擠壓鋁型材課程設(shè)計

1、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4二、總設(shè)計過程概論72.1擠壓工藝流程72.2擠壓工藝條件7三、實心型材模設(shè)計9 3.1所要設(shè)計的實心型材制品93.2選坯和選設(shè)備103.3擠

2、壓力的計算113.4實心型材模具體結(jié)構(gòu)設(shè)計123.5. 實心模尺寸數(shù)據(jù)設(shè)計13四、 空心型材模設(shè)計18 4.1所要設(shè)計的制品184.2選坯和選設(shè)備184.3擠壓力的計算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模孔工作帶長度hg的確定244.8模芯的設(shè)計244.9上模凸臺設(shè)計244.10定位銷，螺釘244.11模子強度校核254.12零件圖裝配圖26五、總結(jié)與體會.26參考文獻 26一. 緒論近20年來，隨著建筑行業(yè)的高速發(fā)展，我國民用建筑鋁型材工業(yè)也從無到有，從弱到強地迅猛前進。至今，廣東省的建筑鋁型材產(chǎn)品已約占全國的三分之二左右，

3、鋁型材的生產(chǎn)能力超過社會的需求，如何提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低成本是取得市場競爭勝利的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。 鋁合金型材具有強度高、重量輕、穩(wěn)定性強、耐腐蝕性強、可塑性好、變形量小、無污染、無毒、防火性強，使用壽命長（可達50100年），回收性好，可回爐重煉。6063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，臺架，家具，升降機，柵欄等用的管，棒，型材。多年來世界各國均采用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極氧化效果好，開始陽極氧化是白

4、色，后進一步改變電解質(zhì)才達到古銅色，這兩種主體顏色在國內(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）保證擠壓模強度的原則；3）保證產(chǎn)品內(nèi)在質(zhì)量的原則；4）經(jīng)濟上的優(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，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械性能，是一種可以時效強化的AL-Mg-Si系合金，廣泛應(yīng)用于基礎(chǔ)性建筑行業(yè)以及一些機械制造業(yè)。其化學成分表示如下:6063AL的成分: GB/T3190-1996：表1:牌號SiFeCuMnMgCrZnTi其它元素每種總量60630.20.60.350.100.100.450.90.100.100.100.050.156063機械性能: （鋁合金及應(yīng)用） 表3: 常用擠壓工具鋼及

6、其機械性能：鋼號成分（）試驗溫度/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，加熱溫度一般是合金熔點絕對溫度的0.750.95倍，本設(shè)計擠壓溫度為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)計的擠壓速度取0.70.8m/s。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)濟性，本設(shè)計采用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)置風扇對制品進行吹風來達到風淬的

9、目的。9）.冷卻直接露置在空氣中冷卻，達到自然時效的目的。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.實心型材模設(shè)計3.1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）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，進一步優(yōu)化，計算列表：表5：序號D0(F0)Dd(mm)Ld(mm)單重wd（kg/根）填充系數(shù)K填充后長度Ld壓余厚hy(mm)切壓余后有效長度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()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對應(yīng)的方案33.3擠壓力的計算:根據(jù)擠壓力公式：P = 11.775×（D/d）1/20.8 ×D2×bP為單位擠壓力，ND擠壓筒內(nèi)直徑，mmd制品的當量直徑，mmb某一擠壓溫度下材料的抗拉強度，MPa故P11.775×（125/16.46）1/20.8 ×1252&#

12、215;16.25829.21KN 換算成噸位：約595TP額定噸位800T，設(shè)備選擇符合要求，即理論技術(shù)可行。3.4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.保護墊板 6.前機架 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，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500T800T1630T1×2×H160×180×190210×250×240310×350×34

13、0H1203030H2809090100110150H3506050606080 擠壓模具的尺寸如下表：表7：設(shè)備噸位500T800T1630Td1/d2135/145×2025165/175×2530250/260×3040h112121312133.5. 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=125mm 錠坯尺寸：Dd × Ld120×400擠壓比=57.612).模組及模子尺寸外形的計算圖3：根據(jù)前面計算，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

14、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模孔尺寸： 型材外形尺寸公式：Ak=Am(1C1)1Ak?？椎膶嶋H尺寸Am型材的名義尺寸C1欲量系數(shù)（對于6063合金，C10.0170.010，本設(shè)計C1取0.010）1型材外形尺寸的正偏差值計算得到:Bk40(10.010)0.6041.00mmHk18(10.010)0.4518.63mm型材壁厚尺寸公式：Sk=Sm2 C2Sk模孔的實際壁厚處尺寸Sm型材壁厚的名義尺寸C2欲量系數(shù)，對鋁合金一般取0.050.15，本設(shè)計取0.102型材壁厚的正偏差計算得到：Sk3

