鋁合金擠壓工藝及模具設(shè)計(jì)【畢業(yè)論文+CAD圖紙全套】

買(mǎi)文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 1 一  、 緒論  壓加工方法  擠壓是有色金屬、鋼鐵材料生產(chǎn)與零件成型加工的主要方法之一，也是各種復(fù)合材料、粉末材料等先進(jìn)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(kāi) 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(fù)合材料直接固化成型到金屬間化合物、超導(dǎo)材料等難加工材料，現(xiàn)代擠壓技術(shù)得以廣泛的應(yīng)用。  擠壓加工的方法主要有正擠壓，反 擠壓，側(cè)向擠壓，玻璃潤(rùn)滑擠壓，靜液擠壓，連續(xù)擠壓。擠壓加工特點(diǎn)是 處于強(qiáng)烈的三向壓應(yīng)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(zhì)量 ， 改 善制品內(nèi)部微觀組織和性能。除此以外，擠壓加工還具有應(yīng)用范圍廣，生產(chǎn)靈活性大，工藝流程簡(jiǎn)單和 設(shè) 備 投資少 的特點(diǎn) 。應(yīng)用 擠壓加工工藝 最多的材料是低熔點(diǎn)的有色 合金，如鋁及鋁合金。  加工行業(yè)的分布  中國(guó) 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(jīng)濟(jì)圈 )、長(zhǎng)江三角洲 (上海為中心的經(jīng)濟(jì)圈 )、環(huán)渤海灣地區(qū) (京津經(jīng)濟(jì)圈 )所占比例較大，許多鋁加工企業(yè)都云集于此三大經(jīng)濟(jì)圈。在珠三角地區(qū)，主要集中在佛山地區(qū)，其中大瀝更是全國(guó)，甚至世界地區(qū)鋁 加工業(yè)的佼佼者 。  及鋁合金的特點(diǎn)與應(yīng)用  鋁及鋁合金 具有一系列 特性，在金屬材料的應(yīng)用中僅次于 鋼 材而居第二位。目前全世界鋁材的消費(fèi)量在 1800 萬(wàn) 噸 以上，其中用于交通運(yùn)輸（包括鐵道車(chē)輛、汽車(chē)、摩托車(chē)、自行車(chē)、汽艇、快艇、飛機(jī)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(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的高速發(fā)展，人民生活水平的不斷提高，中國(guó)的建筑行業(yè)發(fā)展迅速，包括鋁型材在內(nèi)的建筑裝飾材料不斷增加。鋁型材的應(yīng)用已經(jīng)擴(kuò)展到了國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域和人民生活的各個(gè)層面。  根據(jù)鋁合金的成分和生產(chǎn)工藝 特點(diǎn) ,通常分為 變形鋁合金 與鑄造鋁合金兩大類(lèi) 。 變形鋁合金也叫熟鋁合金 ， 根據(jù) 據(jù)其成分和性能特點(diǎn)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(xué)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(lèi)，各種類(lèi)均有各自的使用范圍，并有各自的代號(hào)，以供使用者選用。  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)、可買(mǎi)文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 2 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) 50 100 年），回收性好，可回爐重?zé)?。多年?lái)世界各國(guó)均采用 6063 鋁合金 （鋁合金近百種） 作 為門(mén)窗框架。主要是為了該金屬表面陽(yáng)極氧化效果好，開(kāi)始陽(yáng)極氧化是白色，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。  表 1： 鋁合金 化學(xué)成分 (: 3190 牌號(hào)  e n r i 其它元素  注  每種  合計(jì)  6063 量  005 量   6061 量  082 量   本設(shè)計(jì)選用 6063 鋁合金 ,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 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)。  