擠壓鋁型材課程設(shè)計(jì)剖析

1、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)心型材模零件圖 空心型材模上模零件圖空心型材模下模零件圖 空心型材模裝配圖四. 設(shè)計(jì)完成期限:2007年6月11日-2007年6月22日指導(dǎo)老師_簽發(fā)日期_教研室主任_批準(zhǔn)日期_課程設(shè)計(jì)評(píng)語(yǔ):成績(jī): 設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師_ _年_月_日目錄一、緒論4二、總設(shè)計(jì)過程概論72.1擠壓工藝流程72.2擠壓工藝條件7三、實(shí)心型材模設(shè)計(jì)9 3.1所要設(shè)計(jì)的實(shí)心型材制品93.2選坯和選設(shè)備103.3擠

2、壓力的計(jì)算113.4實(shí)心型材模具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)123.5. 實(shí)心模尺寸數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)13四、 空心型材模設(shè)計(jì)18 4.1所要設(shè)計(jì)的制品184.2選坯和選設(shè)備184.3擠壓力的計(jì)算194.4模組及模子外形尺寸確定204.5組合模相關(guān)參數(shù)的確定204.6 模子內(nèi)形尺寸的確定234.7?？坠ぷ鲙чL(zhǎng)度hg的確定244.8模芯的設(shè)計(jì)244.9上模凸臺(tái)設(shè)計(jì)244.10定位銷，螺釘244.11模子強(qiáng)度校核254.12零件圖裝配圖26五、總結(jié)與體會(huì).26參考文獻(xiàn) 26一. 緒論近20年來(lái)，隨著建筑行業(yè)的高速發(fā)展，我國(guó)民用建筑鋁型材工業(yè)也從無(wú)到有，從弱到強(qiáng)地迅猛前進(jìn)。至今，廣東省的建筑鋁型材產(chǎn)品已約占全國(guó)的三分之二左右，

3、鋁型材的生產(chǎn)能力超過社會(huì)的需求，如何提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低成本是取得市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)勝利的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。 鋁合金型材具有強(qiáng)度高、重量輕、穩(wěn)定性強(qiáng)、耐腐蝕性強(qiáng)、可塑性好、變形量小、無(wú)污染、無(wú)毒、防火性強(qiáng)，使用壽命長(zhǎng)（可達(dá)50100年），回收性好，可回爐重?zé)挕?063合金中的主要合金元素為鎂及硅，具有加工性能極佳，優(yōu)良的可焊性，擠出性及電鍍性，良好的抗腐蝕性，韌性，易于拋光，上包膜，陽(yáng)極氧化效果優(yōu)良，是典型的擠出合金，廣泛應(yīng)用于建筑型材，灌溉管材，供車輛，臺(tái)架，家具，升降機(jī)，柵欄等用的管，棒，型材。多年來(lái)世界各國(guó)均采用6063鋁合金（鋁合金近百種）作為門窗框架。主要是為了該金屬表面陽(yáng)極氧化效果好，開始陽(yáng)極氧化是白

4、色，后進(jìn)一步改變電解質(zhì)才達(dá)到古銅色，這兩種主體顏色在國(guó)內(nèi)用了十多年。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(rùn)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

5、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)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(hào)SiFeCuMnMgCrZnTi其它元素每種總量60630.20.60.350.100.100.450.90.100.100.100.050.156063機(jī)械性能: （鋁合金及應(yīng)用） 表3: 常用擠壓工具鋼及

6、其機(jī)械性能：鋼號(hào)成分（）試驗(yàn)溫度/MPa/MPa/%/%HB熱處理工藝5CrMnMo0.55C1.51Mn0.67Cr0.26Mo300400500600115010107804309908606904104761868411.011.117.526.7351311302235850油淬600回火3Cr2W8V0.30C0.23Cr8.65W0.29V30040050060015201430128013731363155.68.34294294053251100在油中淬火，550回火4Cr5MoSiV10.37C4.74Cr1.25Mo1.05Si1.11V0.29Mn400450500550

