擠壓設(shè)計(jì)說明書修改后

1、鋁合金型材擠壓工藝及模具計(jì)算課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書題目:鋁合金型材擠壓工藝及模具計(jì)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:3103003698學(xué)生:甄堂指導(dǎo)老師：袁鴿成日期：2006年6月21日 課程設(shè)計(jì)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(jì)二. 設(shè)計(jì)基本內(nèi)容: 設(shè)計(jì)一件實(shí)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(jì),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(jì)說明書一份 實(shí)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(jì)完成期限:2005年6月14日-2005年6月24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(jì)評語:成績: 設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師_ _年_月_日目錄一: 緒論5二: 總設(shè)計(jì)過程概論8三: 實(shí)心型材模設(shè)計(jì)10四: 空心型材模設(shè)計(jì)19五: 后記28一緒論鋁被譽(yù)為僅次于鋼鐵的第二大金屬，由于具有密度低、強(qiáng)度適中、加工性能好等一系列優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于建筑、包裝、交通運(yùn)輸?shù)刃袠I(yè)，鋁及鋁材的消費(fèi)已經(jīng)成為一個(gè)國家工業(yè)發(fā)展水平的重要標(biāo)志。近年來工業(yè)鋁型材應(yīng)用于交通行業(yè)呈上升趨勢。鋁合金在國民經(jīng)濟(jì)中起著非常重要的作用。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，鋁合金型材正向著大型整體化、薄壁

3、扁寬化、尺寸高精化、形狀復(fù)雜化、外廓美觀化的方向發(fā)展，品種規(guī)格不斷增多，應(yīng)用范圍不斷拓展，已由民用建筑門窗型材為主體推廣到了航天航空、汽車船舶、交通運(yùn)輸、電子電力、石油化工、機(jī)械制造、家用電器等各行各業(yè)和人民生活各個(gè)方面。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前世界上每年需要的大型鋁合金型材約4o萬噸，而且增漲勢頭不減。為了適應(yīng)這種市場需求趨勢，各國都在加速建設(shè)重型擠壓機(jī)或大型材擠壓生產(chǎn)線。近年來，隨著科技的進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，特別是交通運(yùn)輸?shù)默F(xiàn)代化、高速化和輕量化，需要大量的大型特種型材。為了實(shí)現(xiàn)大型材國產(chǎn)化，國家投入了大量的人力、物力和財(cái)力進(jìn)行研究開發(fā)，除了將西南鋁原有的80MN臥式水壓機(jī)改造成一條具有現(xiàn)代化水平

4、的油壓機(jī)生產(chǎn)線外，遼源麥達(dá)斯公司于2001年又建成了一條75MN臥式油壓擠壓機(jī)生產(chǎn)線。此外，天津Corus公司的一臺(tái)55MN臥式油壓機(jī)生產(chǎn)線已于1999年投人生產(chǎn)。正在建設(shè)或計(jì)劃建設(shè)60MN以上的臥式油壓機(jī)生產(chǎn)線的有山東的叢材鋁業(yè)、南山鋁業(yè)，遼寧的忠旺鋁業(yè)，廣東的興發(fā)鋁業(yè)等，到2005年左右這些擠壓生產(chǎn)線建成投產(chǎn)后，我國大型鋁合金型材的生產(chǎn)能力可達(dá)10萬噸年以上，完全可以滿足國內(nèi)市場的需求，并可部分出口。大型特種鋁合金型材之所以能獲得如此高速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，主要是由于具有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，能滿足市場的各種需求。然而，大型特種鋁合金型材是一種高難度的高新技術(shù)產(chǎn)品，除了必需配備80MN以上的重型擠壓

5、機(jī)外，尚需解決一系列關(guān)鍵技術(shù)問題。鋁材在擠壓過程中，如擠壓模具不是很好或模具擠壓鋁材過多，鋁材表面會(huì)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(shí)施擠壓加工技術(shù)，其成敗的關(guān)鍵是模具，模具設(shè)計(jì)以及其質(zhì)量，事關(guān)產(chǎn)品的質(zhì)量，成本。在擠壓設(shè)計(jì)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(gè)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(jì)任務(wù)是設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)

6、心型材和一個(gè)空心型材模，實(shí)心型材模采用單模，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(shí)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/m

7、m2密度g/ cm26063淬火自然時(shí)效710027001222220.31652.69二 總設(shè)計(jì)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(shí)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(shí)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(shí)，加熱溫度一般是合金熔點(diǎn)絕對溫度的0.750.95倍，擠

