年產(chǎn)5000噸H62黃銅棒擠壓車間設(shè)計

學(xué)號0510121052畢業(yè)設(shè)計課題年產(chǎn)5000噸H62黃銅棒擠壓車間設(shè)計姓名李丹系別機械工程系專業(yè)班級05材料成型及控制工程指導(dǎo)教師汪勁松二00九年6月年產(chǎn)5000噸H62黃銅棒擠壓車間設(shè)計摘要萬噸，2021年到達(dá)32.43萬噸。中國銅加工業(yè)規(guī)模、產(chǎn)量、銅材消費量已居世界第一位，同時也是世界上最大銅材進(jìn)口國和重要的銅材出口國，但國內(nèi)黃銅合金棒加工水平偏低。因此，采用國際先進(jìn)設(shè)備、工藝，生產(chǎn)高品質(zhì)黃銅合金棒有很大的開展空間。近年來我國各行各業(yè)的開展不但對銅材的需求量也增加，而且更加要求高精度、高質(zhì)量的銅材產(chǎn)品。全球經(jīng)濟危機，對于銅材加工業(yè)的開展也有一定的沖擊。因此，更加要求我們推創(chuàng)銅材產(chǎn)品生產(chǎn)的新技術(shù)。根據(jù)設(shè)計任務(wù)書的要求和市場調(diào)查，現(xiàn)擬建5000噸/年的H62黃銅棒擠壓車間。棒材的直徑范圍在10～100mm范圍，本設(shè)計取H62黃銅棒的直徑為12mm，根據(jù)課題，詳細(xì)的設(shè)計此課題的內(nèi)容。設(shè)計的主要內(nèi)容包括：φ12的H62黃銅棒擠壓車間設(shè)計的概述，棒材生產(chǎn)的工藝流程過程，擠壓方法的選取，主要設(shè)備〔擠壓機、擠壓模、擠壓墊、擠壓筒等〕及輔助設(shè)備〔加熱爐、矯直機、鋸切機等〕的選擇及校核，產(chǎn)品設(shè)計生產(chǎn)能力的計算〔根據(jù)年產(chǎn)量5000噸〕，金屬平衡表的編制，勞動定員，主要技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)，車間平面布置圖及模具裝配圖等。關(guān)鍵詞：擠壓；臥式擠壓機；感應(yīng)加熱爐TheDesignofaH62BrassBarHotextrusionShopwithanAnnualOutputof5thousandTonsAbstractBrassmaterialshaveeasyprocessingcharacteristicsandgoodphysicalproperties,whicharewidelyusedinhardware,bicyclesandmotorcycles,pens,batteries,cars,watches,homeappliances,aerospaceequipments,weapons,ships,communicationequipments,zippersandotherfields.AccordingtothestatisticsofChineseNonferrousmetalsProfessionalAssociation,in2001thedomesticconsumptionofbrassrodis223,300tons,whichexpandedto324,300tonsin2021.TheproductionscaleandconsumptionofthecoppermaterialsinChinahavebeenrankingfirstintheworld，andChinaisthebiggestimportingandexportingcountryofcopperproducts,butthebrassalloysprocessingtechnologyisstillnotveryadvanced.Soithasgreatroomfordevelopmenttoproducehighqualitybrassrodswithinternationallyadvancedequipments.Inrecentyearsthedevelopmentofourcountryfromallwalksoflifenotonlyincreasedthedemandforcopper,butalsorequiredhighaccurate,highqualitycopperproducts.Globaleconomiccrisisalsohasacertainimpactonthedevelopmentofcopperprocessingindustry.Thereforeweshouldpushforwardnewtechnologiestoprducecopperproductswithlowenergyconsumptionandhigheffeciency.Inthelightofthemarketresearchanddesignrequirements,weproposetobuilda5000tons/yearH62brassrodsextrusionplant.Therangofbardiameteris10～100mm.Thebardiameteris12mminthispaper.Themaincontentsofthispaperareissuessuchas：thesummaryofthedesignofφ12H62brassrodextrusionworkshop,technologicalprocessofthebrassrodextrution,selectionandcheckingofmainequipments(extrusionmachine,extrusiondie,extrusionpad,squeezeextinguishers,etc.)andauxiliaryequipments(furnace,straighteningmachine,sawingmachine,etc.),thecheckingofproductioncapacity(basedonannualproductionof5,000tons),incomeandexpensesofthemetals,laborquota,themaintechnicalandeconomicindicators,theworkshopfloorplananddieassemblydrawing.KeyWords:extrusion；Horizontalextruder；Inductionfurnace

目錄TOC\o"1-4"\h\z\u第一章概論 11.1銅材加工的現(xiàn)狀及其開展趨勢 1擠壓法的優(yōu)缺點 11.2.1優(yōu)點 11.2.2缺點 2擠壓工藝的現(xiàn)狀及其開展趨勢 2本設(shè)計的內(nèi)容 2本設(shè)計的目的和意義 2第二章H62黃銅棒擠壓車間的工藝設(shè)計 32.1擠壓生產(chǎn)工藝 32.1.1.擠壓生產(chǎn)工藝流程圖 3擠壓方法與擠壓設(shè)備的選擇 42.1.3擠壓時的潤滑 52.1.4錠坯尺寸選擇 62.2擠壓制品的組織性能及質(zhì)量控制 6擠壓制品組織的不均勻性 6擠壓制品的粗大晶粒組織 7擠壓制品的層狀組織 7H62黃銅的性能 92.3.1H62黃銅的化學(xué)成分 92.3.2H62黃銅的物理性能 92.3.3H62黃銅的力學(xué)性能 102.3.4H62黃銅的工藝性能 102.3.5H62黃銅的化學(xué)性能 112.3.6H62黃銅的雜質(zhì)影響 112.3.7H62黃銅的特性及主要用途 12第三章主要設(shè)備的選擇與計算 133.1擠壓力計算 133.2擠壓工具及其設(shè)計 153.2.1擠壓工具的組成 153.2.2擠壓模的設(shè)計 153.2.3擠壓桿的設(shè)計 193.2.4擠壓墊的設(shè)計 203.2.5擠壓筒的設(shè)計 22擠壓機的選型 253.3.1臥式擠壓機 263.3.2立式擠壓機 263.4剪切力計算 263.5繪制金屬平衡表 273.5.1確定計算產(chǎn)品的成品率 28編制金屬平衡表 28第四章輔助設(shè)備的選擇與計算 304.1加熱設(shè)備的選擇 304.1.1火焰爐 304.1.2感應(yīng)加熱爐 304.2剪切設(shè)備的選擇 304.3矯直機的選擇 314.4冷卻設(shè)備的選擇 32第五章勞動定員 33第六章主要技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo) 34第七章擠壓過程動態(tài)模擬 36參考文獻(xiàn) 40致謝 40