15、0.250.103.35mm?？字饕叽缛缦聢D5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算（如下圖示）X00Y0(l1y1l2y2l3y3l4y4l5y5)×2/(l1l2l3l4l5)×2 Y0（20×018×93×1817×10.58.5×3）×2/（21417321742140）×26.32壓力中心為X00，Y06.325).工作帶長度的確定由于是等壁厚型材，故定徑帶長度hg各處相等，本次設(shè)計取hg5mm6).阻礙角由于hg1015，故不

16、采用阻礙角7)模子強度的校核型材模的強度較核主要是其懸臂梁部分，取型材上端AB為危險端面,進行強度校核.、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，p800×1000×9.8/12266639.17Mpa舌部載荷QpFsh（Fsh為舌部即陰影部分面積）Q639.17×32×15306801.6N、舌部彎曲應(yīng)力w計算：wMw / W式中Mw彎矩，MwQe（e為陰影部分重心到危險斷面處的距離）；W截面模數(shù)，WbshH2/6（H為模子厚度）。bsh34mm Mw306801.6×7.52301Nm W34×3

17、02/65.1cm3w2301/5.1451.2MPa 、剪應(yīng)力的計算：Q / bsh×H306801.6/(34×30)300.79MPa、等效應(yīng)力e的計算：ew2(1.73) 21/2e451.22+(1.73×300.79)2 1/2688.74MPa500°C時4Cr5MoSiV1的屈服強度為1025MPa，遠大于e，所以模子強度合格。8).作圖（見圖紙）四.空心型材模設(shè)計4.1所要設(shè)計的制品:本設(shè)計制品的的牌號為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

18、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，在進一步計算優(yōu)化，計算列表如下表8序號Do(Fo)Dd(mm)Ld(mm)單重wd(kg/根)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()118717854036.151.104913046167.0130.95X633.0691.5218717860040.161.105453051567.0134.55X633.0682.331871

19、7866044.181.106003057067.0138.26X639.6789.8最后選擇成才率最高的91.5對應(yīng)的方案1即1630T的擠壓設(shè)備錠坯尺寸為：Dd X Ld178×540mm 擠壓比67.01 4.3擠壓力的計算:根據(jù)擠壓力公式：P = 11.775×（D/d）1/20.8 ×D2×bP為單位擠壓力，ND擠壓筒內(nèi)直徑，mmd制品的當量直徑，mmb某一擠壓溫度下材料的抗拉強度，MPa故P11.775×（187/22.84）1/20.8 ×1872×16.213750.3KN 換算成噸位：約1403.1TP額定

20、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)簡圖如前圖3所示根據(jù)前面計算，從表6選取H2=150 H3=70 H1=30模子外形尺寸簡圖如前圖4依據(jù)表7的數(shù)據(jù)可以確定d1=250 d2=260 h1=13 h2=150因為本設(shè)計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，應(yīng)等于1/2。本設(shè)計取K=8.19分流孔的面積F分K. F型=8.19×409.68=3355.28

21、 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=0.7×187=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為模孔與模腔的最小距離，依據(jù)經(jīng)驗a,b一般取38，本設(shè)計取a=8，b=7.5.圖8 由h=25.4/2+8=20

22、.7,H=132/2=66，由幾何知識可得方程式：，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2°4°，本設(shè)計取4°5).分流橋分流橋的寬窄和模具的強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)本設(shè)計采用倒梯形結(jié)構(gòu)，取B=45見下圖 圖106

23、).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)驗公式：當D0190200時，h20，焊合室直徑比分流孔出口處約小5mm，本設(shè)計取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)驗公式A=A0K A0A-制品外形的模孔尺寸A0制品外形的公稱直徑K-經(jīng)驗系數(shù)，由于本設(shè)計爭對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)驗公式B=B0確定由于B0=1.8.本設(shè)計0.1故Tk=1.80.1=1.94.7?？坠ぷ鲙чL度hg的

24、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26。本設(shè)計取hg5mm 4.8模芯的設(shè)計:一般伸出下模工作帶35mm，本設(shè)計取4mm，模腔外形按空心型材的空心部分確定。4.9上模凸臺設(shè)計：上模凸臺高取7mm，直徑為256mm，用于裝配定位4.10定位銷，螺釘（按GB標準選取標準件）:定位銷的直徑取兩個：8x75，螺釘采用M10x85,具體說明見裝配圖4.11模子強度校核：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入金屬和金屬充滿焊合室以后流出?？字H，故強度的校核主要是針對模子的分流橋，模橋的彎曲應(yīng)力和抗剪強度： 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分流橋兩個危險斷面的長度，經(jīng)計算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450500°C下，對于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度的校核Qq / Fq Qq分流橋面上的總壓力；Fq分流橋受剪應(yīng)力的總面