挤压设计说明书

1、铝合金型材挤压工艺及模具计算课程设计任务书题目：铝合金型材挤压工艺及模具计算学院:材料与能源学院专业：03金属材料工程（1）学号：3203003692学生：袁飘指导老师：袁鸽成日期：2006年6月21日I课程设计任务书材料与能源学院金属材料工程专业一题目：一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的工艺工艺过程及模具设计，包括挤压工艺参数，模具结构,制造工艺等要求三.完成后应缴的资料:课程设计说明书一份实心型材模AUTOCAD图空心型材模上模AUTOCAD图空心型材模下模AUTOCAD图空心型材模上下模AUTOCAD装配图四.设计完成期限:2006年

2、6月14日2006年6月23日指导老师袁鸽成签发日期教研室主任批准日期11课程设计评语成绩:设计指导教师年月日一:绪论5二:总设计过程概论8三:实心型材模设计10四：空心型材模设计20五：后记29一绪论铝合金是十分重要的轻金属结构材料，由于它具有许多独特性能，因而被广泛应用于建筑（22%）、包装（21%）和交通运输（30%左右）等方面。铝合金挤压技术成熟，挤压装备、挤压模具也在不断研制与完善，铝合金挤压型材有广阔的应用前景，当前尤其在交通运输行业方面。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。铝加各种金属元素制成的各类合金，具有其他材料

3、所无法比拟的优点，质量轻并且强度高，可挤压成各个时期所用各种新的复杂断面材料。专家预测，尽管近年来铝合金门窗在低档次产品的冲击下，市场表现疲软，但未来在房地产业发展的带动下，因铝合金门窗的耐腐蚀性、变型量孝防火性强，及使用寿命长、环保节能等特性，决定其仍是今后市场上的主流。铝合金在国民经济中起着非常重要的作用。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。根据产品的类型、规格以及合金牌号的不同，壁板挤压的方法可分为圆挤压筒挤压

4、、扁挤压筒挤压、宽展挤压和空心壁板挤压等。圆挤压筒挤压法又可分为圆筒平板法、圆筒型法和圆筒圆管法。扁挤压筒挤压法也可分为扁筒平板法和扁筒3型法。空心壁板挤压法和宽展挤压法近年来发展较快并得到广泛应用。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和空心制品。我国的铝型材挤压技术起步较晚，尽管目前已有很多家生产铝型材的国有企业，拥有许多台挤压机，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。铝材在挤压过程中，如挤压模具不是很好或模具挤压铝材过多，铝材表面会产生挤压痕，用手

5、可能触摸到铝材表面不平，因此，在现代化大生产中实施挤压加工技术，其成败的关键是模具，模具设计以及其质量，事关产品的质量，成本。在挤压设计的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、切头切尾等多方面的因素。其中，选择挤压筒直径DO是一个最核心的问题，有以下的选择原则：1）保证产品表面质量原则2）保证挤压模强度的原则3）保证产品内在质量的原则4）经济上的优化原则-生产成本最低；成材率最大；产量最高。这次的设计任务是设计一个实心型材和一个空心型材模，实心型材模采用单模，空心型材模采用分流组合模，挤压制品所有的材料是6063。由于其强度高，质量

6、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。其化学成分表示如下:6063AL的成分：GB/T3190-1996：表1牌号SiFeCuMnMgCrZnTi其它兀素每种总量60630.20.6<0.350.100.10.450.90.100.10.100.050.156063机械性能:表2合金状态弹性模量E剪切模量G屈服强度(T0.2抗拉强度(Tb伸长率泊松系数U布氏硬度Kg/mm2密度g/cm26063淬火自然口寸效710027001222220.31652.69I二总设计过程概论

7、1 挤工艺流程：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-出厂2 .挤压工艺条件1) .铸锭的加热温度6063铝的最高允许加热温度为550C，下限温度为320C，为了保证制品的组织，性能，挤压时锭坯的加热温度不宜过高，应尽量降低挤压温度。2) .挤压筒的加热温度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400C450Co3) .挤压温度热挤压时，加热温度一般是合金熔点绝对温度的0.750.95倍，挤压过程中温度控制在500c左右。4) .挤压速度挤压速度快虽然可以提高生产