第一章概論1.1銅材加工的現(xiàn)狀及其開展趨勢銅材，是各國均高度重視的戰(zhàn)略物資和開展現(xiàn)代工業(yè)的重要根底材料和功能材料。我國是近些年來銅加工業(yè)開展最快的國家，也是銅材消費最多的國家之一。1990年生產(chǎn)能力為78萬噸，產(chǎn)量不到50萬噸，消費量達(dá)50萬噸左右；1995年生產(chǎn)能力達(dá)253萬噸，產(chǎn)量到達(dá)156萬噸，消費量超過了180萬噸；2000年與1995年比生產(chǎn)能力和產(chǎn)量變化不大，但消費量增到215萬噸。這里說明兩個問題：一是生產(chǎn)能力遠(yuǎn)大于產(chǎn)量，有生產(chǎn)能力儲藏，這是好的一面。另外，能生產(chǎn)產(chǎn)品品質(zhì)不高的大路貨能力大，無市場；二是消費量大于產(chǎn)量，主要是技術(shù)含量高的、產(chǎn)品品質(zhì)好和產(chǎn)品精度高的產(chǎn)品大局部靠進(jìn)口。因此我國銅材加工業(yè)需要提高技術(shù)水平、生產(chǎn)水平和管理水平。我國銅加工先進(jìn)與落后并存，傳統(tǒng)經(jīng)典的生產(chǎn)技術(shù)仍然占據(jù)主導(dǎo)地位，其加工工藝仍然是：合金熔煉—半連續(xù)鑄造—熱加工—冷加工，因此工藝流程長、能耗高、成品率低、環(huán)保條件差、迫切需要技術(shù)和裝備創(chuàng)新。中國經(jīng)濟穩(wěn)定增長為銅材加工業(yè)提供了寬廣的內(nèi)需市場，這在全球范圍內(nèi)也是唯一的。各行各業(yè)對銅加工材，特別是高、精、尖的銅加工材的需求量猛增，加之我國參加WTO，給我國銅加工企業(yè)帶來了機遇和挑戰(zhàn)，這就要求我們要大力改良技術(shù)，提高生產(chǎn)技術(shù)水平，提高產(chǎn)品品質(zhì)。高度重視技術(shù)創(chuàng)新、開展以短流程、節(jié)流、環(huán)保、高效的生產(chǎn)技術(shù)，建設(shè)連續(xù)化、自動化、專業(yè)化生產(chǎn)線；重要產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新技術(shù)：潛流式鑄造、連續(xù)擠壓、管材行星軋制等。加強信息標(biāo)準(zhǔn)等研發(fā)工作，為銅加工業(yè)開展效勞。新增板帶工程中，銅陵、江西、大冶、紫金礦業(yè)等均為我國重要的礦產(chǎn)銅產(chǎn)地，約32萬噸板帶產(chǎn)能。這是銅原料企業(yè)向下游延伸產(chǎn)業(yè)鏈的重要部署，對節(jié)約運輸本錢，綜合利用資源意義重大，將長遠(yuǎn)造福我國銅加工業(yè)。對于銅合金棒材來說，均以潛流式、多線水平連鑄棒坯為開坯手段，然后配合連續(xù)拉拔生產(chǎn)機列。這種方法在寧波金田已經(jīng)產(chǎn)業(yè)化，具有產(chǎn)量大、生產(chǎn)成品率高、環(huán)保、設(shè)備投資少等明顯優(yōu)點。充分發(fā)揮擠壓開辟能力，生產(chǎn)合金棒坯料，然后采用冷拉伸方法產(chǎn)出成品，這是現(xiàn)代企業(yè)挖潛改造的方向。在開展銅及合金棒型線生產(chǎn)中，上引銅桿—連續(xù)擠壓—高精拉伸法，因其投資少、高效、連續(xù)化、節(jié)能、環(huán)保、高成品率而倍受重視。擠壓法的優(yōu)缺點1.2.1優(yōu)點〔1〕擠壓時金屬在擠壓筒內(nèi)受到比軋制、鍛造更強烈的三向壓應(yīng)力的作用。因此它能充分發(fā)揮金屬的塑性；實現(xiàn)擠壓比達(dá)10以上的大變形?？梢詳D壓軋制或鍛造難以加工的塑性低的金屬；〔2〕只要改換擠壓?；驍D壓針，就可以用一臺擠壓機生產(chǎn)不同品種、不同尺寸規(guī)格的制品，操作方便，生產(chǎn)靈活；〔3〕擠壓制品外表質(zhì)量好，尺寸精度高。缺點〔1〕擠壓機結(jié)構(gòu)復(fù)雜，投資費用大；〔2〕擠壓殘料比擬多，要占錠坯的10%～15%，擠壓大直徑棒材時，成品率較低；〔3〕正擠壓時金屬與擠壓工具外表的摩擦力大，金屬不均勻變形嚴(yán)重，使擠壓制品產(chǎn)生縮尾，內(nèi)部組織與性能不均，使切頭、切尾幾何損失增加；〔4〕擠壓工具在高溫、高壓條件下工作，工具消耗大，增加制品生產(chǎn)本錢。擠壓工藝的現(xiàn)狀及其開展趨勢擠壓法在金屬塑性加工領(lǐng)域中出現(xiàn)的比擬晚，是一種新的金屬加工工藝。據(jù)文獻(xiàn)記載，大約在1797年英國人首先創(chuàng)造了一種擠壓鉛管的裝置，繼而將此原理應(yīng)用到電纜包鉛上面。因為當(dāng)時尚不能解決擠壓時所需要的巨大而持續(xù)的壓力，所以只能擠壓低熔點軟金屬。直到1894年，由德國人k設(shè)計和制造了第一臺可以用來擠壓黃銅的擠壓機。自此之后，擠壓生產(chǎn)日益開展，二戰(zhàn)結(jié)束后，由于航空、火箭、宇宙航行技術(shù)，以及汽車、船舶、鐵路運輸?shù)雀鞑块T的開展，促進(jìn)了擠壓生產(chǎn)的急劇開展。擠壓機的臺數(shù)和能力不斷地增加，擠壓生產(chǎn)線的自動化程度不斷提高，新的擠壓技術(shù)不斷出現(xiàn)，理論研究有突破性的進(jìn)展。近年來計算機的普及對擠壓模具的優(yōu)化設(shè)計創(chuàng)造了條件，并且能夠?qū)崿F(xiàn)更加復(fù)雜的斷面型材。應(yīng)用CAD/CAE/CAM技術(shù)可使擠壓工藝生產(chǎn)的設(shè)計從費時、費錢的傳統(tǒng)設(shè)計提高到準(zhǔn)確、快速、高精度的現(xiàn)代化水平。擠壓工藝生產(chǎn)的開展方向是：減少勞動力和材料消耗，主要表達(dá)在盡量縮短更換產(chǎn)品的時間，盡可能在生產(chǎn)過程中更換及自動更換；在擠壓生產(chǎn)線控制系統(tǒng)中不斷應(yīng)用感測技術(shù)、控制技術(shù)和人工智能技術(shù)，使制品的質(zhì)量和生產(chǎn)的穩(wěn)定性得到進(jìn)一步的提高。本設(shè)計的內(nèi)容本設(shè)計的產(chǎn)品生產(chǎn)方案——生產(chǎn)年產(chǎn)量為5000噸H62黃銅棒擠壓的車間設(shè)計。本設(shè)計的目的和意義1、通過畢業(yè)設(shè)計，可以使我們對大學(xué)四年所學(xué)的知識融會貫穿，可以提高我們?nèi)嫠伎嫉哪芰?，并且使專業(yè)課的局部內(nèi)容得到深化穩(wěn)固。2、在設(shè)計的過程中通過參觀生產(chǎn)現(xiàn)場，可以更直觀的了解生產(chǎn)工藝流程及生產(chǎn)設(shè)備。3、還能夠培養(yǎng)我們檢索文獻(xiàn)設(shè)計與計算方案制訂，編寫論文，全面系統(tǒng)地進(jìn)行一次有關(guān)工程設(shè)計的根本訓(xùn)練。從而培養(yǎng)學(xué)生的工程設(shè)計能力。4、通過畢業(yè)設(shè)計，培養(yǎng)同學(xué)理論聯(lián)系實際，嚴(yán)謹(jǐn)求實的科學(xué)態(tài)度，培養(yǎng)和提高學(xué)生獨立分析問題的能力，檢驗學(xué)生三年所學(xué)課程的掌握和綜合運用程度，并以此作為評定學(xué)生畢業(yè)成績的主要依據(jù)之一。