8、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(chǎn)力，但擠壓速度過快會(huì)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?？紤]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(jì)的擠壓速度取4060m/min。5).工模具的潤滑因本設(shè)計(jì)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(jì)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

9、過程中，采用在線淬火，制品擠出后可通過設(shè)置風(fēng)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(shí)效的目的。10）.切頭尾本工藝過程統(tǒng)一去頭尾各300mm500mm。三.實(shí)心型材模設(shè)計(jì)1.所要設(shè)計(jì)的實(shí)心型材制品本制品的形狀和尺寸如下圖1牌號（XC311-20）用CAD計(jì)算得: 制品的截面積F制= 655.1294 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（0，19.7476） ?？淄饨訄A直徑D外71.45mm 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|Ld

10、90x270/320120X400/450178X540/600/660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800T和1630T的設(shè)備可用，按成才率最高的原則，進(jìn)一步優(yōu)化，計(jì)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W制/Wd(

11、)1125/12040012.201.0853692534418.7236.440002125/12045013.731.0854152539018.7237.30110.5776.693187/17854036.301.1044853045541.9019.06331.7287.384187/17860040.301.1045443051441.9021.53331.7278.715187/17866044.401.1045983056841.9023.80331.7271.44最后選擇成才率最高的87.38對應(yīng)的方案3錠坯尺寸為：Dd * Ld=178*540mm =41.90 90

12、76;3.擠壓力的計(jì)算根據(jù)經(jīng)驗(yàn)系數(shù)公式P=*Kf(+4L/D)F=A*P表征擠壓難易程度的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，對于實(shí)心型材取1.01.1,本設(shè)計(jì)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=1.1×16(41.90+4×0.30×485/187)=120.3175MPa F=120.3175*187*187/4=3308285.52N換算成噸位：約337.58TF=337.58T額定噸位1630T，設(shè)備選擇符合要

13、求，即理論技術(shù)可行4.實(shí)心型材模具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模組的結(jié)構(gòu)如下圖圖21.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.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500T800T1630T1×2×H160×180×190210×250×240310×350×340H2809090100110150H3506050606080 擠壓模具的尺寸如下表表6設(shè)備噸位500T

14、800T1630Td1/d2135/145×2025165/175×2530250/260×3040h112121312135. 實(shí)心模尺寸數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)1)選坯和選擇設(shè)備根據(jù)前面的計(jì)算擠壓筒內(nèi)直徑D0=187 錠坯尺寸：Dd X Ld178mm×540mm擠壓比=41.90mm 90°2).模組及模子尺寸外形的計(jì)算根據(jù)前面計(jì)算，從表5選取H2=100 H3=60 H1=30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=250 d2=260 h1=12 h2=403)模子內(nèi)形尺寸的確定擠壓比=41.90MAX=73.6,所以不需要多

15、孔擠壓確定?？壮叽纾河晒紸=A0+M+( +KT)A0KT=tt11對于3Cr2W8V鋼，取10.000014/C, t1=400對于6063合金，0.000025 t=500故KT0.007Ky和Kp的值查書第82頁，計(jì)算得到:尺寸50±0.60的?？壮叽鐬?=50+0.60（0.00550.0070.007）×5051.575尺寸38±0.60的模孔尺寸為:B=38+0.60（0.00650.00750.007）×3839.398尺寸5±0.3的?？壮叽鐬? h=5+0.3（0.0150.0150.007）×5=5.485mm型

16、材的圓角及圓弧沒有偏差要求，故可按名義尺寸設(shè)計(jì).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°?？壮叽缛缦聢D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）壓力中心的計(jì)算：用CAD制圖計(jì)算得:以型材的底部為X軸,以型材縱向的對稱軸為Y軸,x=0，y=19.74765).定徑帶長度的確定由于是等壁厚型材，故定徑帶長度h定各處相等，本次設(shè)計(jì)取h定4。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(jì)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

17、壓力的校核擠壓力為337.58噸，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于額定噸位1630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(gè)懸臂梁，可按下述步驟校核其危險(xiǎn)面I-I處的模子最小厚度。危險(xiǎn)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?？讘冶哿焊繑嗝嫣幍膶挾龋琺mB?？讘冶哿焊繑嗝娉隹谔幍膶挾?，m

18、m,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(jì)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2.2×10MPaJ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(jì)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(xiǎn)端面,進(jìn)行強(qiáng)度校核危險(xiǎn)面I-I處的彎距為：M= P*a*l*l/2 =

