挤压铝型材课程设计.docx

一. 题目：铝合金型材挤压工艺及模具设计二. 设计基本内容：设计一件实心型材制品和一件空心型材制品的工艺工艺过程及模具设计，包括挤压工艺参数，模具结构，制造工艺等要求三. 完成后应缴的资料：课程设计说明书一份实心型材模零件图空心型材模上模零件图空心型材模下模零件图空心型材模装配图四. 设计完成期限：2007年6月11日2007年6月 空日指导老师 签发日期教研室主任 批准日期课程设计评语：成绩:设计指导教师年月日目录一、绪论4二、总设计过程概论72.1挤压工艺流程72.2挤压工艺条件7三、实心型材模设计93.1所要设计的实心型材制品93.2选坯和选设备103.3挤压力的计算113.4实心型材模具体结构设计123.5.实心模尺寸数据设计13四、空心型材模设计184.1所要设计的制品184.2选坯和选设备184.3挤压力的计算194.4模组及模子外形尺寸确定204.5组合模相关参数确实定204.6模子内形尺寸确实定234.7模孔工作带长度hg确实定244.8模芯的设计244.9上模凸台设计244.10定位销，螺钉244.11模子强度校核254.12零件图装配图26五、总结与体会.26参考文献26绪论近20年来，随着建筑行业的高速发展，我国民用建筑铝型材工业也从无到 有，从弱到强地迅猛前进。至今，广东省的建筑铝型材产品已约占全国的三分 之二左右，铝型材的生产能力超过社会的需求，如何提高产品质量，降低成本 是取得市场竞争胜利的关键环节。铝合金型材具有强度高、重量轻、稳定性强、耐腐蚀性强、可塑性好、变 形量小、无污染、无毒、防火性强，使用寿命长可达50100年，回收性好， 可回炉重炼。6063合金中的主要合金元素为镁及硅，具有加工性能极佳，优良 的可焊性，挤出性及电镀性，良好的抗腐蚀性，韧性，易于抛光，上包膜，阳 极氧化效果优良，是典型的挤出合金，广泛应用于建筑型材，灌溉管材，供车 辆，台架，家具，升降机，栅栏等用的管，棒，型材。多年来世界各国均采用 6063铝合金铝合金近百种作为门窗框架。主要是为了该金属外表阳极氧化 效果好，开始阳极氧化是白色，后进一步改变电解质才到达古铜色，这两种主 体颜色在国内用了十多年。铝材在挤压过程中，如挤压模具不是很好或模具挤压铝材过多，铝材外表 会产生挤压痕，用手可能触摸到铝材外表不平，因此，在现代化大生产中实施 挤压加工技术，其成败的关键是模具，模具设计以及其质量，事关产品的质量， 成本。在挤压设计的过程中挤压工艺条件：应考虑挤压温度、挤压速度、润滑、 模具种类、形状、尺寸等大切压余、淬火、冷却、切头切尾等多方面的因素。 其中，选择挤压筒直径D0是一个最核心的问题，有以下的选择原则：1保证 产品外表质量原则；2保证挤压模强度的原则；3保证产品内在质量的原则； 4经济上的优化原则一生产成本最低；成材率最大；产量最高。这次的设计任务是设计一个实心型材和一个空心型材模，实心型材模采用 单模，空心型材模采用分流组合模，挤压制品所有的材料是6063。由于其强度 高，质量轻，加工性能好，在退火状态下，该合金有优良的耐蚀性及物理机械 性能，是一种可以时效强化的AL-Mg-Si系合金，广泛应用于基础性建筑行业以 及一些机械制造业。其化学成分表示如下：6063AL 的成分：GB/T3190-1996：表1:牌号SiFeCuMnMgCrZnTi其它元素每种总量60630.20.6W0.350.100.100.450.90.100.100.100.050.156063机械性能：铝合金及应用表3:常用挤压工具钢及其机械性能:钢号成分试验温度oCb b/MPab 0.2/MPaV/%5/%HB热处理工艺0.55C30011509904711.0351850oC1.51Mn40010108606111.13115CrMnMo0.67Cr5007806908617.5302油淬600 