一、擠壓模具設計時應考慮的因素

    擠壓模具設計是介于機械加工與壓力加工之間的一種工藝性設計。除了應參考機械設計所需遵循的原則以外，尚需考慮熱擠壓條件下的各種工藝因素。
    (1)由模子設計者確定的因素
    擠壓機的結構，壓型嘴或模架的選擇或設計，模子的結構和外形尺寸，模子材料，模孔數和擠壓系數，制品的形狀、尺寸及允許的公差，模孔的形狀、方位和尺寸，模孔的收縮量、變形撓度、定徑帶與阻礙系統的確定，以及擠壓時的應力應變狀態等。
    (2)由模子制造者確定的因素
    模子尺寸和形狀的精度，定徑帶和阻礙系統的加工精度，表面光潔度，熱處理硬度，表面滲碳、脫碳及表面硬度變化情況，端面平行度等。
    (3)由擠壓生產者確定的因素 
    模具的裝配及支承情況，鑄錠、模具和擠壓筒的加熱溫度，擠壓速度，工藝潤滑情況，產品品種及批量，合金及鑄錠品質，牽引情況，拉矯力及拉伸量，被擠壓合金鑄錠規格，產品出模口的冷卻情況，工模具的對中性，擠壓機的控制與調整，導路的設置，輸出工作臺及矯直機的長度，擠壓機的能力和擠壓筒的比壓，擠壓殘料長度等。
    在設計前，擬訂合理的工藝流程和選擇最佳的工藝參數，綜合分析影響模具效果的各種因素，是合理設計擠壓模具的必要和充分條件。

二、模具設計的原則與步驟

    在充分考慮了影響設計的各種因素之后，應根據產品的類型、工藝方法、設備與模具結構來設計模腔形狀和尺寸，但是，在任何情況下，模腔的設計均應遵守如下的原則與步驟。
    (1)確定設計模腔參數
    設計正確的擠壓型材圖，擬訂合理的擠壓工藝，選擇適當的擠壓筒尺寸，擠壓系數和擠壓機的擠壓力，決定模孔數。這一步是設計擠壓模具的先決條件，可由擠壓工藝人員和設計人員根據生產現場的設備條件、工藝規程和大型基本工具的配備情況共同研究決定。
    (2)模孔在模子平面上的合理布置
    所謂合理的布置就是將單個或多個模孔，合理地分布在模子平面上，使之在保證模子強度的前提下獲得最佳金屬流動均勻性。單孔的棒材、管材和對稱良好的型材模，均應將模孔的理論重心置于模子中心上，各部分壁厚相差懸殊和對稱性很差的產品，應盡量保證模子平面x軸和l，軸的上下左右的金屬量大致相等，但也應考慮金屬在擠壓筒中流動特點，使薄壁部分或難成形部分盡可能接近中心，多孔模的布置主要應考慮模孔數目、模子強度(孔間距及模孔與模子邊緣的距離等)，制品的表面品質、金屬流動的均勻性等問題。一般來說，多孔模應盡量布置在同心圓周上，盡量增大布置的對稱性(相對于擠壓筒的X、Y軸)，在保證模子強度的條件(孔間距應大于30～50 mm，模孔距模子邊緣應大于25～50 mm)，模孔間應盡量緊湊和盡量靠近擠壓筒中心(離擠壓筒邊緣大于20～40 mm)。
    (3)模孔尺寸的合理計算
    計算模孔尺寸時，主要考慮被擠壓合金的化學成分、產品的形狀和公稱尺寸及其允許公差，擠壓溫度及在此溫度下模具材料與被擠壓合金的熱膨脹系數，產品斷面上的幾何形狀的特點及其在擠壓和拉伸矯直時的變化，擠壓力的大小及模具的彈塑性變形情況等因素。對于型材來說，一般用以下公式進行計算： 

 A=A₀ + M + (K_Y + K_P + K_T ) A₀             (4—3—1) 

式中  A₀——型材的公稱尺寸； 
M——型材公稱尺寸的允許偏差；
K_Y——對于邊緣較長的丁字形、槽形等型材來說，考慮由于拉力作用而使型材部分尺寸減少的系數；
K_P——考慮到拉伸矯直時尺寸縮減的系數；
K_T——管材的熱收縮量。 

K_T =t·(α- t₁)·α₁          (4—3—2) 