19、 185kg.m抗彎斷面系數(shù)：W= b*h*h /6 =0.73 m3 彎曲應(yīng)力：彎 M/W 253.4MPa < 600 MPa，符合要求。最小模具厚度：hmin =l * (3P * a / b 彎) 1/2 = 9.1 mm最大 （q * l4）/ ( 8E * J ) = 0.368 mm < 1 mm 各項(xiàng)指標(biāo)均滿足要求，故強(qiáng)度符合。9).畫圖 （見圖紙）四.空心型材模設(shè)計(jì)1.所要設(shè)計(jì)的制品本設(shè)計(jì)制品的的牌號為I531回型管具體參數(shù)為B=101.6 H=44.5 T=2.8 重量：2.215Kg/m具體如下圖2.選坯核選設(shè)備制品的截面積：F制786.8 mm2?？淄饨訄A直

20、徑D外55.46*2=110.92根據(jù)加工范圍要求（F制F制min,及D外D外max）由表3知只有1630T的可用按成才率最高的原則，在進(jìn)一步計(jì)算優(yōu)化，計(jì)算列表如序號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()1187/17854036.301.1044853045534.88915.9225.3469.82187/17860040.301.1045443051434.88917.9225.3462.93187/17866044.401.10459830

21、56834.88919.8338.1085.8表7最后選擇成才率最高的85.8對應(yīng)的方案3即1630T的擠壓設(shè)備錠坯尺寸為：Dd X Ld=178X660mm =34.889 3.擠壓力的計(jì)算根據(jù)經(jīng)驗(yàn)系數(shù)公式P=*Kf(+4L/D)F=A*P表征擠壓難易程度的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，對于空心型材取1.11.5,本設(shè)計(jì)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=1.5×16(34.889+4×0.30×544/187)=169.0MP

22、a F=169.0*187*187/4=4639162.385N換算成噸位：約473.38TF=473.38T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(jì)算，從表6選取H2=90 H3=60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=40因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)采用孔道式分流組合模故：取H上80mm H下60 mm5.組合模相關(guān)參數(shù)的確定：1).分流孔的個(gè)數(shù)取4個(gè)，形狀為扇形2)扇形面積的確定：因?yàn)榉至骺酌娣e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(shí)，取K=1

23、030。本設(shè)計(jì)取K=10分流孔面積的大小按Fmax/Fmin=fmax/fminfmax =(101.6-2.8*2)=268.8 mm2Fmax=10* fmax=2688 mm2fmin=944.5*2.8=124.6 mm2Fmax=10*fmin=1246 mm23).分流孔位置的確定分流孔中心圓的直徑D分0.7D0=0.7×187=130.9 mm暫時(shí)先取其外接圓直徑為148 mm確定a，的大小如圖圖7依據(jù)經(jīng)驗(yàn)a一般取25，有的取8.本設(shè)計(jì)取8圖8 關(guān)于的計(jì)算，由上圖知h=H/2+8=101.6/2+8=58.80.5 Fmax=f扇f三角形得42°同理關(guān)于的計(jì)算

24、，由下圖知b=B/2+8=44.5/2+8=30.250.5 Fmin=f扇f三角形得71.0°圖94).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2°4°，本設(shè)計(jì)取3°5).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(dòng)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)本設(shè)計(jì)采用倒梯形結(jié)構(gòu)，取B=26見下圖 圖10 6).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。按經(jīng)驗(yàn)公式：95130 h

25、=1015本設(shè)計(jì)取h=14，形狀為碟形如圖：圖11 6. 模子內(nèi)形尺寸的確定工件及模具如圖所示圖12模具圖如下圖13按經(jīng)驗(yàn)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(yàn)系數(shù)，由于本設(shè)計(jì)爭對6063合金，取K=0.012得BK=101.6*(1+0.012)=102.82mm, HK=44.5*(1+0.012)=45.03mm制品型材壁厚可由經(jīng)驗(yàn)公式B=B0+確定由于B0=2.8<3.0.本設(shè)計(jì)0.1故Tk=2.8+0.1=2.97.?？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28，生產(chǎn)實(shí)踐中對鋁合金常用815 本設(shè)計(jì)取hg8mm8.模芯的設(shè)計(jì)一般伸出下模工作帶35mm，本設(shè)計(jì)取4mm，模腔外形按空心型材的空心部分確定。9.上模凸臺(tái)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(shí)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?？字H，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(jì)算L=80mm P擠壓機(jī)的最大的比壓P=1630×1000×9.8/27