博士學(xué)位論文 鋁熱擠壓模具熱力耦合數(shù)值分析 與結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究 作者姓名： 倪正順 學(xué)科專業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)及理論 學(xué)院 （系、 所） ： 機(jī)電工程學(xué)院 指導(dǎo)教師： 鐘 掘 教授、 院士 中 南 大 學(xué) 2006 年 12 月 要 擠壓鋁型材具有重量輕、強(qiáng)度高、造型美等特點(diǎn)，在航空航天、交通運(yùn)輸、建筑裝潢等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。 熱擠壓模具是實(shí)現(xiàn)鋁型材熱擠壓工藝最重要的部件，不僅決定型材的幾何形狀、尺寸精度和表面狀態(tài)，而且還影響擠壓力及型材的組織性能。熱擠壓模具工作時(shí)承受長(zhǎng)時(shí)間的高溫、高壓、高摩擦及局部應(yīng)力集中等的作用，其體內(nèi)應(yīng)力分布不均勻，極易發(fā)生模橋開(kāi)裂、舌芯偏移或斷裂、局部變形等形式的失效，因此熱擠壓模具的使用壽命一般都很低，成為進(jìn)一步提高鋁型材質(zhì)量和生產(chǎn)效率的障礙。我國(guó)是鋁型材生產(chǎn)大國(guó)，年耗模量超過(guò) 30 萬(wàn)套，由于模具壽命低帶來(lái)的直接或間接的經(jīng)濟(jì)損失巨大。 理論研究和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明：模具的失效與模具工作時(shí)的溫度及其分布、鋁合金與模具表面之間的摩擦、模具結(jié)構(gòu)等因素密切相關(guān)，而傳統(tǒng)的鋁型材熱擠壓模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和強(qiáng)度校核，對(duì)于熱擠壓過(guò)程中模具溫度、模具局部結(jié)構(gòu)尺寸及坯料與模具之間的摩擦等因素對(duì)模具體內(nèi)應(yīng)力分布 狀態(tài)及應(yīng)力集中程度的影響的分析， 還留有諸多問(wèn)題有待進(jìn)一步解決， 目前模具使用壽命仍然偏低。 隨著傳熱學(xué)、彈塑性、熱彈塑性、優(yōu)化設(shè)計(jì)等理論和計(jì)算機(jī)數(shù)值分析技術(shù)的發(fā)展，通過(guò)建立熱擠壓模具在實(shí)際物理工況下的熱力耦合模型， 并采用數(shù)值計(jì)算方法對(duì)模具的應(yīng)力應(yīng)變場(chǎng)進(jìn)行精確的分析計(jì)算，可以更為細(xì)微地了解模具體內(nèi)應(yīng)力、應(yīng)變的實(shí)際分布狀況，為模具強(qiáng)度計(jì)算和分析提供真實(shí)可靠的數(shù)據(jù)，從而發(fā)展模具強(qiáng)度分析方法，充實(shí)模具結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的依據(jù)，改善模具體內(nèi)應(yīng)力應(yīng)變分布狀態(tài)，降低最大等效應(yīng)力值，達(dá)到大幅度提高模具的承載能力和使用壽命的目的。 本文以典型熱擠壓模具為研究對(duì)象，以提高模具使用壽命為研究目的，以熱擠壓模具溫度場(chǎng)、熱應(yīng)力場(chǎng)、熱力耦合應(yīng)力場(chǎng)和結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)為主要研究?jī)?nèi)容，以湖南省自然科學(xué)基金項(xiàng)目 “熱擠壓模具強(qiáng)度分析與優(yōu)化設(shè)計(jì)研究 ” 等 5 個(gè)科研項(xiàng)目為研究支撐，采用理論分析和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法，對(duì)熱擠壓模具進(jìn)行了熱力耦合數(shù)值分析和結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)，取得的研究成果如下： 1. 