擠壓鋁型材課程設(shè)計(jì)報(bào)告

z.題目:鋁合金型材擠壓工藝及模具設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)根本容:設(shè)計(jì)一件實(shí)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(jì),包括擠壓工藝參數(shù),模具構(gòu)造,制造工藝等要求完成后應(yīng)繳的資料:課程設(shè)計(jì)說明書一份實(shí)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設(shè)計(jì)完成期限:2007年6指導(dǎo)教師_______簽發(fā)日期___________教研室主任_______批準(zhǔn)日期___________課程設(shè)計(jì)評(píng)語:成績(jī):設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師______________年_____月____日目錄一、緒論………4二、總設(shè)計(jì)過程概論…………72.1擠壓工藝流程………72.2擠壓工藝條件………7三、實(shí)心型材模設(shè)計(jì)…………93.1所要設(shè)計(jì)的實(shí)心型材制品…………93.2選坯和選設(shè)備………103.3擠壓力的計(jì)算………113.4實(shí)心型材模具體構(gòu)造設(shè)計(jì)…………123.5.實(shí)心模尺寸數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)……………13四、空心型材模設(shè)計(jì)…………184.1所要設(shè)計(jì)的制品………184.2選坯和選設(shè)備…………184.3擠壓力的計(jì)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)確實(shí)定………………204.6模子形尺寸確實(shí)定…………………234.7模孔工作帶長(zhǎng)度hg確實(shí)定……………244.8模芯的設(shè)計(jì)……………244.9上模凸臺(tái)設(shè)計(jì)…………244.10定位銷，螺釘………244.11模子強(qiáng)度校核………254.12零件圖裝配圖………26五、總結(jié)與體會(huì)……………….26參考文獻(xiàn)…………………26緒論近20年來，隨著建筑行業(yè)的高速開展，我國(guó)民用建筑鋁型材工業(yè)也從無到有，從弱到強(qiáng)地迅猛前進(jìn)。至今，省的建筑鋁型材產(chǎn)品已約占全國(guó)的三分之二左右，鋁型材的生產(chǎn)能力超過社會(huì)的需求，如何提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低本錢是取得市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)勝利的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。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(zhǎng)〔可達(dá)50—100年〕，回收性好，可回爐重?zé)挕?063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(tái)架，家具，升降機(jī)，柵欄等用的管，棒，型材。多年來世界各國(guó)均采用6063鋁合金〔鋁合金近百種〕作為門窗框架。主要是為了該金屬外表陽極氧化效果好，開場(chǎng)陽極氧化是白色，后進(jìn)一步改變電解質(zhì)才到達(dá)古銅色，這兩種主體顏色在國(guó)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，鋁材外表會(huì)產(chǎn)生擠壓痕，用手可能觸摸到鋁材外表不平，因此，在現(xiàn)代化大生產(chǎn)中實(shí)施擠壓加工技術(shù)，其成敗的關(guān)鍵是模具，模具設(shè)計(jì)以及其質(zhì)量，事關(guān)產(chǎn)品的質(zhì)量，本錢。在擠壓設(shè)計(jì)的過程中擠壓工藝條件：應(yīng)考慮擠壓溫度、擠壓速度、潤(rùn)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(gè)最核心的問題，有以下的選擇原則：1〕保證產(chǎn)品外表質(zhì)量原則；2〕保證擠壓模強(qiáng)度的原則；3〕保證產(chǎn)品在質(zhì)量的原則；4〕經(jīng)濟(jì)上的優(yōu)化原則－生產(chǎn)本錢最低；成材率最大；產(chǎn)量最高。這次的設(shè)計(jì)任務(wù)是設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)心型材和一個(gè)空心型材模，實(shí)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(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AL-Mg-Si系合金，廣泛應(yīng)用于根底性建筑行業(yè)以及一些機(jī)械制造業(yè)。