oC0.26Mo6004304108426.7235回火0.30C30042911000.23Cr40015201373429oC在油中淬3Cr2W8V8.65W500143013635.6405火，550oC0.29V6001280158.3325回火0.37C4.74Cr4001360123049610501.25Mo45013001135527oC4Cr5MoSiV11.05Si50012001025569油淬第一次1.11V550105085558120.29Mn6008257106710回火600oC总设计过程概论2.1挤压工艺流程：铸锭加热f 挤压f 切压余f 淬火f 冷却f 切头尾或切定尺f时效f外表处理f包装f出厂2.2挤压工艺条件：1) .铸锭的加热温度6063铝的最高允许加热温度为550°C,下限温度为320°C,为了保证制品 的组织，性能，挤压时锭坯的加热温度不宜过高，应尽量降低挤压温度。2.挤压筒的加热温度模具的成分多为合金钢，由于导热性差，为防止产生热应力，挤压前挤压 筒要预热，为保证挤压制品的质量，并且具有良好的挤压效应，挤压筒温度可 取 400C450C。3.挤压温度热挤压时，加热温度一般是合金熔点绝对温度的0.750.95倍，本设计挤 压温度为450C500C，挤压过程温度控制在470C左右。4.挤压速度考虑金属与合金的可挤压性，制品质量要求及设备的能力限制，本设计的 挤压速度取0.70.8m/s。5) .工模具的润滑因本设计采用热挤压，故不采用润滑。6.模具模具应具有足够的耐高温疲劳强度和硬度，较高的耐回火性及耐热性，足 够的韧性，低的膨胀系数和良好的导热性，可加工性，及经济性，本设计采用 4Cr5MoSiV1作为模具的材料，热处理的硬度为HRC4047。7.切压余根据所选的设备而定。8).淬火本工艺过程中，制品挤出后可通过设置风扇对制品进行吹风来到达风淬的 目的。9.冷却直接露置在空气中冷却，到达自然时效的目的。10.切头尾因头尾组织性能不均匀，为保证产品质量，本工艺过程统一去头尾各300mm。三. 实心型材模设计3.1所要设计的实心型材制品：本制品的形状和尺寸如下图1：牌号XC311制品的截面积F制=2129mm2型材外接圆直径D外=43.86mm现有设备:表4：设备吨位500T800T1630T挤压筒直径D0951250187挤压截面积F070851226627451锭坯尺寸DdxLd90x270/3200120,400/450O178X540/600/660冷床长26m32m44m填充系数1.1141.0851.104压余厚202530最大挤压比97.48273.6加工范围最大外接圆直径650 950147挤一根最小制品断面积F 制 min721503723.2选坯和选设备：根据加工范围要求F制NF制min，及D外WD外max有500T、800T可选，按成材率最高的原则，进一步优化，计算列表：表5：序号Do(Fo)Dd(mm)Ld(mm)单重wdkg/根填充系数K填充后长度Ld压余厚hy(mm)切压余后有效长度Ld”挤压比入制品长L制(m)成品数nx6(m)成品重W制(kg)成材率W 制/Wd(%)195902704.621.1142422022233.297.391X63.4474.40%295903205.471.1142872026733.298.891X63.4462.77%312512040012.201.0853692534457.6119.823X610.3284.95%412512045013.731.0854152539057.6122.473X610.3275.38%最后选择成材率最高的84.95%对应的方案33.3挤压力的计算：根据挤压力公式：P = 11.775X D/d1/2一0.8 XD2XabP为单位挤压力，nD挤压筒内直径，mmd制品的当量直径，mm ob某一挤压温度下材料的抗拉强度，MPa故 P = 11.775X125/16.461/2 0.8 X 1252X 16.2= 582921KN换算成吨位：约595TPV额定吨位800T，设备选择符合要求，即理论技术可行。