13错位或脱落的风险，因此，减应孔12上与模孔11相交的圆弧长度趋小时更佳。

在一些实施方式中，步骤S1中，成型模1的最大外径≤400mm，成型模1的厚度≥70mm，也就是说，该加工工艺优选生产尺寸较大的成型模1，即最大外径≤400mm，厚度≥70mm的大尺寸成型模1。

在一些实施方式中，减应孔12的直径为5-20mm。具体的，减应孔12的直径越大，应力集中越小，但减应孔12的直径太大时会使减应孔12的边部离成型模1的外侧更近，会降低成型模1的整体强度，从而失去提高模具寿命的目的；如果减应孔12的直径太小时，会在减应孔12处形成应力集中，达不到减小应力集中的目的，因此，减应孔12的直径优选为8-12mm。

在一些实施方式中，减应杆13与减应孔12的长度相同，且减应杆13与减应孔12的装配过盈量为0.1-0.3mm，也就是说，减应杆13与减应孔12的径向尺寸相差0.1-0.3mm，满足过盈配合的需要。进一步，减应杆13与减应孔12的长度相同，也就是说，减应杆13的长度与成型模1主体的厚度相同，是为了满足减应杆13抵接于模垫2上，减少减应杆13脱落的风险。

在一些实施方式中，减应孔12与减应杆13的形状均为圆柱形；或者，减应孔12与减应杆13的形状均为圆台形，并且减应孔12与减应杆13直径较大的一端背离模垫2。具体的，成型模1经热处理后在设计的模孔11的尖角位置设置有减应孔12，减应孔12为通孔，呈圆柱形或圆台形。当为圆台形时，入口端大，出口端小，即减应孔12与减应杆13直径较大的一端背离模垫2，如此设置，是为了减少铸锭7挤压过程中，减应杆13在摩擦力的作用下，与减应孔12脱离。

在一些实施方式中，步骤S1中，成型模1为经热处理后的耐热模具钢成型模1，成型模1的硬度为HRC35-58，通过设定较大的成型模1硬度，可以减少成型模1的弹性变形，提高使用寿命，提高制品3的质量。

在一些实施方式中，减应杆13为热作模具钢减应杆13，减应杆13的硬度比成型模1的主体结构硬度小HRC3-10。具体的，减应杆13的强度低会形成“成型模1硬-减应杆13软”的状态，在进行过盈装配及挤压时可降低成型模1上的应力变形，从而达到保护成型模1主体的目的；然而，如果减应杆13的硬度较成型模1主体的硬度低得太多，减应杆13易变形，且降低挤出产品的表面质量，因此，优选地，减应杆13的硬度比成型模1的主体结构硬度小HRC3-10。

在一些实施方式中，如图4所示，步骤S4还包括：

对模垫2的入口端面加工凸面21，对模垫2的中心加工型孔22，型孔22为通孔；控制凸面21的高度T为0.1-1.0mm。具体的，凸面21可以在加工型孔22前或加工型孔22后进行，优选在加工型孔22前进行，即先加工凸面21，再加工型孔22，可以保证型孔22加工精度。

在一些实施方式中，凸面21为弧面，且凸面21的最高点靠近模垫2的型孔22。具体的，型孔22为通孔，模垫2的型孔22横断面形状与成型模1的模孔11的出口横断面形状相似，并大于成型模1的型孔22出口横断面，以保证挤压制品3的通过性；模垫2的第二入口端面23与成型模1的第一出口端面16贴紧，并装配使用。通过在模垫2上设置凸面21，并将凸面21的最高点设置在靠近型孔22的位置，是为了在挤压时，让成型模1的横断面的中部区域优先获得支撑，减小成型模1中部的弹性变形，从而减小模孔11尖角处的应力集中现象。

具体的，正常状态下，模具在压力会产生不均匀性的弹性变形，模孔11外接圆越大，不均匀性变形越大，在尖角位置产生的应力集中也越大。尖角位置位于模孔11上倒角半径较小的边角处，具体的，减应孔12的位置需要根据模孔轮廓A提前设定，一般的，如图5所示，针对尖角的倒角在R1mm以内的，都应该开设减应孔12，针对倒角在R15mm以上的，无需设置减应孔12，也就是说，减应孔12优选设置在容易发生应力集中的区域。

以上对本发明所提供的挤压模具加工工艺进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种挤压模具加工工艺，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1：获取成型模(1)，并在所述成型模(1)的模孔轮廓(A)尖角位置加工减应孔(12)，所述减应孔(12)的延伸方向与所述成型模(1)的成型方向一致；

步骤S2：根据所述减应孔(12)的尺寸加工减应杆(13)，并将所述减应杆(13)过盈配合装入所述减应孔(12)中，所述减应杆(13)的硬度小于所述成型模(1)的硬度；

步骤S3：对所述成型模(1)开设模孔(11)，并加工空刀(14)结构，所述模孔(11)与所述减应孔(12)有相交部分；

步骤S4：获取模垫(2)，并对所述模垫(2)加工凸面(21)和型孔(22)；

步骤S5：将所述成型模(1)放置于所述模垫(2)加工有所述凸面(21)的一侧，并装配所述成型模(1)和所述模垫(2)，获得挤压模具。

2.根据权利要求1所述的挤压模具加工工艺，其特征在于，所述步骤S3中：所述减应孔(12)上与所述模孔(11)相交的圆弧长度≤所述减应孔(12)周长的20％。

3.根据权利要求1所述的挤压模具加工工艺，其特征在于，所述步骤S1中，所述成型模(1)的最大外径≤400mm，所述成型模(1)的厚度≥70mm，所述减应孔(12)的直径为5-20mm。

4.根据权利要求1所述的挤压模具加工工艺，其特征在于，所述减应杆(13)与所述减应孔(12)的长度相同，且所述减应杆(13)与所述减应孔(12)的装配过盈量为0.1-0.3mm。

5.根据权利要求1所述的挤压模具加工工艺，其特征在于，所述减应孔(12)与所述减应杆(13)的形状均为圆柱形。

6.根据权利要求1所述的挤压模具加工工艺，其特征在于，所述减应孔(12)与所述减应杆(13)的形状均为圆台形，并且所述减应孔(12)与所述减应杆(13)直径较大的一端背离所述模垫(2)。

7.根据权利要求1所述的挤压模具加工工艺，其特征在于，所述步骤S1中，所述成型模(1)为经热处理后的耐热模具钢成型模(1)，所述成型模(1)的硬度为HRC35-58。

8.根据权利要求7所述的挤压模具加工工艺，其特征在于，所述减应杆(13)为热作模具钢减应杆(13)，所述减应杆(13)的硬度比所述成型模(1)的主体结构硬度小HRC3-10。

9.根据权利要求1至8任意一项所述的挤压模具加工工艺，其特征在于，所述步骤S4还包括：

对所述模垫(2)的入口端面加工凸面(21)，对所述模垫(2)的中心加工型孔(22)，所述型孔(22)为通孔；控制所述凸面(21)的高度T为0.1-1.0mm。

10.根据权利要求9所述的挤压模具加工工艺，其特征在于，所述凸面(21)为弧面，且所述凸面(21)的最高点靠近所述模垫(2)的型孔(22)。