挤压毕业设计

1 / 26 挤压毕业设计 一 、绪论 挤压加工方法 挤压是有色金属、钢铁材料生产与零件成型加工的主要方法之一，也是各种复合材料、粉末材料等先进材料制备与加工的重要方法。从大尺寸金属铸锭的热挤压开坯、大型管棒型材的热挤压加工至小型精密零件的冷挤压成型，从粉末、颗粒料为原料的复合材料直接固化成型到金属间化合物、超导材料等难加工材料，现代挤压技术得以广泛的应用。 挤压加工的方法主要有正挤压，反挤压，侧向挤压，玻璃润滑挤压，静液挤压，连续挤压。挤压加工特点是处于强烈的三向压应力状 态，这有利于提高金属的塑性变形能力，提高制品的质量，改善制品内部微观组织和性能。除此以外，挤压加工还具有应用范围广，生产灵活性大，工艺流程简单和设备投资少的特点。应用挤压加工工艺最多的材料是低熔点的有色合金，如铝及铝合金。 铝加工行业的分布 中国的铝加工企业主要集中于沿海地区，即珠江三角洲、长江三角洲、环渤海湾地区所占比例较大，许多铝加工企业都云集于此三大经济圈。在珠三角地区，主要集中在佛山地区，其中大沥更是全国，甚至世界地区铝加工业的佼佼者。 2 / 26 铝及铝合金的特点与应用 铝及铝合金具有一系列特性，在金属材料的应用中仅次于钢材而居第二位。目前全世界铝材的消费量在 1800万吨以上，其中用于交通运输的铝材约占 27%，用于建筑装修的铝材约 23%，用于包装工业的铝材约占 20%。随着中国经济建设的高速发展，人民生活水平的不断提高，中国的建筑行业发展迅速，包括铝型材在内的建筑装饰材料不断增加。铝型材的应用已经扩展到了国民经济的各个领域和人民生活的各个层面。 根据铝合金的成分和生产工艺特点 ,通常分为变形铝合金与铸造铝合金两大类。变形铝合金也叫熟铝合金，根据据其成分和 性能特点又分为防锈铝，硬铝，超硬铝，锻铝和特殊铝等五种。 铝合金比纯铝具有更好的物理力学性能：易加工、耐久性高、适用范围广、装饰效果好、花色丰富。铝合金分为防锈铝、硬铝、超硬铝等种类，各种类均有各自的使用范围，并有各自的代号，以供使用者选用。 铝合金型材具有强度高、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，回收性好，可回炉重炼。多年来世界各国均采用 6063铝合金作为门窗框架。主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，后进一步改 变电解质才达到古铜3 / 26 色，这两种主体颜色在国内用了十多年。 表 1：铝合金化学成分 : GB/T3190-1996： 本设计选用 6063铝合金 ,由于其强度高，质量轻，加工性能好，在退火状态下，该合金有优良的耐蚀性及物理机械性能，是一种可以时效强化的 AL-Mg-Si 系合金，广泛应用于基础性建筑行业以及一些机械制造业。 6063 合金中的主要合金元素为镁与硅，具有加工性能极佳、优良的可焊接性、挤出性及电镀性、良好的抗腐蚀性、韧性，易于抛光、上色膜，阳极氧化效果优良，是典型的挤压合金。 广泛应用于建筑型材、灌溉管材、供车辆、台架、家具、升降机、栅栏等用的管、棒、型材。 表 2： 6063 室温下的机械性能 : 表 3： 6063 铝合金随温度变化的力学性能 从表可以看出随着温度的升高抗拉强度和屈服强度逐渐变小，伸长率增大。 挤压工模具的材料 表 4：常用挤压工具钢化学成分 本设计选用模具材料为 4Cr5MoSiV1，又称 H13 钢。钢中碳化物类型有 M23C6、 M6C。钒在钢中起回火时二次硬化作用； Cr、 Mo、 W、 V 能提高钢抗回火软化能 力，保持高温下的强度、韧度；硅提高钢的回火稳定性和抗热疲劳能力。铬和硅还能提高抗氧化和抗烧蚀性。 4 / 26 表 5：常用挤压工具钢及其机械性能： 二、总设计过程概论 挤压工艺流程 金属制品是经若干个工序制作出来的，每个工序按一定顺序连接起来，就形成了工艺。工艺要在一定条件下完成，有特定的工艺参数。 挤压工艺流程：铸锭加热挤压切压余淬火冷却切头尾 切定尺 时效表面处理包装入库 挤压工艺及工艺参数条件的确定 应考虑挤压温 度、挤压速度、润滑、模具、切压余、切头尾、淬火、冷却、等多方面的因素，合理地选择工艺或参数。 1）铸锭的加热温度 6063 铝的最高允许加热温度为 550，下限温度为320，为了保证制品的组织，性能，表面质量，为了降低变形抗力，挤压时锭坯的加热温度不宜过高，应尽量降低挤压温度。一般取 490 530。 2）挤压筒预热 模具的成分多为合金钢，由于导热性差，为避免产生热应力，挤压前挤压筒要预热，为保证挤压制品的质量，并且具有良好的挤压效应，挤压筒温度可取 400 450。可采用通电自行预 热。 3）模子预热 避免急热，延长模具寿命，应对模具进行预热。 