式中  t和t₁——分別為坯料和模具的加熱溫度； 
α和α₁——分別為坯料和模具的線膨脹系數。
對于壁厚差很大的型材，其難于成形的薄壁部分及邊緣尖角區應適當加大尺寸。對于寬厚比大的扁寬薄壁型材及壁板型材的模孔，桁條部分的尺寸可按一般型材設計，而腹板厚度的尺寸，除考慮公式(4—3—1)所列的因素外，尚需考慮模具的彈性變形與塑性變形及整體彎曲，距離擠壓筒中心遠近等因素。此外，擠壓速度，有無牽引裝置等對模孔尺寸也有一定的影響。
    (4)合理調整金屬的流動速度
    所謂合理調整就是在理想狀態下，保證制品斷面上每一個質點應以相同的速度流出模孔。盡量采用多孔對稱排列，根據型材的形狀，各部分壁厚的差異和比周長的不同及距離擠壓筒中心的遠近，設計不等長的定徑帶。一般來說，型材某處的壁厚越薄，比周長越大，形狀越復雜，離擠壓筒中心越遠，則此處的定徑帶應越短。當用定徑帶仍難于控制流速時，對于形狀特別復雜，壁厚很薄，離中心很遠的部分可采用促流角或導料錐來加速金屬流動。相反，對于那些壁厚大得多的部分或離擠壓筒中心很近的地方，就應采用阻礙角進行補充阻礙，以減緩此處的流速。此外，還可以采用工藝平衡孔，工藝余量或者采用前室模、導流模、改變分流孔的數目、大小、形狀和位置來調節金屬的流速。
    (5)保證足夠的模具強度
    由于擠壓時模具的工作條件十分惡劣，所以模具強度是模具設計中的一個非常重要的問題。除了合理布置模孔的位置，選擇合適的模具材料，設計合理的模具結構和外形之外，精確地計算擠壓力和校核各危險斷面的許用強度也是十分重要的。目前計算擠壓力的公式很多，但經過修正的別爾林公式仍有工程價值。擠壓力的上限解法，也有較好的適用價值，用經驗系數法計算擠壓力比較簡便。至于模具強度的校核，應根據產品的類型、模具結構等分別進行。一般平面模具只需要校核剪切強度和抗彎強度。舌型模和平面分流模則需要校核抗剪、抗彎和抗壓強度，舌頭和針尖部分還需要考慮抗拉強度等。強度校核時的一個重要的基礎問題是選擇合適的強度理論公式和比較精確的許用應力。近年來，對于特別復雜的模具可用有限元法來分析其受力情況與校核強度。

三、模具設計的技術條件及基本要求

    模具的結構、形狀和尺寸設計計算完畢之后，要對模具的加工品質、使用條件提出基本要求。這些要求主要是：
    (1)有適中而均勻的硬度，模具經淬火、回火處理后，其硬度值為40～52HRC(根據模具的尺寸而定，尺寸越大，要求的硬度越低)。
    (2)有足夠高的制造精度，模具的形位公差和尺寸公差符合圖紙的要求(一般按負公差制造)，配合尺寸具有良好的互換性。  

鋁型材擠壓工藝條件 
1) 鑄錠的加熱溫度 
鋁的最高允許加熱溫度為550℃，下限溫度為320℃，為了保證制品的組織，性能，擠壓時錠坯的加熱溫度不宜過高，應盡量降低擠壓溫度。 2) 擠壓筒的加熱溫度 
模具的成分多為合金鋼，由于導熱性差，為避免產生熱應力，擠壓前擠壓筒要預熱，為保證擠壓制品的質量，并且具有良好的擠壓效應，擠壓筒溫度可取400℃～450℃。 

3) 擠壓溫度 
熱擠壓時，加熱溫度一般是合金熔點絕對溫度的0.75～0.95倍，擠壓過程中溫度控制在500℃左右。 

4) 擠壓速度 
擠壓速度快雖然可以提高生產力，但擠壓速度過快會影響材料的擠壓性和使擠壓溫度過高，因此必須控制好擠壓速度。考慮金屬與合金的可擠壓性，制品質量要求及設備的能力限制，本設計的擠壓速度取40～60m/min。 

5) 模具的材質 
模具應具有足夠的耐高溫疲勞強度和硬度，較高的耐回火性及耐熱性，足夠的韌性，低的膨脹系數和良好的導熱性，可加工性，及經濟性。表2-1為鋁合金擠壓模具材料的部分性能參數。