鋁合金擠壓工藝及模具設(shè)計【畢業(yè)論文+CAD圖紙全套】

買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 1 一  、 緒論  壓加工方法  擠壓是有色金屬、鋼鐵材料生產(chǎn)與零件成型加工的主要方法之一，也是各種復(fù)合材料、粉末材料等先進(jìn)材料制備與加工的重要方法。從大尺寸金屬鑄錠的熱擠壓開 坯 、大型管棒型材的熱擠壓加工至小型精密零件的冷擠壓成型，從粉末、顆粒料為原料的復(fù)合材料直接固化成型到金屬間化合物、超導(dǎo)材料等難加工材料，現(xiàn)代擠壓技術(shù)得以廣泛的應(yīng)用。  擠壓加工的方法主要有正擠壓，反 擠壓，側(cè)向擠壓，玻璃潤滑擠壓，靜液擠壓，連續(xù)擠壓。擠壓加工特點(diǎn)是 處于強(qiáng)烈的三向壓應(yīng)力狀態(tài) ， 這 有利于提高金屬的 塑性變形能力，提高制品的質(zhì)量 ， 改 善制品內(nèi)部微觀組織和性能。除此以外，擠壓加工還具有應(yīng)用范圍廣，生產(chǎn)靈活性大，工藝流程簡單和 設(shè) 備 投資少 的特點(diǎn) 。應(yīng)用 擠壓加工工藝 最多的材料是低熔點(diǎn)的有色 合金，如鋁及鋁合金。  加工行業(yè)的分布  中國 的鋁加工企業(yè)主要 集中于沿海 (廣東、福建、浙江、上海、江蘇、山東、河北、天津、北京、遼寧 )地區(qū)，即珠江三角洲 (廣州一深圳為中心的經(jīng)濟(jì)圈 )、長江三角洲 (上海為中心的經(jīng)濟(jì)圈 )、環(huán)渤海灣地區(qū) (京津經(jīng)濟(jì)圈 )所占比例較大，許多鋁加工企業(yè)都云集于此三大經(jīng)濟(jì)圈。在珠三角地區(qū)，主要集中在佛山地區(qū)，其中大瀝更是全國，甚至世界地區(qū)鋁 加工業(yè)的佼佼者 。  及鋁合金的特點(diǎn)與應(yīng)用  鋁及鋁合金 具有一系列 特性，在金屬材料的應(yīng)用中僅次于 鋼 材而居第二位。目前全世界鋁材的消費(fèi)量在 1800 萬 噸 以上，其中用于交通運(yùn)輸（包括鐵道車輛、汽車、摩托車、自行車、汽艇、快艇、飛機(jī)等）的鋁材約占 27%，用于建筑裝修的鋁材約 23%，用于包裝工業(yè)的鋁材約占 20%。 隨著中國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的高速發(fā)展，人民生活水平的不斷提高，中國的建筑行業(yè)發(fā)展迅速，包括鋁型材在內(nèi)的建筑裝飾材料不斷增加。鋁型材的應(yīng)用已經(jīng)擴(kuò)展到了國民經(jīng)濟(jì)的各個領(lǐng)域和人民生活的各個層面。  根據(jù)鋁合金的成分和生產(chǎn)工藝 特點(diǎn) ,通常分為 變形鋁合金 與鑄造鋁合金兩大類 。 變形鋁合金也叫熟鋁合金 ， 根據(jù) 據(jù)其成分和性能特點(diǎn)又分為防銹鋁 ， 硬鋁 ， 超硬鋁 ， 鍛鋁和特殊鋁等五種 。  鋁合金比純鋁具有更好的物理力學(xué)性能：易加工、耐久性高、適用范圍廣、裝飾效果好、花色豐富。鋁合金分為防銹鋁、硬鋁、超硬鋁等種類，各種類均有各自的使用范圍，并有各自的代號，以供使用者選用。  鋁合金型材具有強(qiáng)度高、重量輕、穩(wěn)定性強(qiáng)、耐腐蝕性強(qiáng)、可買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 2 塑性好、變形量小、無污染、無毒、防火性強(qiáng)，使用壽命長（可達(dá) 50 100 年），回收性好，可回爐重?zé)?。多年來世界各國均采?6063 鋁合金 （鋁合金近百種） 作 為門窗框架。主要是為了該金屬表面陽極氧化效果好，開始陽極氧化是白色，后進(jìn)一步改變電解質(zhì)才達(dá)到古銅色，這兩種主體顏色在國內(nèi)用了十多年。  表 1： 鋁合金 化學(xué)成分 (: 3190 牌號  e n r i 其它元素  注  每種  合計  6063 量  005 量   6061 量  082 量   本設(shè)計選用 6063 鋁合金 ,由于其強(qiáng)度高，質(zhì)量 輕，加工性能好，在退火狀態(tài)下，該合金有優(yōu)良的耐蝕性及物理機(jī)械性能，是一種可以時效強(qiáng)化的 泛應(yīng)用于基礎(chǔ)性建筑行業(yè)以及一些機(jī)械制造業(yè)。  6063合金中的主要合金元素為鎂與硅，具有加工性能極佳、優(yōu)良的可焊接性、擠出性及電鍍性、良好的抗腐蝕性、韌性，易于拋光、上色膜，陽極氧化效果優(yōu)良，是典型的擠壓合金。