擠壓設(shè)計說明書

1、鋁合金型材擠壓工藝及模具計算課 程 設(shè) 計 任 務(wù) 書題目:鋁合金型材擠壓工藝及模具計算學(xué)院:材料與能源學(xué)院專業(yè): 03金屬材料工程（1）學(xué)號:3203003692學(xué)生:袁飄指導(dǎo)老師：袁鴿成日期：2006年6月21日 課程設(shè)計任務(wù)書材料與能源學(xué)院金屬材料工程專業(yè) 一. 題目:鋁合金型材擠壓工藝及模具設(shè)計二. 設(shè)計基本內(nèi)容: 設(shè)計一件實心型材制品和一件空心型材制品的工藝工藝過程及模具設(shè)計,包括擠壓工藝參數(shù),模具結(jié)構(gòu),制造工藝等要求三. 完成后應(yīng)繳的資料: 課程設(shè)計說明書一份 實心型材模AUTOCAD圖 空心型材模上模AUTOCAD圖空心型材模下模AUTOCAD圖 空心型材模上下模AUTOCAD裝

2、配圖四. 設(shè)計完成期限:2006年6月14日-2006年6月23日指導(dǎo)老師 袁鴿成 簽發(fā)日期_教研室主任_批準(zhǔn)日期_課程設(shè)計評語:成績: 設(shè)計指導(dǎo)教師_ _年_月_日目 錄一: 緒論5二: 總設(shè)計過程概論8三: 實心型材模設(shè)計10四: 空心型材模設(shè)計20五: 后記29一 緒 論鋁合金是十分重要的輕金屬結(jié)構(gòu)材料，由于它具有許多獨特性能，因而被廣泛應(yīng)用于建筑(22)、包裝(21)和交通運(yùn)輸(30 左右)等方面。鋁合金擠壓技術(shù)成熟，擠壓裝備、擠壓模具也在不斷研制與完善，鋁合金擠壓型材有廣闊的應(yīng)用前景，當(dāng)前尤其在交通運(yùn)輸行業(yè)方面。鋁合金型材擠壓技術(shù)在汽車、船舶、鐵路、航空、航天等工業(yè)領(lǐng)域以及建筑等民用

3、領(lǐng)域越來越顯示出其重要地位。鋁加各種金屬元素制成的各類合金，具有其他材料所無法比擬的優(yōu)點，質(zhì)量輕并且強(qiáng)度高，可擠壓成各個時期所用各種新的復(fù)雜斷面材料。專家預(yù)測，盡管近年來鋁合金門窗在低檔次產(chǎn)品的沖擊下，市場表現(xiàn)疲軟，但未來在房地產(chǎn)業(yè)發(fā)展的帶動下，因鋁合金門窗的耐腐蝕性、變型量孝防火性強(qiáng)，及使用壽命長、環(huán)保節(jié)能等特性，決定其仍是今后市場上的主流。鋁合金在國民經(jīng)濟(jì)中起著非常重要的作用。目前，國際上鋁合金型材擠壓技術(shù)發(fā)展迅速，世界各發(fā)達(dá)國家已裝備了各種形式、各種結(jié)構(gòu)、不同噸位的鋁型材擠壓機(jī)，鋁型材擠壓正在向大型化、復(fù)雜化、精密化、多品種、多規(guī)格、多用途方向發(fā)展，擠壓生產(chǎn)也日趨連續(xù)化、自動化和專業(yè)化。

4、根據(jù)產(chǎn)品的類型、規(guī)格以及合金牌號的不同，壁板擠壓的方法可分為圓擠壓筒擠壓、扁擠壓筒擠壓、寬展擠壓和空心壁板擠壓等。圓擠壓筒擠壓法又可分為圓筒平板法、圓筒型法和圓筒圓管法。扁擠壓筒擠壓法也可分為扁筒平板法和扁筒3型法。空心壁板擠壓法和寬展擠壓法近年來發(fā)展較快并得到廣泛應(yīng)用。目前，不僅發(fā)展了一些先進(jìn)的特殊結(jié)構(gòu)的大型擠壓機(jī)，而且研制了多種類型的擠壓結(jié)構(gòu)的模具以及新的擠壓工藝，并能擠壓出各種外形復(fù)雜的實心和空心制品。我國的鋁型材擠壓技術(shù)起步較晚，盡管目前已有很多家生產(chǎn)鋁型材的國有企業(yè)，擁有許多臺擠壓機(jī)，但無論從擠壓產(chǎn)品的質(zhì)量還是從擠壓生產(chǎn)的效率和標(biāo)準(zhǔn)化程度來看，都與世界先進(jìn)水平存在較大差距。鋁材在擠壓

