本發(fā)明屬于板材擠壓模具設(shè)計(jì)方法技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種扁擠壓筒用板材擠壓模具設(shè)計(jì)方法。

背景技術(shù)：

顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料因其高比強(qiáng)度、耐疲勞及耐磨損等優(yōu)良的機(jī)械性能，成為近年來(lái)研究熱點(diǎn)。通常顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料中的增強(qiáng)體具有高強(qiáng)度及高硬度，較之基體材料，金屬基復(fù)合材料的塑性變形能力很差，室溫下的延伸率一般都低于10％，使得二次塑性加工成為阻礙其進(jìn)一步發(fā)展的關(guān)鍵問(wèn)題?，F(xiàn)有的顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備方法有的只適合制備小塊制品，有的在制備大尺寸制品時(shí)制備工藝復(fù)雜成本較高，從而限制了應(yīng)用范圍。而擠壓過(guò)程，坯料三項(xiàng)壓應(yīng)力狀態(tài)下，可以得到比軋制、鍛壓更大的塑性變形。復(fù)合材料有望實(shí)現(xiàn)擠壓比10-20的大變形。同時(shí)也對(duì)擠壓機(jī)提出了更高的要求，扁擠壓筒擠壓是大型寬幅板材成型的主要方式，與圓擠壓筒相比，扁擠壓筒內(nèi)腔與壁板型材因幾何相似性，金屬流動(dòng)更均勻，產(chǎn)品組織性能更好，成品率高。應(yīng)變速率的大小直接影響著擠壓制品力學(xué)性能的好壞，擠壓變形過(guò)程中，保持坯料應(yīng)變速率在軸向?yàn)槌Ａ?，有利于提高顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的擠出性，改善擠壓制品表面質(zhì)量與材料綜合性能。現(xiàn)有的扁筒擠壓用板材擠壓模具設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)出的擠壓模具擠壓出的擠壓制品質(zhì)量差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種扁擠壓筒用板材擠壓模具設(shè)計(jì)方法，能設(shè)計(jì)出等應(yīng)變速率的擠壓模具，其擠壓成型效果好。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種扁筒擠壓用板材擠壓模具設(shè)計(jì)方法，擠壓模具包括模墊，模墊一端面固定安裝有型材模，型材模的另一端面固定安裝有大頭模，大頭模中心開(kāi)設(shè)有截面設(shè)置為橢圓形狀的變形腔，變形腔設(shè)置有入口和出口，變形腔的截面橢圓長(zhǎng)軸b保持不變，變形腔截面橢圓短軸a從入口到出口逐漸減小，大頭模設(shè)置出口的一端面固定安裝在型材模上，設(shè)計(jì)方法包括對(duì)變形腔截面橢圓短軸a變化曲線的計(jì)算方法，具體步驟為：

步驟1：計(jì)算材料在變形腔中移動(dòng)距離dz所需的時(shí)間：設(shè)定在擠壓過(guò)程中，保持?jǐn)D壓速度和應(yīng)變速率恒定，則材料在變形腔中移動(dòng)距離dz所需的時(shí)間為：

其中，v為材料在z處的擠壓速度，z為材料據(jù)變形腔入口的距離；

步驟2，計(jì)算材料在z處的等效應(yīng)變速率：變形腔在z處的橫截面積為a＝πab，其中，a為橫截面橢圓的短軸，b為橫截面橢圓的長(zhǎng)軸，則材料在z處的等效應(yīng)變速率為：

步驟3，計(jì)算材料在z處的應(yīng)變速率：由(1)和(2)式得出，材料在移動(dòng)距離dz經(jīng)歷的等效應(yīng)變速率為：

記v0和a0分別是材料在入口處的速度和變形腔入口截面橢圓的短軸長(zhǎng)度，則材料在z處的應(yīng)變速率為：

步驟4，計(jì)算材料在變形腔入口處的應(yīng)變速率：由于應(yīng)變速率恒定，則材料在變形腔入口處的應(yīng)變速率為：

步驟5，由公式(5)推導(dǎo)出變形腔截面橢圓短軸a變化曲線為：(6)；

其中，變形腔入口處的擠壓速度式中λ為擠壓比，λ＝a0/af，af為變形腔出口截面橢圓的短軸長(zhǎng)度，將v0帶入公式(6)得到變形腔截面橢圓短軸a的變化曲線為：