8、力，但挤压速度过快会影响材料的挤压性和使挤压温度过高，因此必须控制好挤压速度。考虑金属与合金的可挤压性，制品质量要铝合金型材挤压工艺及模具计算求及设备的能力限制，本设计的挤压速度取4060m/min。5) 子模具的润滑因本设计采用热挤压，故不采用润滑。6) .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，低的膨胀系数和良好的导热性，可加工性，及经济性，本设计采用3Cr2W8V乍为模具的材料，热处理的硬度为HRC4牛47。7) .切压余根据所选的设备：500T,切压余厚为20mm800T,切压余厚为25mm8) .淬火本工艺过程中，采用在线淬火，制品挤出后可通过设

9、置风扇对制品进行吹风来达到风淬的目的。9) .冷却直接露置在空气中冷却，达到自然时效的目的。10) .切头尾本工艺过程统一去头尾各300mnr500mm三实心型材模设计1 .所要设计的实心型材制品本制品的形状和尺寸如下图1r2=0.B二30牌号(XC311-14)用CAD制图计算得：制品的截面积F制33.4411mm2以型材的底部为X轴，以型材纵向的对称轴为Y轴得出重心的位置(0，6.3779)（表3）模孔外接圆直径D外=40.66mm现有设备设备吨位500T800T1630T挤压筒直径D095125187挤压截面积F070851226627451锭坯尺寸Dd|xLd90x270/320120

10、x400/4500)178x540/600/660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min721503722 .选坯和选设备根据加工范围要求(F制F制min,及D外WD夕卜max)有500和800TJ630T的设备可用，但800T和1630T的挤压比均超出范围,按成才率最高的原则，进一步优化，计算列表,序号Do(Fo)Dd(mm)Ld(mm)单重Wd填充系数K填充后长度Le压余厚hy(mm)切压余后的有效长度Ld挤压比入制品长L制(m)成品数nx6(m)成品重

11、W制(kg)成材率W制/Wd(%)195902704.621.114242.420222.453.0911.80712.15446.62295903205.471.114287.320267.353.0914.1924.30778.748312512040012.201.0853692534491.920000II铝合金型材挤压工艺及模具计算412512045013.731.0854152539091.920000最后选择成才率最高的78.748%对应的方案2即500T的挤压机设备锭坯尺寸为：Dd*Ld二90*320mm入=53.09a=90°3 .挤压力的计算根据经验系数公式P=a

12、*Kf(In入+4uL/D)F=A*Pa表征挤压难易程度的经验系数，对于实心型材取a=1.03.1, 本设计取口;1.1P为单位挤压力，MPaF为最大挤压力，NA-挤压筒内孔的面积，mm2入一一挤压系数Kf材料在挤压温度下的变形抗力(查表)，MPau-一摩擦系数L-铸锭敦粗后额长度，mm,即填充后长度LeKf查表取16u取0.30故P=1.1X16(In53.09+4X0.30X287.3/95)=133.78MPaF=133.78*95X95xn/4=947781.13N换算成吨位：约96.7123TF=96.7123Tv额定吨位500设备选择符合要求，即理论技术可行4 .实心型材模具体结构

13、设计模组的结构如下图图21.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.挤压筒模组的结构：对于不同吨位的挤压机，下图中的主要结构尺寸都是配套设置的，19铝合金型材挤压工艺及模具计算可以从有关资料中查得。模组的主要结构尺寸如图3模组尺寸如下表表5设备吨位500T800T1630T1X2XH160XX190210X250X240310X350X340H2809090100110150H3506050606080挤压模具的尺寸如下表表6设备吨位500T800T1630Td1/d2135/1452025165/01752530250/0260X3040hl12121

14、31213头心模尺寸数据设计1) .选坯和选择设备根据前面的计算挤压筒内直径Do=95rnm锭坯尺寸：DdXLd=90mnX320mm挤压比入=53.09mma=90°2) .模组及模子尺寸外形的计算14铝合金型材挤压工艺及模具计算根据前面计算，从表5选取H2=90mmH3=60mmH=190mm©i=160mm©2=l80mm模子外形尺寸的确定（如下图4）2上hiI2依据表6的数据可以确定di=135mmd2=145mmhi=12mmh2=25mm3）模子内形尺寸的确定挤压比入=53.09V入max=97.4,所以不需要多孔挤压确定模孔尺寸：由公式A=Ao+M+