基于傳熱學(xué)、彈塑性和熱彈塑性等理 論，建立了熱擠壓模具的溫度場(chǎng)數(shù)學(xué)模型和熱應(yīng)力場(chǎng)數(shù)學(xué)模型，根據(jù)實(shí)際物理工況確定了模具工作時(shí)的邊界條件，利用有限元法計(jì)算了模具的溫度場(chǎng)和熱應(yīng)力場(chǎng)， 為研究模具在不同溫度條件下的應(yīng)力狀態(tài)奠定了基礎(chǔ)。 2. 對(duì)熱擠壓模具的三維實(shí)體造型技術(shù)進(jìn)行了研究。以 開(kāi)發(fā)平臺(tái)，以 件的 數(shù)化設(shè)計(jì)語(yǔ)言為開(kāi)發(fā)工具，開(kāi)發(fā)了平面分流組合模三維參數(shù)化實(shí)體造型系統(tǒng)。 3. 對(duì)方管鋁型材熱擠壓模具進(jìn)行了全面 的強(qiáng)度分析，獲得了模具內(nèi)部各點(diǎn) 效應(yīng)變等力能參數(shù)及其分布規(guī)律。并查明：在模橋與模芯結(jié)合處應(yīng)力集中現(xiàn)象突出，疲勞裂紋從此處產(chǎn)生，這與實(shí)際失效現(xiàn)象完全吻合。研究了熱擠壓模具主要結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)模具體內(nèi)最大等效應(yīng)力的影響， 獲得了最大等效應(yīng)力隨模具結(jié)構(gòu)參數(shù)值變化的規(guī)律曲線。 4. 建立了含溫度載荷、坯料與模具表面 之間的摩擦載荷、擠壓力載荷耦合作用下的模具強(qiáng)度分析、 結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)和模具幾何造型于一體的模具優(yōu)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)，運(yùn)用此系統(tǒng)對(duì)方管鋁型材熱擠壓平面分流組合模的上模厚度、分流孔半徑、模橋錐角等結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。優(yōu)化后的模具結(jié)構(gòu)與原結(jié)構(gòu)相比，最大等效應(yīng)力下降了 ，同時(shí)應(yīng)力分布均勻性也得以改善，從而提高了模具工作時(shí)的承載能力和使用壽命。 5. 利用本文所開(kāi)發(fā)的鋁型材熱擠壓模具 優(yōu)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)對(duì)雙孔鋁型材和多邊形鋁型材熱擠壓平面分流組合模的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。 優(yōu)化后的模具結(jié)構(gòu)與原結(jié)構(gòu)相比，最大等效應(yīng)力下降了 ，最大等效應(yīng)變下降了 。研究結(jié)果應(yīng)用于南方某鋁型材加工廠，獲得了與計(jì)算一致的效果。 本文的研究成果將實(shí)現(xiàn)模具在實(shí)際物理工況下的精確強(qiáng)度分析和模具結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)，有助于鋁型材熱擠壓模具的設(shè)計(jì)擺脫傳統(tǒng)的 “試錯(cuò) ”模式，為實(shí)現(xiàn)鋁型材熱擠壓模具的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) /分析 /優(yōu)化一體化奠定了基礎(chǔ)。 