不锈钢异形管挤压模按其结构可以分为横截面不变的异形模、横截面变化的异形模、横截面周期性变化的异形模、中空型材(圆形或异形的)异形模。从对于不锈钢异形管模设计的要求而言,除了得到具有一定断面形状的型材之外,还应保证型材具有最小的弯曲度和扭曲公差。
设计异形模时,必须确定以下几点:1. 同时挤压型材的数量及其在挤压模有效断面上的排列,型材应该位于一个考虑了配合公差的圆周范围内,此范围应保证型材从模中能顺利的挤出;2. 为了使金属沿着所有模孔断面能均匀流出,所考虑的制动系统的特点;3. 单位挤压力的估计值和按型材形状决定的挤压模部件弯曲的可能性;4. 挤压型材的热收缩。
其次是采用专门的异形垫片(垫圈),这种异形垫片保证了型材和挤压模个别部件的稳定性。在大单位压力下,模子个别部件可能被压坏或折弯。此时,模子后面放置支承垫圈,支承垫圈的形状与挤压模出口的外形轮廓相似。同时,要考虑是否在模子后面安装专用的异形导向装置。导向装置呈管状,管子的形状同型材的形状,并放有余量。导向装置可沿管子的纵向轴线分离。这种管状导向装置用来防止复杂型材由模中挤出时发生的扭曲和弯曲。
挤压型材时,必须考虑沿挤压筒断面金属流出速度的不均匀性。因此,在挤压模上布置型材的断面时(图7-32),必须把型材宽的部分布置在接近模子边缘的地方,而窄的部分布置在模子的中心(图7-32(a)).此外,由于定径带宽度的不同,可以导致改变型材宽的部分工作带的倾角,使金属的流出速度得到补偿(图7-32(b)).
实践证明,定径带的宽度增加到8~10mm以上时,阻止金属流出的效果已不显著。因为,足够宽的定径带使通过模孔流出的金属已经变冷,与后面的定径带不再接触。此时,依靠型材部件的入口锥度来得到附加阻力。
挤压模定径带宽度以及入口制动锥角及其深度,必要时可以计算。在进行异形模的设计时,正确的孔型设计应保持最良好的金属流动条件,不形成导致模子过早磨损的停滞区。
为了挤压圆形的和带筋的不锈钢管,采用入口锥角为67.5°的锥形组合模(图7-33).对不锈钢管和型材分别采用如图7-34、图7-35所示的平一锥形组合模,模子的平面段等于型材的外接圆直径。当采用带曲折角(双锥度)的模子(型材外接圆段斜度为80°~75°,模环斜度为67.5°,图7-36)挤压时,得到了满意的结果。
锥形部分的角度为45°~60°,以便保持其平面部分的宽度在20~22mm的范围内。试验研究认为这是最有效的组合模。
上述平一锥形挤压模角度的连接,使金属的流动条件处于最佳状态,有利于玻璃润滑剂在模环的棱缘上放置以及保证挤压模的寿命得到很大的提高。当挤压各个部分的厚度不同的型材时,在型材难以充满的部位,用建立辅助的强烈变形区的方法,达到减少金属流动速度的不均匀性。为此,在挤压模的这些部位上切入角度为60°~45°而深度等于工作带高度一半的专门圆锥形进料锥(图7-37).
从模子的入口锥形部分向圆柱体工作带过渡的棱缘的最合理的圆角半径为3~8mm,其选择取决于型材的结构和挤压不锈钢管型材的材质。
挤压型材时,挤压模的外部半径不小于5mm,而内部半径为1~2mm.
根据尼科波尔南方不锈钢管厂实际经验确定的模环工作带的宽度,波动在10~15mm.试验指出,金属在圆柱体工作带上的接触宽度为4~6mm,并且在挤压过程中发生在工作带部位的磨损向模子出口方向渐渐地降低。所以,应该从模环的使用寿命出发来选择工作带的宽度。
挤压不对称断面实心型材的挤压模,其孔型设计的原理是基于经过断面重心的轴线与挤压轴线的重合,以此使金属在各个部位上的流动速度达到精确的补偿。而对于挤压不对称的空心型材时就不同了,因为挤压芯棒的轴线必须和挤压模的中心线重合。在这种情况下,可以借助在型材断面积较小的部位设置加工锥形斜面(摩擦角)来达到变形金属流动体积相等的补偿。
当挤压断面积较小的型材时,由于其变形量很大,挤压比达到40~50,挤压时会出现一些困难,则可以采用多线挤压模。多线型材挤压时,挤压模合理的孔型布置,为实现最大可能的均匀变形创造了有利条件。同时,还可以在挤压模的中心部位设置摩擦面(图7-37),借以平均金属的流动速度,同时也形成确保玻璃润滑剂在这些部位保持以稳定均匀的润滑膜的条件下进行挤压。图7-38所示为具有中心摩擦面的平衡金属流动速度的多线挤压模结构。