挤压铝型材课程设计报告书

..题目:铝合金型材挤压工艺及模具设计设计基本内容: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,制造工艺等要求完成后应缴的资料:课程设计说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设计完成期限:2007年6指导老师_______签发日期___________教研室主任_______批准日期___________课程设计评语:成绩:设计指导教师______________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…………93.1所要设计的实心型材制品…………93.2选坯和选设备………103.3挤压力的计算………113.4实心型材模具体结构设计…………123.5.实心模尺寸数据设计……………13四、空心型材模设计…………184.1所要设计的制品………184.2选坯和选设备…………184.3挤压力的计算…………194.4模组及模子外形尺寸确定……………204.5组合模相关参数的确定………………204.6模子内形尺寸的确定…………………234.7模孔工作带长度hg的确定……………244.8模芯的设计……………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……………….26参考文献…………………26绪论近20年来,随着建筑行业的高速发展,我国民用建筑铝型材工业也从无到有,从弱到强地迅猛前进。至今,XX省的建筑铝型材产品已约占全国的三分之二左右,铝型材的生产能力超过社会的需求,如何提高产品质量,降低成本是取得市场竞争胜利的关键环节。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〔可达50—100年,回收性好,可回炉重炼。6063合金中的主要合金元素为镁及硅,具有加工性能极佳,优良的可焊性,挤出性及电镀性,良好的抗腐蚀性,韧性,易于抛光,上包膜,阳极氧化效果优良,是典型的挤出合金,广泛应用于建筑型材,灌溉管材,供车辆,台架,家具,升降机,栅栏等用的管,棒,型材。多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。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色,这两种主体颜色在国内用了十多年。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D0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其它元素每种总量60630.2～0.6≤0.350.100.100.45～0.90.100.100.100.050.156063机械性能:〔《铝合金及应用》表3:常用挤压工具钢及其机械性能：钢号成分〔％试验温度/MPa/MPa/%/%HB热处理工艺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→表面处理→包装→出厂2.2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550℃,下限温度为3202.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400℃～450℃3.挤压温度热挤压时,加热温度一般是合金熔点绝对温度的0.75～0.95倍,本设计挤压温度为450℃～500℃,挤压过程温度控制在4704.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0.7～0.8m/s。5>.工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4Cr5MoSiV1作为模具的材料,热处理的硬度为HRC40～47。7.切压余根据所选的设备而定。8>.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。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所要设计的实心型材制品:本制品的形状和尺寸如下图1：牌号〔XC311制品的截面积F制＝212.9mm2型材外接圆直径D外＝43.86mm现有设备：表4：设备吨位500T800T1630T挤压筒直径D0Φ95Φ125Φ187挤压截面积F070851226627451锭坯尺寸DdⅹLdΦ90x270/320Φ120X400/450Φ178X540/600/660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Φ65Φ95Φ147挤一根最小制品断面积F制min721503723.2选坯和选设备:根据加工范围要求〔F制≥F制min,及D外≤D外max有500T、800