關(guān)鍵詞 熱擠壓模具，溫度場(chǎng)，應(yīng)力場(chǎng)，熱力耦合，數(shù)值分析，優(yōu)化設(shè)計(jì) in of of as as as is in of of of as as in of to of as of an to of of 00 of or by of Its of is to of as as of to be of as of of on in of in of in of a of be be of in of in of is of of is of be of be in of of to a In as of as as 5 on of ( as is to a on in as 1. on in of of up is to of of 2. is on 3D) as a as a 3D is 3. of is in as as be a at at is on of of on of is 4. of of in of of of is to of as of of of of is , at of of is to a 5. in is to of of of is to an in is in in be to do of is to of of of of of 錄 摘 要 . I .一章 緒論 . 1 鋁型材擠壓概述 . 鋁型材加工現(xiàn)狀 . 1 合金型材分類 . 1 材擠壓模具分類 . 3 面分流組合模熱擠壓過(guò)程 . 3 擠壓模具在擠壓過(guò)程中的關(guān)鍵作用 .影響熱擠壓模具壽命的主要因素 . 模具結(jié)構(gòu) . 6 具材料 . 9 具的熱處理及表面處理工藝 . 11 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 . 鋁型材擠壓數(shù)值模擬研究 . 擠壓模具失效及壽命研究 . 擠壓模具 究 .研究意義和主要研究?jī)?nèi)容 .研究思路 .二章 熱擠壓模具溫度場(chǎng)的數(shù)值模擬研究 .熱擠壓模具三維參數(shù)化實(shí)體造型技術(shù)研究及其實(shí)現(xiàn) . 熱擠壓模具三維參數(shù)化實(shí)體造型技術(shù)研究 . 熱擠壓模具三維參數(shù)化幾何模型的建立 .熱擠壓模具溫度場(chǎng)的數(shù)學(xué)模型 . 熱擠壓過(guò)程中換熱的基本方式 . 熱擠壓模具非穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng)微分方程 . 單值性條件的確定 . 坯料與模具接觸邊界摩擦模型 .溫度場(chǎng)求解 . 溫度場(chǎng)有限元方程 .度場(chǎng)求解 .本章小結(jié) .三章 熱擠壓模具熱應(yīng)力場(chǎng)的數(shù)值模擬研究 .概述 .熱擠壓模具材料的彈塑性本構(gòu)關(guān)系 . 彈性本構(gòu)關(guān)系 . 彈塑性應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系 .熱彈塑性應(yīng)力.熱擠壓模具熱應(yīng)力場(chǎng)的數(shù)學(xué)模型 .熱擠壓模具熱應(yīng)力場(chǎng)的有限元數(shù)值模擬 . 有限元模型的建立 . 節(jié)點(diǎn)溫度載荷的形成 . 有限元數(shù)值模擬 .熱應(yīng)力場(chǎng)數(shù)值模擬結(jié)果分析 .本章小結(jié) .四章 熱擠壓模具熱力耦合應(yīng)力場(chǎng)數(shù)值模擬研究 .概述 .解析法分析模具強(qiáng)度 .熱擠壓過(guò)程中擠壓力的計(jì)算 . 擠壓力計(jì)算公式 . 擠壓力實(shí)際計(jì)算實(shí)例 .熱力耦合應(yīng)力場(chǎng)模擬研究 . 有限單元法分析過(guò)程 . 三維 10 節(jié)點(diǎn)四面體等參單元 . 單元?jiǎng)偠染仃囉?jì)算 . 等效節(jié)點(diǎn)載荷 . 熱力耦合研究 .熱力耦合應(yīng)力場(chǎng)數(shù)值模擬的實(shí)現(xiàn) . 