挤压铝型材专业课程设计.doc

一. 题目:铝合金型材挤压工艺及模具设计二. 设计基本内容: 设计一件实心型材制品和一件空心型材制品工艺工艺过程及模具设计,涉及挤压工艺参数,模具构造,制造工艺等规定三. 完毕后应缴资料: 课程设计阐明书一份 实心型材模零件图 空心型材模上模零件图空心型材模下模零件图 空心型材模装配图四. 设计完毕期限:6月11日-6月22日指引教师_签发日期_教研室主任_批准日期_课程设计评语:成绩: 设计指引教师_ _年_月_日目录一、绪论4二、总设计过程概论72.1挤压工艺流程72.2挤压工艺条件7三、实心型材模设计9 3.1所要设计实心型材制品93.2选坯和选设备103.3挤压力计算113.4实心型材模详细构造设计123.5. 实心模尺寸数据设计13四、空心型材模设计18 4.1所要设计制品184.2选坯和选设备184.3挤压力计算194.4模组及模子外形尺寸拟定204.5组合模有关参数拟定204.6 模子内形尺寸拟定234.7模孔工作带长度hg拟定244.8模芯设计244.9上模凸台设计244.10定位销，螺钉244.11模子强度校核254.12零件图装配图26五、总结与体会.26参照文献 26一. 绪论近来，随着建筑行业高速发展，国内民用建筑铝型材工业也从无到有，从弱到强地迅猛迈进。至今，广东省建筑铝型材产品已约占全国三分之二左右，铝型材生产能力超过社会需求，如何提高产品质量，减少成本是获得市场竞争胜利核心环节。 铝合金型材具备强度高、重量轻、稳定性强、耐腐蚀性强、可塑性好、变形量小、无污染、无毒、防火性强，使用寿命长（可达501），回收性好，可回炉重炼。6063合金中重要合金元素为镁及硅，具备加工性能极佳，优良可焊性，挤出性及电镀性，良好抗腐蚀性，韧性，易于抛光，上包膜，阳极氧化效果优良，是典型挤出合金，广泛应用于建筑型材，灌溉管材，供车辆，台架，家具，升降机，栅栏等用管，棒，型材。近年来世界各国均采用6063铝合金（铝合金近百种）作为门窗框架。重要是为了该金属表面阳极氧化效果好，开始阳极氧化是白色，后进一步变化电解质才达到古铜色，这两种主体颜色在国内用了十近年。铝材在挤压过程中，如挤压模具不是较好或模具挤压铝材过多，铝材表面会产生挤压痕，用手也许触摸到铝材表面不平，因而，在当代化大生产中实行挤压加工技术，其成败核心是模具，模具设计以及其质量，事关产品质量，成本。在挤压设计过程中挤压工艺条件：应考虑挤压温度、挤压速度、润滑、模具（种类、形状、尺寸等）、切压余、淬火、冷却、切头切尾等多方面因素。其中，选取挤压筒直径 D0 是一种最核心问题，有如下选取原则：1）保证产品表面质量原则；2）保证挤压模强度原则；3）保证产品内在质量原则；4）经济上优化原则生产成本最低；成材率最大；产量最高。这次设计任务是设计一种实心型材和一种空心型材模，实心型材模采用单模，空心型材模采用分流组合模，挤压制品所有材料是6063。由于其强度高，质量轻，加工性能好，在退火状态下，该合金有优良耐蚀性及物理机械性能，是一种可以时效强化AL-Mg-Si系合金，广泛应用于基本性建筑行业以及某些机械制造业。其化学成分表达如下:6063AL成分：GB/T3190-1996：表1:牌号SiFeCuMnMgCrZnTi其他元素每种总量60630.20.60.350.100.100.450.90.100.100.100.050.156063机械性能：（铝合金及应用） 表3: 惯用挤压工具钢及其机械性能：钢号成分（）实验温度/MPa/MPa/%/%HB热解决工艺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.总设计过程概论2.1挤压工艺流程:铸锭加热挤压切压余淬火冷却切头尾 或（切定尺 ）时效表面解决包装出厂2.2挤压工艺条件:1）.铸锭加热温度6063铝最高容许加热温度为550，下限温度为320，为了保证制品组织，性能，挤压时锭坯加热温度不适当过高，应尽量减少挤压温度。2）.挤压筒加热温度模具成分多为合金钢，由于导热性差，为避免产生热应力，挤压前挤压筒要预热，为保证挤压制品质量，并且具备良好挤压效应，挤压筒温度可取400450。3）.挤压温度热挤压时，加热温度普通是合金熔点绝对温度0.750.95倍，本设计挤压温度为450500，挤压过程温度控制在470左右。4）.