其化學(xué)成分表示如下:6063AL的成分:GB/T3190-1996：表1:牌號(hào)SiFeCuMnMgCrZnTi其它元素每種總量60630.2～0.6≤0.350.100.100.45～0.90.100.100.100.050.156063機(jī)械性能:〔?鋁合金及應(yīng)用?〕表3:常用擠壓工具鋼及其機(jī)械性能：鋼號(hào)成分〔％〕試驗(yàn)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4Cr5MoSiV10.37C4.74Cr1.25Mo1.05Si1.11V0.29Mn4004505005506001360130012001050825123011351025855710495256586767912101050油淬第一次回火600二.總設(shè)計(jì)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(shí)效→外表處理→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3202〕.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，為防止產(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℃3〕.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0.75～0.95倍，本設(shè)計(jì)擠壓溫度為450℃～500℃，擠壓過程溫度控制在4704〕.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0.7～0.8m/s。5).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。6〕.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HRC40～47。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(fēng)扇對(duì)制品進(jìn)展吹風(fēng)來到達(dá)風(fēng)淬的目的。9〕.冷卻直接露置在空氣中冷卻，到達(dá)自然時(shí)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(shí)心型材模設(shè)計(jì)3.1所要設(shè)計(jì)的實(shí)心型材制品:本制品的形狀和尺寸如下圖1：牌號(hào)〔*C311〕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D0Φ95Φ125Φ187擠壓截面積F070851226627451錠坯尺寸DdⅹLdΦ90*270/320Φ120*400/450Φ178*540/600/660冷床長(zhǎng)26m32m44m填充系數(shù)1.1141.0851.104壓余厚202530最大擠壓比97.48273.6加工圍最大外接圓直徑Φ65Φ95Φ147擠一根最小制品斷面積F制min721503723.2選坯和選設(shè)備:根據(jù)加工圍要求〔F制≥F制min,及D外≤D外ma*〕有500T、800T可選，按成材率最高的原則，進(jìn)一步優(yōu)化，計(jì)算列表：表5：序號(hào)D0(F0)Dd(mm)Ld(mm)單重wd〔kg/根〕填充系數(shù)K填充后長(zhǎng)度Ld’壓余厚hy(mm)切壓余后有效長(zhǎng)度Ld〞擠壓比λ制品長(zhǎng)L制(m)成品數(shù)n*6(m)成品重W制(kg)成材率W制/Wd(％)1Φ95902704.621.1142422022233.297.391*63.4474.40%2Φ95903205.471.1142872026733.298.891*63.4462.77%3Φ12512040012.201.0853692534457.6119.823*610.3284.95%4Φ12512045013.731.0854152539057.6122.473*610.3275.38%最后選擇成材率最高的84.95％對(duì)應(yīng)的方案33.3擠壓力的計(jì)算:根據(jù)擠壓力公式：P=11.775×[〔D/d〕1/2－0.8]×D2×σbP——為單位擠壓力，ND——擠壓筒直徑，mmd——制品的當(dāng)量直徑，mmσb——*一擠壓溫度下材料的抗拉強(qiáng)度，MPa故P＝11.775×[〔125/16.46〕1/2－0.8]×1252×16.2＝5829.21KN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(shí)心型材模具體構(gòu)造設(shè)計(jì):模組的構(gòu)造如下列圖圖2：1.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 模組的構(gòu)造：對(duì)于不同噸位的擠壓機(jī)，下列圖中的主要構(gòu)造尺寸都是配套設(shè)置的，可以從有關(guān)資料中查得。