7、6001360130012001050825123011351025855710495256586767912101050油淬第一次回火600二.總設(shè)計(jì)過程概論2.1擠壓工藝流程:鑄錠加熱擠壓切壓余淬火冷卻切頭尾 或（切定尺 ）時(shí)效表面處理包裝出廠2.2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

8、溫度熱擠壓時(shí)，加熱溫度一般是合金熔點(diǎn)絕對(duì)溫度的0.750.95倍，本設(shè)計(jì)擠壓溫度為450500，擠壓過程溫度控制在470左右。4）.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(jì)的擠壓速度取0.70.8m/s。5).工模具的潤(rùn)滑因本設(shè)計(jì)采用熱擠壓，故不采用潤(rùn)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4Cr5MoSiV1作為模具的材料，熱處理的硬度為HRC4047。7）.切壓余根據(jù)所選的設(shè)備而定。8).淬火本工藝過程中，制品擠出后可通過設(shè)置風(fēng)扇對(duì)制品進(jìn)行吹風(fēng)來(lái)達(dá)到風(fēng)淬的

9、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）.切頭尾因頭尾組織性能不均勻，為保證產(chǎn)品質(zhì)量，本工藝過程統(tǒng)一去頭尾各300mm。三.實(shí)心型材模設(shè)計(jì)3.1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(hào)（XC311）制品的截面積F制212.9mm2型材外接圓直徑D外43.86mm現(xiàn)有設(shè)備：表4：設(shè)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(zhǎng)26m32m44m填充系數(shù)1.1141.0851.104壓余厚202530最大擠壓

10、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min721503723.2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500T、800T可選，按成材率最高的原則，進(jìn)一步優(yōu)化，計(jì)算列表：表5：序號(hào)D0(F0)Dd(mm)Ld(mm)單重wd（kg/根）填充系數(shù)K填充后長(zhǎng)度Ld壓余厚hy(mm)切壓余后有效長(zhǎng)度Ld”擠壓比制品長(zhǎng)L制(m)成品數(shù)nx6(m)成品重W制(kg)成材率W制/Wd()195902704.621.1142422022233.297.391X63.4474.40%295903205.471.114287202673

11、3.298.891X63.4462.77%312512040012.201.0853692534457.6119.823X610.3284.95%412512045013.731.0854152539057.6122.473X610.3275.38%最后選擇成材率最高的84.95對(duì)應(yīng)的方案33.3擠壓力的計(jì)算:根據(jù)擠壓力公式：P = 11.775（D/d）1/20.8 D2bP為單位擠壓力，ND擠壓筒內(nèi)直徑，mmd制品的當(dāng)量直徑，mmb某一擠壓溫度下材料的抗拉強(qiáng)度，MPa故P11.775（125/16.46）1/20.8 125216.25829.21KN 換算成噸位：約595TP額定噸位80

12、0T，設(shè)備選擇符合要求，即理論技術(shù)可行。3.4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.剪刀 10.擠壓筒模組的結(jié)構(gòu)：對(duì)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6：設(shè)備噸位500T800T1630T12H160180190210250240310350340H1203030H2809090100110150H3506050606080 擠壓模具的尺寸如下表：表7：設(shè)備噸位500T800T1630Td1/d2135/145

13、2025165/1752530250/2603040h112121312133.5. 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=125mm 錠坯尺寸：Dd Ld120400擠壓比=57.612).模組及模子尺寸外形的計(jì)算圖3：根據(jù)前面計(jì)算，從表6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7的數(shù)據(jù)可以確定d1=165 d2=175 h1=12 h2=303)模子內(nèi)形尺寸的確定擠壓比=57.61MAX=82，故不需要多孔擠壓確定?？壮叽纾?型材外形尺寸公式：Ak=Am(1C1)1Ak模孔的實(shí)際尺寸Am型材的名義尺寸C1欲量系數(shù)（對(duì)