廣泛應(yīng)用于建筑型材、灌溉管材、供車輛、臺架、家具、升降機(jī)、柵欄等用的管、棒、型材。  表 2： 6063 室溫下的 機(jī)械性能 （  : 合 金  狀態(tài)  彈性   模量  E/ 剪切  模量  G/ 抗拉    強(qiáng)度  屈服  強(qiáng)度  伸長率   /% 泊松系數(shù) u 布氏硬度  度 / 3/6063 淬火 自然 時效  7100 2700 145 186 12 073 文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 3 表 3： 6063 鋁合金隨溫度變化的力學(xué)性能  合金  狀態(tài)  溫度  T/  抗拉強(qiáng)度  屈服強(qiáng)度  伸長率   /% 6063 淬火 + 人工時效  150 142 133 20 205 62 45 40 260 31 24 75 315 23 17 80 370 16 14 105 從表 可以看出隨著溫度的升高抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度逐漸變小，伸長率增大 。  表 4：常用擠壓工具鋼化學(xué)成分  鋼號  (C)/% (% (% (% (% (W)/% (V)/% 5 5  3   設(shè)計選用模具材料為 4稱 。鋼中碳化物類型有623在鋼中起回火時二次硬化作用； W、 V 能提高鋼抗回火軟化能力，保持高溫下的強(qiáng)度、韌度； 硅提高鋼的回火穩(wěn)定性和抗熱疲勞能力。 鉻和硅還能提高抗氧化和抗燒蝕性。  買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 4 表 5： 常用擠壓工具鋼及其機(jī)械性能：  鋼號  試驗(yàn)溫度T/  b/  /%  /% 處理工藝  500 400 500 600 1150 1010 780 430 990 860 690 410 47 61 86 84 51 311 302 235 850 空淬，600 回火  300 400 450 500 600 - 1491 1520 1430 1280 - 1373 1363 1304 - - - - 15 - -   429 429 405 325 325 1100 在油中淬火，550 回火  400 450 500 550 600 1360 1300 1200 1050 825 1230 1135 1025 855 710 49 52 56 58 67 6 7 9 12 10 - - - - - 1050 油淬，625 回火在油中兩小時  二、總設(shè)計過程概論  壓工藝流程  金屬制品是經(jīng)若干個工序制作出來的，每個工序按一定順序連接起來，就形成了工藝。工藝要在一定條件下完成，有特定的工藝參數(shù)。  擠壓工藝流程： 鑄錠加熱 擠壓 切壓余 淬火 冷卻 切頭尾  切定尺   時效 表面處理 包裝入庫  壓工藝及工藝參數(shù)條件的確定  應(yīng)考慮擠壓溫度、擠壓速度、潤滑、模具（ 種類 形狀、形狀等） 、 切壓余 、 切頭尾 、 淬火 、冷卻、等多方面的因素，合理 地 選擇工藝或參數(shù)。  1） 鑄錠的加熱溫度  買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 5 6063鋁的最高允許加熱溫度為 550，下限溫度為 320，為了保證制品的組織，性能，表面質(zhì)量，為了降低變形抗力，擠壓時錠坯的加熱溫度不宜過高，應(yīng)盡量降低擠壓溫度。一般取 490 530。  2） 擠壓筒預(yù)熱  模具的成分多為合金鋼，由于導(dǎo)熱性差，為避免產(chǎn)生熱應(yīng)力，擠壓前擠壓筒要預(yù)熱，為保證擠壓制品的質(zhì)量，并且具有良好的擠壓效應(yīng)，擠壓筒溫度可取 400 450。可采用通電自行預(yù)熱。  3） 模子預(yù)熱  避免 急 熱，延長模具壽命， 應(yīng)對模具進(jìn)行預(yù)熱。  4） 擠壓溫度  熱擠壓時，加熱溫度一般是合金熔點(diǎn)絕對溫度的 壓過程中溫度最好控制在 500左右。  6） 擠壓速度  考慮金屬與合金的可擠壓性，制品質(zhì)量要求及設(shè)備的能力限制，本設(shè)計的擠壓速度取m .0 錠 ， m 060 流出 。  7）工模具的潤滑  因本設(shè)計采用熱擠壓，故不采用潤滑。  