6063合金中的主要合金元素為鎂與硅，具有加工性能極佳、優(yōu)良的可焊接性、擠出性及電鍍性、良好的抗腐蝕性、韌性，易于拋光、上色膜，陽(yáng)極氧化效果優(yōu)良，是典型的擠壓合金。廣泛應(yīng)用于建筑型材、灌溉管材、供車(chē)輛、臺(tái)架、家具、升降機(jī)、柵欄等用的管、棒、型材。  表 2： 6063 室溫下的 機(jī)械性能 （  : 合 金  狀態(tài)  彈性   模量  E/ 剪切  模量  G/ 抗拉    強(qiáng)度  屈服  強(qiáng)度  伸長(zhǎng)率   /% 泊松系數(shù) u 布氏硬度  度 / 3/6063 淬火 自然 時(shí)效  7100 2700 145 186 12 073 文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 3 表 3： 6063 鋁合金隨溫度變化的力學(xué)性能  合金  狀態(tài)  溫度  T/  抗拉強(qiáng)度  屈服強(qiáng)度  伸長(zhǎng)率   /% 6063 淬火 + 人工時(shí)效  150 142 133 20 205 62 45 40 260 31 24 75 315 23 17 80 370 16 14 105 從表 可以看出隨著溫度的升高抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度逐漸變小，伸長(zhǎng)率增大 。  表 4：常用擠壓工具鋼化學(xué)成分  鋼號(hào)  (C)/% (% (% (% (% (W)/% (V)/% 5 5  3   設(shè)計(jì)選用模具材料為 4稱 。鋼中碳化物類(lèi)型有623在鋼中起回火時(shí)二次硬化作用； W、 V 能提高鋼抗回火軟化能力，保持高溫下的強(qiáng)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。  買(mǎi)文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 4 表 5： 常用擠壓工具鋼及其機(jī)械性能：  鋼號(hào)  試驗(yàn)溫度T/  b/  /%  /% 處理工藝  500 400 500 600 1150 1010 780 430 990 860 690 410 47 61 86 84 51 311 302 235 850 空淬，600 回火  300 400 450 500 600 - 1491 1520 1430 1280 - 1373 1363 1304 - - - - 15 - -   429 429 405 325 325 1100 在油中淬火，550 回火  400 450 500 550 600 1360 1300 1200 1050 825 1230 1135 1025 855 710 49 52 56 58 67 6 7 9 12 10 - - - - - 1050 油淬，625 回火在油中兩小時(shí)  二、總設(shè)計(jì)過(guò)程概論  壓工藝流程  金屬制品是經(jīng)若干個(gè)工序制作出來(lái)的，每個(gè)工序按一定順序連接起來(lái)，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(shù)。  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 包裝入庫(kù)  壓工藝及工藝參數(shù)條件的確定  應(yīng)考慮擠壓溫度、擠壓速度、潤(rùn)滑、模具（ 種類(lèi) 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(shù)。  1） 鑄錠的加熱溫度  買(mǎi)文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 5 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，表面質(zhì)量，為了降低變形抗力，擠壓時(shí)錠坯的加熱溫度不宜過(guò)高，應(yīng)盡量降低擠壓溫度。一般取 490 530。  2） 擠壓筒預(yù)熱  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 400 450。可采用通電自行預(yù)熱。  3） 模子預(yù)熱  避免 急 熱，延長(zhǎng)模具壽命， 應(yīng)對(duì)模具進(jìn)行預(yù)熱。  