第二章H62黃銅棒擠壓車間的工藝設(shè)計2.1擠壓生產(chǎn)工藝最正確的擠壓工藝應(yīng)包括：正確選擇擠壓方法及擠壓設(shè)備；正確確定擠壓工藝參數(shù)；選擇優(yōu)良的潤滑條件；確定合理的錠坯尺寸；采用最正確的擠壓模設(shè)計方法等。2.1.1.擠壓生產(chǎn)工藝流程圖各種擠壓制品的生產(chǎn)流程根本相同。但是，因制品的種類、合金牌號及對制品質(zhì)量要求等的情況不同，可采用不同結(jié)構(gòu)的擠壓機和不同的擠壓方法。下列圖為管、棒材擠壓生產(chǎn)工藝流程圖。如圖2-1：實心鑄錠實心鑄錠加熱擠壓切頭尾矯直切定尺檢查成品冷卻圖2-1棒材擠壓生產(chǎn)工藝流程圖擠壓方法與擠壓設(shè)備的選擇一、擠壓方法擠壓不同金屬及其合金的管，棒，型，線材時，可以選擇不同的擠壓方法選擇時可以考慮以下幾個方面：1〕在選定的擠壓機上實現(xiàn)所需的工藝的可能性；2〕擠壓條件下被擠壓金屬材料的高溫塑性；3〕擠壓過程中能否滿足產(chǎn)品質(zhì)量要求?！?〕根據(jù)被擠壓金屬材料的不同特性，可以采用不同擠壓方法。1〕脫皮擠壓用于擠壓因金屬流動不均勻而生成擠壓縮尾的銅合金棒材，如黃銅和鋁青銅。2〕靜液擠壓用于擠壓低塑性金屬材料，復(fù)合金屬制品，粉末材料成型，以及斷面形狀復(fù)雜的制品。3〕等溫擠壓用于擠壓熱塑性較差的合金材料如硬鋁合金，和擠壓后立即淬火，要求沿長度上性能均一的合金材料，如LD31鍛鋁合金等。4〕包套擠壓用于擠壓外表摩擦強烈。易氧化或易受大氣污染的金屬材料，如鈦及其合金，鈮，鈹，鋯，鈾和釷等金屬材料；對一些高脆性的金屬材料或熱脆性的金屬材料，亦可以使用包套擠壓法防止過程中產(chǎn)生裂紋。5〕焊接擠壓用于擠壓焊接性能良好的，斷面形狀復(fù)雜空心型材或圓形，方形管材的合金材料，如鋁，鎂，鈦及其合金。6〕液體擠壓用于擠壓低熔點金屬材料，如鋁及其合金?！?〕擠壓對流動不均勻性敏感的材料，如鉛及其合金。1〕潤滑擠壓與金屬接觸的工具如擠壓筒，擠壓模與穿孔針的外表上，涂以潤滑劑以改善外表摩擦條件，減少縮尾與壓余長度。2〕反向擠壓擠壓筒內(nèi)不存在正向擠壓所特有的錠，筒間相對運動，無摩擦阻力，使流動較為均勻。3〕有效摩擦擠壓擠壓筒相對錠坯移向擠壓模的速度快。筒壁對錠坯作用的摩擦力為促進(jìn)外層金屬流動的動力，致使筒內(nèi)金屬外層流動較之內(nèi)層快。4〕靜液擠壓錠坯與筒壁不接觸，其間存在高壓工作介質(zhì)，摩擦很小。由于筒內(nèi)的高壓，局部工作介質(zhì)進(jìn)入?？?，形成?？變?nèi)壁上的流體動力潤滑，摩擦小，金屬流動均勻。5〕多模孔擠壓對稱排列的型材?？祝箶D壓時的金屬流動較為均勻，制品質(zhì)量易有所提高。銅合金中硬的如鈹青銅、鋅白銅系合金等通常都用潤滑擠壓，其它合金大多采用無潤滑脫皮擠壓，根據(jù)本設(shè)計的內(nèi)容，因此選擇擠壓方法是帶潤滑脫皮擠壓。二、擠壓設(shè)備 銅及銅合金管棒材型材的擠壓設(shè)備主要包括：擠壓機、錠坯加熱爐、錠坯加熱后的運輸與供錠機構(gòu)、擠壓制品的受料臺和水封擠壓用的冷卻水槽、以及制品的鋸切、矯直等精整設(shè)備。擠壓機的選擇〔1〕單動擠壓機與雙動擠壓機單動擠壓機無獨立穿孔系統(tǒng)，適于擠壓實心的型材與棒材；使用空心錠與隨動針，或使用實心錠與組合模，亦可擠壓管材與空心型材。雙動式擠壓機具有獨立穿孔系統(tǒng)，一般用于擠壓管材；更換實心的擠壓擠壓桿與擠壓墊亦可擠壓型材和棒材?！?〕正向擠壓機和反向擠壓機正向擠壓機已使用于所有擠壓過程擠壓各種制品。在擠壓條件相同時，反向擠壓機相對于正向擠壓機可節(jié)能20～40%，制品質(zhì)量和生產(chǎn)率均較高。但是，由于制品規(guī)格受工具強度限制，對錠坯外表質(zhì)量要求較高，操作交復(fù)雜，國內(nèi)外使用反向擠壓機尚不如正想擠壓機廣泛?！?〕臥式擠壓機與立式擠壓機臥式擠壓機的操作，監(jiān)測和維修均較方便，普片使用于所有規(guī)格，各種合金制品的擠壓。但是臥式擠壓機容易失調(diào)。長期使用過程中的磨損，變形，各種零部件的熱膨脹，可導(dǎo)致主要擠壓工具，如擠壓桿，穿孔針，擠壓筒，模座不對中，使管材壁厚不均或型材擠壓時流動不均勻。根據(jù)上述擠壓機的類型簡介，在此次設(shè)計中可以選擇臥式擠壓機。2.1.3擠壓時的潤滑〔1〕擠壓時的潤滑作用一次變形量很大，金屬與工具接觸面上的單位正壓力極高，這是擠壓所具有的特殊變形條件。在此條件下，變形金屬的外表更新作用加劇，從而使金屬粘結(jié)工具的現(xiàn)象嚴(yán)重。因此，擠壓時潤滑劑的作用是盡可能的使外表干摩擦轉(zhuǎn)變?yōu)檫吔缒Σ?。這不僅提高了制品外表質(zhì)量和工具的使用壽命，而且由于降低了工具對金屬的冷卻作用，使金屬流動不均勻性減少，擠壓能耗降低。〔2〕常用的潤滑劑在高溫高壓的熱擠壓條件下，要求潤滑劑具有足夠的粘度與活性，具有較高的閃點和較少的灰分，以保證良好的外表潤滑狀態(tài)。同時，還要求潤滑劑具有一定的化學(xué)穩(wěn)定性，對金屬與工具無腐蝕作用，無污染環(huán)境，有害于人體健康的作用。1〕鋁及鋁合金對鋁和鋁合金，多采用在粘性礦物油中添加各種固體填料的懸浮狀潤滑劑。2〕銅及銅合金大多數(shù)銅和銅合金管棒材的擠壓，可采用45號機油和20%30%鱗片狀石墨調(diào)制成的潤滑劑；3〕高溫高強合金擠壓高溫高強合金如銅鎳合金、鎳、鈦及鋼時，石墨潤滑劑有可能使鋼材外表增碳，二硫化鉬潤滑劑中的硫可能使蒙乃爾合金產(chǎn)生晶間裂紋，都難以滿足制品質(zhì)量要求。所以，目前大多采用玻璃潤滑劑。4〕特種合金擠壓鎢、鉬、鈮、鈦及其合金時，大多數(shù)使用玻璃潤滑劑。因此，在本設(shè)計中采用的潤滑劑是45號機油和20%30%鱗片狀石墨調(diào)制成的潤滑劑。2.1.4錠坯尺寸選擇擠壓比的選擇擠壓比是指在擠壓時擠壓筒斷面積與制品斷面積的比值,一般根據(jù)金屬或合金的塑性、產(chǎn)品性能以及設(shè)備能力等因素綜合確定，擠壓比的數(shù)值大致控制在6～100范圍內(nèi)。為了獲得外表質(zhì)量較好的擠壓制品，擠壓比一般不得小于20；在擠壓時，錠坯與擠壓機能力的關(guān)系為：擠壓力與擠壓比的對數(shù)〔i=lnλ〕成正比。因此應(yīng)綜合考慮擠壓比和金屬材料的塑性。黃銅的塑性較好,因此擠壓比可取得大一些，本設(shè)計擬定取擠壓比λ＝40錠坯直徑的選擇擠壓管材、棒材時，錠坯的直徑，一般按照擠壓筒與錠坯之間的間隙進(jìn)行選擇：Dp=D0-△D〔2.1〕Dp——錠坯外徑；D0——擠壓筒直徑；△D——使錠坯和針順利進(jìn)入又不產(chǎn)生縱向裂紋的間隙值根據(jù)經(jīng)驗，取△D＝4。取產(chǎn)品黃銅棒的直徑為d＝12mm，那么錠坯直徑Dp＝12X＝76mm擠壓筒直徑D0＝76+4=80錠坯長度的選擇一般來說，在一定的錠坯的體積情況下，錠坯的長度越長，在擠壓后期壓余金屬的損失就越少，金屬的收得率增加。但是，過分增加錠坯的長度，可能會使擠壓后期金屬顯著冷卻，從而導(dǎo)致制品組織和性能不均勻；此外還會出現(xiàn)擠不動的情況。一般擠壓棒材時，錠坯長度為其直徑的2～4倍。因此，本設(shè)計中取L0=0.27m。