T可选,按成材率最高的原则,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λ制品长L制<m>成品数nx6<m>成品重W制<kg>成材率W制/Wd<％>1Φ95902704.621.1142422022233.297.391X63.4474.40%2Φ95903205.471.1142872026733.298.891X63.4462.77%3Φ12512040012.201.0853692534457.6119.823X610.3284.95%4Φ12512045013.731.0854152539057.6122.473X610.3275.38%最后选择成材率最高的84.95％对应的方案33.3挤压力的计算:根据挤压力公式：P=11.775×[〔D/d1/2－0.8]×D2×σbP——为单位挤压力,ND——挤压筒内直径,mmd——制品的当量直径,mmσb——某一挤压温度下材料的抗拉强度,MPa故P＝11.775×[〔125/16.461/2－0.8]×1252×16.2＝5829.21KN换算成吨位：约595TP＜额定吨位800T,设备选择符合要求,即理论技术可行。3.4实心型材模具体结构设计:模组的结构如下图图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,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6：设备吨位500T800T1630TΦ1×Φ2×HΦ160×Φ180×190Φ210×Φ250×240Φ310×Φ350×340H1203030H280～9090～100110～150H350～6050～6060～80挤压模具的尺寸如下表：表7：设备吨位500T800T1630TΦd1/d2Φ135/Φ145×20～25Φ165/Φ175×25～30Φ250/Φ260×30～40h11212～1312～133.5.实心模尺寸数据设计:1>．选坯和选择设备根据前面的计算挤压筒内直径D0=125mm锭坯尺寸：Dd×Ld＝Φ120挤压比λ=57.612>.模组及模子尺寸外形的计算图3：根据前面计算,从表6选取H2=100H3=60H1=30模子外形尺寸的确定〔如下图4图4：依据表7的数据可以确定d1=165㎜d2=175㎜h1=12㎜h2=30㎜3>模子内形尺寸的确定挤压比λ=57.61＜λMAX=82,故不需要多孔挤压确定模孔尺寸：型材外形尺寸公式：Ak=Am＋<1＋C1>＋△1Ak——模孔的实际尺寸Am——型材的名义尺寸C1——欲量系数〔对于6063合金,C1＝0.017～0.010,本设计C1取0.010△1——型材外形尺寸的正偏差值计算得到: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——模孔的实际壁厚处尺寸Sm——型材壁厚的名义尺寸C2——欲量系数,对铝合金一般取0.05～0.15,本设计取0.10△2——型材壁厚的正偏差计算得到：Sk＝3＋0.25＋0.10＝3.35mm模孔主要尺寸如下图5图5：4>．孔形在模子端面位置的确定由于本型材为等壁厚的型材,故型材的几何重心在置模子的中心压力中心的计算〔如下图示X0＝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压力中心为X0＝0,Y0＝6.325>.工作带长度的确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hg＝5mm6>.阻碍角由于hg≤10～15㎜,故不采用阻碍角7>．模子强度的校核型材模的强度较核主要是其悬臂梁部分,取型材上端AB为危险端面,进行强度校核.eq\o\ac<○,1>、求单位压力p：p＝P/F0〔P为挤压力,F0为挤压筒断面积P＝800吨,p＝800×1000×9.8/12266＝639.17Mpa舌部载荷Q＝pFsh〔Fsh为舌部即阴影部分面积Q＝639.17×32×15＝306801.6Neq\o\ac<○,2>、舌部弯曲应力σw计算：σw＝Mw/W式中Mw——弯矩,Mw＝Qe〔e为阴影部分重心到危险断面处的距离；W——截面模数,W＝bshH2/6〔H为模子厚度。bsh＝34mmMw＝306801.6×7.5＝2301NmW＝34×302/6＝5.1cm3σw＝2301/5.1＝451.2MPaeq\o\ac<○,3>、剪应力τ的计算：τ＝Q/bsh×Hτ＝306801.6/<34×30>＝300.79MPaeq\o\ac<○,4>、等效应力σe的计算：σe＝[σw2＋<1.73τ>2]1/2σe＝[451.22+<1.73×300.79>2]1/2＝688.74MPa500°C时4Cr5MoSiV1的屈服强度为1025MPa,远大于σ8>.作图〔见图纸四.