模組的主要構(gòu)造尺寸如圖3模組尺寸如下表：表6：設(shè)備噸位500T800T1630TΦ1×Φ2×HΦ160×Φ180×190Φ210×Φ250×240Φ310×Φ350×340H1203030H280～9090～100110～150H350～6050～6060～80擠壓模具的尺寸如下表：表7：設(shè)備噸位500T800T1630TΦd1/d2Φ135/Φ145×20～25Φ165/Φ175×25～30Φ250/Φ260×30～40h11212～1312～133.5.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)算擠壓筒直徑D0=125mm錠坯尺寸：Dd×Ld＝Φ120擠壓比λ=57.612).模組及模子尺寸外形的計(jì)算圖3：根據(jù)前面計(jì)算，從表6選取H2=100H3=60H1=30模子外形尺寸確實(shí)定〔如下列圖4〕圖4：依據(jù)表7的數(shù)據(jù)可以確定d1=165㎜d2=175㎜h1=12㎜h2=30㎜3)模子形尺寸確實(shí)定擠壓比λ=57.61＜λMA*=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＋(1＋C1)＋△1Ak——?？椎膶?shí)際尺寸Am——型材的名義尺寸C1——欲量系數(shù)〔對(duì)于6063合金，C1＝0.017～0.010，本設(shè)計(jì)C1取0.010〕△1——型材外形尺寸的正偏差值計(jì)算得到:Bk＝40(1＋0.010)＋0.60＝41.00mmHk＝18(1＋0.010)＋0.45＝18.63mm型材壁厚尺寸公式：Sk=Sm＋△2＋C2Sk——模孔的實(shí)際壁厚處尺寸Sm——型材壁厚的名義尺寸C2——欲量系數(shù)，對(duì)鋁合金一般取0.05～0.15，本設(shè)計(jì)取0.10△2——型材壁厚的正偏差計(jì)算得到：Sk＝3＋0.25＋0.10＝3.35mm?？字饕叽缛缦铝袌D5圖5：4)．孔形在模子端面位置確實(shí)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(jì)算〔如下列圖示〕*0＝0Y0＝(l1y1＋l2y2＋l3y3＋l4y4＋l5y5)×2/(l1＋l2＋l3＋l4＋l5)×2Y0＝〔20×0＋18×9＋3×18＋17×10.5＋8.5×3〕×2/〔21＋4＋17＋32＋17＋4＋21＋40〕×2＝6.32壓力中心為*0＝0，Y0＝6.325).工作帶長(zhǎng)度確實(shí)定由于是等壁厚型材，故定徑帶長(zhǎng)度hg各處相等，本次設(shè)計(jì)取hg＝5mm6).阻礙角由于hg≤10～15㎜，故不采用阻礙角7)．模子強(qiáng)度的校核型材模的強(qiáng)度較核主要是其懸臂梁局部，取型材上端AB為危險(xiǎn)端面,進(jìn)展強(qiáng)度校核.eq\o\ac(○,1)、求單位壓力p：p＝P/F0〔P為擠壓力，F(xiàn)0為擠壓筒斷面積〕P＝800噸，p＝800×1000×9.8/12266＝639.17Mpa舌部載荷Q＝pFsh〔Fsh為舌部即陰影局部面積〕Q＝639.17×32×15＝306801.6Neq\o\ac(○,2)、舌部彎曲應(yīng)力σw計(jì)算：σw＝Mw/W式中Mw——彎矩，Mw＝Qe〔e為陰影局部重心到危險(xiǎn)斷面處的距離〕；W——截面模數(shù)，W＝bshH2/6〔H為模子厚度〕。bsh＝34mmMw＝306801.6×7.5＝2301NmW＝34×302/6＝5.1cm3σw＝2301/5.1＝451.2MPaeq\o\ac(○,3)、剪應(yīng)力τ的計(jì)算：τ＝Q/bsh×Hτ＝306801.6/(34×30)＝300.79MPaeq\o\ac(○,4)、等效應(yīng)力σe的計(jì)算：σe＝[σw2＋(1.73τ)2]1/2σe＝[451.22+(1.73×300.79)2]1/2＝688.74MPa500°C時(shí)4Cr5MoSiV1的屈服強(qiáng)度為1025MPa，遠(yuǎn)大于σ8).作圖〔見圖紙〕四.空心型材模設(shè)計(jì)4.1所要設(shè)計(jì)的制品:本設(shè)計(jì)制品的的牌號(hào)為I529系列回型管具體參數(shù)為 B＝92mm，H＝25.4mm，T＝1.8mm,重量：1.09Kg/m具體如下列圖圖64.2選坯和選設(shè)備:制品的截面積：F制＝409.68mm2?？淄饨訄A直徑D外＝95.44㎜根據(jù)加工圍要求〔F制≥F制min,及D外≤D外ma*〕由表4知只有1630T的可用按成才率最高的原則，在進(jìn)一步計(jì)算優(yōu)化，計(jì)算列表如下表8序號(hào)Do(Fo)Dd(mm)Ld(mm)單重wd(kg/根)填充系數(shù)K填充后長(zhǎng)度Le壓余厚hy(mm)切壓余后的有效長(zhǎng)度Ld擠壓比λ制品長(zhǎng)L制(m)成品數(shù)n*6(m)成品重W制(kg)成材率W制/Wd(％)1151.104913046167.0130.95*633.0691.52161.105453051567.0134.55*633.0682.33181.106003057067.0138.26*639.6789.8最后選擇成才率最高的91.5％對(duì)應(yīng)的方案1即1630T的擠壓設(shè)備錠坯尺寸為：Dd*Ld＝Φ178×540mm擠壓比λ＝67.014.3擠壓力的計(jì)算:根據(jù)擠壓力公式：P=11.775×[〔