2.2擠壓制品的組織性能及質(zhì)量控制金屬材料顯微組織參量包括：晶粒平均尺寸、亞晶平均尺寸、晶粒形狀，亞晶尺寸與取向差，材料不均勻粒度的特征與程度，織構(gòu)的存在與形式等。擠壓制品組織的不均勻性與其他熱加工方法相比擬，擠壓制品組織的特點是，在其斷面上與長度分布都很不均勻。一般來說，總是沿長度上前端晶粒粗大后端細(xì)小，沿斷面徑向上中心晶粒粗大外層細(xì)小。擠壓制品的組織在斷面上和長度上的不均勻性主要是由于變形不均勻引起的。導(dǎo)致擠壓制品的組織在斷面上和長度上的不均勻的另一個因素是擠壓溫度和速度的變化。擠壓制品的粗大晶粒組織許多具有實用價值，通常成分復(fù)雜的合金在熱變形后的熱處理中，經(jīng)常會形成異常大的晶粒，其尺寸超過原始晶粒尺寸的〔10～100〕倍，比臨界變形后熱處理所形成的再結(jié)晶晶粒大的多，晶粒這種異常長大過程稱為粗化，這種組織稱為粗晶粒。晶粒粗化一般只在局部出現(xiàn)，這樣的制品組織具有明顯的不均勻晶粒尺寸而被稱為晶粒不均勻或組織不均勻。某些鋁合金擠壓的棒材和低碳鋼鐓壓塊，在淬火加熱過程中出現(xiàn)制品周邊的粗晶區(qū)〔稱為粗晶環(huán)〕，便是粗晶不均勻的典型例子。〔1〕粗晶環(huán)的分布規(guī)律單孔模擠壓的鋁合金幫在淬火后形成的周邊粗晶環(huán)。由于模孔距擠壓筒壁的距離相等，故粗晶環(huán)均勻的分布在周邊上。多孔模擠壓園幫經(jīng)淬火后，粗晶環(huán)出現(xiàn)在局部周邊上，呈月牙形。局部周邊上的月牙形粗晶環(huán)依模孔數(shù)不同略有差異。模孔數(shù)少，月牙形粗晶環(huán)較長，?？讛?shù)多那么月牙粗晶環(huán)短。型材或異性棒材斷面上的粗晶環(huán)分布不均勻。在型材角部或轉(zhuǎn)角區(qū)，粗晶環(huán)的厚度較大、晶粒較粗?！?〕粗晶環(huán)的形成機理粗晶環(huán)產(chǎn)生的部位會形成粗晶環(huán)的金屬材料及其出現(xiàn)時間。〔3〕形成粗晶環(huán)的影響因素：=1\*GB3①合金元素=2\*GB3②鑄錠均勻化=3\*GB3③擠壓溫度=4\*GB3④應(yīng)力狀態(tài)擠壓制品的層狀組織層狀組織也叫片狀組織，其特征是折斷后的制品斷口呈現(xiàn)出與木質(zhì)相似的形貌。分層的斷口凹凸不平并帶有裂紋，各層分界面近似平行于軸線。繼續(xù)壓力加工或熱處理均無法消除這種層狀組織。它對制品縱向力學(xué)性能影響不大而使橫向機械性能有所降低。層狀組織的產(chǎn)生，主要歸因于鑄造組織不均勻，其次，由于擠壓時，在強烈的兩壓一拉的主變形狀態(tài)下，鑄造組織內(nèi)所存在的這些缺陷在周向上壓薄、軸向上延伸，而呈層狀。擠壓制品的質(zhì)量控制當(dāng)擠壓工藝、模具與擠壓機的各參數(shù)控制不當(dāng)時，這些行為的綜合作用致使制品出現(xiàn)種種缺陷，降低質(zhì)量，增加工藝廢品量，降低成品率。擠壓制品的質(zhì)量包括：橫斷面上和長度上的形狀與尺寸，外表質(zhì)量，以及其組織和性能等?！?〕制品斷面形狀與尺寸無論是熱加工態(tài)的成品還是毛料，其實際尺寸最終都應(yīng)控制在名義尺寸的偏差范圍內(nèi)，其形狀也應(yīng)符合技術(shù)條件要求。由于下述一些原因，擠出的制品斷面尺寸和形成形狀可能與要求不符。1〕型材擠壓時的流動不均勻性其所致的缺陷有拉薄、擴口、并口等。一般可用更改模孔設(shè)計、修模或型輥矯正的方式克服。2〕工作帶過短，擠壓速度和擠壓比過大可能產(chǎn)生工作帶內(nèi)的非接觸變形缺陷，使制品的外形與尺寸不規(guī)那么。3〕?？鬃冃卧跀D壓變形抗力高、熱擠溫度也高的白銅、鑷合金制品時，?？讟O易塑性變形從而導(dǎo)致制品斷面形狀與尺寸形狀與尺寸不符合要求。4〕工模具不對中或變形擠壓機運動部件的磨損不均勻或調(diào)整不當(dāng)，致使各工模具間裝配不對中，未更換變形了的工模具，都有可能導(dǎo)致管材偏心。〔2〕制品長度上的形狀由于工藝控制或模具上的問題，常產(chǎn)生沿長度方向上的形狀缺陷。某些較輕微的缺陷可在后續(xù)的精整工序中糾正，嚴(yán)重時那么報廢。1〕彎曲沒孔設(shè)計不當(dāng)與磨損，使制品出模孔時單邊受阻，流動不均勻，立式擠壓機上制品掉入料框受阻等，都可使擠壓制品彎曲。一般，可以用矯直工序予以克服。2〕扭擰由于?？自O(shè)計及工藝控制不當(dāng)，金屬的不均勻流動常出現(xiàn)型材扭擰缺陷。輕度扭擰可用牽引機或拉伸矯直克服，重度扭擰因操作困難或拉伸矯直引起斷面尺寸超差往往使廢料量增加(3)制品外表質(zhì)量擠壓制品外表要清潔、光滑，不容許有起皮、氣泡、裂紋、粗劃道、夾雜以及腐蝕斑點，容許外表有深度不超過直徑與壁厚容許偏差的輕微擦傷、劃傷、壓坑、氧化色和矯直痕跡等。對需繼續(xù)加工的毛料，可在擠壓后進(jìn)行外表修理，以除去輕微氣泡、起皮、劃傷與裂紋等缺陷以保證產(chǎn)品質(zhì)量。1〕裂紋裂紋的產(chǎn)生與流動不均勻所導(dǎo)致的局部金屬內(nèi)附加啦應(yīng)力大小有關(guān)。裂紋產(chǎn)生的過程，是一種能量聚集與釋放的過程，裂紋的產(chǎn)生與擴展是能量的消耗或釋放的過程。由上述可知，裂紋的產(chǎn)生原因主要是由于金屬流動不均勻?qū)е鲁霈F(xiàn)拉應(yīng)力的結(jié)果。但是如果合金在此條件下具有足夠的強度，那么不一定會產(chǎn)生裂紋。2〕氣泡與起皮鑄造過程中，析出的或未能溢出的氣體分散于鑄錠內(nèi)部。擠壓前加熱時，氣體通過擴散與聚集形成明顯的氣泡。在較高的加熱溫度下，氣泡界面上的金屬可能被氧化而未能在擠壓焊接時焊合。如H62和H68黃銅的氣泡內(nèi)外表上監(jiān)測出氧化鋅膜。假設(shè)冷卻水與潤滑油進(jìn)入筒壁上，錠坯與筒壁間間隙較大，擠壓時有可能生成金屬皮下氣泡。假設(shè)擠壓過程中，特別是在?？變?nèi)，淺表皮下氣泡被拉破。那么形成起皮缺陷。擠壓末期產(chǎn)生的皮下縮尾，在出模孔前外表金屬不連續(xù)，也會以起皮缺陷呈現(xiàn)出來。3〕異物壓入異物壓入是指，非根本金屬壓入制品外表成為外表的一局部或剝落留下凹凸的疤痕等缺陷。異物來源可能是，工具外表上粘結(jié)的冷硬金屬；不完整的脫皮；錠坯帶入筒內(nèi)的灰塵與異物等。4〕劃傷與擦傷擠壓過程中，殘留工具與導(dǎo)路、承料臺上的冷硬金屬，摩擦后的凹凸不平的工具外表，都會在制品外表上留下縱向溝槽或細(xì)小擦痕，使制品外表存在肉眼可見的缺陷5〕擠壓制品焊接質(zhì)量在無穿孔系統(tǒng)擠壓機上用實心錠坯擠壓焊接性能良好的良好的鋁合金空心型材與管材時，一般使用組合模。鐓粗后的錠坯在擠壓力作用下被迫分為2～5股通過分流孔，然后在環(huán)狀焊合腔內(nèi)高溫高壓條件下焊合并流出?？壮刹?。因此，實際上存在著縱向直焊縫，焊接數(shù)即為分流空數(shù)。焊縫強度不合要求的制品橫向機械性能差。為了獲得高強優(yōu)質(zhì)焊縫，可采取如下措施：1〕正確設(shè)計組合膜焊合室高度，使焊合室內(nèi)存在一個超過被擠壓金屬材料屈服強度約為10～15倍的均衡高壓應(yīng)力。2〕采用適當(dāng)?shù)墓に噮?shù)，如較大的擠壓比，較高的擠壓溫度，以及不太快的，不波動的擠壓速度。3〕潔凈焊合艙內(nèi)外表，不得使用潤滑劑。(4)制品組織與性能擠壓制品的組織性能對結(jié)構(gòu)用途特別重要。對成品或毛料，都要求低倍組織不得存在偏析聚集、縮尾、裂紋、氣孔、成層及外來夾雜物，要求粗晶環(huán)的深度不超過容許值；對成品還要求高倍顯微鏡顯微組織不得過燒。