机械与电气工程 模具设计毕业设计(模具设计).doc

毕业设计 模具设计铝型材热挤压模具*技术学院毕业设计（论文）题 目： 模具设计铝型材热挤压模具 系 部： 机电工程系 专 业： 机电一体化 学 号： 学生姓名： 职 称： 年 月 日9摘 要目前铝合金型材在日常生活及生产领域应用越来越广泛，用挤压的方法生产工业用铝型材，既节约金属又具有很高的生产效率。本文通过对铝型材截面形状的受力情况及厂里设备情况的正确分析，设计了一副热挤压分流模。结合铝型材加工工艺特点，详细叙述了上模（阳模）、下模（阴模）及其在上模上的分流孔、分流桥、模芯和在下模上的焊合室、模孔型腔、工作带、空刀的设计过程，并对模具的分流桥做了强度校核。最后介绍了型材挤压模具的加工特点，并确定了模具的制造工艺流程。关键词：铝型材，挤压模具，设计，制造AbstractFor the Present，the use of Aluminum alloy Profile becomes more and more popular. Extruding method is commonly used in the production，because it can not only save raw material, but also has high Productivity.A hot extrusion divergence mold has been designed based on the correct analysis of the profile sections stress situation and equipment situation of the factory in the paper. In view of the trait of Aluminum alloy Profiles machining process, the detailed narration has been given on the design of top die (force plug), the stamping die (mold cavity) and divergence hole on top die, the diverged bridge, the mold core and welded together room on stamping die, the nib die space, the work belt and the run-out, and intensity of molds diverged bridge was tested.In the end, machining traits of Profile extruding mold was introduced, manufacture procedure of the mold was presented.Key words：Aluminum alloy Profile, extruding mold, design, manufacture目 录摘要2Abstract2目录31引言41.1铝型材挤压技术发展现状41.2挤压模具技术发展现状41.3本文的主要研究内容52铝型材挤压模具设计72.1模具材料的选择72.2挤压型材材料及形状72.3模具形式的选择82.4平面分流模结构要素设计92.4.1初步确定模具规格92.4.2分流比K值的选择原则102.4.3分流孔的选择102.4.4分流桥的选择122.4.5桥墩的选择122.4.6模芯（舌头）结构设计132.4.7焊合室形式及确定方法132.4.8模孔尺寸选择方法142.4.9模孔工作带长度设计152.4.10模孔空刀结构型式及选择方法162.5平面分流模强度校核162.5.1抗弯强度校核172.5.2抗剪强度校核173模具的加工183.1型材挤压模具的加工特点183.2上模生产工艺流程193.3下模生产工艺流程203.4模具组装后生产工艺流程204总结22致谢23参考文献241 引言1.1 铝型材挤压技术发展现状铝合金型材挤压技术在汽车、船舶、铁路、航空、航天等工业领域以及建筑等民用领域越来越显示出其重要地位。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，铝型材挤压正在向大型化、复杂化、精密化、多品种、多规格、多用途方向发展，挤压生产也日趋连续化、自动化和专业化。