建立有限元模型 . 施加載荷和約束 . 有限元模擬應(yīng)力場(chǎng) . 模擬結(jié)果分析 .熱擠壓模具主要結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)最大等效應(yīng)力的影響 .本章小結(jié) .五章 熱擠壓模具結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究 .概述 .鋁型材熱擠壓模具優(yōu)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)研究 .鋁型材熱擠壓模具優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型 . 設(shè)計(jì)變量與設(shè)計(jì)空間 . 約束條件及可行區(qū)與非可行區(qū) . 目標(biāo)函數(shù) . 優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型 .模具優(yōu)化設(shè)計(jì)理論及方法研究 . 熱擠壓模具結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn) . 優(yōu)化結(jié)果分析 . 鋁型材熱擠壓模具優(yōu)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)的應(yīng)用 . 100 孔鋁型材熱擠壓模具的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì) . 多邊形鋁型材熱擠壓模具的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì) . 本章小結(jié) . 107 第六章 結(jié)論與展望 .結(jié)論 . 109 展望 . 110 參考文獻(xiàn) . 謝 .讀博士學(xué)位期間的主要研究成果 .士學(xué)位論文 第一章 緒論 1第一章 緒論 鋁型材擠壓概述 型材加工現(xiàn)狀 鋁型材具有重量輕、比強(qiáng)度高、耐腐蝕、造型美觀、截面形狀多樣等特點(diǎn)，在航空航天、汽車、船舶、交通運(yùn)輸、橋梁、輸電以及建筑裝潢等國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。而且產(chǎn)品向著多樣化和復(fù)雜化的方向發(fā)展，對(duì)產(chǎn)品加工精度要求越來(lái)越高，產(chǎn)品更新越來(lái)越快。 擠壓工藝是于 200 年前隨著第一臺(tái)簡(jiǎn)單鉛擠壓機(jī)的發(fā)明而發(fā)展起來(lái)的1。中國(guó)的鋁型材擠壓工業(yè)始于 1956 年的東北輕合金加工廠建成投產(chǎn)2，經(jīng)歷了19521979 年的奠基發(fā)展階段、 19801991 年的調(diào)整發(fā)展階段和 1992 年至今的高速發(fā)展階段3。截止 1998 年底，中國(guó)有鋁型材擠壓企業(yè) 1142 家，擁有擠壓機(jī) 2800 余臺(tái)，擠壓力范圍為 3125為世界上擠壓廠數(shù)量和擠壓機(jī)臺(tái)數(shù)最多的國(guó)家4。經(jīng)過(guò)近幾年的結(jié)構(gòu)調(diào)整與市場(chǎng)調(diào)節(jié)作用，中國(guó)鋁擠壓工業(yè)已發(fā)生了明顯的結(jié)構(gòu)性變化，擠壓廠數(shù)從 1142 家減少到目前的 650 家左右，擁有 2500 臺(tái)擠壓機(jī)、 600 余條表面處理生產(chǎn)線，可以生產(chǎn) 20 000 多種規(guī)格、 300 多種顏色的型材， 年耗模量超過(guò) 30 萬(wàn)套5。 