2.3H62黃銅的性能2.3.1H62黃銅的化學(xué)成分H62黃銅的化學(xué)成分如下表2-1表2-1H62黃銅的化學(xué)成分牌號化學(xué)成分產(chǎn)品形狀H62黃銅CuFePbNiZn雜質(zhì)總和板、帶、管、棒、線～余量2.3.2H62黃銅的物理性能H62黃銅的物理性能如下表2-2表2-2H62黃銅的物理性能牌號熔化溫度/℃密度3比熱容/J.(kg.℃)熱膨脹系數(shù)*104/℃1(20～300℃)導(dǎo)熱系數(shù)/J.(cm.s.℃)1電阻溫℃系數(shù)/℃2(20～100℃)液相線固相線62黃銅90689984302.3.3H62黃銅的力學(xué)性能H62黃銅的力學(xué)性能如下表2-3表2-3H62黃銅的力學(xué)性能牌號彈性模量E/GPa抗拉強度σb/MPa屈服強度σa/MPa彈性極限σe/MPa疲勞強度σN伸縮率δ/%布氏硬度HB62黃銅1000033/6011/508/4249/356/1642.3.4H62黃銅的工藝性能黃銅的凝固溫度范圍小，偏析小，流動性好，易形成集中縮孔。高鋅黃銅〔30%～33%〕的凝固溫度較寬，假設(shè)冷卻速度快，鑄錠中心部含鋅量可能高一些，會出現(xiàn)少量β相。單相α黃銅有良好的加工性能，其塑性隨著鋅含量的增加而增加，出現(xiàn)β‘相之前到達(dá)最大值熱軋前的加熱一方面能提高鑄錠的塑性，另方面能消除其大局部偏析，到達(dá)接近平衡結(jié)晶的狀態(tài)。雙相黃銅組織中存在硬而脆的β‘相，強度高、塑性低，但在高溫下β相的軟化速度比α相的快。β黃銅于室溫下即硬又脆，但在高溫有良好的塑性，比α更易加工。黃銅在200～700℃區(qū)間內(nèi)存在脆性區(qū)，因此應(yīng)防止在脆性區(qū)加熱。脆性區(qū)大小與上下決定合金的鋅含量。脆性的出現(xiàn)十分復(fù)雜，主要決定于微量雜質(zhì)鉛、銻、鉍等的含量。雙相黃銅擠壓材前后組織和性能往往會有較大差異?！拨?β〕黃銅的加工硬化比α黃銅的快，且其塑性隨著β‘相的增加而急劇下降，應(yīng)嚴(yán)格規(guī)定冷加工率。加工率的雙相黃銅在退火時α相在300℃左右開始再結(jié)晶，而β相的再結(jié)晶那么高一些。生產(chǎn)中的退火溫℃為600～700℃，最好采用快速加熱法，以獲得細(xì)晶粒組織。冷加工黃銅材應(yīng)在270～350℃進(jìn)行應(yīng)力消除退火，以消除應(yīng)力腐蝕開裂。2.3.5H62黃銅的化學(xué)性能表2-4黃銅在不同介質(zhì)中的腐蝕速度合金腐蝕介質(zhì)腐蝕速度1腐蝕條件介質(zhì)濃度/%溫度/℃試驗時間/hH62硫酸～～20336～840H62硫酸～520600H62硫酸190100H62硫酸25190100H62MgCl2溶液～～15—H62MgCl2溶液200—H62MgCl2溶液200—H62NaHCO3溶液＜———H62硅氟化鈉＜—沸騰—H62混合鹽:CaCl2,400g/LKClO3,150g/LKCl,25g/L80500—H62純四氯化碳～1.16g/L水—26～78100H62乙炔＜—20—2.3.6H62黃銅的雜質(zhì)影響H62黃銅中不可防止的雜質(zhì)有鐵、鉛、鉍、銻、砷等鐵鐵在固態(tài)銅中的溶解極少，呈富鐵相質(zhì)點分布于α基體中，有細(xì)化晶粒的作用。雜質(zhì)鐵對黃銅的力學(xué)性能無明顯影響。鉛和鉍鉛和鉍在簡單黃銅中是有害雜質(zhì)，鉍的危害比鉛的達(dá)4～9倍。鉛呈顆粒狀存在于晶界上的易熔共晶體中。鉍在黃銅中呈連續(xù)的脆性薄膜分布于晶界上，使黃銅在冷、熱加工時發(fā)脆。向含鉛、鉍的簡單黃銅中添加少量的鋯之類的元素，使它們形成ZrXPby(2000℃)、ZrXBiy(2200℃)高熔點化合物，可消除它們的危害。銻銻在銅中的溶解度隨著溫度的下降而急劇減小，在其含量還不到0.1%時，就會形成脆性的Cu2Sb,呈網(wǎng)狀分布于晶界，使黃銅的冷加工性能大幅度下降。銻還使銅合金產(chǎn)生熱脆性。向黃銅添加微量鋰可形成高熔點〔1145℃〕化合物L(fēng)i3Sb,呈細(xì)小顆粒分布于晶粒內(nèi)，從而消除了銻的不利影響。由于銻在高溫下在銅中的溶解度較大，因而固溶處理可提高含銻黃銅的冷加工性能。磷黃銅中磷含量大于0.05%時，就會形成脆性的Cu3P，降低黃銅的加工性能。磷顯著提高黃銅的再結(jié)晶溫度，使再結(jié)晶晶粒粗細(xì)不均。砷砷在室溫黃銅中溶解度小于0.01%，量大時那么形成脆性的化合物Cu3As,分布于晶界，降低黃銅的加工性能。含0.02%～0.05%的黃銅抗腐蝕性能得到提高，不會產(chǎn)生脫鋅現(xiàn)象。2.3.7H62黃銅的特性及主要用途一、H62黃銅的特性H62黃銅有很高的強度，熱加工性好，冷加工性中等，可切削性好，易焊接，抗腐蝕性能強。二、H62黃銅的主要用途H62黃銅主要用于制造導(dǎo)管、夾線板、環(huán)形件、熱交換器的零件、制糖機械、船舶、造紙機械等零部件，樂器等的原材料。

第三章主要設(shè)備的選擇與計算3.1擠壓力計算條件：錠坯直徑φ76mm產(chǎn)品的尺寸φ12mm、H62黃銅的性能、潤滑條件等計算：擠壓力皮爾林公式在結(jié)構(gòu)上由四局部組成：為了實現(xiàn)塑性變形作用在擠壓墊上的力Rs，為了克服擠壓筒壁上的摩擦力作用在擠壓墊上的力Tt，為了克服塑性變形區(qū)壓縮錐面上的摩擦力作用在擠壓墊上的力Tzh，以及為了克服擠壓模工作帶壁上的摩擦力作用在擠壓墊上的力Tg?！?〕，〔3.1〕其中i為擠壓比：i＝lnλ，〕代入公式〔3.2〕得：i＝lnλ=ln40=3.7；D0＝80；α=60°；為邊線球壓縮錐入口的值與變形區(qū)壓縮錐出口的值的算術(shù)平均值。但是，有的研究者認(rèn)為〔金屬塑性加工學(xué)，P4142〕，擠壓時的變形程度很大，建議采用幾何平均值確定值，即：〔3.3〕其中〔3.4〕σb的取值根據(jù)圖3-1查得：圖3-1H62黃銅的力學(xué)性能與溫度的關(guān)系Cy是硬化系數(shù)，在選取數(shù)據(jù)Cy之前，應(yīng)先計算出擠壓比和金屬在塑性變形區(qū)壓縮錐內(nèi)的停留時間ts。，〔〕當(dāng)α=60°時，其中：λ為擠壓比，λ＝40；vl為金屬流出速度，根據(jù)?銅及銅合金加工手冊?表114取得vl=0.4,因此金屬擠壓速度vj：vj=vl/λ，〔3.6〕代入公式〔3.6〕得：vj=/40＝10mm/sD0、D1分別為擠壓筒和制品直徑。查?金屬塑性加工學(xué)?表3-4得：Cy＝，帶入公式〔3.3〕得：將代入公式〔〕得：Rs＝0.785×3.7×cos230°×0.082×2×65.7＝MN〔2〕〔3.7〕其中：L0為填充擠壓后的錠坯長度，L0＝0.27m，hs為死區(qū)高度〔〕ft為摩擦系數(shù)。大多數(shù)的金屬材料使用平模擠壓時，平模工作面與擠壓筒壁交接處存在著一個環(huán)形的死區(qū)，它可以有效地阻止錠坯外表的氧化物、夾雜與灰塵進(jìn)入制品外表，可以大大提高制品外表質(zhì)量。因此，在平模擠壓時，擠壓筒壁不允許涂抹潤滑劑，否那么形不成死區(qū)。本設(shè)計采用錐模潤滑熱擠壓黃銅，根據(jù)經(jīng)驗〔金屬塑性加工學(xué)，P42〕可取ft＝fzh＝。為擠壓筒內(nèi)金屬的平均塑性剪切應(yīng)力，對于帶潤滑且氧化皮很軟能起潤滑作用〔如紫銅、黃銅〕時，可取Mpa，代入〔3.7〕得：Tt＝π×0.08×〔0.27－〕×0.25×40＝MN〔3〕Tzh＝iF0fzh/sinα=ln40×0.082×0.25×65.7/sin60＝MN，〔3.9〕代入公式〔3.9〕得：Tzh＝iF0fzh/sinα=ln40×0.082×0.25×65.7/sin60＝MN〔4〕Tg＝λπD1hgfgSzh1〔〕代入公式〔3.10〕得：Tg＝λπD1hgfgSzh1＝2×0.01×0.5×2.7×40＝0.8MN其中：Szh1＝CySzh0，fg〔3.11〕代入公式〔3.11〕得：Szh1＝CySzh0＝2.7×40=108〔5〕P＝Rs＋Tt＋Tzh＋Tg〔3.12〕代入公式〔3.12〕得：P＝Rs＋Tt＋Tzh＋Tg＝MN為了保證擠壓過程的順利進(jìn)行，還應(yīng)留有一定的裕量，故本設(shè)計選用的擠壓機最大擠壓力為5MN。