角鋼的工藝制定與模具設計課程設計設計任務書.docx

中南大學 2014年中南大學機電工程學院（材料成型與控制專業(yè)向） 專業(yè)課程設計設計任務書 設計課題： 角鋼的工藝制定與模具設計 組 號： 第1組 學生姓名： 班 級： 學 號： 指導教師： 目錄1、 擠壓相關知識及發(fā)展狀況.11.1 擠壓加工方法.11.2 鋁加工行業(yè)的分布.11.3鋁及鋁合金的特點與應用.21.4擠壓工模具的材料.32、 總設計過程概論.52.1 擠壓工藝流程.52.2擠壓工藝及工藝參數條件的確定.53、 型材模設計.83.1相關參數.83.2選坯和選設備.93.3擠壓力的計算.103.4模組及模子外形尺寸確定.113.5組合模相關參數的確定.133.6 模子內形尺寸的確定.163.7?？坠ぷ鲙чL度hg的確定.173.8模芯的設計.173.9上模凸臺設.183.10定位銷、螺釘.183.11模子強度校核.183.12零件圖裝配圖(見圖紙).194、 總結與體會.20一、擠壓相關知識及發(fā)展狀況1.1 擠壓加工方法擠壓是有色金屬、鋼鐵材料生產與零件成型加工的主要方法之一，也是各種復合材料、粉末材料等先進材料制備與加工的重要方法。從大尺寸金屬鑄錠的熱擠壓開坯、大型管棒型材的熱擠壓加工至小型精密零件的冷擠壓成型，從粉末、顆粒料為原料的復合材料直接固化成型到金屬間化合物、超導材料等難加工材料，現代擠壓技術得以廣泛的應用。擠壓加工的方法主要有正擠壓，反擠壓，側向擠壓，玻璃潤滑擠壓，靜液擠壓，連續(xù)擠壓。擠壓加工特點是處于強烈的三向壓應力狀態(tài)，這有利于提高金屬的塑性變形能力，提高制品的質量，改善制品內部微觀組織和性能。除此以外，擠壓加工還具有應用范圍廣，生產靈活性大，工藝流程簡單和設備投資少的特點。應用擠壓加工工藝最多的材料是低熔點的有色合金，如鋁及鋁合金。1.2 鋁加工行業(yè)的分布中國的鋁加工企業(yè)主要集中于沿海(廣東、福建、浙江、上海、江蘇、山東、河北、天津、北京、遼寧)地區(qū)，即珠江三角洲(廣州一深圳為中心的經濟圈)、長江三角洲(上海為中心的經濟圈)、環(huán)渤海灣地區(qū)(京津經濟圈)所占比例較大，許多鋁加工企業(yè)都云集于此三大經濟圈。1.3鋁及鋁合金的特點與應用鋁及鋁合金具有一系列特性，在金屬材料的應用中僅次于鋼材而居第二位。目前全世界鋁材的消費量在1800萬噸以上，其中用于交通運輸（包括鐵道車輛、汽車、摩托車、自行車、汽艇、快艇、飛機等）的鋁材約占27%，用于建筑裝修的鋁材約23%，用于包裝工業(yè)的鋁材約占20%。隨著中國經濟建設的高速發(fā)展，人民生活水平的不斷提高，中國的建筑行業(yè)發(fā)展迅速，包括鋁型材在內的建筑裝飾材料不斷增加。鋁型材的應用已經擴展到了國民經濟的各個領域和人民生活的各個層面。根據鋁合金的成分和生產工藝特點,通常分為變形鋁合金與鑄造鋁合金兩大類。變形鋁合金也叫熟鋁合金，根據據其成分和性能特點又分為防銹鋁，硬鋁，超硬鋁，鍛鋁和特殊鋁等五種。鋁合金比純鋁具有更好的物理力學性能：易加工、耐久性高、適用范圍廣、裝飾效果好、花色豐富。鋁合金分為防銹鋁、硬鋁、超硬鋁等種類，各種類均有各自的使用范圍，并有各自的代號，以供使用者選用。 鋁合金型材具有強度高、重量輕、穩(wěn)定性強、耐腐蝕性強、可塑性好、變形量小、無污染、無毒、防火性強，使用壽命長（可達50100年），回收性好，可回爐重煉。1.4擠壓工模具的材料表1.常用擠壓工具鋼化學成分鋼號(c)/%(si)/%(mn)/%(cr)/%(mo)/%(w)/%(v)/%5crmnmo0.50.60.250.61.21.60.60.90.150.35crnimo0.50.60.40.50.80.50.80.150.33cr2w8v0.30.40.40.42.22.77.59.00.20.54cr5mosiv10.320.420.81.20.44.55.51.01.50.81.1本設計選用模具材料為4cr5mosiv1，又稱h13鋼。鋼中碳化物類型有、。釩在鋼中起回火時二次硬化作用；cr、mo、w、v能提高鋼抗回火軟化能力，保持高溫下的強度、韌度；硅提高鋼的回火穩(wěn)定性和抗熱疲勞能力。鉻和硅還能提高抗氧化和抗燒蝕性。 表2.常用擠壓工具鋼及其機械性能：鋼號試驗溫度t/mpa/mpa/%/%hb熱處理工藝5crmnmo300400500600115010107804309908606904104761868411.011.117.526.7351311302235850空淬，600回火3cr2w8v300400450500600-1491152014301280-137313631304-15-5.6-8.3-4294294053253251100在油中淬火，550回火4cr5mosiv1400450500550600136013001200105082512301135102585571049525658676791210-1050油淬，625回火在油中兩小時二、總設計過程概論2.1 擠壓工藝流程金屬制品是經若干個工序制作出來的，每個工序按一定順序連接起來，就形成了工藝。