5、過程中，如擠壓模具不是很好或模具擠壓鋁材過多，鋁材表面會產(chǎn)生擠壓痕，用手可能觸摸到鋁材表面不平，因此，在現(xiàn)代化大生產(chǎn)中實施擠壓加工技術(shù)，其成敗的關(guān)鍵是模具，模具設(shè)計以及其質(zhì)量，事關(guān)產(chǎn)品的質(zhì)量，成本。在擠壓設(shè)計的過程中擠壓工藝條件：應(yīng)考慮擠壓溫度、擠壓速度、潤滑、模具（種類、形狀、尺寸等）、切壓余、淬火、冷卻、切頭切尾等多方面的因素。其中，選擇擠壓筒直徑 D0 是一個最核心的問題，有以下的選擇原則：1）保證產(chǎn)品表面質(zhì)量原則2）保證擠壓模強(qiáng)度的原則3）保證產(chǎn)品內(nèi)在質(zhì)量的原則4）經(jīng)濟(jì)上的優(yōu)化原則生產(chǎn)成本最低；成材率最大；產(chǎn)量最高。這次的設(shè)計任務(wù)是設(shè)計一個實心型材和一個空心型材模，實心型材模采用單模，

6、空心型材模采用分流組合模，擠壓制品所有的材料是6063。由于其強(qiáng)度高，質(zhì)量輕，加工性能好，在退火狀態(tài)下，該合金有優(yōu)良的耐蝕性及物理機(jī)械性能，是一種可以時效強(qiáng)化的AL-Mg-Si系合金，廣泛應(yīng)用于基礎(chǔ)性建筑行業(yè)以及一些機(jī)械制造業(yè)。其化學(xué)成分表示如下:6063AL的成分: GB/T3190-1996：表1牌號SiFeCuMnMgCrZnTi其它元素每種總量60630.20.60.350.100.10.450.90.100.10.100.050.156063機(jī)械性能:表2合金狀態(tài)彈性模量E剪切模 量G屈服強(qiáng)度0.2抗拉強(qiáng)度b伸長率泊松系數(shù)u布氏硬度Kg/mm2密度g/ cm26063淬火自然時效71

7、0027001222220.31652.69二 總設(shè)計過程概論1.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 時效表面處理包裝出廠2.擠壓工藝條件1）.鑄錠的加熱溫度6063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(yīng)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(dǎo)熱性差，為避免產(chǎn)生熱應(yīng)力，擠壓前擠壓筒要預(yù)熱，為保證擠壓制品的質(zhì)量，并且具有良好的擠壓效應(yīng)，擠壓筒溫度可取400450。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0.750.95倍，擠壓過程中溫度控制在500左右。4）.擠壓速度

8、擠壓速度快雖然可以提高生產(chǎn)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(zhì)量要求及設(shè)備的能力限制，本設(shè)計的擠壓速度取4060m/min。5).工模具的潤滑因本設(shè)計采用熱擠壓，故不采用潤滑。6）.模具模具應(yīng)具有足夠的耐高溫疲勞強(qiáng)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(shù)和良好的導(dǎo)熱性，可加工性，及經(jīng)濟(jì)性，本設(shè)計采用3Cr2W8V作為模具的材料，熱處理的硬度為HRC4447。7）.切壓余根據(jù)所選的設(shè)備：500T,切壓余厚為20mm；800T，切壓余厚為25mm。8).淬火本工藝過程中，采用在線淬火，制品擠出后可通過設(shè)置風(fēng)

9、扇對制品進(jìn)行吹風(fēng)來達(dá)到風(fēng)淬的目的。9）.冷卻直接露置在空氣中冷卻，達(dá)到自然時效的目的。10）.切頭尾本工藝過程統(tǒng)一去頭尾各300mm500mm。三.實心型材模設(shè)計1.所要設(shè)計的實心型材制品本制品的形狀和尺寸如下圖1牌號（XC311-14）用CAD制圖計算得:制品的截面積F制= 133.4411 mm2 以型材的底部為X軸,以型材縱向的對稱軸為Y軸,得出重心的位置（0，6.3779） 模孔外接圓直徑D外40.66mm現(xiàn)有設(shè)備 （表3）設(shè)備噸位500T800T1630T擠壓筒直徑D095125187擠壓截面積F070851226627451錠坯尺寸Dd|Ld90x270/320120X400/45