挤压速度考虑金属与合金可挤压性，制品质量规定及设备能力限制，本设计挤压速度取0.70.8m/s。5).工模具润滑因本设计采用热挤压，故不采用润滑。6）.模具模具应具备足够耐高温疲劳强度和硬度，较高耐回火性及耐热性，足够韧性，低膨胀系数和良好导热性，可加工性，及经济性，本设计采用4Cr5MoSiV1作为模具材料，热解决硬度为HRC4047。7）.切压余依照所选设备而定。8).淬火本工艺过程中，制品挤出后可通过设立电扇对制品进行吹风来达到风淬目。9）.冷却直接露置在空气中冷却，达到自然时效目。10）.切头尾因头尾组织性能不均匀，为保证产品质量，本工艺过程统一去头尾各300mm。三.实心型材模设计3.1所要设计实心型材制品:本制品形状和尺寸如下图1：牌号（XC311）制品截面积F制212.9mm2型材外接圆直径D外43.86mm既有设备：表4：设备吨位500T800T1630T挤压筒直径D095125187挤压截面积F070851226627451锭坯尺寸DdLd90x270/320120X400/450178X540/600/660冷床长26m32m44m填充系数1.1141.0851.104压余厚202530最大挤压比97.48273.6加工范 围最大外接圆直径6595147挤一根最小制品断面积F制min721503723.2选坯和选设备:依照加工范畴规定（F制F制min,及D外D外max）有500T、800T可选，按成材率最高原则，进一步优化，计算列表：表5：序号D0(F0)Dd(mm)Ld(mm)单重wd（kg/根）填充系数K填充后长度Ld压余厚hy(mm)切压余后有效长度Ld”挤压比制品长L制(m)成品数nx6(m)成品重W制(kg)成材率W制/Wd()195902704.621.1142422022233.297.391X63.4474.40%295903205.471.1142872026733.298.891X63.4462.77%312512040012.201.0853692534457.6119.823X610.3284.95%412512045013.731.0854152539057.6122.473X610.3275.38%最后选取成材率最高84.95相应方案33.3挤压力计算:依照挤压力公式：P = 11.775（D/d）1/20.8 D2bP为单位挤压力，ND挤压筒内直径，mmd制品当量直径，mmb某一挤压温度下材料抗拉强度，MPa故P11.775（125/16.46）1/20.8 125216.25829.21KN 换算成吨位：约595TP额定吨位800T，设备选取符合规定，即理论技术可行。3.4实心型材模详细构造设计:模组构造如下图图2： 1.模子 2.模垫 3.前环 4.后环 5.保护垫板 6.前机架 7.模座 8.模套 9.剪刀 10.挤压筒模组构造：对于不同吨位挤压机，下图中重要构造尺寸都是配套设立，可以从关于资料中查得。模组重要构造尺寸如图3模组尺寸如下表：表6：设备吨位500T800T1630T12H160180190210250240310350340H1203030H2809090100110150H3506050606080 挤压模具尺寸如下表：表7：设备吨位500T800T1630Td1/d2135/1452025165/1752530250/2603040h112121312133.5. 实心模尺寸数据设计:1)选坯和选取设备依照前面计算挤压筒内直径D0=125mm 锭坯尺寸：Dd Ld120400挤压比=57.612).模组及模子尺寸外形计算图3：依照前面计算，从表6选用H2=100 H3=60 H1=30模子外形尺寸拟定（如下图4）图4：根据表7数据可以拟定d1=165 d2=175 h1=12 h2=303)模子内形尺寸拟定挤压比=57.61MAX=82，故不需要多孔挤压拟定模孔尺寸： 型材外形尺寸公式：Ak=Am(1C1)1Ak模孔实际尺寸Am型材名义尺寸C1欲量系数（对于6063合金，C10.0170.010，本设计C1取0.010）1型材外形尺寸正偏差值计算得到:Bk40(10.010)0.6041.00mmHk18(10.010)0.4518.63mm型材壁厚尺寸公式：Sk=Sm2 C2Sk模孔实际壁厚处尺寸Sm型材壁厚名义尺寸C2欲量系数，对铝合金普通取0.050.15，本设计取0.102型材壁厚正偏差计算得到：Sk30.250.103.35mm模孔重要尺寸如下图5图5：4)孔形在模子端面位置拟定由于本型材为等壁厚型材，故型材几何重心在置模子中心压力中心计算（如下图示）X00Y0(l1y1l2y2l3y3l4y4l5y5)2/(l1l2l3l4l5)2 Y0（2001893181710.58.53）2/（21417321742140）26.32压力中心为X00，Y06.325).