擠壓工藝與模具設(shè)計(jì)講訴

1、目錄一、 擠壓相關(guān)知識(shí)及發(fā)展?fàn)顩r 2二、 總設(shè)計(jì)過(guò)程概論 5三、 實(shí)心型材模設(shè)計(jì) 7四、 總結(jié)與體會(huì)191.1擠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

2、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。 1.2鋁加工行業(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。1.3鋁及鋁合金的特點(diǎn)與應(yīng)用鋁及鋁合金具有一系列特性，

3、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（包括鐵道車輛、 汽車、摩托車、自行車、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。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

4、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，各種類均有 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?.4擠壓工模具的材料常用擠壓工具鋼化學(xué)成分鋼號(hào)3 (C)/%3 (Si)/%3 (Mn)/%3 (Cr)/%3 (Mo)/%3 (W)/%3 (V)/%5CrMnMo0.50.60.2501.21.60.60.0.150.6935CrNiMo0.50.6 0.40

5、.50.80.50.0.150.833Cr2W8V0.30.4 0.4 0.42.22.7.59.0.20.7054Cr5MoSi0.320.0.81. Ki ( C為模孔距筒內(nèi)表面的距離，Ki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)量最高可用500T,按成才率最高的原則，進(jìn)一步優(yōu)化，計(jì)算如下表所示：序號(hào)D0(mm)Dd(mm)Ld(mm)單重Wd(Kg)填充系數(shù)K填充 后長(zhǎng) 度Ld/mm壓余厚hy(mm)切壓余后的有 效長(zhǎng)度 FTLd /mm擠壓 比 入制品 長(zhǎng)度L制(m)切頭尾后 制品 長(zhǎng)度

6、L制(m)成品 數(shù)nx6(m)成品重W制(kg)成材率W制/Wd (%)195902704.671.1142422022262.4813.8713.272X 63.8281.8295903205.531.1142872026762.4816.6816.682X 63.8269.1最后選擇成才率最高的81.8 %方案1即：選擇500T的擠壓機(jī)設(shè)備，擠壓筒內(nèi)徑 D0=O 95mm錠坯尺寸為：Ddx Ld二90 x 270mm入=62.483.3擠壓力的計(jì)算根據(jù)擠壓力經(jīng)驗(yàn)系數(shù)公式,P =11.775(. D -0.8)Db dP擠壓力，ND擠壓筒內(nèi)直徑，mmd制品的當(dāng)量直徑，mm（ d =、：4F帀

7、）6材料在擠壓溫度下的變形抗力，MPa查表3,并由外推法得出500C 時(shí)的變形抗力為10MPa所以 d= 4F制 - = 4 63 二=8.96mmP=11.775(、D -0.8)D冬b.d= 11.775 (8996-0.8) 952 10=2610162N換算成噸位：約266TP=266T額定噸位500T,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模組的結(jié)構(gòu)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

8、尺寸如下表表7模組尺寸設(shè)備噸位500T800T1630T1 X2 x H 160X0210 X 310X0180X1900250X 240350 X340H1203030H280 9090 100110 150H350 6050 6060 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500T800T1630Td1/d2 135/ 145 165/ 175250/ 260X 2025X 25 30X 30 40h11212 1312 133.5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)算選500T擠壓機(jī)擠壓筒內(nèi)直徑Do =95 mm錠坯尺寸：DdX Ld二90 X 320mm擠壓比

9、入=62.48(2) 模組及模子尺寸外形的計(jì)算H丄圖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=190mm Hi =20mm H2 =80mm Hg=55mm - i = o 160mm 一 1 = o 180mm模子外形尺寸的確定(如下圖4)圖4 模子外形尺寸依據(jù)表8的數(shù)據(jù)可以確定d1 =O 135 mm d2二 145 mm g=12 mmh2=25mm(3) 模孔幾何尺寸的確定擠壓比入=62.48 V max，故不需要多孔擠壓 ?？椎耐庑纬叽?指型材的寬與高)Ak：由公式Ak 二 Am(1 Cl)厶1式中：Am型材的名義尺寸，mmCi 裕量系數(shù)，見金屬塑性加工學(xué)

10、，冶金工業(yè)出版社，P67表5- 1鍛鋁取0.0070.010,本設(shè)計(jì)取0.010厶i型材外形尺寸的正偏差，mm 型材的壁厚的尺寸 S由公式Sk = Sm C2 - 2式中：Sm型材壁厚的名義尺寸，mm厶2型材壁厚的正偏差，mmC2 裕量系數(shù)，對(duì)鋁合金取 0.050.15,其中壁薄的取下限，厚 壁取上限。本設(shè)計(jì)取0.1 計(jì)算得出幾何尺寸：?？淄庑统叽纾洪L(zhǎng)度方向250.45mm尺寸Bk =Bm(1+ C1 )+1=32X( 1 + 0.01 ) +0.45= 12.57mm寬度方向13 0.45mm尺寸H k =H m (1+ C1 )+1= 13X( 1 + 0.01 ) +0.45=12.57