4） 擠壓溫度  熱擠壓時(shí)，加熱溫度一般是合金熔點(diǎn)絕對(duì)溫度的 壓過(guò)程中溫度最好控制在 500左右。  6） 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m .0 錠 ， m 060 流出 。  7）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。  8）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 熱 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 4為模具的材料，熱處理的硬度為 52。  9） 切壓余  本設(shè)計(jì)視擠壓設(shè)備而定，一般 20 30控制質(zhì)量，切去縮尾 等缺陷。  10） 淬火  本工藝過(guò)程中，制品 擠出后可通過(guò)設(shè)置風(fēng)扇對(duì)制品進(jìn)行吹風(fēng)來(lái)達(dá)到風(fēng)淬（固溶強(qiáng)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(dá)到自然時(shí)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(jìn)行切頭尾的工  買(mǎi)文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 6 作。切頭尾的量可以是 300 50000 1000次設(shè)計(jì)頭尾各切 300 13） 切定尺     本次設(shè)計(jì)取每根制品 6m 長(zhǎng)作為切定尺的標(biāo)準(zhǔn)。  14） 時(shí)效    時(shí)效處理可以分為兩種：自然時(shí)效和人工時(shí)效。自然時(shí)效即讓擠壓制品在空氣中停放；  人工時(shí)效對(duì) 680 240下保溫 6 8h。  15）表面處理  為了提高制品的耐蝕性和抗疲勞性等，可以對(duì)其進(jìn)行表面處理。表面處理一般有：陽(yáng)極氧化、著色、噴粉、噴涂、電泳、拋光等。  16）包裝入庫(kù)  將鋁合金成品進(jìn)行包裝入庫(kù)。  三、實(shí)心型材模設(shè)計(jì)  要設(shè)計(jì)的實(shí)心型材制品  （ 1） 已知： 要求 本制品的形狀和尺寸 及公差 如下  圖 1  U 型材 截面  牌號(hào)    制品的截面積 22  31 3 4.1 制制品材料為 6063， 制品 擠一米的重量 3  模孔外接圓直徑 2 外買(mǎi)文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 7 (2)現(xiàn)有設(shè)備  表 6 設(shè)備噸位  500T 800T 1630T 擠壓筒直 經(jīng)0D(95 125 187 擠壓截面積0F(7085 12266 27451 錠坯尺寸dD270/320 120 400/450 178 540/600/660 冷床長(zhǎng) (m) 26 32 44 填充系數(shù) K 余厚 (20 25 30 最大擠壓比2 工范圍  最大外接圓直徑  65 95 147 擠一根最小制品斷面積  2 72 150 372 坯和選設(shè)備  選擇擠壓筒直徑 一個(gè)最核心的問(wèn)題，有以下的選擇原則：  1）保證產(chǎn)品表面質(zhì)量原則  C 1K （ C 為模孔距筒內(nèi)表面的距離， 1K 為經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)， 可取 15、 20、 30）  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  ?？淄饨訄A直徑外D=品的截面積制F  根據(jù)加工范圍要求（制F=外D=所以 只 有 500T 可用， 按成才率最高的原則，進(jìn)一步優(yōu)化，計(jì)算如下 表 所示：  買(mǎi)文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 8 序號(hào)  單重g) 填充系數(shù)K 填充后長(zhǎng)度余厚 切壓余后的有效長(zhǎng)度  壓比    制品長(zhǎng)度L 制  (m) 切頭尾后制品長(zhǎng)度制L(m) 成品       數(shù)  m) 成品重制W(成材率  W 制/ ) 1 95 90 270 42 20 222 6  95 90 320 87 20 267 6 