3.2擠壓工具及其設(shè)計擠壓工具的組成根據(jù)擠壓機的機構(gòu)、用途以及所生產(chǎn)的制品類別的不同，擠壓工具的組成和結(jié)構(gòu)形式也不一樣。擠壓工具一般包括：模子、穿孔針或芯棒、擠壓墊、擠壓桿和擠壓筒。此外，還包括其他一些配件如：模支承、模墊、支承環(huán)、副支承環(huán)、壓力環(huán)、沖頭、針座和導(dǎo)路等。3.2.2擠壓模的設(shè)計熱擠壓模具的分類熱擠壓模具是熱擠壓生產(chǎn)必備的重要組成局部。它的結(jié)構(gòu)形式、各局部尺寸和所選用的材質(zhì)，不僅決定著制品的形式、尺寸和外表質(zhì)量，而且對擠壓力、金屬流動的均勻性、自身壽命等方面都有極大的影響，有了適宜的模具便能順利生產(chǎn)，增加產(chǎn)量，提高生產(chǎn)效率和制品的成品率，同時也節(jié)省模具鋼，降低制造費用，從而降低產(chǎn)品的本錢，提高經(jīng)濟效益。熱擠壓模具的分類有很多種，一般按?？讛嗝嫘螤詈湍＞呓Y(jié)構(gòu)形式兩方面進(jìn)行分類?！?〕按?？讛嗝嫘誀罘诸悢D壓模按?？讛嗝嫘螤羁梢苑譃槠侥！㈠F模、平錐模、雙錐模及特殊模具〔如：流線模、平流線模、碗形模等〕幾種，如圖3-2所示：〔a〕—錐模；〔b〕—雙錐模；〔c〕—平錐模；〔d〕—平模；〔e〕—帶圓角的平模圖3-2擠壓?？椎慕Y(jié)構(gòu)形式平模的模角α等于90°，多用于擠壓塑性良好的有色金屬及合金。在采用平模擠壓時，能形成較大的死區(qū)，由于死區(qū)能夠阻礙缺陷、雜質(zhì)等的錠坯外表進(jìn)入制品中，因此可以獲得優(yōu)良的制品外表。錐模的模角α對擠壓力有很大的影響，并且存在著一個擠壓力最小的區(qū)域，一般為45°～60°。但是從保證產(chǎn)品的質(zhì)量考慮，在模角α為45°～60°時，死區(qū)很小，以致于無法阻礙錠坯具有缺陷和偏析的外表流出而使制品的外表惡化，并且在擠壓時難于形成有效的潤滑，故錐模的模角一般為55°～70°。雙錐模和平錐模兼有平模和錐模的特點：在擠壓時能形成死區(qū)以保證制品的外表質(zhì)量；在擠壓過程中，金屬的流動性能好，機械性能較均一。平模和雙錐模比擬適合于擠壓鎳及鎳合金、銅合金、鋁合金等。〔2〕按模具結(jié)構(gòu)形式分類擠壓模具按模具結(jié)構(gòu)形式可以分為整體模、可拆模、組合模、鑲嵌模以及專用膜〔如寬展模、導(dǎo)流模、保護膜等〕。1〕整體模模具為一完整模坯加工制造成的擠壓模具，廣泛用于擠壓實心型材、棒材和管材。圖31所示，模具均為整體模。2〕可拆卸模模具為由數(shù)塊拼裝而成為一整體的擠壓模，多用于生產(chǎn)變斷面型材及逐漸變斷面型材。3〕鑲嵌模模具為由硬質(zhì)金屬或其他材料做模芯與模體外套熱裝置而成的擠壓模9。一般用于鋼材和難變形合金的擠壓，冷擠壓也有使用鑲嵌模的。4〕組合模根據(jù)其結(jié)構(gòu)也可分為橋式組合?！埠喎Q“橋式模〞或“舌形模〞〕、孔道組合模〔簡稱“分流模〞、叉架式組合?！埠喎Q“叉架模〞〕三種，主要用于擠壓內(nèi)徑較小的管材以及形狀復(fù)雜的空心型材。在沒有獨立穿孔系統(tǒng)的型、棒材擠壓機上擠壓管材時也采用這類模具?！?〕其他分類方法1〕按被擠壓的產(chǎn)品品種可以分為：棒材模、普通實心型材模、壁板模、變斷面型材模、普通管材模、空心型材模等，2〕按?？讛?shù)可以分為：單孔模和多孔模。3〕按模具外形結(jié)構(gòu)可以分為：帶倒錐體的錐形模、帶凸臺的圓柱形模、帶正錐體的錐形模、帶倒錐體的錐形中間錐體形壓環(huán)模具、帶倒錐的圓柱—錐形模、加強式模具等如圖3-3所示：圖3-3擠壓模的外型結(jié)構(gòu)〔a〕—帶倒錐體的錐形模；〔b〕—帶凸臺的圓柱形模；〔c〕—帶正錐體的錐形模；〔d〕—帶倒錐的中間壓環(huán)錐形模；〔e〕—帶倒錐體的柱一錐形模；〔f〕—外形加強模上述的分類方法是相對的，往往是一種模具同時具有上述分類中的幾種特征。由于H62黃銅的塑性很好，熱擠壓時難免會形成氧化皮，在650℃擠壓時，強度為40Mpa，假設(shè)采用平模擠壓，在擠壓應(yīng)力會很大，所以本設(shè)計擬采用錐模擠壓，模角α＝60°。模角α的選取模角α是指模子的軸線與其工作端面間的夾角。模角α在0°～90°之間，它是擠壓模子最根本的參數(shù)之一。如圖3-4所示，為模子的結(jié)構(gòu)尺寸。圖3-4模子的結(jié)構(gòu)尺寸工作帶長度hg工作帶又稱定徑帶，它的主要作用是穩(wěn)定制品尺寸，保證制品的外表質(zhì)量。根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗，〔有色金屬壓力加工，P39〕對于擠壓模工作帶的長度，擠壓紫銅、黃銅和青銅時取8～12mm〔立式擠壓機取3～5mm〕；擠壓鋁合金時一般取～，最長取8mm。根據(jù)此次設(shè)計的課題，可選取工作帶長度hg=10mm。工作帶直徑dg在擠壓時，模子工作帶直徑與實際擠出的制品直徑是不相等的，稍有差異。主要原因有兩個，一是在擠壓時金屬和擠壓模子的熱脹冷縮，另外是由于被擠壓金屬和擠壓模子的彈性變形。通常采用裕量系數(shù)C1來考慮各種因素對制品尺寸的影響。在選擇、設(shè)計工作帶直徑dg時，首先要保證制品在冷狀態(tài)下不超過所規(guī)定的偏差范圍〔為了節(jié)約金屬最好采用負(fù)公差擠壓〕，同時又能最大限度地延長模子的壽命。擠壓棒材的?？字睆絛g：dg=dm+C1dm，〔〕根據(jù)經(jīng)驗〔金屬塑性加工學(xué)，P67，表5-1〕取C1＝，那么代入公式〔3.13〕得：dg=12＋×12＝1mm出口直徑dch模子的出口直徑不能過小，否那么在擠壓時容易使制品與模子的出口壁相接觸，劃傷制品的外表。出口直徑一般應(yīng)比工作帶直徑大3～5mm。入口圓半徑r入口圓半徑r的作用是：防止低塑性合金在擠壓時產(chǎn)生外表裂紋；減輕金屬在進(jìn)入工作帶時所產(chǎn)生的非接觸變形；減輕在高溫擠壓時模子的入口棱角被壓頹而改變?？椎男螤詈统叽纭Ｈ肟趫A角半徑r值的選取與金屬的強度、擠壓溫度和制品的尺寸有關(guān)系。比方紫銅和黃銅r＝2～5mm；對于鋁合金不應(yīng)有圓角，而要求保持銳利的角度，因此一般取r＝～。本設(shè)計取r＝4mm。模子的外形尺寸模子的外圓直徑D和厚度H已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化和系列化，即在一定的范圍內(nèi)，模子的外形尺寸是相同的。一般來說，在擠壓時，其外接圓最大直徑等于擠壓筒直徑的～倍；模子的厚度H＝20～80mm，并形成一定的系列。本設(shè)計擠壓筒內(nèi)徑D0＝80mm，為了配合擠壓筒，故取D＝80mm，H＝40mm。模子的強度校核本設(shè)計采用的模子為中間帶有小圓孔的圓形模子，故其剪切應(yīng)力可忽略不計，只校核其擠壓應(yīng)力?！病吃?50℃時，3Cr2W8V的σb＝1225Mpa，因此選用此種工具鋼材料是適宜的。3.2.3擠壓桿的設(shè)計擠壓桿的結(jié)構(gòu)及尺寸確定擠壓桿是用于傳遞柱塞壓力的，它在擠壓時承受很大的壓力。如果設(shè)計不當(dāng)，易產(chǎn)生彎曲變形。此外擠壓桿在工作時還有可能產(chǎn)生端部壓潰、龜裂和斜碴碎裂。擠壓桿分空心和實心的兩種，一般都制成等斷面的圓柱體。