15、（Ky+Kp+Q）AoK?=tatia1又注于3Cr2W8V钢，取a,=0.000014/0,ti=400C对于6063合金，a=0.000025t=500C故Kt=0.007Ky和Kp的值查书第82页，计算得到：尺寸20士0.45的模孔尺寸为：5=20+0.45+(0.015+0.015+0.007)X20=21.19mm尺寸30±0.60的模孔尺寸为：B=30+0.60+(0.0065+0.0075+0.007)X30=31.23m尺寸2士0.2的模孔尺寸为：H=2+0.20+(0.035+0.025+0.007)x2=2.334mm型材的圆角及圆弧没有偏差要求，故可按名义尺寸设

16、计由于这种角材在挤压的过程中出现并口现象，角度取9145模孔尺寸如下图所示7) .阻碍角由于h定W1015m,故不采用阻碍角。8) .校核(1)挤压力的校核挤压力为96.7123吨，远远低于额定吨位500吨，所以符合要求。(2)模子强度的校核对于槽形模的突出部分，可以认为是一个悬臂梁，可按下述步骤校核其危险面1-1处的模子最小厚度。危险面1-1处在挤压是所受的弯矩为：M二P*a*l*l/2=(P*a*l2)/2抗弯断面系数为：W二b*h/6则弯曲应力为：弯二M/W=3*p*23、/(h2*b)<固模具的最小厚度为hmim=l*l-pa-;b弯式中：hmim模具(包括模子和支承环的总厚度)

17、的最小厚度，mmI槽型模子悬臂梁的长度，即槽形型材的槽深尺寸，mmP挤压筒的比压，挤压机吨位与挤压筒内截面积之比，MPaA模孔悬臂梁根部断面处的宽度，mmB模孔悬臂梁根部断面出口处的宽度，mm,b=a-2c,C模孔悬臂梁根部出口空刀尺寸(一般取1.5-3)，mm%模具材料的许可弯曲应力，其植一般取许用抗拉应力的(040.5)倍左右，在温度450-500C下对于4Cr5MosiVi取弯=600Pa符合要求模子的最大挠曲变形按如下公式计算q*最大8e*j最大一一悬臂梁端部最大挠度,mmN/mm1-悬臂梁长度，mmq等于Q/I,悬臂梁单位长度上的压力,E模具材料的弹性模量2.2x105MPa12B,

18、h-分别为悬臂梁的宽度和高度，mmQ一一悬臂梁承受的总压力本设计中要是模子的抗剪强度.对于抗剪强度的校核，取角型材斜边为危险端面，进行强度校核危险面1-1处的弯距为:M二P*a*l*l/2=185kg.m抗弯断面系数：W=b*h*h/6=0.693m3弯曲应力：。弯二M/W=266.95MPa<600MPa符合要求。最小模具厚度：hme|*(3P*a/b)1/2=7.9mm3最大二(q*|4)/(8E*J)=0.243mm<1mm各项指标均满足要求，故强度符合。9) .画图(见图纸)四.空心型材模设计1.所要设计的制品本设计制品的的牌号为1529回型管具体参数为B=90mmH=25

19、.4mmT=1.8mm重量：1.09Kg/m具体如下图2 .选坯核选设备制品的截面积：F制=402.48mm2模孔外接圆直径D外=93.52mm根据加工范围要求(F制F制min,及D外WD外max)由表3知有500T和800T,1630T的可用按成才率最高的原则，在进一步计算优化，计算列表如下序号Do(Fo)Dd(mm)Ld(mm)单重Wd填充系数K填充后长度Le压余厚hy(mm)切压余后的有效长度Ld压人挤比制品长(m)成品数nx6(m)成品重W制(kg)成材率W制/Wd(%)195/902704.621.114242.420222.417.604.75000295/903205.471.1

20、14287.320267.317.605.6320003125/12040012.201.0853692534430.4710.4916.49653.244125/12045013.731.0854152539030.4711.8816.49647.3450187/17854036.301.1044853045568.2031.03532.4889.4860187/17860040.301.1045443051468.2035.06532.4880.6070187/17866044.401.1045983056868.2038.74638.9887.79最后选择成才率最高的89.48%对应的方

21、案5即1630T的挤压设备锭坯尺寸为：DdXLd二178x540mm入=68.20a=90°3 .挤压力的计算根据经验系数公式P=a*Kf(In入+4uL/D)F=A*Pa表征挤压难易程度的经验系数，对于空心型材取a=1.11.5,本设计取口二1-5P-为单位挤压力，MPaF一为最大挤压力，NA_挤压筒内孔的面积，mm2人-挤压系数材料在挤压温度下的变形抗力(查表)，MPaU摩擦系数L-一铸锭敦粗后额长度，mmKf查表取16U取0.30故P=1.5X16.7(In68.20+4X0.30X485/187)=188.9MPaF=188.9xnx1872/4=5185768.41N=51