4）挤压温度 5 / 26 热挤压时，加热温度一般是合金熔点绝对温度的倍，挤压过程中温度最好控制在 500左右。 6）挤压速度 考虑金属与合金的可挤压性，制品质量要求及设备的能力限制，本设计的挤压速度取 V 锭 ?/min， V 流出 ?6080m/min。 7）工模具的润滑 因本设计采用热挤压，故不采用润滑。 8）模具 模具应具有足够的耐高温疲劳强度和硬度，较高的耐回火性及耐热性，足够的韧 性，低的热膨胀系数和良好的导热性，可加工性，及经济性，本设计采用 4Cr5MoSiV1 作为模具的材料，热处理的硬度为 HRC48 52。 9）切压余 本设计视挤压设备而定，一般 20 30mm，要控制质量，切去缩尾等缺陷。 10）淬火 本工艺过程中，制品挤出后可通过设置风扇对制品进行吹风来达到风淬的目的，或采用喷水雾的方法。 11）冷却 直接露置在空气中冷却，达到自然时效的目的。 12）切头尾 一般挤压制品的头部和尾部都存在缺陷，为了不影响制品的性能，需要进行切头尾 的工 挤 压 工 艺 及 模 具 设 计 题目：棘轮套冷挤压模具设计 6 / 26 课 程 设 计 学院： _机械与电子学院 _ 专 业：_ 模 具 设 计 与 制 造 _ 班 级：_0540902_ 姓 名： _喻 庆 勇_ 任 课 教 师 ： _ 丁 常 汶_ 设计时间： _二 0 一 一 年 十 月_ 目 录 一、冷挤压零件分析 3 1、材料选择 3 2、形状设计 3 3、尺寸分析 4 二、冷挤压工艺分析 4 1、坯料尺寸确定 2、毛坯软化处理 3、冷挤压毛坯表面处理与润滑 4、变形程度计算 5、确定挤压次数 6 6、工序设计 8 7 / 26 三、冷挤压设备选择 1、挤压力的确定 12 2、压力机吨位计算 3、挤压设备类型选择 13 4、液压式压力机型号选择 13 四、冷挤压模具结构设计 五、凸模设计 1、凸模的长度尺寸计算 15 2、凸模加工工艺路线 15 六、凹模设计 1、组合凹模结构设计 17 2、棘轮套挤压齿形模芯的设计 17 3、齿形模芯加工 七、冷挤压件质量分析 八、凸模机加工工艺 九、非标准件三维结构图 致谢 参考文献 4 4 5 6 12 12 13 14 16 20 20 23 24 29 30 一、挤压零件分析 图 1 棘轮套零件图 图 1 所示为棘齿套零件图。它是一种两端带孔，中间带凸缘的轴类齿轮零件，其各截面变化较大、 直径为39mm 的外表面为异形齿且精度要求较高，外齿齿顶圆角太小，成形工艺性较差。内孔型腔表面要求光滑平整，无毛刺，8 / 26 划痕，裂纹和折叠等缺陷存在，表面粗糙度以下。对于这种具有外齿形、两端带孔中间带凸缘轴类零件，要获得具有外齿形的精密锻件，采用单工序成形是不可能的，必须采用多工序成形工 艺。根据零件的结构特点和材料的工艺特性，采用冷挤压成形工艺比较适宜。 1，材料选择 该棘轮套选用 20CrMo钢，该钢材参照国家标准： GB/T 3077-1988。其化学成分为：， ,属于低碳合金结构钢。该材料的强度较低、塑性很好，是典型的冷成形材料。 2，形状设计 对称性 棘轮套为轴对称，对称性最好， 断面积的差 根据冷挤压棘轮套工序，第一道正挤压工序断面积差 = 道工序断面积差 :，第二 ,第三道工 序断面积差 : 断面过渡 第一道正挤压工序，由于直径 46 圆柱与直径的中间凸缘相差较大， 截面变化较剧烈，是变形和应力分布最不均匀的区域，材料在该处易产生裂纹。故应设计成锥形过渡。 挤压比 G G=F0 9 / 26 F1 2式中 F0 冷挤压变形前毛坯的横截面积 ) 经计算得 G=。 查挤压模具简明设计手册 P25 表 冷挤压件尺寸的极限值，选取 a=45。 过渡圆角半径 查表取 R=;r= 断面形状 根据零件图分析知，棘轮套无锥形、细小深孔、通孔，故适合于冷挤压断面形状。 3，尺寸分析 最小压余厚度 t 由于棘轮套采用正挤压工艺，故 t d/2满足其要求。 最小壁厚 s 壁厚越小，挤压力越大，变形程度越大，变形抗力越大，金属流动越困难。查挤压模具简明设计手册 P38表 1-31 冷挤压工艺尺寸的极限数值，得低碳钢 S d/5。 根据零件图分析知， S=7mm、 d=23mm 故 S d/5 满足其要求。 最大挤压深度 L 为防止过长的凸模，工作时容易弯曲，稳定性差。10 / 26 查挤压模具简明设计手 册 P38 表 1-31 冷挤压工艺尺寸的极限数值知， L d 满足其要求。 根据零件图分析知， L=26mm、 d=23mm故 L d 满足其要求。 最大挤出长度 L 为防止挤出部分过长，润滑和退料将发生困难。查挤压模具简明设计手册 P38 表 1-31 冷挤压工艺尺寸的极限数值知， L 10d 根据零件图分析知， L=23mm、 d=46mm故 L 10d满足其要求。 