其中，l為大頭模的長(zhǎng)度，即變形腔入口到出口的距離。

步驟5中的擠壓比λ＝4～10。

變形腔截面橢圓的長(zhǎng)軸b大于所擠板材寬度的103％。

2a0比所配套扁擠壓筒內(nèi)孔寬度小5mm-40mm，2af比所擠板材厚度大2mm-40mm。

2b比所配套扁擠壓筒內(nèi)孔長(zhǎng)度小5mm-20mm。

大頭模的長(zhǎng)度l為60mm～300mm。

步驟1的擠壓速度為0.2mm/s～2mm/s。

步驟1的應(yīng)變速率為0.005～5s^-1。

本發(fā)明的有益效果是，本發(fā)明的一種扁筒擠壓用板材擠壓模具設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)出的擠壓模具為等應(yīng)變速率擠壓模具，其和扁擠壓筒結(jié)合，擠壓過(guò)程中擠壓速率恒定且坯料流動(dòng)更加均勻，有利于提高擠壓成品成型質(zhì)量。且本發(fā)明的等應(yīng)變速率擠壓模具能明顯減小擠壓死區(qū)，即擠壓過(guò)程中位于擠壓筒與擠壓模交界處金屬不發(fā)生塑性變形的區(qū)域減小，降低擠壓死區(qū)在擠壓成型過(guò)程中產(chǎn)生的負(fù)面影響。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明一種扁筒擠壓用板材擠壓模具設(shè)計(jì)方法的擠壓模具的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明一種扁筒擠壓用板材擠壓模具設(shè)計(jì)方法的擠壓模具的大頭模的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明一種扁筒擠壓用板材擠壓模具設(shè)計(jì)方法的擠壓模具的大頭模的主視圖；

圖4是本發(fā)明一種扁筒擠壓用板材擠壓模具設(shè)計(jì)方法的擠壓模具的大頭模的俯視圖；

圖5是本發(fā)明一種扁筒擠壓用板材擠壓模具設(shè)計(jì)方法的計(jì)算模型圖；

圖6是本發(fā)明一種扁筒擠壓用板材擠壓模具設(shè)計(jì)方法的擠壓模具與扁擠壓筒的安裝主視圖；

圖7是本發(fā)明一種扁筒擠壓用板材擠壓模具設(shè)計(jì)方法的擠壓模具與扁擠壓筒的安裝俯視圖；

圖8是本發(fā)明一種扁筒擠壓用板材擠壓模具設(shè)計(jì)方法的擠壓模具的使用狀態(tài)圖；

圖9是現(xiàn)有傳統(tǒng)模具的使用狀態(tài)圖；

圖10是本發(fā)明本發(fā)明一種扁筒擠壓用板材擠壓模具設(shè)計(jì)方法的擠壓模具的實(shí)施例圖。

圖中，1.大頭模，2.型材模，3.模墊，4.擠壓筒，5.死區(qū)，6.現(xiàn)有模具；

1-1.變形腔，1-2.入口，1-3.出口；

2-1.第二內(nèi)腔，3-1.第三內(nèi)腔。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

本發(fā)明的一種扁筒擠壓用板材擠壓模具設(shè)計(jì)方法，其中，如圖1所示，擠壓模具包括模墊3，模墊3一端面固定安裝有型材模2，型材模2的另一端面固定安裝有大頭模1，如圖2-4大頭模1中心開(kāi)設(shè)有截面設(shè)置為橢圓形狀的變形腔1-1，變形腔1-1設(shè)置有入口1-2和出口1-3，變形腔1-1的截面橢圓長(zhǎng)軸b保持不變，變形腔1-1截面橢圓短軸a從入口1-2到出口1-3逐漸減小，大頭模1設(shè)置出口1-3的一端面固定安裝在型材模2上，設(shè)計(jì)方法包括對(duì)變形腔1-1截面橢圓短軸a變化曲線的計(jì)算方法，具體步驟為：

步驟1：計(jì)算材料在變形腔1-1中移動(dòng)距離dz所需的時(shí)間：設(shè)定在擠壓過(guò)程中，保持?jǐn)D壓速度和應(yīng)變速率恒定，如圖5所示，則材料在變形腔1-1中移動(dòng)距離dz所需的時(shí)間為：