本設(shè)計擬采用實心擠壓桿。擠壓桿的外徑取決于擠壓筒內(nèi)徑的大小，對臥式擠壓機比筒內(nèi)徑小4～10mm；對立式擠壓機為2～3mm。空心擠壓桿內(nèi)孔的大小應(yīng)根據(jù)其環(huán)形斷面上所承受的壓應(yīng)力不超過材料的許用應(yīng)力來確定。本設(shè)計擬定擠壓桿外徑為72mm，擠壓桿的工作長度為0.5m。擠壓桿的強度校核擠壓桿在工作中不只是受到壓應(yīng)力，還受到偏心載荷，后者與擠壓筒安裝得不可能完全同心所致。擠壓桿作用在擠壓桿上的力為總擠壓力P＝5MN，那么擠壓桿承受的壓應(yīng)力為：其中：擠壓桿的柔度和材料有關(guān)柔度〔〕i為斷面慣性半徑，對于圓形斷面：〔〕代入公式〔〕得：〔〕查表得：代入〔〕得：l為偏心距，l＝〔D0－擠壓桿外徑〕/2(3.18〕代入公式〔3.18〕得：l＝〔D0－擠壓桿外徑〕/2＝〔0.08－0.075〕/2＝025〔3.19〕代入公式〔3.19〕得：〔3.20〕代入公式〔3.20〕得：對于3Cr2W8V高強耐熱模具鋼，[σ]=1000～1200MPa，因此擠壓桿的強度滿足要求。3.2.4擠壓墊的設(shè)計擠壓墊的尺寸確定擠壓墊是用來防止高溫的錠坯直接與擠壓桿接觸，消除其端面磨損和變形的工具。它的結(jié)構(gòu)形式如圖3-5所示：圖3-5擠壓墊的結(jié)構(gòu)形式〔a〕、〔b〕、〔c〕—棒材擠壓墊；〔d〕、〔e〕—管材擠壓墊；〔b〕、〔e〕—脫皮擠壓墊；〔e〕—清理脫皮用擠壓墊；〔f〕—立式擠壓機用墊片墊片的外徑應(yīng)比擠壓筒內(nèi)徑小△D值?！鱀太大，可能形成局部脫皮擠壓，從而影響制品質(zhì)量，特別是在擠壓管材時不能有效的控制針的位置，以致造成管子偏心。但是，△D值也不能過小，以防止與擠壓筒內(nèi)襯套摩擦加速氣磨損?！鱀值與擠壓筒內(nèi)徑有關(guān)：臥式擠壓機取～1.5mm;立式擠壓機取，脫皮擠壓取～，鑄錠外表質(zhì)量不佳的可選更大一些。管材擠壓墊的內(nèi)孔不能太大，否那么對針的位置起不到校正作用，還有可能使被擠壓的金屬倒流包住穿孔針。墊的厚度可等于其直徑的～倍,因此在本設(shè)計中可取擠壓墊的厚度為20mm,擠壓墊的直徑取79mm。擠壓墊的強度校核擠壓墊在工作時因長時間與高溫的錠坯接觸;在擠壓銅合金時，其接觸外表被加熱到800度，內(nèi)部也能到達(dá)600～650度，所承受的壓力高達(dá)1569MPa。因此應(yīng)對擠壓墊的抗壓強度進(jìn)行校核?！病呈街蠵max—最大擠壓力，按擠壓機額定能力計算；Fd—相當(dāng)于擠壓筒內(nèi)孔的截面面積；[σy]—材料的許用抗壓應(yīng)力，取材料在工作的溫度下σ0。2或σb的倍。對內(nèi)孔很大的管材，擠壓墊還應(yīng)驗算其抗彎強度。代入公式〔3.21〕得：3Cr2W8V的在600℃時σb=1280MPa，因此，σyσb=1280*0.9=1152MPa，故擠壓墊合格。3.2.5擠壓筒的設(shè)計擠壓筒的結(jié)構(gòu)擠壓筒是所有擠壓工具中最貴重的部件，因此在設(shè)計中要特別注意。擠壓筒是由二層或三層以上的襯套以過盈熱配合組裝在一起構(gòu)成的。將擠壓筒制成多層的原因是：使筒壁中的應(yīng)力分布均勻些和降低應(yīng)力的峰值；同時，在磨損后僅更換內(nèi)襯套而不必?fù)Q掉整個擠壓筒，從而可節(jié)約大量的合金鋼材。為了使金屬流動均勻和擠壓筒防止受劇烈的熱沖擊，工作時應(yīng)將它加熱到400～450℃，一般采用工頻感應(yīng)加熱，即將加熱元件〔銅棒〕包覆絕緣層后插入擠壓筒圓周分布的軸向孔中，然后將它們串接起來通電，靠磁場感應(yīng)產(chǎn)生的渦流加熱，如圖3-6所示：圖3-6渦流式擠壓筒為了便于圓柱形襯套的裝配和防止工作中由外襯套中脫出，本設(shè)計制成臺肩的，如圖3-7所示。圖3-7臺肩圓柱形擠壓筒內(nèi)襯套與模具的配合方式，取決于擠壓的合金種類、產(chǎn)品品種，以及筒與模座之間壓緊力大小。它們的配合要保證模子在模座靠近擠壓筒內(nèi)襯后能準(zhǔn)確地位于擠壓中心線上和防止金屬從配合面處流出。擠壓筒內(nèi)襯套與模具的配合方式如圖3-8所示。圖3-8擠壓棒材時的平面密封擠壓筒尺寸確定〔1〕擠壓筒內(nèi)徑D0它是根據(jù)所要擠壓合金的強度、擠壓比和擠壓機能力確定的。筒的最大直徑應(yīng)能保證作用在擠壓墊上的單位壓應(yīng)力不低于金屬的變形抗力。根據(jù)計算，本設(shè)計采用的擠壓筒內(nèi)徑D0＝80mm。擠壓機一般配有2～4個不同內(nèi)徑的擠壓筒，以便生產(chǎn)不同規(guī)格的產(chǎn)品。本設(shè)計由于時間關(guān)系，只選用了一種規(guī)格，其它規(guī)格設(shè)計方法是類似的。〔2〕擠壓筒長度LtLt＝〔Lmax＋L〕＋t＋S〔3.22〕式中：Lmax—錠坯最大長度，本設(shè)計取0.27m；L—錠坯穿孔時金屬增加的長度，本設(shè)計產(chǎn)品為棒材，故L＝0；t—模子進(jìn)入擠壓筒的深度；本設(shè)計取10mm；S—擠壓墊厚度，本設(shè)計取S＝20mm。代入公式〔3.22〕得：Lt＝0.27＋＋2＝0.3m?！?〕擠壓筒襯套厚度本設(shè)計擬采用兩層，D1/D0＝1.6=K1，D2/D0＝2.7=K，D2/D1=1.7=K2即：D0＝80mm，D1＝128mm，D2＝216mm。擠壓筒強度校核擠壓筒在工作時所受的力是很復(fù)雜的。它不但受有變形金屬給予的壓力和熱裝配合所產(chǎn)生的壓力，還受到熱應(yīng)力和摩擦力的作用。這些力的作用結(jié)果導(dǎo)致在擠壓筒中產(chǎn)生徑向應(yīng)力σr、周向應(yīng)力σθ、和軸向應(yīng)力σl。為了簡化計算，由錠坯與筒壁摩擦引起的σl和熱應(yīng)力引起的σr、σθ、和σl忽略不計，只考慮熱裝配合和金屬變形時所產(chǎn)生的σr和σθ。金屬作用在筒壁上的單位壓力pn取d。擠壓筒各層襯套間過盈量的選擇很重要，過小缺乏以降低等效應(yīng)力σe，過大那么可能使襯套產(chǎn)生塑性變形和更換內(nèi)襯套困難。過盈量δ取裝配內(nèi)徑的1/550。〔1〕因過盈配合產(chǎn)生的裝配壓力ps按下式確定：〔3.23〕〔3.24〕式中ω—～0.8，重金屬取上限；P—擠壓力/MN；F筒—擠壓筒截面積。代入公式〔3.24〕求得：〔2〕計算筒的疊加應(yīng)力內(nèi)襯內(nèi)壁：〔5〕〔6〕〔7〕〔8〕〔9〕外壁：〔3.30〕1〕外套內(nèi)壁：2〕3〕外壁：4〕5〕〔3〕強度校核擠壓筒內(nèi)襯和外套的危險半徑均在其內(nèi)壁上，用第三強度理論求出危險半徑處的合成應(yīng)力，①按第四度理論計算強度條件為：〔6〕表3-1雙層擠壓筒的合成應(yīng)力值合成應(yīng)力應(yīng)力值/MPa內(nèi)襯內(nèi)壁r1外套內(nèi)壁r28008461164304626696雙層σrσθσH4內(nèi)襯：σH4=1164MPa；外套：σH4=696MPa。②確定擠壓筒的材質(zhì)根據(jù)計算應(yīng)力的最大值，選用3Cr2W8V作內(nèi)襯，用3Cr2W8V作外套。外套：3Cr2W8V的σb=1280MPa〔600℃〕；內(nèi)襯：3Cr2W8V的σb=1430MPa〔500℃〕?！鄡?nèi)襯：σH=1164MPa,[σ]=1280MPa，σH<[σ]外套：σH=696MPa,[σ]=1440MPa，σH<[σ]因此，內(nèi)襯、外套的強度通過校核。3.3擠壓機的選型擠壓機按其傳動類型可分為機械和液壓兩大類。機械擠壓機以前曾用于擠壓鋼和冷擠壓方面。它的最大特點是擠壓速度快。