10、0178X540/600/660冷床長26m32m44m填充系數(shù)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min721503722.選坯和選設(shè)備根據(jù)加工范圍要求（F制F制min,及D外D外max）有500和800T,1630T的設(shè)備可用，但800T和1630T的擠壓比均超出范圍,按成才率最高的原則，進(jìn)一步優(yōu)化，計算列表,表4序號D0(F0)Dd(mm)Ld(mm)單重wd填充系數(shù)K填充后長度Le壓余厚hy(mm)切壓余后的有效長度Ld擠壓比制品長L制(m)成品數(shù)nx6(m)成品重W制(kg)成材率

11、W制/Wd()195902704.621.114242.420222.453.0911.80712.15446.62295903205.471.114287.320267.353.0914.1924.30778.748312512040012.201.0853692534491.920000412512045013.731.0854152539091.920000最后選擇成才率最高的78.748對應(yīng)的方案2即500T的擠壓機(jī)設(shè)備錠坯尺寸為：Dd * Ld=90*320mm =53.09 903.擠壓力的計算根據(jù)經(jīng)驗系數(shù)公式P=*Kf(+4L/D)F=A*P表征擠壓難易程度的經(jīng)驗系數(shù)，對于實心型

12、材取1.01.1,本設(shè)計取1.1P為單位擠壓力，MPaF為最大擠壓力, NA擠壓筒內(nèi)孔的面積，mm2擠壓系數(shù)Kf材料在擠壓溫度下的變形抗力（查表），MPa摩擦系數(shù)L鑄錠敦粗后額長度，mm, 即填充后長度LeKf查表取16取0.30故P=1.116(53.09+40.30287.3/95)=133.78MPa F=133.78*9595/4=947781.13N換算成噸位：約96.7123TF=96.7123T額定噸位500T，設(shè)備選擇符合要求，即理論技術(shù)可行4.實心型材模具體結(jié)構(gòu)設(shè)計模組的結(jié)構(gòu)如下圖圖2 1.模子 2.模墊 3.前環(huán) 4.后環(huán) 5.保護(hù)墊板 6.前機(jī)架 7.模座 8.模套 9.

13、剪刀 10.擠壓筒模組的結(jié)構(gòu)：對于不同噸位的擠壓機(jī)，下圖中的主要結(jié)構(gòu)尺寸都是配套設(shè)置的，可以從有關(guān)資料中查得。模組的主要結(jié)構(gòu)尺寸如圖3模組尺寸如下表表5設(shè)備噸位500T800T1630T12H160180190210250240310350340H2809090100110150H3506050606080 擠壓模具的尺寸如下表表6設(shè)備噸位500T800T1630Td1/d2135/1452025165/1752530250/2603040h112121312135. 實心模尺寸數(shù)據(jù)設(shè)計1)選坯和選擇設(shè)備根據(jù)前面的計算擠壓筒內(nèi)直徑D0=95 錠坯尺寸：Dd X Ld90mm320mm擠壓比=5

14、3.09mm 902).模組及模子尺寸外形的計算根據(jù)前面計算，從表5選取H2=90mm H3=60mm H=190mm1=160mm 2=180mm模子外形尺寸的確定（如下圖4）圖4 依據(jù)表6的數(shù)據(jù)可以確定d1=135 d2=145 h1=12 h2=253)模子內(nèi)形尺寸的確定擠壓比=53.09MAX=97.4,所以不需要多孔擠壓確定?？壮叽纾河晒紸=A0+M+(Ky+Kp+KT)A0KT=tt11對于3Cr2W8V鋼，取1=0.000014/C, t1=400對于6063合金，0.000025 t=500故KT=0.007Ky和Kp的值查書第82頁，計算得到:尺寸200.45的?？壮叽鐬?

15、=20+0.45（0.0150.0150.007）2021.19尺寸300.60的?？壮叽鐬?B=30+0.60（0.00650.00750.007）3031.23尺寸20.2的?？壮叽鐬? h=2+0.20（0.0350.0250.007）2=2.334mm型材的圓角及圓弧沒有偏差要求，故可按名義尺寸設(shè)計由于這種角材在擠壓的過程中出現(xiàn)并口現(xiàn)象,角度取91模孔尺寸如下圖所示4)孔形在模子端面位置的確定（由于本型材為等壁厚的型材，故型材的幾何重心在置模子的中心）用CAD制圖計算得: 以型材的底部為X軸,以型材縱向的對稱軸為Y軸,得出重心的位置（0，6.3779）5).定徑帶長度的確定由于是等壁厚