目前，不仅发展了一些先进的特殊结构的大型挤压机，而且研制了多种类型的挤压结构的模具以及新的挤压工艺，并能挤压出各种外形复杂的实心、空心制品。我国的铝型材挤压技术起步较晚，尽管目前己有100多家生产铝型材的国有企业，拥有2000多台挤压机，但无论从挤压产品的质量还是从挤压生产的效率和标准化程度来看，都与世界先进水平存在较大差距。日本自20世纪70年代以来，就开始研究了各种各样的挤压加工方法，如静水挤压、连续挤压等技术早已进入实用阶段。目前也在不断地开发研制出新的特殊挤压技术，如连续挤压拉拔技术、可变断面挤压技术、新材料新功能挤压技术、弯曲挤压技术以及精密挤压技术等。其挤压产品已大量应用到建筑、家电、汽车、船舶以及高速列车等行业中。在挤压领域，美国从基础理论到生产实践都走在世界的前列。俄罗斯在铝合金型材挤压方面也占据十分重要的地位，自1956年就开始了铝合金壁板的生产，我国有很多挤压技术到现在还仍然沿用前苏联的技术。英国、意大利、法国、挪威、瑞典、加拿大以及澳大利亚等国的铝合金型材挤压技术也发展到了相当高的程度。我国的铝型材挤压技术的研究主要内容为改进现有模具结构、开发各种新的结构以及进行冷却系统和润滑系统的研究，以提高模具的寿命和产品的质量，研究金属流动规律以及模具和挤压加工过程的温度场、速度场、应力应变场及其变化规律；在计算机上用FEM对挤压过程进行数值模拟，以指导设计模具和制订工艺规程工作。1.2 挤压模具技术发展现状模具是利用其特定形状去成型具有一定的形状和尺寸制品的工具。在各种材料加工工业中广泛的使用着各种模具。例如金属铸造成型使用的砂型或压铸模具、金属压力加工使用的锻压模具、冷压模具、热挤压模具等各种模具。我这次设计的是挤压铝型材的热挤压模。模具生产尤其是机械电子、家用电器、日用五金、民用建筑（门窗、幕墙等）、交通运输等工业部门的产品用模呈逐年增长趋势，电子计算机、宇航、通讯等尖端产品所需高精度模具越来越多，随着产品的大型化，复杂化，大型复杂模具的用量也在增加。挤压模具设计和制造技术是铝合金型材挤压技术的核心，是保证产品形状、尺寸和精度内外表面质量的最为重要的因素。目前，挤压模具材料经历了一个由碳素工具钢，低合金工具钢，高合金工具钢，高级合金模具材料的发展过程。一般说来，挤压铝合金制品时，模具要承受长时间的高温挤压、激冷激热、反复循环应力的作用；承受偏心载荷和冲击载荷作用;承受高温高压下的摩擦作用。选择铝挤压模具材料时，应考虑到以下因素：被挤压的铝合金的性能;产品品种、形状和规格;挤压方法、工艺条件和设备结构;挤压模具的结构形状与尺寸;材料的价格等。近年来， 美国己经用H13，而日本则采用SKD61代替了原来的模具钢，采用电渣重熔炉外在线精炼，冶金质量可靠，并开始研制陶瓷、高温和粉末合金等新型模具材料，而我国的模具钢仍在相当大的程度上依靠3CrZWSV钢。目前，我国铝型材行业热挤压模的选材，从3CrZWSV钢过渡到4Cr5MosiVI钢，用量之大，十分惊人。近年来，世界各国投入了大量人力、物力和财力致力于挤压模具优化问题的研究。由于大型计算机的开发和应用，CAD/CAM技术的迅速发展，有限元分析理论和实用技术的不断完善以及各种数值模拟和物理模拟方法进一步实用化，为挤压模具优化设计的理论与技术的发展开辟了道路。目前，许多大型的、复杂的、重要的挤压工模具(如大型圆挤压筒、多层组装式扁挤压筒、多孔舌型模、大型空心壁板用平面分流组合模、异形空心型材的穿孔系统、流线模角等)的优化设计已获得了满意的结果。挤压模具优化设计的理论研究与实用技术获得了重大的突破，取得了一大批成果，有的己规范化和系统化。当然，在热处理和表面处理技术方面，我国与技术先进国家也存在着较大的差距.铝型材挤压模具设计合理的模具结构能够在一定程度上控制产品的内部组织和力学性能。合理的模具设计和制造能大大提高模具的寿命，因而对于提高生产率、降低成本和能耗有重要意义。新型的模具结构，对于发展新品种、新工艺，不断提高挤压技术水平起着重要的作用。1.3 本文的主要研究内容铝型材热挤压模具设计不同于一般的机械零件设计，而是介于机械加工与压力加工之间的一种工艺性设计。除了应参考机械设计所需遵循的原则以外，尚需考虑热挤压条件下的各种工艺因素，其中包括由设计者本身确定的因素、模子加工者确定的因素和挤压生产者确定的因素。