铝型材(散热型)挤压工艺与模具设计毕业设计.doc
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1、摘要铝合金因质轻、美观、良好的导热性和易加工成复杂的形状,而被广泛地用于生产散热器材。铝合金散热器型材主要有三种类型:扁宽形,梳子形或鱼刺形;圆形或椭圆形以及树枝形。与其他铝型材比,散热器有其自身的特点:散热片之间距离短,相邻两散热片之间形成一个槽形,其深宽比很大;壁厚差大,散热片的齿部很薄,而其根部的底板厚度大。散热器复杂的截面形状给模具设计、制造和生产带来很大的难度。本文以两种常用散热器为实例,在总结大量散热器模具设计制造经验的基础上,论述了散热片挤压模具设计的步骤和关键点。散热器型材挤压模具设计既要保证模具有足够的强度又要平衡金属在模具中的流速。根据散热器的产品图,将梳子型散热器挤压模具
2、设计成平摸,与导流模配合使用。把太阳花散热器挤压模具设计成分假流模,以保证在挤压时的金属流动比平模更均匀,这也是太阳花散热器模具设计的关键点。文中选用4Cr5MoSiV1模具钢作为模具材料,讨论了散热器挤压模具的热处理工艺和散热器的挤压工艺特点。 关键词:散热器 挤压模具设计 挤压工艺 铝型材Extrusion Process and Die Design for Radiator Aluminum Extruded SectionsABSTRACTAluminum alloy, for its light weight, beautiful, good thermal conductivit
3、y and easy processing into complex shapes,is widely used to produce cooling equipment. Aluminum radiator profiles are mainly three typesg: flat wide shape, or a fishbone-shaped comb-shaped; round or oval-shaped;and branching shape. Compared with the other aluminum extruded sections radiator has its
4、own characteristics: the distance between the heat sink is short, between two adjacent heat sink to form a trough, and its large aspect ratio; differential wall thickness, heat sink teeth thin, and its roots in the bottom thick. The mold design, manufacturing and production are very difficulty for t
5、he complexity of the shape of radiator extruded sections. In this paper, the extruded die design of two common heat sink radiators are discussed in detail on the basis of a lot of experiences in mold design and manufacture for the radiator. Extruded die design has two key parts,the first is sufficie
6、nt strength to ensure that mold; the second is to balance the flow of metal in the mold. Based on the Product plans of radiators, the radiator comb flat extrusion die are designed to touch, used in conjunction with the diversion mode. The extrusion die is designed radiator sunflowers streaming mode,
7、 split mode when the metal flow in the extrusion die is more complex than flat, so how to balance the flow rate of the metal mold is key points for the design of radiator sunflowers. 4Cr5MoSiV1 die steel is used and also the radiator heat treatment process and extruded process are discussed. Keyword
8、s: Radiator Extrude mold design Extrusion process Aluminum extruded sections目录摘要IExtrusion Process and Die Design for Radiator Aluminum Extruded SectionsIIABSTRACTII第一章 绪论11.1引言11.2挤压模具在铝型材挤压生产中的重要性11.3铝型材挤压模具技术发展概况31.4论文的主要研究内容5第二章 型材挤压模具设计技术62.1型材模具的设计原则及步骤62.1.1挤压模具设计时应考虑的因素62.1.2模具设计的原则与步骤62.1.3
9、模具设计的技术条件及基本要求92.2挤压模典型结构要素的设计92.2.1模角92.2.2定径带长度和直径102.2.3出口直径或出口喇叭锥102.2.4入口圆角112.3确定采用平面和分流模的原则112.4平面分流组合模的特点与结构122.4.1工作原理与特点122.4.2分流组合模的结构132.5模具外形尺寸的确定原则14第三章 典型散热器挤压模具设计163.1太阳花散热器的模具设计163.1.1太阳花散热器产品结构分析163.1.2太阳花散热器挤压模具整体结构设计方案173.1.3太阳花散热器分流组合模结构设计183.2梳子型散热器模具设计303.2.1梳子型散热器产品结构分析303.2.