14、于6063合金，C10.0170.010，本設(shè)計(jì)C1取0.010）1型材外形尺寸的正偏差值計(jì)算得到:Bk40(10.010)0.6041.00mmHk18(10.010)0.4518.63mm型材壁厚尺寸公式：Sk=Sm2 C2Sk?？椎膶?shí)際壁厚處尺寸Sm型材壁厚的名義尺寸C2欲量系數(shù)，對(duì)鋁合金一般取0.050.15，本設(shè)計(jì)取0.102型材壁厚的正偏差計(jì)算得到：Sk30.250.103.35mm模孔主要尺寸如下圖5圖5：4)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（如下圖示）X00Y0(l1y1l2y2l3y3l4y4l5y5)2/(l1l

15、2l3l4l5)2 Y0（2001893181710.58.53）2/（21417321742140）26.32壓力中心為X00，Y06.325).工作帶長(zhǎng)度的確定由于是等壁厚型材，故定徑帶長(zhǎng)度hg各處相等，本次設(shè)計(jì)取hg5mm6).阻礙角由于hg1015，故不采用阻礙角7)模子強(qiáng)度的校核型材模的強(qiáng)度較核主要是其懸臂梁部分，取型材上端AB為危險(xiǎn)端面,進(jìn)行強(qiáng)度校核.、求單位壓力p：pP / F0（P為擠壓力，F(xiàn)0為擠壓筒斷面積）P800噸，p80010009.8/12266639.17Mpa舌部載荷QpFsh（Fsh為舌部即陰影部分面積）Q639.173215306801.6N、舌部彎曲應(yīng)力w計(jì)

16、算：wMw / W式中Mw彎矩，MwQe（e為陰影部分重心到危險(xiǎn)斷面處的距離）；W截面模數(shù)，WbshH2/6（H為模子厚度）。bsh34mm Mw306801.67.52301Nm W34302/65.1cm3w2301/5.1451.2MPa 、剪應(yīng)力的計(jì)算：Q / bshH306801.6/(3430)300.79MPa、等效應(yīng)力e的計(jì)算：ew2(1.73) 21/2e451.22+(1.73300.79)2 1/2688.74MPa500C時(shí)4Cr5MoSiV1的屈服強(qiáng)度為1025MPa，遠(yuǎn)大于e，所以模子強(qiáng)度合格。8).作圖（見圖紙）四.空心型材模設(shè)計(jì)4.1所要設(shè)計(jì)的制品:本設(shè)計(jì)制品的

17、的牌號(hào)為I529系列回型管具體參數(shù)為B92mm，H25.4mm，T1.8mm,重量：1.09Kg/m具體如下圖圖64.2選坯和選設(shè)備:制品的截面積：F制409.68 mm2?？淄饨訄A直徑D外 95.44 根據(jù)加工范圍要求（F制F制min,及D外D外max）由表4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)算列表如下表8序號(hào)Do(Fo)Dd(mm)Ld(mm)單重wd(kg/根)填充系數(shù)K填充后長(zhǎng)度Le壓余厚hy(mm)切壓余后的有效長(zhǎng)度Ld擠壓比制品長(zhǎng)L制(m)成品數(shù)nx6(m)成品重W制(kg)成材率W制/Wd()118717854036.151.104913046167.

18、0130.95X633.0691.5218717860040.161.105453051567.0134.55X633.0682.3318717866044.181.106003057067.0138.26X639.6789.8最后選擇成才率最高的91.5對(duì)應(yīng)的方案1即1630T的擠壓設(shè)備錠坯尺寸為：Dd X Ld178540mm 擠壓比67.01 4.3擠壓力的計(jì)算:根據(jù)擠壓力公式：P = 11.775（D/d）1/20.8 D2bP為單位擠壓力，ND擠壓筒內(nèi)直徑，mmd制品的當(dāng)量直徑，mmb某一擠壓溫度下材料的抗拉強(qiáng)度，MPa故P11.775（187/22.84）1/20.8 187216