工藝要在一定條件下完成，有特定的工藝參數。擠壓工藝流程：鑄錠加熱擠壓切壓余淬火冷卻切頭尾 切定尺 時效表面處理包裝入庫2.2擠壓工藝及工藝參數條件的確定應考慮擠壓溫度、擠壓速度、潤滑、模具（種類形狀、形狀等）、切壓余、切頭尾、淬火、冷卻、等多方面的因素，合理地選擇工藝或參數。1）鑄錠的加熱溫度一般來說，對6063合金鑄錠的加熱溫度可設定為： 未均勻化鑄錠：460-520；均勻化鑄錠：430-480。 其擠壓溫度在操作時視不同制品及單位壓力大小來調整。在擠壓過程中鑄錠在變形區(qū)的溫度是變化的，隨著擠壓過程的完成，變形區(qū)的溫度逐漸升高，而且隨著擠壓速度的提高而提高。因此為了防止出現擠壓裂紋，隨著擠壓過程的進行和變形區(qū)溫度的升高，擠壓速度應逐漸降低。2）擠壓筒預熱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400450?？刹捎猛娮孕蓄A熱。3）模子預熱避免急熱，延長模具壽命，應對模具進行預熱。4）擠壓溫度熱擠壓時，加熱溫度一般是合金熔點絕對溫度的0.750.95倍，擠壓過程中溫度最好控制在450左右。6）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，本設計的擠壓速度由設備而定。7）工模具的潤滑因本設計采用熱擠壓，故不采用潤滑。8）模具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，本設計采用4cr5mosiv1作為模具的材料，熱處理的硬度為hrc4047。9）切壓余本設計視擠壓設備而定，要控制質量，切去縮尾等缺陷。10）淬火本工藝過程中，制品擠出后可通過設置風扇對制品進行吹風來達到風淬（固溶強化）的目的，或采用噴水霧的方法。11）冷卻直接露置在空氣中冷卻，達到自然時效的目的。12）切頭尾一般擠壓制品的頭部和尾部都存在缺陷，為了不影響制品的性能，需要進行切頭尾的工作。切頭尾的量可以是300500mm或5001000mm，本次設計頭尾各切300mm。13）切定尺 本次設計取每根制品6m長作為切定尺的標準。14）時效 時效處理可以分為兩種：自然時效和人工時效。自然時效即讓擠壓制品在空氣中停放；6063合金擠壓型材的力學性能和電化學性能除了與合金的化學成分有密切關系外，還與人工時效制度有較大關系。低溫長時間時效和高溫短時間時效使力學性能有較大提高，但卻降低了合金的電化學性能。為了兼顧兩種性能及確保生產效率，采用室溫自然時效（停放）2h,再在195205人工時效2h的時效制度是適宜的。15）表面處理為了提高制品的耐蝕性和抗疲勞性等，可以對其進行表面處理。表面處理一般有：陽極氧化、著色、噴粉、噴涂、電泳、拋光等。16）包裝入庫 將鋁合金成品進行包裝入庫。三型材模設計 3.1相關參數 了解產品技術要求，工藝流程、工藝制度（規(guī)程）設計(變形制度、溫度制度、速度制度)（包括力能參數計算）、工藝布置圖、擠壓模具設計(cad)表3.已知條件： (尺寸單位：mm) 組員合金牌號606360836061606360836061寬度a50.525.429.565.545.535.5寬度b251015341818厚度c2.21.21.162.51.81.55型材斷面尺寸（名義尺寸修改如上表，公差不變） 具體參數：合金牌號：6061b=29.5mm h=15mm t=1.16mm 3.2選坯和選設備 制品的截面積：f制29.515-（29.5-21.16）（15-21.16）=97.86mm2表4：設備噸位500t800t1630t擠壓筒直徑d095125187擠壓截面積f070851226627451錠坯尺寸ddld90x270/320120x400/450178x540/600/660冷床長26m32m44m填充系數1.1141.0851.104壓余厚202530最大擠壓比97.48273.6加工范 圍最大外接圓直徑6595147擠一根最小制品斷面積f制min72150372綜合尺寸等各因素，選用500t擠壓設備 擠壓筒內孔尺寸95錠坯尺寸為：dd x ld90270mm 3.3擠壓力的計算根據擠壓力p = 11.775（d/d）1/20.8 d2bp為單位擠壓力，nd擠壓筒內直徑，mmd制品的當量直徑，mm （此處當量直徑為4*29.5*15/（29.5*2+15*2）=19.89mm）b某一擠壓溫度下材料的抗拉強度，mpa故p11.775（95/19.89）1/20.8 95216.22385kn 換算噸位：約243tp額定噸位500t，設備選擇符合要求，即所選設備理論可行 3.4模組及模子外形尺寸確定 模組尺寸如下表：表5.