10、2梳子型散热器挤压模具整体结构设计方案323.2.3梳子型散热器结构设计32第四章 模具的选材与热处理及维护与保养454.1模具材料的选择454.1.1模具材料的使用条件454.1.2模具材料的性能要求454.1.3挤压工模具选材的特点464.1.4模具材料的选择484.2模具材料的热处理504.2.1退火工艺504.2.2淬火工艺504.2.3回火工艺514.2.4 4Cr5MoSiV1钢的热处理工艺524.3模具的维护与保养534.3.1模具的修正534.3.2模具的合理使用54第五章 型材挤压工艺555.1铝及铝合金材料挤压生产工艺流程555.2挤压工艺的制定565.2.1挤压方法的选择
11、565.2.2坯料形状尺寸的确定565.2.3挤压温度范围575.2.4流动速度和挤压速度585.2.5挤压工具的结构58第六章结论59参考文献60致谢62第一章 绪论1.1引言 挤压工模具设计与制造是铝合金挤压材,特别是铝合金型材生产的关键技术,不仅影响产品的质量、生产效率和交货周期,而且也是决定产品成本的重要因素之一。随着铝合金挤压材生产难度的增加和对产品个性化性要求的提高,这种作用更加明显。2007年,我国铝合金挤压材产销量超过660万t,工模具消耗达80万套以上,价值高达20亿元以上,占挤压加工成本的25%30%,大大制约了我国铝合金挤压工业的发展。目前,我国铝合金挤压工模具的平均使用
12、寿命为510t/模,一次上机合格率为50%左右,大大落后于国际上1520t/模和一次上机合格率为67%的先进水平,大有潜力可挖。因此,不断提高挤压工模具的质量和使用寿命不仅是企业的强烈愿望,也是我国从事挤压工作技术人员的责任1。1.2挤压模具在铝型材挤压生产中的重要性我国模具工业的发展,逐渐受到人们的重视和关注,在电子、汽车、电机、仪器、仪表、家电和通信等产品中,6080的零部件都要依靠模具成形(型),可以说模具是工业生产的基础工艺装备。在现代工业生产中,各类产品零件广泛采用冲压、锻压成形、压铸成形、挤压成形、塑料注射或其它成形加工方法,与成形模具相配套,使坯料成形加工成符合产品要求的零件。与
13、其它加工制造方法相比,用模具生产的产品具有高精度、高复杂程度、高一致性、高生产率和低消耗等特点,因此,模具在工业生产中具有相当重要的地位。模具的质量和先进程度,直接影响产品的质量、产量、成本,影响新产品投产周期、企业产品结构调整速度与市场竞争力。模具又是“效益放大器”,用模具生产的最终产品价值,往往是模具自身价值的几十倍以上。目前,模具生产的工艺水平及科技含量的高低,己成为衡量一个国家科技与产品制造水平的重要标志之一,决定着一个国家制造业的国际竞争力。现代模具行业是技术、资金密集型的行业,模具行业的发展,可以带动制造业的蓬勃发展。按照一般公认的标准,模具产值与其带动实现的工业产值之比为3:10
14、0。通过模具加工产品,可以大大提高生产效率,节约原材料、降低能耗和成本,产品的一致性好。如今,模具因其生产效率高、产品质量好、材料消耗低、生产成本低,而在各行各业得到了广泛应用,并且直接为高新技术产业服务,特别是在制造业中,它起着其它行业无可取替代的支撑作用,对国民经济的发展有着辐射性的影响。在现代化的大生产中,模具对实现整个挤压过程有着十分重要的意义。模具使用寿命是评价某一挤压方法或挤压工艺经济可行的决定因素之一,工模具的设计与制造质量是实现挤压生产高产、优质、低耗、高效低成本的重要保证之一。具体来说,其重要地位和作用表现在以下几方面2:(1)合理的工模具结构是实现任何一种挤压工艺过程的基础
15、,因为它是使金属产生挤压变形和传递挤压力的关键部件。(2)模具是保证产品成形,具有正确形状、尺寸和精度的基本工具。只有结构合理、精度和硬度合格的模具(包括针尖或模芯),才能实现产品的成形并具有精确的内外廓形状和断面尺寸。同时,合理的模具和工具(包括模垫、支承环和导路等)设计能保证产品具有最小的翘曲和扭曲,最小的纵向弯曲和横向波浪度。(3)模具是保证产品内外表面质量最重要的因素之一。(4)合理的工模具结构、形状和尺寸,在一定程度上可控制产品的力学性能和内部组织,特别是在控制空心制品的焊缝组织和力学性能方面,分流孔的大小、数量和形状及分布位置,焊合腔的形状和尺寸,模芯的结构等起着决定性的作用。挤压
16、垫片、挤压筒和模子的结构形状与尺寸及表面质量,对控制产品的粗晶环和缩尾、成层等缺陷也有一定的作用。(5)工模具的结构形状与尺寸对金属的流变、挤压温度-速度场、应力-应变场等有很大的影响,从而对提高生产效率、产品质量和减少能耗有重大作用。(6)合理的工模具设计对提高其装卸与更换速度,减少辅助时间,改善劳动条件和保证生产安全等方面意义重大。(7)新型的模具结构,对于开发新产品、新工艺,研制新材料和新设备,不断提高挤压技术起着很大的作用。如扁挤压筒、舌型模、组合模、多层预紧应力模、变断面模等。(8)高比压优质圆挤压筒和扁挤压筒及特种型材模和异形管材模的设计与制造技术是铝合金挤压生产的核心和关键技术,