16、型材，故定徑帶長度h定各處相等，本次設(shè)計取h定3。6).出口直徑. dch 由于模子的出口直徑一般應(yīng)比工作帶直徑大36mm,以免因過小而劃傷表面。 本設(shè)計出口直徑dch=6mm。7).阻礙角由于h定1015，故不采用阻礙角。8).校核（1）擠壓力的校核擠壓力為96.7123噸，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于額定噸位500噸，所以符合要求。（2）模子強(qiáng)度的校核 對于槽形模的突出部分,可以認(rèn)為是一個懸臂梁，可按下述步驟校核其危險面I-I處的模子最小厚度。危險面I-I處在擠壓是所受的彎矩為：M=P*a*l*l/2=(P*a*l)/2抗彎斷面系數(shù)為：W=b*h/6則彎曲應(yīng)力為：=M/W=3*p*l*a/(h*b)固模具的最

17、小厚度為h=式中：h模具（包括模子和支承環(huán)的總厚度）的最小厚度，mml槽型模子懸臂梁的長度，即槽形型材的槽深尺寸，mmP擠壓筒的比壓，擠壓機(jī)噸位與擠壓筒內(nèi)截面積之比，MPaA模孔懸臂梁根部斷面處的寬度，mmB模孔懸臂梁根部斷面出口處的寬度，mm,b=a-2c,C模孔懸臂梁根部出口空刀尺寸（一般取1.5-3），mm模具材料的許可彎曲應(yīng)力，其植一般取許用抗拉應(yīng)力的（0.4-0.5）倍左右，在溫度450-500C下對于4Cr5MoSiVi取=600Pa符合要求模子的最大撓曲變形按如下公式計算懸臂梁端部最大撓度，mml懸臂梁長度，mmq等于Q/l，懸臂梁單位長度上的壓力，N/mmE模具材料的彈性模量2

18、.210MPaJ懸臂梁斷面慣性矩，J=B,h分別為懸臂梁的寬度和高度，mmQ懸臂梁承受的總壓力本設(shè)計中要是模子的抗剪強(qiáng)度.對于抗剪強(qiáng)度的校核,取角型材斜邊為危險端面,進(jìn)行強(qiáng)度校核危險面I-I處的彎距為：M= P*a*l*l/2 = 185kg.m抗彎斷面系數(shù)：W= b*h*h /6 =0.693 m3 彎曲應(yīng)力：彎 M/W 266.95 MPa 600 MPa，符合要求。最小模具厚度：hmin =l * (3P * a / b 彎) 1/2 = 7.9 mm最大 （q * l4）/ ( 8E * J ) = 0.243mm 1 mm 各項指標(biāo)均滿足要求，故強(qiáng)度符合。9).畫圖 （見圖紙）四.空

19、心型材模設(shè)計1.所要設(shè)計的制品本設(shè)計制品的的牌號為I529回型管具體參數(shù)為B=90mm H=25.4mm T=1.8mm 重量：1.09Kg/m具體如下圖2.選坯核選設(shè)備制品的截面積：F制402.48 mm2?？淄饨訄A直徑D外93.52根據(jù)加工范圍要求（F制F制min,及D外D外max）由表3知有500T和800T，1630T的可用按成才率最高的原則，在進(jìn)一步計算優(yōu)化，計算列表如下表7序號D0(F0)Dd(mm)Ld(mm)單重wd填充系數(shù)K填充后長度Le壓余厚hy(mm)切壓余后的有效長度Ld擠壓比制品長L制(m)成品數(shù)nx6(m)成品重W制(kg)成材率W制/Wd()195/902704.

20、621.114242.420222.417.604.75000295/903205.471.114287.320267.317.605.6320003125/12040012.201.0853692534430.4710.4916.49653.244125/12045013.731.0854152539030.4711.8816.49647.345187/17854036.301.1044853045568.2031.03532.4889.486187/17860040.301.1045443051468.2035.06532.4880.607187/17866044.401.10459830

21、56868.2038.74638.9887.79最后選擇成才率最高的89.48對應(yīng)的方案5即1630T的擠壓設(shè)備錠坯尺寸為：Dd X Ld=178X540mm =68.20 903.擠壓力的計算根據(jù)經(jīng)驗系數(shù)公式P=*Kf(+4L/D)F=A*P表征擠壓難易程度的經(jīng)驗系數(shù)，對于空心型材取1.11.5,本設(shè)計取1.5P為單位擠壓力，MPaF為最大擠壓力, NA擠壓筒內(nèi)孔的面積，mm2擠壓系數(shù)Kf材料在擠壓溫度下的變形抗力（查表），MPa摩擦系數(shù)L鑄錠敦粗后額長度，mmKf查表取16取0.30故P=1.516.7(68.20+40.30485/187)=188.9MPa F=188.91872 /4