19、.213750.3KN 換算成噸位：約1403.1TP額定噸位1630T，設(shè)備選擇符合要求，即所選設(shè)備理論可行4.4模組及模子外形尺寸確定：模組尺寸結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如前圖3所示根據(jù)前面計(jì)算，從表6選取H2=150 H3=70 H1=30模子外形尺寸簡(jiǎn)圖如前圖4依據(jù)表7的數(shù)據(jù)可以確定d1=250 d2=260 h1=13 h2=150因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)采用孔道式分流組合模故：取H上80 H下70 4.5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(duì)于空心型材時(shí)，應(yīng)等于1/2。本設(shè)計(jì)取K=8.19分流孔的面積F分K

20、. F型=8.19409.68=3355.28 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(yīng)型材面積F分2X(F大F小)故F大1329.58 mm2 F小=348.06 mm23).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應(yīng)保證分流孔最大外接圓直徑比設(shè)備可加工范圍的孔最大外接圓直徑小5mm。本設(shè)計(jì)設(shè)備的可加工最大外接圓直徑為147,故分流孔最大外接圓直徑142mm綜合各因素考慮，暫時(shí)先取其外接圓直徑為132mm確定a，的大小如圖圖7其中a,b為?？着c模腔的最小距離，依據(jù)經(jīng)驗(yàn)a,b一般取38，本設(shè)計(jì)取a=8，b=7.5.

21、圖8 由h=25.4/2+8=20.7,H=132/2=66，由幾何知識(shí)可得方程式：，用代入相關(guān)數(shù)據(jù)可得出40，同理，得出30，由AutoCAD菜單欄“工具”“查詢”“面積”功能驗(yàn)算得出結(jié)果基本正確。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24，本設(shè)計(jì)取45).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(lái)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?，則B應(yīng)該選擇得寬些，一般?。?B=b(320)本設(shè)計(jì)采用倒梯形結(jié)構(gòu)，取B=45見下圖 圖106).焊合室焊合室的形狀和大

22、小對(duì)焊縫的質(zhì)量有很大的影響。按經(jīng)驗(yàn)公式：當(dāng)D0190200時(shí)，h20，焊合室直徑比分流孔出口處約小5mm，本設(shè)計(jì)取h=20mm，形狀為圓形如圖：圖11:4.6 模子內(nèi)形尺寸的確定:工件如圖所示:圖12:模具圖如下:圖13:按經(jīng)驗(yàn)公式A=A0K 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(zhēng)對(duì)6063合金，取K=0.010得BK=92（10.010）+0.95=93.88, HK=25.4(10.010)+0.7=26.36制品型材壁厚可由經(jīng)驗(yàn)公式B=B0確定由于B0=1.8.本設(shè)計(jì)0.1故Tk=1.80.1=1.94.7?？坠ぷ鲙чL(zhǎng)度hg的確定:由于本型材制品的對(duì)稱

23、性較好，外形相對(duì)較小，一般可取26。本設(shè)計(jì)取hg5mm 4.8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。4.9上模凸臺(tái)設(shè)計(jì)：上模凸臺(tái)高取7mm，直徑為256mm，用于裝配定位4.10定位銷，螺釘（按GB標(biāo)準(zhǔn)選取標(biāo)準(zhǔn)件）:定位銷的直徑取兩個(gè)：8x75，螺釘采用M10x85,具體說明見裝配圖4.11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)度的校核主要是針對(duì)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HminLp/(2 b)1/2，式中:Hmin分流橋的最小高度 L分流橋兩個(gè)危險(xiǎn)斷面的長(zhǎng)度，經(jīng)計(jì)算Lmm 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(yīng)力。在450500C下，對(duì)于4Cr5MoSiV1取b1000MPa代入數(shù)據(jù)得：P=1630x9.8x1000/27451=582MPHmin125582/（2 1000）1/2Hmin67.43mm由于上模厚度H上80mm67.43mm，故符合要求分流孔道抗剪強(qiáng)度的校核Qq / Fq Qq分流橋面上的總壓力；Fq