后選擇成才率最高的 案 1 即： 選擇 500擠壓筒內(nèi)徑  95坯尺寸為：  90 270 =壓力的計(jì)算  根據(jù)擠壓力經(jīng)驗(yàn)系數(shù)公式，  2)  P 擠壓力 , N D 擠壓筒內(nèi)直徑， mm d 制品的當(dāng)量直徑， （ 制）  b 材料在擠壓溫度下的變形抗力， 表 3，并由外推法得出 500時(shí)的變形抗力為 12 所以 d= 制 =2) 7   = 1295) 7    買(mǎi)文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 9 =2564895N 換算成噸位：約 262T P=236T額定噸位 500T，設(shè)備選擇符合要求，即理論技術(shù)可行  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 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 7 模組尺寸  設(shè)備噸位  500T 800T 1630T 1 2 H 160 180 190 210 250 240 310 350 340 0 30 30 0 90 90 100 110 150 0 60 50 60 60 80 擠壓模具的尺寸如下表  表 8 擠壓模具的尺寸  設(shè)備噸位  500T 800T 1630T d1/135/145 165/175 250/260買(mǎi)文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 10 20 25 25 30 30 40 2 12 13 12 13 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  選 500擠壓筒內(nèi)直徑0D=95       錠坯尺寸：  90 320壓比 = 2） 模組及模子尺寸外形的計(jì)算  圖 3 模組主要結(jié)構(gòu)尺寸標(biāo)注  模組主 要結(jié)構(gòu)尺寸 確定  根據(jù)前面計(jì)算，從表 7選取  H=190  1H =20 2H =80 3H=55 1 1601 180子外形尺寸的確定（如下圖 4）      模子外形尺寸  買(mǎi)文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 11 依據(jù)表 8的數(shù)據(jù)可以確定  1d = 135    2d = 145   1h =12    2h =25  （ 3） 模 孔 幾何 尺寸的確定  擠壓比 =故不需要多孔擠壓 。   ?？椎耐庑纬叽?（指型材的寬與高） 公式  11(1 ) C 式中： 型材的名義尺寸， C 裕量系數(shù)，見(jiàn)金屬塑性加工學(xué)，冶金工業(yè)出版社，  5 1鍛鋁取 本設(shè)計(jì)取 型材外形尺寸的正偏差 ，  型材的 壁 厚的尺寸 22 C 式中： 型材壁厚的名義 尺寸， 型材壁厚的正偏差 ， C 裕量系數(shù)，對(duì)鋁合金取 其中壁薄的取下限，厚 壁  取上限。 本設(shè)計(jì) 取  計(jì)算 得出幾何尺寸 : ?？淄庑统叽?：  長(zhǎng) 度 方向 25  kB=+ 1C ） +1=32 （ 1 +度方向 13 kH=+ 1C ） +1=13 （ 1 +文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 12 壁 厚的尺寸    22 C =  型材的圓角及圓弧沒(méi)有偏差要求，故可按名義尺寸設(shè) 計(jì)  由于這種 型 材在擠壓的過(guò)程中有并口現(xiàn)象，角度取 91  制造偏差為  ，主要尺寸如下 圖  圖 5   模孔幾何尺寸  （ 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，故型材的重心 與 模子的中心 重合。  模孔 重 心的計(jì)算 ， 如 下 圖建立坐標(biāo)系：  買(mǎi)文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 13 圖 6?？?幾何中心 確定  設(shè)壓力中心為（0x，0y） 由于 圖 6關(guān)于  所以0x=0 ， 則 壓力中心為 （ 0，0y）  各邊中心坐標(biāo)為： 0,0, 111 222 13,33 444 , 555 666 13,777 888 各邊長(zhǎng)分 別為： 1l =252l =8l=13l=7l=4l =6l=l=y=876543218877665544332211 = =于制品對(duì)稱， 所以 （0x，0y） =（ 0，  （ 5）工作 帶長(zhǎng)度的確定  工作帶又稱定徑帶，是 用以穩(wěn)定制品尺寸和保證制品質(zhì)量的關(guān)鍵部分。 