8）模具  模具應(yīng)具有足夠的耐高溫疲勞強(qiáng)度和硬度，較高的耐回火性及耐熱性，足夠的韌性，低的 熱 膨脹系數(shù)和良好的導(dǎo)熱性，可加工性，及經(jīng)濟(jì)性，本設(shè)計采用 4為模具的材料，熱處理的硬度為 52。  9） 切壓余  本設(shè)計視擠壓設(shè)備而定，一般 20 30控制質(zhì)量，切去縮尾 等缺陷。  10） 淬火  本工藝過程中，制品 擠出后可通過設(shè)置風(fēng)扇對制品進(jìn)行吹風(fēng)來達(dá)到風(fēng)淬（固溶強(qiáng)化）的目的， 或采用噴水霧的方法。  11）冷卻  直接露置在空氣中冷卻，達(dá)到自然時效的目的。  12） 切頭尾  一般擠壓制品的頭部和尾部都存在缺陷，為了不影響制品的性能，需要進(jìn)行切頭尾的工  買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 6 作。切頭尾的量可以是 300 50000 1000次設(shè)計頭尾各切 300 13） 切定尺     本次設(shè)計取每根制品 6m 長作為切定尺的標(biāo)準(zhǔn)。  14） 時效    時效處理可以分為兩種：自然時效和人工時效。自然時效即讓擠壓制品在空氣中停放；  人工時效對 680 240下保溫 6 8h。  15）表面處理  為了提高制品的耐蝕性和抗疲勞性等，可以對其進(jìn)行表面處理。表面處理一般有：陽極氧化、著色、噴粉、噴涂、電泳、拋光等。  16）包裝入庫  將鋁合金成品進(jìn)行包裝入庫。  三、實(shí)心型材模設(shè)計  要設(shè)計的實(shí)心型材制品  （ 1） 已知： 要求 本制品的形狀和尺寸 及公差 如下  圖 1  U 型材 截面  牌號    制品的截面積 22  31 3 4.1 制制品材料為 6063， 制品 擠一米的重量 3  ?？淄饨訄A直徑 2 外買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 7 (2)現(xiàn)有設(shè)備  表 6 設(shè)備噸位  500T 800T 1630T 擠壓筒直 經(jīng)0D(95 125 187 擠壓截面積0F(7085 12266 27451 錠坯尺寸dD270/320 120 400/450 178 540/600/660 冷床長 (m) 26 32 44 填充系數(shù) K 余厚 (20 25 30 最大擠壓比2 工范圍  最大外接圓直徑  65 95 147 擠一根最小制品斷面積  2 72 150 372 坯和選設(shè)備  選擇擠壓筒直徑 一個最核心的問題，有以下的選擇原則：  1）保證產(chǎn)品表面質(zhì)量原則  C 1K （ C 為模孔距筒內(nèi)表面的距離， 1K 為經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)， 可取 15、 20、 30）  2）保證擠壓模強(qiáng)度的原則  3）保證產(chǎn)品內(nèi)在質(zhì)量的原則  4）經(jīng)濟(jì)上的優(yōu)化原則生產(chǎn)成本最低；成材率最大；產(chǎn)量最高  ?？淄饨訄A直徑外D=品的截面積制F  根據(jù)加工范圍要求（制F=外D=所以 只 有 500T 可用， 按成才率最高的原則，進(jìn)一步優(yōu)化，計算如下 表 所示：  買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 8 序號  單重g) 填充系數(shù)K 填充后長度余厚 切壓余后的有效長度  壓比    制品長度L 制  (m) 切頭尾后制品長度制L(m) 成品       數(shù)  m) 成品重制W(成材率  W 制/ ) 1 95 90 270 42 20 222 6  95 90 320 87 20 267 6 后選擇成才率最高的 案 1 即： 選擇 500擠壓筒內(nèi)徑  95坯尺寸為：  90 270 =壓力的計算  根據(jù)擠壓力經(jīng)驗(yàn)系數(shù)公式，  2)  P 擠壓力 , N D 擠壓筒內(nèi)直徑， mm d 制品的當(dāng)量直徑， （ 制）  b 材料在擠壓溫度下的變形抗力， 表 3，并由外推法得出 500時的變形抗力為 12 所以 d= 制 =2) 7   = 1295) 7    買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 9 =2564895N 換算成噸位：約 262T P=236T額定噸位 500T，設(shè)備選擇符合要求，即理論技術(shù)可行  心型材模具體結(jié)構(gòu)設(shè)計  模組的結(jié)構(gòu)如下圖  圖 2 模組的結(jié)構(gòu)  對于不同噸位的擠壓機(jī)，下圖中的主要結(jié)構(gòu)尺寸都是配套設(shè)置的，可以從有關(guān)資料中查得。