1991 年到 2002 年， 鋁型材產(chǎn)量連續(xù) 11 年以 的速度增長(zhǎng)， 2002 年達(dá)到 176 萬(wàn) t，已超過(guò)美國(guó)（ 154 萬(wàn) t）而居世界產(chǎn)量的第一位。進(jìn)入 21 世紀(jì)后，中國(guó)鋁型材出口量連年大幅攀升，中國(guó)鋁型材工業(yè)正以雄厚的實(shí)力、堅(jiān)實(shí)的步伐，穩(wěn)步健康地走出國(guó)門，走向世界。 在鋁型材產(chǎn)品方面，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前世界上型材已達(dá) 5 萬(wàn)多種，除各種復(fù)雜實(shí)心、半實(shí)心型材外，還生產(chǎn)出各種異型空心型材，如變斷面管、螺旋管、翅片管等。型材最大寬度可達(dá) 2500 大斷面積可達(dá) 1500 大長(zhǎng)度可達(dá) 2530m，最重可達(dá) 2t 左右。超薄、超高精度、高表面質(zhì)量的型材，最薄壁厚僅為 精公差可達(dá) 面粗糙度達(dá) 壁異型材的寬厚比可達(dá) 150300 以上，帶孔空心異型 材的孔數(shù)可達(dá)數(shù)十個(gè)之多。隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，目前世界上鋁型材產(chǎn)量的一半以上是軟鋁合金型材，主要用于建筑門窗、玻璃幕墻骨架構(gòu)件、裝潢飾件等民用產(chǎn)業(yè)，而軍用硬鋁合金擠壓型材所占比例已下降到 15%以下4 合金型材分類6目前，鋁合金擠壓型材的品種規(guī)格大約有 5 萬(wàn)種以上，可以根據(jù)以下 3 個(gè)基本特征進(jìn)行分類： 1. 擠壓型材的使用性質(zhì)； 博士學(xué)位論文 第一章 緒論 22. 擠壓型材橫截面的形狀和尺寸； 3. 擠壓型材縱截面的形狀。 根據(jù)第一個(gè)特征，鋁合金型材分為通用型材和專用型材。 根據(jù)第二個(gè)特征，通用型材一般可分為 4 組：直角型材、斜角型材、帶圓角和圓弧的型材、回頭型材。 考慮到第二個(gè)和第三個(gè)特征， 專用型材可分為 4 組： 空心型材、 變斷面型材、壁板型材和建筑型材。空心型材可分為 4 小組：具有一個(gè)圓形孔的；具有一個(gè)方形孔或矩形孔的；具有一個(gè)異形孔的；具有兩個(gè)或多個(gè)異形孔的空心型材。 民用建筑型材在鋁型材中所占比重最大， 應(yīng)用最為廣泛， 絕大多數(shù)用 6063有壁薄、形狀復(fù)雜、精度高、表面質(zhì)量要求嚴(yán)等特點(diǎn)，故宜單獨(dú)分為一類，按其形狀可分為空心型材和實(shí)心型材。 此外，按型材的合金狀態(tài)與力學(xué)性能不同，還可分為一般強(qiáng)度型材和高強(qiáng)度型材。 壓種類及基本方法71. 擠壓種類 1) 按毛坯的溫度不同分類 冷擠壓：在室溫中對(duì)毛坯進(jìn)行擠壓。 溫?cái)D壓：將毛坯加熱到金屬再結(jié)晶溫度以下某個(gè) 適當(dāng)?shù)臏囟确秶鷥?nèi)進(jìn)行擠壓。 熱擠壓： 將毛坯加熱至金屬再結(jié)晶溫度以上的某個(gè)溫度范圍內(nèi)進(jìn)行擠壓。 2) 按毛坯材料種類不同分類 有色金屬擠壓：被擠毛坯材料為有色金屬及其合金。 黑色金屬擠壓：被擠毛坯材料為黑色金屬及其合金。 2. 擠壓的基本方法 根據(jù)擠壓時(shí)金屬流動(dòng)方向與凸模運(yùn)動(dòng)方向之間的關(guān)系， 將常見(jiàn)的擠壓方法分為如下幾種： 1) 正擠壓：擠壓時(shí)，金屬的流動(dòng)方向與凸模的運(yùn)動(dòng)方向相一致。正擠壓又分為實(shí)心件正擠壓和空心件正擠壓。 2) 反擠壓：擠壓時(shí)，金屬的流動(dòng)方向與凸模的運(yùn)動(dòng)方向相反。 3) 復(fù)合擠壓：擠壓時(shí)，毛坯一部分金屬的流動(dòng)方向與凸模的運(yùn)動(dòng)方向相同，而另一部分金屬的流動(dòng)方向則與凸模的運(yùn)動(dòng)方向相反。 