1）由模子设计者确定的因素。包括：挤压机的结构，压型嘴的选择或设计，模子的结构和外形尺寸，模子材料，模孔数和挤压系数，制品的形状、尺寸及允许的公差，模孔的形状、方位和尺寸，模孔的收缩量、变形挠度、定径带与入料系统配合的确定，以及挤压时的应力应变状态等。2）由模子加工者确定的因素，包括：模子尺寸和形状的精度，定径带和入料系统的加工精度，表面粗糙度，表面渗碳、脱碳及表面硬度变化情况，端面平行度等。3）由挤压生产者确定的因素。包括：模具的装配及支承情况，铸锭、模具和挤压筒的加热温度，挤压速度，工艺润滑情况，产品品种及批量，合金及铸锭质量，牵引情况，拉矫力及拉伸量，被挤压合金及铸锭规格，产品出模口的冷却情况，工模具的对中性，挤压机的控制与调整，导路的设置，滑出工作台及矫直机的长度，挤压机的吨位和挤压筒的比压，挤压残料长度等。在设计前，拟订合理的工艺流程和选择最佳的工艺参数，综合分析影响模具效果的各种因素，是合理设计挤压模具的必要和充分条件。本文主要通过对铝型材截面形状的受力情况及厂里设备情况的正确分析，设计了一副热挤压分流模。具体内容如下：1）选择了合适的模具材料及结构形式；2）根据工艺过程特点确定了上模（阳模）、下模（阴模）及其在上模上的分流孔、分流桥、模芯和下模上的焊合室、模孔型腔、工作带、空刀的结构形式；3）对分流桥和分流道作了强度校核；4）介绍了型材挤压模具的加工特点，并确定了模具的制造工艺流程。2 铝型材挤压模具设计2.1 模具材料的选择热挤压模的工作特点是加载速度较慢，因此，模腔受热温度较高，通常可达500600。对这类钢的使用性能要求应以高的高温强度（即高的回火稳定性）和高的耐热疲劳性能为主。对ak及淬透性的要求可适当放低。一般的热挤压模尺寸较小，常小于 7090 mm。 常用的热挤压模有4CrW2Si、3Cr2W8V及4Cr5MoSiV1（相当于美国的H13）等热作模具钢。我们这次设计采用强度高4Cr5MoSiV1钢，目前4Cr5MoSiV1电渣钢已经很普遍，比3Cr2W8V钢具有更好的热处理特征，热处理工艺稳定，操作和控制质量，而且有十分优良的表面处理和化学热处理性能。但易氧化和脱碳，因此，应在真空炉或保护气氛炉中热处理。除强度略低于3Cr2W8V钢外，其余均优于钢，而且其材质组织均匀、性价高，并且价格低货源充足，是模具的首选材料。2.2 挤压型材材料及形状挤压型材材料为6063A，合金化学成分如下表。表2.1 6063A化学成分牌号质 量 分 数 / %SiFeCuMnMgCrZnTi其他Al单个合计6063A0.20.60.150.350.10.150.60.90.10.10.10.050.15余量型材截面图如图2.1所示。（详细尺寸见附表1）图2.1 型材截面图2.3 模具形式的选择根据型材形状及尺寸，可确定运用平面分流组合模进行设计。平面分流组合模的工作原理与桥式舌型模一样，是采用实心铸锭，在挤压机挤压力的作用下，金属在经过分流孔时被劈成几股金属流，汇集于焊合室(模腔)，在高温、高压、高真空的模腔内又重新被焊合，然后通过模芯与模子所形成的间隙流出，而形成符合一定尺寸要求的管材或空心型材。平面分流组合模是在桥式舌型模的基础上发展起来的，实质是桥式舌型模的一个变种，即把凸桥改成为平面桥，所以又称为平刀式舌型模。这种形式的模子在近年来获得了迅速的发展，并广泛地用于在不带独立穿孔系统的挤压机上生产各种规格和形状的管材和空心型材，特别是民用建筑型材。平面分流模一般由阳模（上模）、阴模（下模）、定位销、联结螺钉四部分组成。有时为了挤出的型材变形量小，在模具后加一个后垫，见图2.2所示。平面分流模的主要优点：1）可以挤压双孔或多孔的内腔十分复杂的空心型材或管材，也可以同时生产多根空心制品，所以生产率高，这一点是桥式舌型模很难实现甚至无法实现的。2）可以挤压悬臂梁很大，用平面模很难生产的半空心型材。3）可拆换，易加工，成本较低。4）易于分离残料，操作简单，辅助时间短，可在普通的型棒挤压机上用普通的工具完成挤压周期，同时残料短，成品率高。5）可以实现连续挤压，根据需要截取任意长度的制品。6）可以改变分流孔的数目、大小和形状，使断面形状比较复杂、壁厚差较大，难一用工作带、阻碍角和促流角等调节流速的空心型材很好成型。7）可以用带锥度的分流孔，实现在小挤压机上挤压外形较大的空心制品，而且能保证足够的变形量。图2.2 平面分离模的结构一定缺