二、挤压工艺分析 1，坯料尺寸的确定 根据挤压件毛坯的三维造型图，可以得到挤压件毛坯体积为。 市场出售标准圆钢直径有 45， 48， 50， 60， 65mm 等，根据毛坯图最大直径为 ,故选用直径为 65mm 的圆钢。下料方式采用带锯下料，因为剪切下料 H/d而板料冲裁下料利用率很低，带锯锯切的断面比较平整，一般不需要整形就可直接进行挤压，且材料利用率较高。 经计算得毛坯下料高度 H= 2，毛坯软化处理 市场提供 20CrMo材料，硬度 197HBS 相对较高，晶11 / 26 粒粗大不均匀，塑性较差，变形抗力较大，若不经软化退火处理而直接进行冷挤压成形，则金属流动困难，棘轮套凸缘部位可能充填不饱满而法兰的边缘部位可能会出现局部开裂，模具也很容易损坏。为了降低材料的变形抗力，提高塑性，应 对坯料进行适当的退火处理，其退火规范 如右图所示。经过退火后的组织为细小均 匀的晶粒组织，其硬度为 HB130 140。 3，冷挤压毛坯表面处理与润滑 毛坯表面处理与润滑主要包括以下内容： 去除表面缺陷。 棘轮套毛坯，去除表面缺陷在冶金厂 内进行，各挤压工序制件，由于润滑不当 或模具的缺陷等原因往往会引起新的表面 缺陷，必须在后续工序前去除表面缺陷。 清洁、去脂、 为了清洁毛坯表面，以便经磷酸盐处理后使整个金属表面都能为磷酸盐处理层所覆盖，必须将毛坯上所有的油、沙、锈斑和垢壳彻底去掉，使全部金属表面都能够直接与磷酸盐处理液相接触。该棘轮套采用化学去油的配方与工艺如下： 氢氧化钠 NaOH60 100g/L 12 / 26 碳酸钠 Na2CO360 80g/L 磷酸钠 Na3PO4 25 80g/L 水玻璃 Na2SiO3 10 15g/L 处理温度 85 C 处理时间 15 25min 在化学去油后，应当在热水中对毛坯进行冲洗。一般在温度 80 C 的热水中经过 4 6 次吊动即可。去油效果检查十分简单，只要用水直接淋在零件上，如果已彻底去油，则水能浸润所有的表面。 去除表面氧化层 装 订 线 安徽工业大学 毕业设计说明书 安徽工业大学适合 12MN 挤压机直径为 130mm 挤压筒的 配套挤压工具及模具设计 摘要 目前，国际上铝合金型材挤压技术发展迅速，世界各发达国家已装备了各种形式、各种结构、不同吨位的铝型材挤压机，铝型材挤压正向大型化、复杂化、精密化、多品种、多规格、多用途方向发展，挤压生产业日趋连续化、自13 / 26 动化和专业化。 本设计先介绍了挤压工艺流程、参数、 规程的制订，然后阐述了轻合金挤压工模具的分类、结构、工作原理、工作条件以及工模具的设计原理、方法和步骤，并结合挤压模具 CAD/CAM技术对挤压模具进行设计，最后给出了各强度校核的程序。 本设计主要针对 12MN挤压机的工模具尺寸参数进行了设计计算和强度校核。其中挤压工具包括挤压筒、挤压杆、挤压垫片；挤压模具包括生产 XC321 号型材用单孔模以及生产 XC040 号型材用平面分流模。设计中还配以图片及表格数据对设计过程进行详尽的说明。最后编制了各强度校核用程序。 关键词：铝型材，轻合金挤压， 工模具设计，工艺设计 装 订 线 安徽工业大学 毕业设计说明书 Extrusion Process and Die Design of Single-hole and Porthole dies for 12MN Extruding Press Abstract 14 / 26 At present, the international aluminum alloy profile extrusion technology is developing rapidly, the developed countries of the world have been equipped with a variety of forms, structures, different tonnage aluminum extrusion, aluminum profile extrusion is large and complex, sophisticated, more variety, more specifications, multi-purpose direction, extrusion industry becomes more continuous, automation and specialization. This design first introduces the extrusion process, parameters, formulation of rules, and then explains the characters of the tools and dies, the classified construction, the