角鋼的工藝制定與模具設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)任務(wù)書

1、中南大學(xué) 2014年中南大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院（材料成型與控制專業(yè)向） 專業(yè)課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)任務(wù)書 設(shè)計(jì)課題： 角鋼的工藝制定與模具設(shè)計(jì) 組 號(hào)： 第1組 學(xué)生姓名： 班 級(jí)： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師： 目錄1、 擠壓相關(guān)知識(shí)及發(fā)展?fàn)顩r.11.1 擠壓加工方法.11.2 鋁加工行業(yè)的分布.11.3鋁及鋁合金的特點(diǎn)與應(yīng)用.21.4擠壓工模具的材料.32、 總設(shè)計(jì)過程概論.52.1 擠壓工藝流程.52.2擠壓工藝及工藝參數(shù)條件的確定.53、 型材模設(shè)計(jì).83.1相關(guān)參數(shù).83.2選坯和選設(shè)備.93.3擠壓力的計(jì)算.103.4模組及模子外形尺寸確定.113.5組合模相關(guān)參數(shù)的確定.133.6 模子內(nèi)形尺寸的確定.

2、164、 總結(jié)與體會(huì).20一、擠壓相關(guān)知識(shí)及發(fā)展?fàn)顩r1.1 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)

3、用范圍廣，生產(chǎn)靈活性大，工藝流程簡單和設(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。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，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）

4、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

5、。 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、無污染、無毒、防火性強(qiáng)，使用壽命長（可達(dá)50100年），回收性好，可回爐重?zé)挕?.4擠壓工模具的材料表1.常用擠壓工具鋼化學(xué)成分鋼號(hào)(C)/%(Si)/%(Mn)/%(Cr)/%(Mo)/%(W)/%(V)/%5CrMnMo0.50.60.250.61.21.60.60.90.150.35CrNiMo0.50.60.40.50.80.50.80.150.33Cr2W8V0.30.40.40.42.22.77.59.00.20.54Cr5MoSiV10.320.420.81.20.44.55.51.01.50.81.1本

6、設(shè)計(jì)選用模具材料為4Cr5MoSiV1，又稱H13鋼。鋼中碳化物類型有、。釩在鋼中起回火時(shí)二次硬化作用；Cr、Mo、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。 表2.常用擠壓工具鋼及其機(jī)械性能：鋼號(hào)試驗(yàn)溫度T/MPa/MPa/%/%HB熱處理工藝5CrMnMo300400500600115010107804309908606904104761868411.011.117.526.7351311302235850空淬，600回火3Cr2W8V300400450500600-1491152014301280-13731

7、3631304-15-5.6-8.3-4294294053253251100在油中淬火，550回火4Cr5MoSiV1400450500550600136013001200105082512301135102585571049525658676791210-1050油淬，625回火在油中兩小時(shí)二、總設(shè)計(jì)過程概論2.1 擠壓工藝流程金屬制品是經(jīng)若干個(gè)工序制作出來的，每個(gè)工序按一定順序連接起來，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2.2擠壓工藝及工藝參數(shù)條件的確定應(yīng)考慮擠壓溫度、擠壓速度、潤滑、模具（種

8、類形狀、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）鑄錠的加熱溫度一般來說，對(duì)6063合金鑄錠的加熱溫度可設(shè)定為： 未均勻化鑄錠：460-520；均勻化鑄錠：430-480。 其擠壓溫度在操作時(shí)視不同制品及單位壓力大小來調(diào)整。在擠壓過程中鑄錠在變形區(qū)的溫度是變化的，隨著擠壓過程的完成，變形區(qū)的溫度逐漸升高，而且隨著擠壓速度的提高而提高。因此為了防止出現(xiàn)擠壓裂紋，隨著擠壓過程的進(jìn)行和變形區(qū)溫度的升高，擠壓速度應(yīng)逐漸降低。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

9、度可取400450?？刹捎猛娮孕蓄A(yù)熱。3）模子預(yù)熱避免急熱，延長模具壽命，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0.750.95倍，擠壓過程中溫度最好控制在450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)的擠壓速度由設(shè)備而定。7）工模具的潤滑因本設(shè)計(jì)采用熱擠壓，故不采用潤滑。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。9）切壓余本設(shè)計(jì)視擠壓設(shè)備而定，要控制質(zhì)量，

10、切去縮尾等缺陷。10）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)行切頭尾的工作。切頭尾的量可以是300500mm或5001000mm，本次設(shè)計(jì)頭尾各切300mm。13）切定尺 本次設(shè)計(jì)取每根制品6m長作為切定尺的標(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；6063合金擠壓型材的力學(xué)性能和電化學(xué)性能除了與合金的化學(xué)成分有密切關(guān)系外，還與人工時(shí)效制度有較大關(guān)系