3.4实心型材模具体结构设计:模组的结构如下列图图2：1.模子2.模垫3.前环4.后环5.保护垫板6.前机架7.模座8.模套9.剪刀10.挤压筒模组的结构：可以从有对于不同吨位的挤压机，下列图中的主要结构尺寸都是配套设置的，关资料中查得。模组的主要结构尺寸如图3模组尺寸如下表：表6：设备吨位500T800T1630T1X2XH中160X180X190中210X250X240中310X350X340H1203030H2809090100110150H3506050606080挤压模具的尺寸如下表:表7：设备吨位500T800T1630T中d1/d2135/145X2025165/175X2530250/260X3040h112121312133.5.实心模尺寸数据设计:1) .选坯和选择设备根据前面的计算挤压筒内直径D0=125mm锭坯尺寸：Dd X Ld=120X400挤压比入=57.612) .模组及模子尺寸外形的计算图3：根据前面计算，从表6选取H2=100H3=60H1=30模子外形尺寸确实定如下列图4图4：依据表7的数据可以确定d1=165 md2=175 m h1=12 m h2=30 皿3) 模子内形尺寸确实定挤压比入=57.61入max=82,故不需要多孔挤压确定模孔尺寸：型材外形尺寸公式：Ak=Am+ (1+C1)+A1Ak模孔的实际尺寸Am型材的名义尺寸本设计&取0.010C1欲量系数对于6063合金，& = 0.0170.010,型材外形尺寸的正偏差值计算得到：Bk=40(1 + 0.010) +0.60=4100mmHk = 18(1 + 0.010) +0.45 = 18.63mm型材壁厚尺寸公式：Sk=Sm+d+ C2Sk模孔的实际壁厚处尺寸Sm型材壁厚的名义尺寸C2欲量系数，对铝合金一般取0.050.15，本设计取0.102型材壁厚的正偏差计算得到：Sk = 3 + 0.25 + 0.10 = 335mm模孔主要尺寸如下列图5图5：4).孔形在模子端面位置确实定由于本型材为等壁厚的型材，故型材的几何重心在置模子的中心压力中心的计算如下列图示(x1,y1)X° = 0Y = (l y + ly +ly + ly +ly)X2/(l + l +l +l +l)X2 01 12 23 34 45 512345Y0=20X0 + 18X9 + 3X18 + 17X10.5 + 8.5X3X2/21+4 + 17 + 32+ 17+4 + 21+40)X2 = 6.32压力中心为X°=0, 丫0=6325) .工作带长度确实定由于是等壁厚型材，故定径带长度hg各处相等，本次设计取h =5mm g6) .阻碍角由于hgW1015哑，故不采用阻碍角7) .模子强度的校核型材模的强度较核主要是其悬臂梁部分，取型材上端AB为危险端面，进行强度校核.Q、求单位压力p： p=P / F0P为挤压力，F0为挤压筒断面积 P = 800 吨，p = 800X1000X9.8/12266 = 639.17Mpa舌部载荷Q=pFshFsh为舌部即阴影部分面积Q=63917X32X15=3068016NQ、舌部弯曲应力ow计算：ow=M / W式中Mw弯矩，Mw=Qe (e阴影部分重心到危险断面处的距离；W截面模数，W=bshH2/6H为模子厚度。bsh=34mmMw=306801.6X7.5=2301NmW=34 X 302/6 = 5.1cm3ow=2301/5.1=451.2MPaQ、剪应力T的计算：t=Q / bshXHt=306801.6/(34X30) =300.79MPaQ、等效应力。的计算：oe=ow2+(1.73T)21/2。e=451.22+(1.73X300.79)2 1/2=688.74MPa500° C时4Cr5MoSiV 1的屈服强度为1025MPa,远大于。