設備噸位500t800t1630t12h160180190210250240310350340h1203030h2809090100110150h35006050606080 擠壓模具的尺寸如下表：表6：設備噸位500t800t1630td1/d2135/1452025165/1752530250/2603040h11212131213模組及模子尺寸外形的計算 根據前面計算，從表6選取h2=90mm h3=50mm h1=20mm模子外形尺寸的確定（如下圖4）依據表7的數據可以確定d1=135 d2=145 h1=12 h2=25本設計采用孔道式分流組合模取h上40 h下40 圖3：圖4： 3.5組合模相關參數的確定 1).分流孔的個數取4個，形狀為扇形 2)扇形面積的確定： 因為分流孔面積與制品斷面積的比值f分/f型k,k即為分流比，一般k對于空心型材時，取1020，本設計取k=15分流孔的面積f分 =k* f型=1597.86=1467.9 mm2且分流孔面積的大小按f大/f小=f大/f小其中,f-分流孔的面積, f-相應型材面積f分2x(f大f小)故f大486.6 mm2 f小=247 mm2 3).分流孔位置的確定 分流孔中心圓的直徑d分0.7d0=0.795=66.5mm 應保證分流孔最大外接圓直徑比設備可加工范圍的孔最大外接圓直徑小5mm。本設計設備的可加工最大外接圓直徑為65,故分流孔最大外接圓直徑60mm 綜合各因素考慮，暫時先取其外接圓直徑為60mm 確定a，的大小如圖 圖7 其中a,b為模孔與模腔的最小距離，依據經驗a,b一般取38，本設計取a=4，b=3mm.圖8 由h=15/2+4=11.5mm,h=60/2=30mm，由幾何知識可得方程式： ，用代入相關數據可得出75， 同理，計算，40。圖9 4).分流孔的形狀 分流孔由一定的傾斜錐度，這樣可以改善焊縫的質量，孔道錐面與其軸線的夾角為24，本設計取4 5).分流橋 分流橋的寬窄和模具的強度以及金屬的流量有關，從增大分流比，降低擠壓力來考慮，分流橋的寬度b應該選擇小些，但為了改善金屬流動的均勻性，模孔最好受到分流橋的遮蔽，則b應該選擇得寬些，一般?。?b=b(320) 本設計采用倒梯形結構，取b=20mm 6).焊合室 焊合室的形狀和大小對焊縫的質量有很大的影響。 按經驗公式：當d095時，h15，焊合室直徑比分流孔出口處約小5mm，本設計取h=10mm，形狀為圓形如圖： 3.6 模子內形尺寸的確定工件如圖所示: 圖12: 模具圖如下: 圖13: 按經驗公式a=a0k a0 a-制品外形的模孔尺寸 a0制品外形的公稱直徑 k-經驗系數，由于本設計爭對6063合金，取k=0.010 得bk=29.5（10.010）+0.2=30.00mm hk=15(10.010)+0.2=15.35mm制品型材壁厚可由經驗公式b=b0確定由于b0=1.16.本設計0.1故tk=1.160.1=1.26 3.7?？坠ぷ鲙чL度hg的確定 由于本型材制品的對稱性較好，外形相對較小，一般可取26。 本設計取hg5mm 3.8模芯的設計 一般伸出下模工作帶35mm，本設計取4mm，模腔外形按空心型材的空心部分確定。 3.9上模凸臺設 上模凸臺高取7mm，直徑為105mm，用于裝配定位 3.10定位銷、螺釘（按gb標準選取標準件）定位銷的直徑取兩個：8x75，螺釘采用m10x85,具體說明見裝配圖。 3.11模子強度校核這種模子在工作時承受載荷最不利的情況是分流孔道和焊合室尚未進入金屬和金屬充滿焊合室以后流出?？字H，故強度的校核主要是針對模子的分流橋，模橋的彎曲應力和抗剪強度： 分流橋彎曲應力校核hminlp/(2 b)1/2，式中:hmin分流橋的最小高度 l分流橋兩個危險斷面的長度，經計算l45mm p作用在擠壓墊片上的單位壓力b 模具材料在溫度下的許用應力。在450500c下，對于4cr5mosiv1取b1000mpa代入數據得：p=500x9.8x1000/7085=691.6mphmin45691.6/（2 1000）1/2hmin26.5mm由于上模厚度h上40mm26.5mm，故符合要求分流孔道抗剪強度的校核qq / fq qq分流橋面上的總壓力；fq分流橋受剪應力的總面積；許用剪應力，(0.50.6) b，450500c下，對于4cr5mosiv1取b=1000mpa代入公式有:=（500x9.8x1000/7085）1410/（22.5404）270.88mpa600mpa故強度符合要求。 3.12