22、=5185768.41N=5185.77kg換算成噸位：約529.16T F529.16T額定噸位1630T，設(shè)備選擇符合要求，即所選設(shè)備理論可行4.模組及模子外形尺寸確定：模組尺寸結(jié)構(gòu)簡圖如前圖3所示根據(jù)前面計算，從表6選取H2=130 mm H3=60mm 模子外形尺寸簡圖如前圖4依據(jù)表6的數(shù)據(jù)可以確定d1=250 d2=260 h1=12 h2=130因為本設(shè)計采用孔道式分流組合模故：取H上70mm H下60 mm 5.組合模相關(guān)參數(shù)的確定：1).分流孔的個數(shù)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K=10

23、30。本設(shè)計取K=10且分流孔面積的大小按Fmax/Fmin=fmax/fminfmax=（9021.8）1.8=155.52 mm2Fmax =10fmax=1555.2 mm2fmin=25.4*1.8=45.72mm2Fmin=10*fmin=457.2mm23).分流孔位置的確定分流孔中心圓的直徑D分0.7D0=0.7187=130.9mm暫時先取其外接圓直徑為132mm由于本空心型材設(shè)計長寬比很大B=90mm，H=25.4mm如果用同心圓扇形分流孔則大孔扇形的圓心角很小造成流動不均勻，因此本設(shè)計采用腰子形分流孔圖7分流孔的位置形狀按如下公式設(shè)計S=L*D+*(D/2) 2S分流孔面積

24、 L分流孔除兩個半圓外的長度（預(yù)設(shè)）D圓的直徑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(zhì)量，孔道錐面與其軸線的夾角為24，本設(shè)計取35).分流橋分流橋的寬窄和模具的強(qiáng)度以及金屬的流量有關(guān)，從增大分流比，降低擠壓力來考慮，分流橋的寬度B應(yīng)該選擇小些，但為了改善金屬流動的均勻性，?？鬃詈檬艿椒至鳂虻恼诒危瑒tB應(yīng)該選擇得寬些，一般取： B=b+(320)b=25.4mmB=41.7mm本設(shè)計采用水滴形結(jié)構(gòu)，見下圖 v6).焊合室焊合室的形狀和大小對焊縫的質(zhì)量有很大的影響。隨著管材壁厚的增加和空心型材短面積增大，焊合腔的高度也增大，一般情況下，焊合腔的高度應(yīng)大于分流橋?qū)挾纫话搿χ?/p>

25、小型擠壓機(jī)來說。焊合腔的高度可取10-20mm或等于管壁厚度的6-10倍現(xiàn)根據(jù)擠壓筒直徑來確定焊合腔的高度按經(jīng)驗公式：150200 h=2025本設(shè)計取h=20，形狀為碟形如圖：圖8 6. 模子內(nèi)形尺寸的確定工件如圖所示圖8 模具圖如下圖9按經(jīng)驗公式A=A0+K A0A-制品外形的?？壮叽鏏0制品外形的公稱直徑K-經(jīng)驗系數(shù)，由于本設(shè)計為6063合金，取K=0.012得BK=90（1+0.012）=91.08mmHK=25.4(1+0.012)=25.7048mm制品型材壁厚可由經(jīng)驗公式B=B0+確定由于B0=1.8.本設(shè)計0.1故Tk=1.8+0.1=1.97.模孔工作帶長度hg的確定由于本型

26、材制品的對稱性較好，外形相對較小，一般可取26，生產(chǎn)實踐中對鋁合金常用815本設(shè)計取hg5mm8.模芯的設(shè)計一般伸出下模工作帶12mm，本設(shè)計取2mm，模腔外形按空心型材的空心部分確定。如圖9.上模凸臺長取21mm.用于裝配定位10.定位銷，螺釘按GB標(biāo)準(zhǔn)選取標(biāo)準(zhǔn)件定位銷的直徑取8，螺釘采用M10,具體說明見裝配圖11.模子強(qiáng)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(jìn)入金屬和金屬充滿焊合室以后流出模孔之際，故強(qiáng)度的校核主要是爭對模子的分流橋，模橋的彎曲應(yīng)力和抗剪強(qiáng)度： 分流橋彎曲應(yīng)力校核Hmin=Lp/2*b式中: Hmin=分流橋的最小高度 L分流橋?qū)挾?經(jīng)計算L=125.68mm P擠壓機(jī)的最大的比壓P=163010009.8/27451=581.91b模具材料在溫度下的許用應(yīng)力.在450500下,對于4Cr5MoSiVi取b=900Pa代入數(shù)據(jù)得Hmin=71.45mm由于上模厚度H上7571.45mm故符合要求分流孔道抗剪強(qiáng)度的校核=P /n*F有:=(0.50.6) b,在450