4) 減徑擠壓：是一種變形程度比較小的變態(tài)正擠壓法，毛坯斷面僅有輕度縮減。 以上是擠壓工藝中應(yīng)用最廣的幾種方法，它們的共同特點(diǎn)是：金屬流動(dòng)方向博士學(xué)位論文 第一章 緒論 3都與凸模軸線平行，因此又統(tǒng)稱為軸向擠壓法。 5) 徑向擠壓：擠壓時(shí)，金屬的流動(dòng)方向與凸模的運(yùn)動(dòng)方向相垂直。徑向擠壓法又分為離心式和內(nèi)心式徑向擠壓兩種。 6) 鐓擠復(fù)合法：是將局部鍛粗和擠壓結(jié)合在一起的加工方法。 材擠壓模具分類 鋁型材擠壓模具的種類很多，一般按如下形式分類6,8： 1. 按?？讐嚎s區(qū)斷面形狀可分為：平模 、錐形模、平錐模、流線形模和雙錐模等。 2. 按被擠壓的產(chǎn)品品種可分為棒材模、 普通實(shí)心型材模、壁板模、變斷面型材模和管材模、普通管材模、空心型材模等。 3. 按模孔數(shù)目可分為單孔模和多孔模。 4. 按擠壓方法和工藝特點(diǎn)可分為熱擠壓 模、冷擠壓模、靜液擠壓模、反擠壓模、連續(xù)擠壓摸、水冷模、寬展模、臥式擠壓機(jī)用模和立式擠壓機(jī)用模等。 5. 按模具結(jié)構(gòu)可分為整體模、分瓣模、 可卸模、活動(dòng)模、舌型組合模、平面分流組合模、嵌合模、插架模、前置模、保護(hù)模等。 6. 按模具外形結(jié)構(gòu)可分為帶倒錐體的錐 形模、帶凸臺(tái)的圓柱形模、帶正錐體的錐形模、帶倒錐體的錐形 倒錐的圓柱 強(qiáng)式模具等。 上述各類分類方法是相對(duì)的， 往往是一種模具同時(shí)具有上述各類分類方法中的幾種特征。 面分流組合模熱擠壓過(guò)程 對(duì)于空心鋁型材的熱擠壓，要使用結(jié)構(gòu)復(fù)雜的模具，如平面分流組合模、橋?；蛐切文?。圖 1一空心鋁型材平面分流組合模熱擠壓過(guò)程示意圖。鋁坯錠在工頻爐中加熱至指定預(yù)熱溫度后，通過(guò)剪切 機(jī)將長(zhǎng)坯料剪切成指定長(zhǎng)度的鋁錠，再通過(guò)送料機(jī)械手送入擠壓筒中。實(shí)心鋁錠在擠壓機(jī)擠壓力的作用下，在經(jīng)過(guò)分流孔時(shí)被劈成幾股金屬流，匯集于焊合室（模腔） ，在高溫、高壓、高真空的模腔內(nèi)又重新被焊合，然后通過(guò)模芯與模子所形成的間隙流出，而形成符合一定尺寸要求的管材或空心型材。 博士學(xué)位論文 第一章 緒論 4擠壓墊送料機(jī)械手?jǐn)D壓筒擠壓桿擠壓制品上模 下模坯錠剪切機(jī)工頻爐第三段第四段第一段第二段側(cè)缸主缸側(cè)缸紅外測(cè)溫儀送料機(jī)械手坯料圖 1空心型材平面分流組合模熱擠壓過(guò)程示意圖 平面分流組合模的主要優(yōu)點(diǎn)是： 1. 可以擠壓內(nèi)腔十分復(fù)雜的雙孔或多孔 空心型材或管材，也可以同時(shí)生產(chǎn)多根空心制品，生產(chǎn)效率高。 2. 可以擠壓用平面模很難生產(chǎn)的懸臂梁很大的半空心型材。 3. 可拆換，易加工，成本較低。 4. 易于分離殘料，操作簡(jiǎn)單，輔助時(shí)間 短，可在普通的型棒擠壓機(jī)上用普通的工具完成擠壓過(guò)程，同時(shí)殘料短，成品率高。 5. 可實(shí)現(xiàn)連續(xù)擠壓，根據(jù)需要截取任意長(zhǎng)度的制品。 6. 可以改變分流孔的數(shù)目、大小和形狀 ，使斷面形狀比較復(fù)雜、壁厚差較大，難以用工作帶、阻礙角和促流角等調(diào)節(jié)流速的空心型材很好成形。 7. 可以用帶錐度的分流孔，實(shí)現(xiàn)在小擠 壓機(jī)上擠壓外形較大的空心制品，而且能保證有足夠的變形量。 但是，平面分流組合模也有一定的缺點(diǎn)： 1. 焊縫較多，可能會(huì)影響制品的組織和力學(xué)性能。 2. 要求模子的加工精度較高，特別是對(duì) 于多孔空心型材，上下模要求嚴(yán)格對(duì)中。 3. 與平面模和橋式舌型模相比，變形阻 力較大，所以擠壓力一般比平面模高 30%40%，比橋式舌型模高 15%20%。