工作带长度拟定由于是等壁厚型材，故定径带长度hg各处相等，本次设计取hg5mm6).阻碍角由于hg1015，故不采用阻碍角7)模子强度校核型材模强度较核重要是其悬臂梁某些，取型材上端AB为危险端面,进行强度校核.、求单位压力p：pP / F0（P为挤压力，F0为挤压筒断面积）P800吨，p80010009.8/12266639.17Mpa舌部载荷QpFsh（Fsh为舌部即阴影某些面积）Q639.173215306801.6N、舌部弯曲应力w计算：wMw / W式中Mw弯矩，MwQe（e为阴影某些重心到危险断面处距离）；W截面模数，WbshH2/6（H为模子厚度）。bsh34mm Mw306801.67.52301Nm W34302/65.1cm3w2301/5.1451.2MPa 、剪应力计算：Q / bshH306801.6/(3430)300.79MPa、等效应力e计算：ew2(1.73) 21/2e451.22+(1.73300.79)2 1/2688.74MPa500C时4Cr5MoSiV1屈服强度为1025MPa，远不不大于e，因此模子强度合格。8).作图（见图纸）四.空心型材模设计4.1所要设计制品:本设计制品牌号为I529系列回型管详细参数为B92mm，H25.4mm，T1.8mm,重量：1.09Kg/m详细如下图图64.2选坯和选设备:制品截面积：F制409.68 mm2模孔外接圆直径D外 95.44 依照加工范畴规定（F制F制min,及D外D外max）由表4知只有1630T可用按成才率最高原则，在进一步计算优化，计算列表如下表8序号Do(Fo)Dd(mm)Ld(mm)单重wd(kg/根)填充系数K填充后长度Le压余厚hy(mm)切压余后有效长度Ld挤压比制品长L制(m)成品数nx6(m)成品重W制(kg)成材率W制/Wd()118717854036.151.104913046167.0130.95X633.0691.5218717860040.161.105453051567.0134.55X633.0682.3318717866044.181.106003057067.0138.26X639.6789.8最后选取成才率最高91.5相应方案1即1630T挤压设备锭坯尺寸为：Dd X Ld178540mm 挤压比67.01 4.3挤压力计算:依照挤压力公式：P = 11.775（D/d）1/20.8 D2bP为单位挤压力，ND挤压筒内直径，mmd制品当量直径，mmb某一挤压温度下材料抗拉强度，MPa故P11.775（187/22.84）1/20.8 187216.213750.3KN 换算成吨位：约1403.1TP额定吨位1630T，设备选取符合规定，即所选设备理论可行4.4模组及模子外形尺寸拟定：模组尺寸构造简图如前图3所示依照前面计算，从表6选用H2=150 H3=70 H1=30模子外形尺寸简图如前图4根据表7数据可以拟定d1=250 d2=260 h1=13 h2=150由于本设计采用孔道式分流组合模故：取H上80 H下70 4.5组合模有关参数拟定：1).分流孔个数取4个，形状为扇形2)扇形面积拟定：由于分流孔面积与制品断面积比值F分/F型K,K即为分流比，普通K对于空心型材时，应等于1/2。本设计取K=8.19分流孔面积F分K. F型=8.19409.68=3355.28 mm2且分流孔面积大小按F大/F小=f大/f小其中,F-分流孔面积，f-相应型材面积F分2X(F大F小)故F大1329.58 mm2 F小=348.06 mm23).分流孔位置拟定分流孔中心圆直径D分0.7D0=0.7187=130.9mm应保证分流孔最大外接圆直径比设备可加工范畴孔最大外接圆直径小5mm。本设计设备可加工最大外接圆直径为147,故分流孔最大外接圆直径142mm综合各因素考虑，暂时先取其外接圆直径为132mm拟定a，大小如图图7其中a,b为模孔与模腔最小距离，根据经验a,b普通取38，本设计取a=8，b=7.5.