一、挤压垫片的结构形式
在挤压铝型材时，为了减少挤压垫片与金属之间的粘结摩擦，一般采用带凸缘(工作带)的垫片，图4—2—24示出了一般铝型材挤压机上常用的实心垫片和空心垫片结构图。图4—2—25则示出了某些特殊挤压方法用的挤压垫片结构图。近年来，为了简化工艺，提高生产效率和减少残料，提高成品率，研制成功了一种先进的固定垫生产方法，如图4—2—26所示。目前，90%以上的单动挤压机均采用固定垫片挤压。
图4—2—24挤压垫片结构图
(a)——实心垫片；(b)——空心垫片
图4—2—25特殊挤压方法用挤压垫片图
(a)——反向挤压用；(b)——穿孔挤压用；(c)——无残料连续挤压实心产品用；
(d)——无残料连续挤压空心产品用；(e)——扁挤压用；(f)——立式挤压管材用
二、挤压垫片的尺寸确定
(1)空心挤压垫片外圆直径D外
D外主要取决于挤压筒直径，挤压筒与挤压垫外径之差△D值与挤压机的技术特性、能力和筒径均有关系。在卧式挤压机上，△D值一般取0.15～1.15 mm，在立式挤压机上，△D值一般取0.15～0.4 mm。大直径挤压筒的取上限，小直径挤压筒的取下限。
图4—2—26固定式挤压垫片结构示意图
(a)——弹簧式；(b)——锥塞式
△D必须选取合适才能使挤压生产顺利进行。△D过大会引起金属倒流，有时把垫片和挤压轴包住，造成分离残料(压余)困难，挤压轴粘有金属还影响制品的表面质量。用粘铝较多的挤压轴进行生产，铝型材成层和起皮等废品会明显增加。
△D过小时，往挤压筒送垫片困难，挤压筒的磨损增加，操作者稍有失误就可能啃伤挤压筒内壁，或卡在挤压筒中很难弄出来。因此，确定合适的△D值，对于提高生产效率、减少停机时间、减轻劳动强度、保护挤压筒和挤压轴前端、提高工具使用寿命都十分重要。
在确定△D值之前，必须对挤压筒的内孔尺寸进行仔细的测量和分析，应根据挤压筒的内孔尺寸的最小值来配置挤压垫。当挤压筒磨损严重时，必须进行修复后重新配垫片。
扁挤压垫片的尺寸，除了要考虑挤压筒的内孔尺寸外，尚需考虑挤压筒的断面位置。由于扁挤压筒在热装配后和加热使用过程中，内孔形状尺寸会发生变化。当长轴和短轴方向存在很大温差时，使变形更加严重，所以，在设计扁挤压垫片时，其△D值应从两侧半径部分的0.5～0.6 mm，逐渐过渡到垫片中间部分的1.0～1.5 mm。图4—2—27示出了125MN和50MN挤压机上口850×250 mm和口570×170 mm扁挤压筒用垫片的设计尺寸。
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扁垫设计尺寸/mm 扁筒规格/mm |
B |
H |
X1 |
X2 |
X4 |
δ1 |
δ2 |
δ3 |
δ4 |
|
口850×250 口570×170 |
848.5 569.2 |
249.2 169.4 |
100 70 |
200 140 |
300 210 |
1.8 1.2 |
1.2 0.9 |
0.8 0.6 |
0.4 0.2 |
图4—2-27扁挤压简用垫片尺寸的设计图
有时为了提高铝型材挤压机效率，节省垫片的传递时间，在挤压时，要用两个以上挤压垫倒换使用，这里必须保证同时使用的几个垫片的外径大体一致，对使用的两个以上垫片的直径差做了明确的规定：
挤压机/MN 5.88 7.35 11.78 19.6 34.1 49
垫片径差/mm 0.05 0.08 0.1 0.1 0.1 0.15
脱皮挤压时，△D值取2～3 mm，其值大一些可以保证脱皮充分。有时铸锭表面品质不好，有夹杂物、偏析等缺陷，脱皮挤压可将△D值取大一些。
(2)空心挤压垫内腔直径D内
D内主要取决于针后端直径D后针，若D后垫－D后针△D，则△D的数值与挤压机能力、有关。对卧式挤压机，△D一般取0.3～1.2 mm，对立式挤压机一般取0.15～0.5 mm。
△D过大，不仅起不到调节挤压针中心的作用，同时可能会引起金属回流，严重时会把针包住，使挤压不能顺利进行。
△D过小，针后端进出困难，操作不便，有时可能卡伤挤压针，所以必须慎重选取△D值。
(3)挤压垫厚度H垫
H垫主要根据挤压筒直径和比压来确定，一般情况下，H垫≈(0.2～0.4)D外垫。
H垫过厚，较笨重，浪费钢材。H垫过小容易变形和损坏。
(4)挤压垫片工作带厚度h垫的确定
一般情况下，取h垫≈(1/3～1/4) H垫。
h垫过小，容易磨损压塌；过大时，摩擦阻力增大，容易粘金属。
表4—2—13圆形实心挤压垫片的外形尺寸表
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挤压机能力 /MN |
挤压筒直径 D筒/mm |
垫片尺寸/mm |
||||
|
Dl |
D3 |
D2 |
h |
H |
||
|
6.3 |
85 95 |
84.7 94.7 |
D针后端+0.2 mm D针后端+0.2 mm |
82 92 |
20 20 |
50 50 |
|
7.5 |
90 100 |
89.7 99.7 |
|
85 95 |
20 20 |
50 50 |
|
12.5 |
130 |
129.6 |
|
125 |
30 |
70 |
|
20 |
170 200 |
169.6 199.5 |
|
165 195 |
30 30 |
70 70 |
|
30 |
280 |
279.50 |
130.50 |
275 |
30 |
90 |
|
35 |
320 |
310.50 |
130.50 |
315 |
40 |
100 |
|
50 |
300 360 |
299.5 359.6 |
|
290 350 |
40 40 |
120 120 |
|
125 |
420 500 650 800 |
419.4 499.2 649 798.8 |
211,151 301,251,21I 361.2,301,251 511.2,431.2 |
412 490 640 790 |
50 50 50 50 |
150 150 150 150 |
表4—2—14圆形空心挤压垫片的外形尺寸表
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挤压机 /MN |
挤压筒直径 /mm |
d1 /mm |
d2 /mm |
d3 /mm |
H /mm |
H /turn |
|
6.17 24.5 34.3 122.5 |
85 280 320 800 |
84.4 279.5 319.5 798.8 |
8l 275 315 790 |
30.4 130.5 130.5 511.2 |
20 30 40 50 |
50 90 100 150 |
三、挤压垫片的强度校核
挤压垫片的变形与损坏的程度与挤压力的大小、挤压温度和连续挤压时间等有关。当挤压垫片承受的压力超过材料允许应力时，其工作面就会产生压溃变形。因此，必须进行压缩强度校核。
(4—2—31)
式中 Pmax——最大挤压力；
F垫——垫片工作部分的断面积；
[σ压]——材料的许用抗压强度，[σ压]≈(0.9～0.95) σs；
σs——材料的屈服强度。
对于内孔直径大的空心垫片，还应按薄板计算公式校核弯曲应力。
五、其他铝型材挤压工具的设计
大型挤压工具还包括模支承、模座、压型嘴、活动模架、剪刀、冲头、分离器、切割模、夹料装置、堵头以及导路等，其设计应根据挤压机的结构、装配特点、用途、产品类别和规格的不同、挤压条件的差异等予以综合权衡考虑。