因此，目前只限于生產(chǎn)一些純鋁，鋁錳系、 鋁 硅系等軟鋁合金。 為了用平面分流組合模擠壓強(qiáng)度較高的鋁合金，可在陽(yáng)模上加一個(gè)保護(hù)模，以提高模橋的承壓能力。 4. 殘料分離不干凈，有時(shí)會(huì)影響產(chǎn)品質(zhì)量，而且不便于修模。 由以上的介紹中可以看出，平面分流組合模的優(yōu)點(diǎn)很突出，是一種很有發(fā)展博士學(xué)位論文 第一章 緒論 5前途的模具。 擠壓模具在擠壓過(guò)程中的關(guān)鍵作用 擠壓模具是使鑄錠完成最終的塑性變形并獲得所需形狀的工具， 其作用主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： 1. 合理的模具結(jié)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)任何一種擠壓工藝過(guò)程的基礎(chǔ)。 在擠壓過(guò)程中，擠壓筒中的鑄錠在擠壓軸輸出的壓力作用下，因承受強(qiáng)烈的三向壓應(yīng)力而產(chǎn)生變形，模具是使金屬產(chǎn)生擠壓變形和傳遞擠壓力的關(guān)鍵部件，是使金屬最后完成塑性變形獲得所需形狀的工具。在目前的條件下，還不能想象無(wú)擠壓筒、無(wú)模具的擠壓工藝。 2. 擠壓模具是保證產(chǎn)品形狀、尺寸和精度的基本工具。 只有結(jié)構(gòu)合理、精度和硬度合格的擠壓模具，才能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的成形并具有精確的內(nèi)外廓形狀和斷面尺寸。同時(shí)，合理的模具和工具（包括模墊、支承環(huán)和導(dǎo)路等）設(shè)計(jì)能保證產(chǎn)品僅有最小的翹曲和扭曲、最小的縱向彎曲和橫向波浪度。 3. 模具是保證產(chǎn)品內(nèi)外表面質(zhì)量最重要的因素之一。 擠壓模具本身的表面粗糙度、 表面硬度對(duì)產(chǎn)品的內(nèi)外表面粗糙度有著決定性的影響，只有通過(guò)精磨拋光和氮化處理或表面硬化處理的模具，才能擠壓出具有光亮表面的擠壓制品，經(jīng)過(guò)表面處理后可獲得色調(diào)美觀、厚度均勻、附著牢固的表面氮化膜。 4. 合理的模具結(jié)構(gòu)、形狀和尺寸，在一 定程度上可控制產(chǎn)品的內(nèi)部組織和力學(xué)性能，特別是在控制空心制品的焊縫組織與力學(xué)性能方面，分流孔的大小和形狀及其分布位置、焊合腔的形狀和尺寸、模芯的結(jié)構(gòu)等起著決定性的作用。 5. 合理的模具設(shè)計(jì)與制造能大大提高模 具的使用壽命，這對(duì)于降低產(chǎn)品成本有著十分重要的意義。 因此，合理地設(shè)計(jì)與制造模具，對(duì)于提高生產(chǎn)效率、提高產(chǎn)品的質(zhì)量、減少能耗等有著重大的意義。 影響熱擠壓模具壽命的主要因素 鋁型材制品質(zhì)量的高低，關(guān)鍵取決于擠壓模具的設(shè)計(jì)質(zhì)量。而模具的使用壽命則是評(píng)價(jià)擠壓生產(chǎn)過(guò)程是否經(jīng)濟(jì)可行的決定性因素，也是實(shí)現(xiàn)擠壓生產(chǎn)高效、優(yōu)質(zhì)、低耗的最重要保證。 綜合企業(yè)界多年的生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，借鑒大量的同行業(yè)資料，可將影響熱擠壓模具使用壽命的主要因素歸列為9模具結(jié)構(gòu)；模具材料；模具的熱處理及表面處理工藝；模具的制造工藝（冷加工、熱加工與電加工） ；擠壓工博士學(xué)位論文 第一章 緒論 6藝與使用條件；模具的維護(hù)與修理；擠壓產(chǎn)品材料特性、形狀、規(guī)格；模具的科學(xué)化管理等。 以上影響熱擠壓模具使用壽命的各種因素，既互相影響，又互相制約，構(gòu)成了一個(gè)有機(jī)整體。