17、其技术含量在整个挤压技术中占有很大的比例。(9)对于中等批量的挤压产品,工模具的成本占总成本的 30%左右,如将其使用寿命提高 510 倍,则产品的成本可大幅度下降。因此,在铝挤压界广泛流传的一句口号:产品是生命,设备是基础,模具是关键,工艺是保证。1.3铝型材挤压模具技术发展概况在金属压力加工中,决定某一挤压方法是否经济可行,主要取决于下列三个方面,即产品质量、生产效率和工模具寿命,而工模具往往是工艺决策的关键因素。因此,挤压用工模具的发展实际上伴随挤压技术的发展而发展。 铝合金挤压技术发展的初期,由于挤压机能力小,结构简单,产品形状单一而且尺寸较小,所变形合金较软,所以模具一般为结构形状极
18、为简单,尺寸较小的圆状平面模,工具的结构形状也较为简单。当时的模具多用普通工具钢,采用一般的机械加工方法制造。随着铝合金挤压材向大型化、复杂化、精密、多规格、多用途方面发展,对挤压工模具提出了越来越高的要求。不仅出现了像平面分流组合模、宽展模具、保护模、变断面模等多种新型结构的模具,成功地研制出多种b达1500MPa 以上的高级耐热高强度工模具材料,而且开发了多种大型的基本挤压工具,这些工具便于装卸,先进可靠,但结构形状复杂,尺寸规格大,难于设计制造。如 200MN 卧式挤压机上的大型特种组合型材模具,模具组尺寸为1800500mm,重达10t,需15t高强而热合金钢坯,其设计、制造、使用和维
19、修都十分复杂。我国模具开发制造水平与国外相比仍存在很大的差距,比国际先进水平至少落后10年,特别是在大型、精密、复杂、长寿命模具的制造上存在很大困难,这也成为制约我国制造业发展的瓶颈。表1-1列出了国内外挤压模具设计制造的发展水平和主要差距3。表1-1 国内外挤压模具设计制造的发展水平和主要差距国际先进水平国内先进水平设计理论和方法普遍采用动态热分析与热模拟及有限元和电子计算机分析技术,研发了多种新结构模具及设计软件,建立了巨型数据库与专家库,正在研发零试模技术基本采用传统方法,开始研究和开发新理论、新方法,开始重视新结构模具研发与软件开发新结构大型工具广泛采用高比压的优质圆、扁挤压筒,固定挤
20、压垫,快速换模装置及高效反挤压工具开始研发扁挤压工具和固定挤压垫及快速更换装置模具材料以 H13 钢及改进型钢为主,采用电渣重熔、炉外在线精炼,开始研制陶瓷高温和粉末合金等新型模具材料以H13钢替代 3Cr2W8V 钢,H13 钢的冶金质量逐步提高,同时开始开发新型模具材料和陶瓷材料模具加工技术机加工、电加工和热加工水平很高,机床的 NC/CNC 程度达 95%以上,加工中心基本普及实现全线自动化生产推行机-电-热综合加工方法,传统的手工加工法仍占相当大的比重 ,机床的 NC/CNC程度为 50%左右,加工中心开始应用热处理技术普遍推广预处理、真空和保护气氛热处理工艺。开发出了等温淬火、多级淬
21、火和多次回火等新工艺传统热处理法占 60%以上,开始采用真空、保护气氛热处理工艺,并开始研发新热处理工艺表面处理技术普遍采用各种表面处理技术,可处理窄缝(0.6mm)模孔,表面硬度可达25004000HV开发并正在推广几种有效的表面处理技术,可处理0.76mm 以上的窄缝,模表面硬度可达 20002500HV生产方式及专业化、标准化程度高度专业化集约化生产,专业化标准化程度达 85%95%多采用大而全、小而全生产方式,专业化、标准化程小于50%模具平均使寿命与质量平面模:3050t/每模以上组合模:2025t/每模以上一次上机合格率:70%左右平面模:820t/每模左右组合模:515t/每模左
22、右一次上机合格率:50%左右1.4论文的主要研究内容模具可以说是产品生产的心脏,其设计的好坏直接影响到挤压型材的质量及效率(外形尺寸、壁厚公差、强度、表面外观),为了得到稳定的质量,就必须使模具工作带的型材断面金属流速达到一致。模具设计上的重点是要充分考虑到直接挤压的特性(材料流速不一致)和工具内的复杂流动性,在保证模具强度的同时,尽量使得最终挤压成型出口的每个位置金属流速保持一致。本文通过对散热器结构的分析,在分析和总结大量实践经验的基础上,详细探讨了实际挤压模具设计与制造的方法和关键点。文章从散热器挤压模具的整体设计到模具各个结构的设计一一作了详细论述,同时还讲述了挤压工艺和挤压模具材料热
23、处理工艺。第二章 型材挤压模具设计技术2.1型材模具的设计原则及步骤2.1.1挤压模具设计时应考虑的因素在设计挤压模具时,除了应参考机械设计所需遵循的原则以外,尚需考虑热挤压条件下的各种工艺因素,其中包括由设计者本身确定的因素、模子制造者确定的因素和由挤压生产者确定的因素。(1)由模子设计者确定的因素。挤压机的结构,压型嘴的选择或设计,模子的结构和外形尺寸,模子材料,模孔数和挤压系数,制品的形状、尺寸及允许的公差,模孔的形状、方位和尺寸,模孔的收缩量、变形挠度、定径带与阻碍系统的确定,以及挤压时的应力应变状态等。(2)由模子制造者确定的因素。模子尺寸和形状的精度,定径带和阻碍系统的加工精度,表
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