e,所以模子强度合 格。8) .作图(见图纸四. 空心型材模设计4.1所要设计的制品：本设计制品的的牌号为I529系列回型管具体参数为B=92mm, H=25.4mm, T=1.8mm，重量：1.09Kg/m具体如下列图图64.2选坯和选设备：制品的截面积：F制=409.68 mm2模孔外接圆直径。外=95.44皿根据加工范围要求FQF制讪，及D外WD"由表4知 只有1630T的可用按成才率最高的原则，在进一步计算优化，计算列表如下表8序号Do(Fo)Dd(mm)Ld(mm)单重 wd(kg/ 根)填充系数K填充后长度Le压余厚hy(mm)切压余后的有 效长 度Ld挤压比入制品 长L制(m)成品数nx6(m)成品重W制(kg)成材率W制/Wd(%)118717854036.151.104913046167.0130.95X633.0691.5218717860040.161.105453051567.0134.55X633.0682.3318717866044.181.106003057067.0138.26X639.6789.8最后选择成才率最高的91.5%对应的方案1即1630T的挤压设备锭坯尺寸为：DdX Ld=178X540mm挤压比人=67.014.3挤压力的计算：根据挤压力公式：P = 11.775XD/d1/2一0.8 XD2XabP为单位挤压力，nD挤压筒内直径，mmd制品的当量直径，mmob某一挤压温度下材料的抗拉强度，MPa故 P = 11.775X187/22.841/2 0.8 X1872X16.2= 13750.3KN换算成吨位：约1403.1TPV额定吨位1630T,设备选择符合要求，即所选设备理论可行4.4模组及模子外形尺寸确定：模组尺寸结构简图如前图3所示根据前面计算，从表6选取H2=150H3=70H1=30模子外形尺寸简图如前图4依据表7的数据可以确定1=250 哑"260 哑 hi=13 哑 h2=150 哑因为本设计采用孔道式分流组合模故：取 H 上=80 mmH 下=70 mm4.5组合模相关参数确实定：1) .分流孔的个数取4个，形状为扇形2) .扇形面积确实定：因为分流孔面积与制品断面积的比值EF分/F型=K,K即为分流比，一般K对于空心型材时，应等于入1/2。本设计取K=8.19分流孔的面积EF分=K. F 型=8.19X409.68=3355.28 mm2且分流孔面积的大小按F大/F小二f大/f小其中,F-分流孔的面积，f-相应型材面积"分= 2X(F大+F小)故 F 大= 1329.58 mm2F 小=348.06 mm23) .分流孔位置确实定 分流孔中心圆的直径D分= 0.7D0=0.7X 187=130.9mm 应保证分流孔最大外接圆直径比设备可加工范围的孔最大外接圆直径小5mm。本设计设备的可加工最大外接圆直径为147,故分流孔最大外接圆直径w 142mm 综合各因素考虑，暂时先取其外接圆直径为132mm 确定a,a,B的大小如图图7a3其中a,b为模孔与模腔的最小距离，依据经验a,b 一般取38 mm,本设计 取 a=8 m, b=7.5.由h=25.4/2+8=20.7,H=132/2=66 ,由几何知识可得方程式：a/ 3 6 0x兀H2h2 x tan a=F大，用代入相关数据可得出aM0°,同理，得出830。，由AutoCAD菜单栏“工具”一“查询”一“面积”功 能验算得出结果基本正确。图94) .分流孔的形状分流孔由一定的倾斜锥度,，这样可以改善焊缝的质量，孔道锥面与其轴线的夹角为2°4°，本设计取4°5) .分流桥分流桥的宽窄和模具的强度以及金属的流量有关，从增大分流比，降低挤压 力来考虑，分流桥的宽度B应该选择小些，但为了改善金属流动的均匀性， 模孔最好受到分流桥的遮蔽，则B应该选择得宽些，一般取：B=b+(320)哑本设计采用倒梯形结构，取B=45见下列图图106) .