空心型材模设计4.1所要设计的制品:本设计制品的的牌号为I529系列回型管具体参数为 B＝92mm,H＝25.4mm,T＝1.8mm,重量：1.09Kg/m具体如下图图64.2选坯和选设备:制品的截面积：F制＝409.68mm2模孔外接圆直径D外＝95.44㎜根据加工范围要求〔F制≥F制min,及D外≤D外max由表4知只有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>切压余后的有效长度Ld挤压比λ制品长L制<m>成品数nx6<m>成品重W制<kg>成材率W制/Wd<％>1151.104913046167.0130.95X633.0691.52161.105453051567.0134.55X633.0682.33181.106003057067.0138.26X639.6789.8最后选择成才率最高的91.5％对应的方案1即1630T的挤压设备锭坯尺寸为：DdXLd＝Φ178×540mm挤压比λ＝67.014.3挤压力的计算:根据挤压力公式：P=11.775×[〔D/d1/2－0.8]×D2×σbP——为单位挤压力,ND——挤压筒内直径,mmd——制品的当量直径,mmσb——某一挤压温度下材料的抗拉强度,MPa故P＝11.775×[〔187/22.841/2－0.8]×1872×16.2＝13750.3KN换算成吨位：约1403.1TP＜额定吨位1630T,设备选择符合要求,即所选设备理论可行4.4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=150H3=70H1=30模子外形尺寸简图如前图4依据表7的数据可以确定d1=250㎜d2=260㎜h1=13㎜h2=150㎜因为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∑F分/F型＝K,K即为分流比,一般K对于空心型材时,应等于λ1/2。本设计取K=8..19分流孔的面积∑F分＝K.F型=8.19×409.68=3355.28mm2且分流孔面积的大小按F大/F小=f大/f小其中,F---分流孔的面积,f----相应型材面积∑F分＝2X<F大＋F小>故F大＝1329.58mm2F小=348.06mm3>.分流孔位置的确定①分流孔中心圆的直径D分＝0.7D0=0.7×187=130.9mm②应保证分流孔最大外接圆直径比设备可加工范围的孔最大外接圆直径小5mm。本设计设备的可加工最大外接圆直径为Φ147,故分流孔最大外接圆直径≤Φ142mm③综合各因素考虑,暂时先取其外接圆直径为Φ132mm④确定a,α,β的大小如图图7其中a,b为模孔与模腔的最小距离,依据经验a,b一般取3～8㎜,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：,用代入相关数据可得出α≈40°,同理,得出β≈30°,由AutoCAD菜单栏"工具"→"查询"→"面积"功能验算得出结果基本正确。图94>.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4°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＋<3～20>㎜本设计采用倒梯形结构,取B=45见下图图106>.焊合室焊合室的形状和大小对焊缝的质量有很大的影响。按经验公式：当D0＝Φ190～200㎜时,h＝20㎜,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模子内形尺寸的确定:工件如图所示:图12:模具图如下:图13:按经验公式A=A0＋KA0A--制品外形的模孔尺寸A0－制品外形的公称直径K-经验系数,由于本设计争对6063合金,取K=0.010得BK=92〔1＋0.010+0.95=93.88,HK=25.4<1＋0.010>+0.7=26.36制品型材壁厚可由经验公式B=B0＋△确定由于B0=1.8㎜.本设计△＝0.1故Tk=1.8＋0.1=1.9㎜4.7模孔工作带长度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2～6㎜。本设计取hg＝5mm4.8模芯的设计:一般伸出下模工作带3－5mm,本设计取4mm,模腔外形按空心型材的空心部分确定。4.9上模凸台设计：上模凸台高取7mm,直径为Φ256mm,用于装配定位4.10定位销,螺钉〔按GB标准选取标准件:定位销的直径取两个：Φ8x75,螺钉采用M10x85,具体说明见装配图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针对模子的分流桥,模桥的弯曲应力和抗剪强度：分流桥弯曲应力校核Hmin＝L[p/<2×[σb]>]1/2,式中:Hmin——分流桥的最小高度L——分流桥两个危险断面的长度,经计算L＝mmP——作用在挤压垫片上的单位压力[σb]——模具材料在温度下的许用应力。在450～500°C下,对于4Cr5MoSiV1取[σb]＝1000MPa代入数据得：P=1630x9.8x1000/27451=582MPHmin＝125[582/〔2×1000]1/2Hmin≈67.43mm由于上