11、。低溫長時(shí)間時(shí)效和高溫短時(shí)間時(shí)效使力學(xué)性能有較大提高，但卻降低了合金的電化學(xué)性能。為了兼顧兩種性能及確保生產(chǎn)效率，采用室溫自然時(shí)效（停放）2h,再在195205人工時(shí)效2h的時(shí)效制度是適宜的。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：陽極氧化、著色、噴粉、噴涂、電泳、拋光等。16）包裝入庫 將鋁合金成品進(jìn)行包裝入庫。三型材模設(shè)計(jì) 3.1相關(guān)參數(shù) 了解產(chǎn)品技術(shù)要求，工藝流程、工藝制度（規(guī)程）設(shè)計(jì)(變形制度、溫度制度、速度制度)（包括力能參數(shù)計(jì)算）、工藝布置圖、擠壓模具設(shè)計(jì)(CAD)表3.已知條件： (尺寸單位：mm) 組員合金牌號(hào)60636083606

12、1606360836061寬度a50.525.429.565.545.535.5寬度b251015341818厚度c2.21.21.162.51.81.55型材斷面尺寸（名義尺寸修改如上表，公差不變） 具體參數(shù)：合金牌號(hào)：6061B=29.5mm H=15mm T=1.16mm 3.2選坯和選設(shè)備 制品的截面積：F制29.515-（29.5-21.16）（15-21.16）=97.86m表4：設(shè)備噸位500T800T1630T擠壓筒直徑D0擠壓截面積F070851226627451錠坯尺寸DdLd冷床長26m32m44m填充系數(shù)1.1141.0851.104壓余厚202530最大擠壓比97.4

13、8273.6加工范 圍最大外接圓直徑擠一根最小制品斷面積F制min72150372綜合尺寸等各因素，選用500t擠壓設(shè)備 擠壓筒內(nèi)孔尺寸95錠坯尺寸為：Dd X LdP = 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(dāng)量直徑，mb某一擠壓溫度下材料的抗拉強(qiáng)度，MPa故P11.775×（95/19.89）1/20.8 ×952×16.22385KN 換算噸位：約243TP額定噸位500T，設(shè)備選擇符合要求，即所選設(shè)備理論可行 3.4模組及模子外形尺寸確定 模組尺寸如下表：表5.設(shè)備噸位

14、500T800T1630TH1203030H2809090100110150H35006050606080 擠壓模具的尺寸如下表：表6：設(shè)備噸位500T800T1630Th11212131213模組及模子尺寸外形的計(jì)算 根據(jù)前面計(jì)算，從表6選取H2=90mm H3=50mm H1=20mm模子外形尺寸的確定（如下圖4）依據(jù)表7的數(shù)據(jù)可以確定本設(shè)計(jì)采用孔道式分流組合模取 圖3：圖4：=1467.9m其中,F-分流孔的面積, m m 由h=15/2+4=11.5mm,H=60/2=30mm，由幾何知識(shí)可得方程式： ，用代入相關(guān)數(shù)據(jù)可得 模具圖如下: 圖13:四、總結(jié)心得與體會(huì)這恐怕是我大學(xué)最后的課

15、程設(shè)計(jì)了，這一次我投入的感情與以往完全不一樣，其中包含著許許多多的珍惜，懷舊的情感，來完成這次的課程設(shè)計(jì)，黃老師對(duì)我們的指導(dǎo)，我每一句話都深深地記在心里，因?yàn)槲蚁硎芾蠋煹亩囟亟陶d，讓我知道，我還是一名大學(xué)生，雖然只剩下了最后半學(xué)期，可是我想給老師留下一個(gè)好學(xué)生的印象。設(shè)計(jì)開始的前幾天，老師跟我們講解鋁合金的應(yīng)用，常用的加工方法，加工擠壓模的基本結(jié)構(gòu)，本次設(shè)計(jì)的步驟以及設(shè)計(jì)的注意問題，這些都對(duì)我本次課程設(shè)計(jì)提供了很大幫助，意義重大。使我接觸到了很多關(guān)于擠壓模具設(shè)計(jì)的知識(shí)，比如一些擠壓成型模具的基本結(jié)構(gòu)等，并且學(xué)到了許多課本上學(xué)不到的關(guān)于鋁合金材料的知識(shí)！ 本次設(shè)計(jì)我已經(jīng)基本完成了，雖然存在之許多不足，需要一定的修改。不過我通過這次設(shè)計(jì)，已經(jīng)基本學(xué)會(huì)了如何設(shè)計(jì)一套擠壓模具的基本過程，看著自己的勞動(dòng)成果，感到很開心。更重要的是，它使我對(duì)模具設(shè)計(jì)產(chǎn)生了強(qiáng)烈的興趣，以后會(huì)在模具設(shè)計(jì)這方面繼續(xù)加強(qiáng)！參考