D/d〕1/2－0.8]×D2×σbP——為單位擠壓力，ND——擠壓筒直徑，mmd——制品的當(dāng)量直徑，mmσb——*一擠壓溫度下材料的抗拉強(qiáng)度，MPa故P＝11.775×[〔187/22.84〕1/2－0.8]×1872×16.2＝13750.3KN換算成噸位：約1403.1TP＜額定噸位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：模組尺寸構(gòu)造簡(jiǎn)圖如前圖3所示根據(jù)前面計(jì)算，從表6選取H2=150H3=70H1=30模子外形尺寸簡(jiǎn)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?yàn)楸驹O(shè)計(jì)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)確實(shí)定：1).分流孔的個(gè)數(shù)取4個(gè)，形狀為扇形2)．扇形面積確實(shí)定：因?yàn)榉至骺酌娣e與制品斷面積的比值∑F分/F型＝K,K即為分流比，一般K對(duì)于空心型材時(shí)，應(yīng)等于λ1/2。本設(shè)計(jì)取K=8..19分流孔的面積∑F分＝K.F型=8.19×409.68=3355.28mm2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＝2*(F大＋F小)故F大＝1329.58mm2F小=348.06mm3).分流孔位置確實(shí)定①分流孔中心圓的直徑D分＝0.7D0=0.7×187=130.9mm②應(yīng)保證分流孔最大外接圓直徑比設(shè)備可加工圍的孔最大外接圓直徑小5mm。本設(shè)計(jì)設(shè)備的可加工最大外接圓直徑為Φ147,故分流孔最大外接圓直徑≤Φ142mm③綜合各因素考慮，暫時(shí)先取其外接圓直徑為Φ132mm④確定a，α，β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)歷a,b一般取3～8㎜，本設(shè)計(jì)取a=8㎜，b=7.5.圖8由h=25.4/2+8=20.7,H=132/2=66，由幾何知識(shí)可得方程式：，用代入相關(guān)數(shù)據(jù)可得出α≈40°，同理，得出β≈30°，由AutoCAD菜單欄“工具〞→“查詢〞→“面積〞功能驗(yàn)算得出結(jié)果根本正確。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(jì)取4°5).分流橋分流橋的寬窄和模具的強(qiáng)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(dòng)的均勻性，模孔最好受到分流橋的遮蔽，則B應(yīng)該選擇得寬些，一般?。築=b＋(3～20)㎜本設(shè)計(jì)采用倒梯形構(gòu)造，取B=45見下列圖圖106).焊合室焊合室的形狀和大小對(duì)焊縫的質(zhì)量有很大的影響。按經(jīng)歷公式：當(dāng)D0＝Φ190～200㎜時(shí)，h＝20㎜，焊合室直徑比分流孔出口處約小5mm，本設(shè)計(jì)取h=20mm，形狀為圓形如圖：圖11:4.6模子形尺寸確實(shí)定:工件如下圖:圖12:模具圖如下:圖13:按經(jīng)歷公式A=A0＋KA0A--制品外形的?？壮叽鏏0－制品外形的公稱直徑K-經(jīng)歷系數(shù)，由于本設(shè)計(jì)爭(zhēng)對(duì)6063合金，取K=0.010得BK=92〔1＋0.010〕+0.95=93.88,HK=25.4(1＋0.010)+0.7=26.36制品型材壁厚可由經(jīng)歷公式B=B0＋△確定由于B0=1.8㎜.本設(shè)計(jì)△＝0.1故Tk=1.8＋0.1=1.9㎜4.7模孔工作帶長(zhǎng)度hg確實(shí)定:由于本型材制品的對(duì)稱性較好，外形相對(duì)較小，一般可取2～6㎜。本設(shè)計(jì)取hg＝5mm4.8模芯的設(shè)計(jì):一般伸出下模工作帶3－5mm，本設(shè)計(jì)取4mm，模腔外形按空心型材的空心局部確定。4.9上模凸臺(tái)設(shè)計(jì)：上模凸臺(tái)高取7mm，直徑為Φ256mm，用于裝配定位4.10定位銷，螺釘〔按GB標(biāo)準(zhǔn)選取標(biāo)準(zhǔn)件〕:定位銷的直徑取兩個(gè)：Φ8*75，螺釘采用M10*85,具體說明見裝配圖4.11模子強(qiáng)度校核：這種模子在工作時(shí)承受載荷最不利的情況是分流孔道和焊合室尚未進(jìn)入金屬和金屬充滿焊合室以后流出模孔之際，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：分流橋彎曲應(yīng)力校核Hmin＝L[p/(2×[σb])]1/2，式中:Hmin——分流橋的最小高度L——分流橋兩個(gè)危險(xiǎn)斷面的長(zhǎng)度，經(jīng)計(jì)算L＝mmP——作用在擠壓墊片上的單位壓力[σb]——模具材料在溫度下的許用應(yīng)力。在450～500°C下，對(duì)于4Cr5MoSiV1取[σb]＝1000MPa代入數(shù)據(jù)得：P=1630*9.8*1000/27451=582MPHmin＝125[582/〔2×1000〕