由于是等壁厚型材，故定徑帶長(zhǎng)度 一般可取 2 生產(chǎn)實(shí)踐中對(duì)鋁合金常用 3 8 ，  本 次設(shè)計(jì)取 4  買(mǎi)文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 14 模角工作帶與工作端面的連接都有一個(gè)尖棱角，擠壓過(guò)程中易于出現(xiàn)裂紋和壓禿、壓塌 等現(xiàn)象從而會(huì)改變?？壮叽?，導(dǎo)致難以保證擠壓制品的尺寸精度，因此，必須采用過(guò)渡圓角半徑 r。  （ 6）出口直徑  模子的出口直徑一般應(yīng)比工作帶直徑大 3 5防止劃傷制品表面，本設(shè)計(jì)取 4作帶與出口的過(guò)渡部分以圓角半徑等于 4 5 做成 20 45的斜面。  （ 7）入口圓角半徑  入口圓角半徑 進(jìn)入工作帶時(shí)所產(chǎn)生的非接觸變形，也是為了減輕在高溫下擠壓時(shí)模子的入口棱角被壓頹而很快改變模孔尺寸用的，但擠壓鋁合金時(shí)不應(yīng)有入口圓角，而要求保持銳利的角度，一般取r= （ 8） 阻礙角  由于 10 15，故不采用阻礙角  （ 1） 設(shè)備 能力的 校核  根據(jù)前面擠P=262采用凸臺(tái)式。 由于本設(shè)計(jì)中的模芯寬度為 40于 20采用凸臺(tái)式。 舌芯長(zhǎng)度宜短，稍伸出工作帶即可，過(guò)長(zhǎng)則造成管子偏心，過(guò)短則形成橢圓型，對(duì)于小型擠壓機(jī)， 一般伸出下模工作帶 1設(shè)計(jì)取 3 腔外形按空心型材的空心部分確定。 成型部分以上的部分要造成圓角，這樣有利于焊合質(zhì)量提高  mm,t=下圖所示：  圖  12 上模凸臺(tái) 高 取 下模 裝配定位 ，用于裝配定位 。而 下模的凸 臺(tái) 高度為 5為 2置在下模的邊緣部分，用于與上模裝配定位。   螺釘 及搬運(yùn)螺釘?shù)倪x擇  定位方面采用 固定銷(xiāo)， 在上模做一個(gè)凸出 5 8的圓柱，下模作相應(yīng)的孔來(lái)定位，而省去采用 定位銷(xiāo) ，固定銷(xiāo)布置時(shí)應(yīng)采用不對(duì)稱布置 。  螺釘采用 內(nèi)六角圓柱頭螺釘 長(zhǎng)度為 70 搬運(yùn)螺釘 采用吊環(huán)螺釘，選用  組合模在使用過(guò)程中，常因受較高的壓力而使橋被壓塌和壓斷，根部還被拉斷，而且在舌芯根部和分流孔周?chē)部赡墚a(chǎn)生裂紋。因此在設(shè)計(jì)中應(yīng)對(duì)強(qiáng)度進(jìn)行校核。  孔道式組合模在 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)入金屬和買(mǎi)文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 26 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 。  1)分流橋彎曲應(yīng)力校核   2m 式中 : 分流橋的最小高度 ； mm l 分流橋 支座間中心距離； 由 圖 7 算出  l = 2=p 作用在擠壓墊片上的單位壓力， p P/9255325N/27451=337 b 模具材料在 工作 溫度下的許用應(yīng)力 50500 下 ,對(duì) 4 b =900入數(shù)據(jù)得   2m =于上模厚度上H 80符合要求  2） 分流孔道抗剪強(qiáng)度的校核   Fn p  式中： 許用剪應(yīng)力 =(b,在 450500 下 ,對(duì)于 4b=1200所以 600 720 分流橋端面上受的總壓力， N N 分流孔的數(shù)目 :為 4 F 以分流孔間的最短距離為長(zhǎng)度  2  由圖 7測(cè)出分流孔間的最短距離  F=80=1096 2分流橋端面買(mǎi)文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 27 上受的總壓力為  5 6 2 0 8 77 6 0 3337 橋 =09642562087=584 600 720強(qiáng)度符合要求  （見(jiàn)圖紙）  五、總結(jié)與體會(huì)  在袁老師的諄諄教導(dǎo)下，通過(guò)兩個(gè)星期的課程設(shè)計(jì)，我對(duì)模具以及模具設(shè)計(jì)的一般步驟有了初步的了解。  原來(lái)以為專業(yè)知 識(shí)學(xué)得好就能做得好