11、mm壁厚的尺寸Sk = Sm C =2=2.4 + 0.1 + 0.2=3.4 mm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 制造偏差為一0.45 m,主要尺寸如下圖圖5 ?？讕缀纬叽?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?？字匦牡挠?jì)算，如下圖建立坐標(biāo)系：圖6?？讕缀沃行拇_定設(shè)壓力中心為（X。, y ）由于v型截面具有一條對(duì)稱軸，如圖6關(guān)于丫軸稱 所以Xo=O，則壓力中心為（0，y）各邊中心坐標(biāo)為：hxi,% - -323.2 , J X2, y2 - - 4.252,6.75、2 , I3

12、 X3,- -45 2,6.75、2 ,14 X4, y4 = 4.5、2,6.75、2 , I5 X5,y5 = 4.25、2,6.75、2 , b 冷，丫6 = 3、. 23.2各邊長(zhǎng)分別為：ii=12mim I2 =3mim i3=9mm I4 =9mim i5=3mm|l2mmyihy22 y33 丫4打 y55 yeb y?*ysbh 2 3 十 J +157=4.24mm由于制品對(duì)稱，所以（Xo，yo）=（0, 4.24）（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h定各處相等，一般可取23.5伽，生產(chǎn)實(shí)踐中 對(duì)

13、鋁合金常用38 mm,本次設(shè)計(jì)取h定 = 4 m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 35mm以防止劃傷制品表面，本 設(shè)計(jì)取4mm工作帶與出口的過(guò)渡部分以圓角半徑等于45mnfi勺圓弧連接，或做成20 45的斜面。(7) 入口圓角半徑入口圓角半徑r的作用是為了防止低塑性合金在擠壓時(shí)產(chǎn)生表面裂紋和減 輕金屬在進(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?？壮叽缬玫?，但擠壓鋁合

14、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=0.20.5mm。(8) 阻礙角由于h定 10 15 mm,故不采用阻礙角3.6校核(1) 設(shè)備能力的校核根據(jù)前面P擠=266T500T,即擠壓力小于所選設(shè)備的噸位。所以符合要求。(2) 模子強(qiáng)度的校核對(duì)于半空心型材，可以認(rèn)為是一個(gè)懸臂梁突出的舌部，可按下述步驟校核 其危險(xiǎn)面1-1處的模子最小厚度。舌部尺寸如圖 5所示。1）求單位擠壓力p巴=266 1000 9.8=332.08MPaFo7085式中：p單位擠壓力，MPaP擠壓力，NF。擠壓筒斷面面積，mm22）舌部載荷 Q = pFsh二 pbshlsh =332.08 12、一 2

15、6 2 =47819.5N式中：Q作用在舌部的總載荷，NFsh 舌部的面積， mm2lsh、bsh舌部的長(zhǎng)寬尺寸，mm3）舌部彎曲應(yīng)力二w計(jì)算式中：匚w 舌部彎曲應(yīng)力，MPaMw彎矩，Nmm M w=Qe =47819.5 X=202850.4N - m（ e2為重心至危險(xiǎn)斷面出的距離）W 截面模數(shù)，mm3; w =bshH 二 _2_ =1915.08 mm36 6（H為模子高度）所以二 w = = 202850.4 =105.9MPaW 1915.084）剪切應(yīng)力T的計(jì)算T = Q = bshH47819.5 =112.7MPa12.2 255）等效應(yīng)力J的計(jì)算-e-w （1.73 ）2 = J05.92 （1.73 112.7）2 =221.87MPa計(jì)算的等效應(yīng)力 入應(yīng)小于工作溫度下的模子的材料的屈服強(qiáng)度J。在500C下,對(duì)于 4Cr5MoSiV1 取二s=1025Pa左右。匚e=221.87MPa1025MRa故模具強(qiáng)度符合要求。四、總結(jié)與體會(huì)通過(guò)幾個(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，事實(shí)上實(shí)踐動(dòng)手能力與書本知識(shí)有很 大的區(qū)別這樣的課程設(shè)計(jì)可以激發(fā)人的主動(dòng)性和創(chuàng)造性，很好的鍛煉人的思維.在這次課程設(shè)計(jì)中，不但讓我