但是，擠壓速度是變化的，這對工具的壽命和制品性能的均勻性很不利，因此應(yīng)用有限。在擠壓領(lǐng)域中使用最為廣泛的是液壓傳動的擠壓機。液壓傳動的擠壓機按其總體結(jié)構(gòu)形式分為臥式與立式擠壓機兩大類型。3.3.1臥式擠壓機臥式擠壓機的主要特點是主要工作部件與地面平行，用臥式擠壓機生產(chǎn)管材時易產(chǎn)生偏心，但是，因臥式擠壓機的優(yōu)越性能較多，因此在生產(chǎn)中被廣泛使用。根據(jù)擠壓機的用途和結(jié)構(gòu)的不同，又可將臥式擠壓機分為棒型擠壓機和管棒擠壓機。二者的主要區(qū)別是后者有獨立的穿孔系統(tǒng)。棒型擠壓機主要用在實心斷面制品，但是也可以用在空心錠或者組合模生產(chǎn)空心斷面的制品。在管、棒擠壓機上，因有獨立的穿孔系統(tǒng)，既可以用實心錠生產(chǎn)棒、型和管材，也可以用空心錠生產(chǎn)管材。臥式擠壓機按其擠壓方法又可分為正向擠壓機、反向擠壓機和聯(lián)合擠壓機三種類型。它們之間在根本結(jié)構(gòu)上沒原那么性差異。臥式管，棒和型材擠壓機根據(jù)結(jié)構(gòu)形式可分為后置式、側(cè)置式和內(nèi)置式。3.3.2立式擠壓機這種擠壓機的主要部件的運動方向和出料方向與地面垂直，所以占地面積小，但要求較高的廠房和較深的地坑。后者是為了保證擠出的管子平直和圓整，以便酸洗、冷軋或帶芯頭拉拔等。因運動部件垂直地面移動，所以磨損小，部件受熱膨脹后變形均勻，擠壓機重心不易失調(diào)，管子偏心很小。擠壓機的能力最大超過15MN,常用為6～10MN,主要用作生產(chǎn)尺寸不大的管材和空心制品。視其結(jié)構(gòu)的不同可分為帶獨立穿孔系統(tǒng)和無獨立穿孔系統(tǒng)的兩種。綜合以上各種擠壓機的優(yōu)缺點，本設(shè)計選擇后置式臥式擠壓機3.4剪切力計算作用在工具上的力由能量局部組成，一是垂直的正壓力，一是作用在工具側(cè)向壓力。最大剪切力的實驗公式：〔3.37〕式中Pm—最大剪切力/Nt—材料厚度/mml—剪切輪廓線長或?qū)?mmKs—材料的剪切變形抗力2表3-2幾種有色金屬合金材料的m值的補正系數(shù)材料間隙5%t10%鋅鋁合金銅H64鋅白銅磷青銅〔2〕定常剪切力計算公式：〔3.38〕式中Pω——定常剪切力；m——補正系數(shù)；t——被剪切材料的厚度/mmks——剪切變形抗力2;ω——為剪切角。垂直剪切力為：Pd+μ1Fd=Pp+μ2FP側(cè)向力〔水平力〕：Fd±μ1Pd=FP±μ1PP表3-3剪切功的補正系數(shù)材質(zhì)補正系數(shù)m一般材料軋制硬質(zhì)材鋁〔軟〕鋁、鋅〔軟〕黃銅〔軟〕鋁〔硬〕、銅〔硬〕鋅〔硬〕、黃銅〔硬〕表3-4幾種材料的剪切變形抗力和拉伸強度材料剪切變形抗力/Mpa抗拉強度/Mpa軟狀態(tài)應(yīng)狀態(tài)軟狀態(tài)應(yīng)狀態(tài)鋁鋅銅黃銅青銅白銅69～108118176～216216～294314～392274～353127～157196245～290343～392392～588441～54978～118147216～274274～343392～490343～441167～216245294～392392～588490～735539～686 〔3〕剪切功計算公式：〔3.39〕式中Ak——剪切功；m——補正系數(shù)；Pm————最大剪切力；t———被加工材厚度/mm.3.5繪制金屬平衡表編制金屬平衡的目的在于根據(jù)設(shè)計任務(wù)書的要求，參照國內(nèi)外企業(yè)或車間所能到達(dá)的先進(jìn)技術(shù)指標(biāo)，考慮本企業(yè)或車間的具體情況確定出為完成年方案產(chǎn)量5000噸所需的投料量。其任務(wù)是：確定計算產(chǎn)品的成品率；編制金屬平衡表3.5.1確定計算產(chǎn)品的成品率成品率是指成品重量與投料量之比的百分?jǐn)?shù)。換句話說，也就是指一噸原料能夠生產(chǎn)出的合格產(chǎn)品重量的百分?jǐn)?shù)，其計算公式為：〔〕式中A——成品率，%；Q——投料量〔原料重量〕，t;W——金屬的損失重量，t;成品率乃是一項重要的技術(shù)指標(biāo)，成品率的上下反映了組織管理及生產(chǎn)技術(shù)水平的上下。影響成品率的因素是各工序的各種損失。金屬損失有以下幾種：〔1〕燒損金屬在高溫狀態(tài)下的氧化損失稱為燒損。本設(shè)計選用的感應(yīng)電爐熔煉的金屬燒損：Cu為0.8～1.0%。銅合金在加熱過程中，實心材的燒損量為0.2%左右。本設(shè)計取0.2%?！?〕幾何損失①切損切損指切頭、切尾、切邊等大塊殘料損失。有色金屬各工序的切損量應(yīng)根據(jù)工藝要求加以確定。切頭、尾損失一般為5%左右，切邊損失一般為3～5%。②殘屑外表缺陷以及加工后產(chǎn)品外表缺陷清理所造成的損失一般為1～3%?！?〕工藝損失又稱技術(shù)損失，是指各工序生產(chǎn)中由于設(shè)備和工具、技術(shù)操作以及外表介質(zhì)問題所造成的不符合質(zhì)量要求的產(chǎn)品。燒損和溶損是不可回收的損失。幾何損失和工藝損失是可回收損失。本設(shè)計取2%。編制金屬平衡表金屬平衡是反映在某一定時期，制品金屬材料的收支情況。它是編制工廠或車間生產(chǎn)預(yù)算與制定方案的重要數(shù)據(jù)。同時對于設(shè)計工廠或車間的內(nèi)部運輸與外部運輸，以及平面布置都是極為重要的依據(jù)。因此，必須在確定成品率的根底上，編制出各種計算產(chǎn)品的金屬平衡表3-6。

第四章輔助設(shè)備的選擇與計算4.1加熱設(shè)備的選擇本實驗中我們選擇的加熱設(shè)備是加熱爐，銅及銅合金錠坯加熱選擇的加熱爐主要有兩種：火焰爐、感應(yīng)加熱爐。4.1.1火焰爐火焰爐是靠燃燒時的輻射熱來加熱。按燃料不同，火焰爐分油爐、煤氣爐等。各種火焰爐的爐體結(jié)構(gòu)根本相同。其優(yōu)點是發(fā)熱量大、本錢低；缺點是爐體占地面積大、工作條件差、熱損失大、錠坯的加熱時間長、燒損大。4.1.2感應(yīng)加熱爐中頻、工頻感應(yīng)爐加熱銅及銅合金錠坯有很多優(yōu)點。如占地面積小、自動化程度高、加熱時間短、燒損小、勞動條件好、沒有環(huán)境污染、產(chǎn)品品質(zhì)好。因此，根據(jù)課題的內(nèi)容選擇中頻加熱爐作為錠坯加熱的加熱設(shè)備。4.2剪切設(shè)備的選擇用于對軋件進(jìn)行切頭、切尾或剪切成規(guī)定尺寸的機械稱為剪切機。根據(jù)剪切機刀片形狀、配置以及剪切方式等特點，剪切機可分為平行刀片剪切機、斜刀片剪切機、圓盤式剪切機和飛剪機。平行刀片剪切機特點：剪切機兩個刀片彼此平行用途：用于橫向熱剪初軋坯和其他方形及矩形斷面的鋼坯，故又稱為鋼坯剪切機。同時，也可以用來剪切管坯及小型圓鋼等〔2〕斜刀片剪切機特點：剪切機兩個刀片中有一個刀片相對于另一個刀片是成某一角度傾斜布置的。一般是上刀片傾斜，其傾斜角為1～6度用途：用來橫向冷剪或者熱剪鋼板、帶鋼、薄板坯，故又稱為鋼板剪切機。有時，用來剪切成束的小型鋼材?！?〕圓盤式剪切機特點：剪切機兩刀片均成圓盤狀用途：用來縱向剪切運動中的鋼板的邊，或?qū)摪寮舫烧瓧l，一般均布置在連續(xù)式鋼板軋機的縱切機組的作業(yè)線上?！?〕飛剪機特點：剪切機刀片在剪切機軋件時隨軋件一起運動用途：用來橫向剪切運動中的軋件〔鋼坯、鋼板、帶鋼和小型型材、線材等〕，一般安裝在連續(xù)式軋機的軋制線上，或橫切機組作業(yè)線上。由以上信息我們可以初步確定本次設(shè)計選擇平行刀片剪切機作為剪切設(shè)備。平行刀片剪切機又分為上切式平行刀片剪切機和下切式平行刀片剪切機。上切式平行刀片剪切機特點是下刀片固定不動上刀片是上下運動的。剪切