其中，v為材料在z處的擠壓速度，z為材料據(jù)變形腔入口的距離；

步驟2，計(jì)算材料在z處的等效應(yīng)變速率：變形腔1-1在z處的橫截面積為a＝πab，其中，a為橫截面橢圓的短軸，b為橫截面橢圓的長(zhǎng)軸，則材料在z處的等效應(yīng)變速率為：

步驟3，計(jì)算材料在z處的應(yīng)變速率：由(1)和(2)式得出，材料在移動(dòng)距離dz經(jīng)歷的等效應(yīng)變速率為：

記v0和a0分別是材料在入口處的速度和變形腔入口截面橢圓的短軸長(zhǎng)度，則材料在z處的應(yīng)變速率為：

步驟4，計(jì)算材料在變形腔入口處的應(yīng)變速率：由于應(yīng)變速率恒定，則材料在變形腔入口處的應(yīng)變速率為：

步驟5，由公式(5)推導(dǎo)出變形腔1-1截面橢圓短軸a變化曲線為：

其中，變形腔入口處的擠壓速度式中λ為擠壓比，λ＝a0/af，af為變形腔出口截面橢圓的短軸長(zhǎng)度，將v0帶入公式(6)得到變形腔截面橢圓短軸a的變化曲線為：

其中，l為大頭模的長(zhǎng)度，即變形腔入口到出口的距離。

步驟5中的擠壓比λ＝4～10。

變形腔(1-1)截面橢圓的長(zhǎng)軸b大于所擠板材寬度的103％。

如圖6所示，2a0比所配套扁擠壓筒內(nèi)孔寬度a小5mm-40mm，2af比所擠板材厚度大2mm-40mm。

如圖7所示，2b比所配套扁擠壓筒內(nèi)孔長(zhǎng)度b小5mm-20mm。大頭模的長(zhǎng)度l為60mm～300mm。

步驟1的擠壓速度為0.2mm/s～2mm/s。

步驟1的應(yīng)變速率為0.005～5s^-1。

本發(fā)明的型材模和模墊上中心分別開(kāi)設(shè)有第二內(nèi)腔2-1和第三內(nèi)腔3-1，第二內(nèi)腔2-1、第三內(nèi)腔3-1和變形腔1-1相互連通且中心軸線重合。本發(fā)明的第二內(nèi)腔2-1和第三內(nèi)腔3-1的截面形狀為矩形，與所需要的板材截面一致。

本發(fā)明的擠壓速度及應(yīng)變速率根據(jù)材料選擇。

如圖8-9所示，現(xiàn)有模具6結(jié)合扁擠壓筒4與本發(fā)明設(shè)計(jì)的擠壓模具1和扁擠壓筒4一起使用的對(duì)比，本發(fā)明設(shè)計(jì)的擠壓模具1和扁擠壓筒4一起使用時(shí)能明顯減小擠壓死區(qū)5，即擠壓過(guò)程中位于擠壓筒與擠壓模交界處金屬不發(fā)生塑性變形的區(qū)域減小了，降低擠壓死區(qū)在擠壓成型過(guò)程中產(chǎn)生的負(fù)面影響。

實(shí)施例

現(xiàn)擠壓b4c/al復(fù)合材料。

以5mn擠壓機(jī)為例，采用正向擠壓方式，如圖10所示，扁擠壓筒內(nèi)孔截面為橢圓形，內(nèi)孔長(zhǎng)度b和筒內(nèi)孔寬度a分別為120mm、50mm，等應(yīng)變速率擠壓模具變形腔1的入口截面為橢圓形，其2b＝100mm，2a0＝36mm，等應(yīng)變速率擠壓模具變形腔1的出口截面為橢圓形，其2b＝100mm，2af＝6mm，則，λ＝a0/af＝6，其中大頭模的長(zhǎng)度l為62.5mm，則擠壓b4c/al復(fù)合材料，在應(yīng)變速率為4×10s^-2，擠壓速度v＝0.5mm/s，擠壓溫度為400℃，該擠壓模具能夠保證等應(yīng)變速率擠壓。