焊合室焊合室的形状和大小对焊缝的质量有很大的影响。焊合室直径比分流孔出口按经验公式：当Do=190200皿时，h=20皿,处约小5mm,本设计取h=20mm，形状为圆形如图：图11：4.6模子内形尺寸确实定:工件如下图：图12:模具图如下:图13:按经验公式A=A0+K A0A-制品外形的模孔尺寸A。一制品外形的公称直径K-经验系数，由于本设计争对6063合金，取K=0.010得 Bk=921+0.010+0.95=93.88, Hk=25.4(1+0.010)+0.7=26.36制品型材壁厚可由经验公式b=b0+a确定由于B0=1.8 mm.本设计=。故 Tk=1.8 + 0.1=1.9 m4.7模孔工作带长度hg确实定：由于本型材制品的对称性较好，外形相对较小，一般可取26m。本设计取hg=5mm4.8模芯的设计：一般伸出下模工作带3 5mm，本设计取4mm，模腔外形按空心型材的空心部 分确定。4.9上模凸台设计：上模凸台高取7mm，直径为256mm，用于装配定位4.10定位销，螺钉按GB标准选取标准件)：定位销的直径取两个：8x75，螺钉采用M10x85,具体说明见装配图4.11模子强度校核：这种模子在工作时承受载荷最不利的情况是分流孔道和焊合室尚未进入金属 和金属充满焊合室以后流出模孔之际，故强度的校核主要是针对模子的分流 桥，模桥的弯曲应力和抗剪强度： 分流桥弯曲应力校核Hmin=Lp/(2X 。亩)1/2，式中：Hmin分流桥的最小高度L分流桥两个危险断面的长度，经计算L=mmP作用在挤压垫片上的单位压力。一一模具材料在温度下的许用应力。在 450500° C 下，对于 4Cr5MoSiV 1 取ob=1000MPa代入数据得：P=1630x9.8x1000/27451=582MPHmin=125582/2X 1000) 1/2Hmin67.43mm由于上模厚度H上=80mm>67.43mm，故符合要求 分流孔道抗剪强度的校核T=Qq / Fq Wt Qq分流桥面上的总压力；Fq_分流桥受剪应力的总面积；t许用剪应力，T= (0.50.6) ob，450500° C下，对于4Cr5MoSiV1 取。b=1000MPa代入公式有：t= (1630X9.8X1000/27451)X9918/80X45X4)=399MPaW500MPa故强度符合要求。4.12零件图装配图(见图纸)五、总结与体会在两个星期的挤压模课程设计将近结束。设计开始的前几天，袁老师跟我们讲解铝合金 的应用，常用的加工方法，加工挤压模的基本结构，本次设计的步骤以及设计的注意问题， 这些都对我本次课程设计提供了很大帮助，意义重大。使我接触到了很多关于挤压模具设计 的知识，比方一些挤压成型模具的基本结构等，并且学到了许多课本上学不到的关于铝合金 材料的知识！设计过程中，除了最后三天画图以外，我每天准时来到制图室，即使老师有事没来也一 样！在计算，设计过程中遇到过很多细节问题。我积极地与同学们讨论，经过思考后还是不 懂的问题就向老师请教。在老师的指导下很多问题迎刃而解！另外，在绘图过程中也遇到一些问题，比方我这学期练习PRO/E软件比较多，但此次设 计我用的是AUTO CAD，使我用些命令混淆了，导致绘图速度较慢，但后来随着画图的进行， 情况逐渐好转，相信以后会更加熟练！本次设计我已经基本完成了，虽然存在之许多不足，需要一定的修改。不过我通过这次 设计，已经基本学会了如何设计一套挤压模具的基本过程，看着自己的劳动成果，感到很开 心。更重要的是，它使我对模具设计产生了强烈的兴趣，以后会在模具设计这方面继续加强!参考文献：【1】刘静安铝型材挤压模具设计制造使用及维修冶金工业出版社【2】刘静安轻合金挤压工具与模具上冶金工业出版社【3】中国机械工程学会李春胜钢铁材料手册江西科学技术出版社2004.7【4】王树勋 林法禹魏华光实用模具设计与制造国防科技大学出版社【5】马怀宪金属塑性加工学一挤压、拉拔与管材冷扎冶金工业出版社