图8 由h=25.4/2+8=20.7,H=132/2=66，由几何知识可得方程式：，用代入有关数据可得出40，同理，得出30，由AutoCAD菜单栏“工具”“查询”“面积”功能验算得出成果基本对的。图94).分流孔形状分流孔由一定倾斜锥度，这样可以改进焊缝质量，孔道锥面与其轴线夹角为24，本设计取45).分流桥分流桥宽窄和模具强度以及金属流量关于，从增大分流比，减少挤压力来考虑，分流桥宽度B应当选取小些，但为了改进金属流动均匀性，模孔最佳受到分流桥遮蔽，则B应当选取得宽些，普通取： B=b(320)本设计采用倒梯形构造，取B=45见下图 图106).焊合室焊合室形状和大小对焊缝质量有很大影响。按经验公式：当D0190200时，h20，焊合室直径比分流孔出口处约小5mm，本设计取h=20mm，形状为圆形如图：图11:4.6 模子内形尺寸拟定:工件如图所示:图12:模具图如下:图13:按经验公式A=A0K A0A-制品外形模孔尺寸A0制品外形公称直径K-经验系数，由于本设计争对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制品型材壁厚可由经验公式B=B0拟定由于B0=1.8.本设计0.1故Tk=1.80.1=1.94.7模孔工作带长度hg拟定:由于本型材制品对称性较好，外形相对较小，普通可取26。本设计取hg5mm 4.8模芯设计:普通伸出下模工作带35mm，本设计取4mm，模腔外形按空心型材空心某些拟定。4.9上模凸台设计：上模凸台高取7mm，直径为256mm，用于装配定位4.10定位销，螺钉（按GB原则选用原则件）:定位销直径取两个：8x75，螺钉采用M10x85,详细阐明见装配图4.11模子强度校核：这种模子在工作时承受载荷最不利状况是分流孔道和焊合室尚未进入金属和金属布满焊合室后来流出模孔之际，故强度校核重要是针对模子分流桥，模桥弯曲应力和抗剪强度： 分流桥弯曲应力校核HminLp/(2 b)1/2，式中:Hmin分流桥最小高度 L分流桥两个危险断面长度，经计算Lmm P作用在挤压垫片上单位压力b 模具材料在温度下许用应力。在450500C下，对于4Cr5MoSiV1取b1000MPa代入数据得：P=1630x9.8x1000/27451=582MPHmin125582/（2 1000）1/2Hmin67.43mm由于上模厚度H上80mm67.43mm，故符合规定分流孔道抗剪强度校核Qq / Fq Qq分流桥面上总压力；Fq分流桥受剪应力总面积；许用剪应力，(0.50.6) b，450500C下，对于4Cr5MoSiV1取b=1000MPa代入公式有:=（16309.81000/27451）9918/（80454）399MPa500MPa故强度符合规定。 4.12零件图装配图(见图纸)五、总结与体会在两个星期挤压模课程设计将近结束。设计开始前几天，袁教师跟咱们解说铝合金应用，惯用加工办法，加工挤压模基本构造，本次设计环节以及设计注意问题，这些都对我本次课程设计提供了很大协助，意义重大。使我接触到了诸多关于挤压模具设计知识，例如某些挤压成型模具基本构造等，并且学到了许多课本上学不到关于铝合金材料知识！设计过程中，除了最后三天画图以外，我每天准时来到制图室，虽然教师有事没来也同样！在计算，设计过程中遇到过诸多细节问题。我积极地与同窗们讨论，通过思考后还是不懂问题就向教师请教。在教师指引下诸多问题迎刃而解！此外，在绘图过程中也遇到某些问题，例如我这学期练习PRO/E软件比较多，但本次设计我用是AUTO CAD，使我用些命令混淆了，导致绘图速度较慢，但日后随着画图进行，状况逐渐好转，相信后来会更加纯熟！本次设计我已经基本完毕了，虽然存在之许多局限性，需要一定修改。但是我通过这次设计，已经基本学会了如何设计一套挤压模具基本过程，看着自己劳动成果，感到很开心。更重要是，它使我对模具设计产生了强烈兴趣，后来会在模具设计这方面继续加强！参照文献：【1】刘静安铝型材挤压模具设计制造使用及维修冶金工业出版社【2】刘静安轻合金挤压工具与模具（上）冶金工业出版社【3】中华人民共和国机械工程学会 李春胜钢铁材料手册江西科学技术出版社 .7【4】王树勋 林法禹 魏华光实用模具设计与制造国防科技大学出版社【5】马怀宪金属塑性加工学挤压、拉拔与管材冷扎冶金工业出版社