work principle , method and steps of the extrusion tools and dies design, combined with CAD / CAM technology for extrusion die design. The programs of strength check are given at last. The design aims at size parameters of die and strength check calculation for 12MN extrusion machine. Extrusion tools contain the extrusion cylinder, extrusion rod and extrusion pad. Extrusion dies include single-hole die of producing XC321 and porthole die of producing XC040. There are many pictures and tables in 15 / 26 the paper to explain the design in detail. Finally, according to the selected aluminum profiles we establish a reasonable process and programs of the strength check. Key words: aluminum profile, light alloy extrusion, die design, process design 装 订 线 安徽工业大学 毕业设计说明书 目录 1. 概述 . 1 铝 挤 压 工 业 的 发 展 概况 . 1 工 模 具 在 挤 压 生 产 中 的 作用 . 1 本 毕 业 设 计 的 意16 / 26 义 . 2 毕 业 设 计 的 主 要 内容 . 3 2. 挤压工艺 . 4 挤压工艺流程 . 4 挤压时的温度 -速度条件与挤压比 . 5 挤 压 时 的 温 度 速 度 条件 . 5 挤压比 .17 / 26 . 6 挤压工艺规程 . 7 坯 料 加热 . 7 挤压 . 9 3. 挤 压 工 具 设计 . 12 挤 压 工 具 的 种 类 及 装配 . 12 挤 压 工 具 的 种类 .18 / 26 . 12 挤 压 工 具 的 装配 . 12 挤压筒设计 . 13 确 定 挤 压 筒 的 结 构 形式 . 13 挤 压 筒 主 要 尺 寸 设计 . 13 挤 压 轴 设计 . 21 挤 压 轴 断 面 尺 寸 确定 . 21 挤 压 轴 长 度 l 的确定 .19 / 26 . 21 挤 压 轴 强 度 校核 . 22 挤压垫设计 . 24 挤 压 垫 尺 寸 确定 . 24 挤 压 垫 强 度 校核 . 26 4. 挤 压 模 设计 . 27 挤压模具的分类 .20 / 26 . 27 挤 压 模 具 的 组 装 方式 . 27 挤压模结构要素的设计 . 28 模角 . 28 定径带长度 h 定和直径 d定 . 29 出口直径 d出 . 29 入 口 圆 角 r入 . 29 模 子 的 外 形 尺 寸 D 模和 H模 . 30 模子的21 / 26 外形尺寸标准化和系列化 . 30 普通型材模具设计的原则与步骤 . 30 确 定 设 计 模 腔 参数 . 31 装 订 线 安徽工业大学 毕业设计说明书 模 孔 在 模 子 平 面 上 的 合 理 布置 . 31 模孔尺寸的合理计算 . 31 合 理 调 整 金 属 的 流速 .22 / 26 . 32 保 证 足 够 的 模 具 强度 . 32 模 具 设 计 的 技 术 条 件 及 基 本 要求 . 32 单 孔 模 设计 . 33 单 孔 型 材 所 能 挤 压 最 大 面 积 的 确定 . 33 单孔挤压型材的选择 . 33 单 孔 挤 压 型 材 的 模 孔 布置 . 34 单孔型 材 模 孔 形 状 与 加 工 尺 寸 设计 . 35 单孔型材模孔工作带的确23 / 26 定 . 36 单孔型材模外形尺寸及组装方式 . 38 平 面 分 流 模 设计 . 38 工 作 原 理 与 特点 . 38 一 般 结构 . 39 结 构 要 素 设计 . 40 致 谢 . 50 参24 / 26 考文献 . 61 装 订 线 安徽工业大学 毕业设计说明书 1. 概述 铝挤压工业的发展 概况 随着科技技术的飞速发展，经济全球化已成为全球发展的格局。铝合金挤压工业不仅在世界经济发展中占有重要的地位，对我国的工业的发展也具有不可估量的作用。在世