22、85.77kg换算成吨位：约529.16TF=529.16Tv额定吨位1630T，设备选择符合要求，即所选设备理论可行4 .模组及模子外形尺寸确定：模组尺寸结构简图如前图3所示根据前面计算，从表6选取H2=130mmHb=60mm模子外形尺寸简图如前图4依据表6的数据可以确定di=250mmd2=260mmhi=12mmh2=130mm因为本设计采用孔道式分流组合模故：取H上二70mmH下二60mm5 .组合模相关参数的确定：1) .分流孔的个数取4个，形状为扇形2) .扇形面积的确定：因为分流孔面积与制品断面积的比值刀F分/F型二K,K即为分流比，一般K对于空心型材时，取K=1(H30

23、76;本设计取K=10且分流孔面积的大小按RWFmin=fmaxfminfmax=(902X1.8)x1.8=155.52mm2Fmax=10Xfmax=1555.2miT)2fmin=25.4*1.8=45.72lTilTi2Fmin=10*frnin=457.2mm23) .分流孔位置的确定分流孔中心圆的直径D分=O.7Do=O.7x187=13Q9mm暂时先取其外接圆直径为132mm由于本空心型材设计长宽比很大B=90mmH=25.4mm如果用同心圆扇形分流孔则大孔扇形的圆心角很小造成流动不均匀，因此本设计采用腰子形分流孔/分流孔的位置形状按如下公式设计S=L*D+n*(D/2)2S一分

24、流孔面积L分流孔除两个半圆外的长度(预设)D一一圆的直径4) .分流孔的形状分流孔由一定的倾斜锥度，这样可以改善焊缝的质量，孔道锥面与其轴线的夹角为2。4。，本设计取3°5) .分流桥分流桥的宽窄和模具的强度以及金属的流量有关，从增大分流比，降低挤压力来考虑，分流桥的宽度B应该选择小些，但为了改善金属流动的均匀性，模孔最好受到分流桥的遮蔽，则B应该选择得宽些，一般取：B=b+(320)mmb=25.4mmB=41.7mm本设计采用水滴形结构见下图寸16).焊合室焊合室的形状和大小对焊缝的质量有很大的影响。随着管材壁厚的增加和空心型材短面积增大，焊合腔的高度也增大，一般情况下，焊合腔的

25、高度应大于分流桥宽度一半。对中小型挤压机来说。焊合腔的高度可取10-20mm或等于管壁厚度的6-10倍现根据挤压筒直径来确定焊合腔的高度按经验公式：150200mmh=2025mm本设计取h=20,形状为碟形如图：6模子内形尺寸的确定工件如图所示模具图如下按经验公式A=A+KAoA-制品外形的模孔尺寸A。一制品外形的公称直径K-经验系数，由于本设计为6063合金，取K=0.012得B=90X(1+0.012)=91.08mmH=25.4x(1+0.012)=25.7048mm制品型材壁厚可由经验公式B=B+确定由于B=1.8mm.本设计=0.1故Tk=1.8+0.1=1.9m7 .模孔工作带长

26、度hg的确定由于本型材制品的对称性较好，外形相对较小，一般可取26mm,生产实践中对铝合金常用815m本设计取hg=5mm8 .模芯的设计一般伸出下模工作带12mn,本设计取2mm模腔外形按空心型材的空心部分确定。如图9 .上模凸台长取21mm用于装配定位10 .定位销，螺钉按GB标准选取标准件定位销的直径取8,螺钉采用M10,具体说明见装配图11 模子强度校核：这种模子在工作时承受载荷最不利的情况是分流孔道和焊合室尚未进入金属和金属充满焊合室以后流出模孔之际，故强度的校核主要是争对模子的分流桥，模桥的弯曲应力和抗剪强度：分流桥弯曲应力校核Hmin=LVp/2*V(Tb式中：Hmin二分流桥的最小高度L分流桥宽度，经计算L=125.68mmP挤压机的最大的比压P=1630X1000X9.8/27451=581.91卜模具材料在温度下的许用应力.在450-500C下，对于4Cr5MoSiVi取。b=900Pa代入数据得Hmin=71.45mm由于上模厚度H上二7571.45mm故符合要求分流孔道抗剪强度的校核T=P/n*F<TW：T=(0.50.6)°b,在450-500C