模組的主要結(jié)構(gòu)尺寸如圖 3 模組尺寸如下表  表 7 模組尺寸  設(shè)備噸位  500T 800T 1630T 1 2 H 160 180 190 210 250 240 310 350 340 0 30 30 0 90 90 100 110 150 0 60 50 60 60 80 擠壓模具的尺寸如下表  表 8 擠壓模具的尺寸  設(shè)備噸位  500T 800T 1630T d1/135/145 165/175 250/260買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 10 20 25 25 30 30 40 2 12 13 12 13 心模尺寸數(shù)據(jù)設(shè)計  （ 1） 選 坯和選擇設(shè)備  根據(jù)前面的計算  選 500擠壓筒內(nèi)直徑0D=95       錠坯尺寸：  90 320壓比 = 2） 模組及模子尺寸外形的計算  圖 3 模組主要結(jié)構(gòu)尺寸標(biāo)注  模組主 要結(jié)構(gòu)尺寸 確定  根據(jù)前面計算，從表 7選取  H=190  1H =20 2H =80 3H=55 1 1601 180子外形尺寸的確定（如下圖 4）      模子外形尺寸  買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 11 依據(jù)表 8的數(shù)據(jù)可以確定  1d = 135    2d = 145   1h =12    2h =25  （ 3） 模 孔 幾何 尺寸的確定  擠壓比 =故不需要多孔擠壓 。   ?？椎耐庑纬叽?（指型材的寬與高） 公式  11(1 ) C 式中： 型材的名義尺寸， C 裕量系數(shù)，見金屬塑性加工學(xué)，冶金工業(yè)出版社，  5 1鍛鋁取 本設(shè)計取 型材外形尺寸的正偏差 ，  型材的 壁 厚的尺寸 22 C 式中： 型材壁厚的名義 尺寸， 型材壁厚的正偏差 ， C 裕量系數(shù)，對鋁合金取 其中壁薄的取下限，厚 壁  取上限。 本設(shè)計 取  計算 得出幾何尺寸 : 模孔外型尺寸 ：  長 度 方向 25  kB=+ 1C ） +1=32 （ 1 +度方向 13 kH=+ 1C ） +1=13 （ 1 +文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 12 壁 厚的尺寸    22 C =  型材的圓角及圓弧沒有偏差要求，故可按名義尺寸設(shè) 計  由于這種 型 材在擠壓的過程中有并口現(xiàn)象，角度取 91  制造偏差為  ，主要尺寸如下 圖  圖 5   ?？讕缀纬叽? （ 4） 孔形在模子端面位置的確定  由于本型材為等壁厚的型材，故型材的重心 與 模子的中心 重合。  ?？?重 心的計算 ， 如 下 圖建立坐標(biāo)系：  買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 13 圖 6模孔 幾何中心 確定  設(shè)壓力中心為（0x，0y） 由于 圖 6關(guān)于  所以0x=0 ， 則 壓力中心為 （ 0，0y）  各邊中心坐標(biāo)為： 0,0, 111 222 13,33 444 , 555 666 13,777 888 各邊長分 別為： 1l =252l =8l=13l=7l=4l =6l=l=y=876543218877665544332211 = =于制品對稱， 所以 （0x，0y） =（ 0，  （ 5）工作 帶長度的確定  工作帶又稱定徑帶，是 用以穩(wěn)定制品尺寸和保證制品質(zhì)量的關(guān)鍵部分。 由于是等壁厚型材，故定徑帶長度 一般可取 2 生產(chǎn)實(shí)踐中對鋁合金常用 3 8 ，  本 次設(shè)計取 4  買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 14 模角工作帶與工作端面的連接都有一個尖棱角，擠壓過程中易于出現(xiàn)裂紋和壓禿、壓塌 等現(xiàn)象從而會改變模孔尺寸，導(dǎo)致難以保證擠壓制品的尺寸精度，因此，必須采用過渡圓角半徑 r。  （ 6）出口直徑  模子的出口直徑一般應(yīng)比工作帶直徑大 3 5防止劃傷制品表面，本設(shè)計取 4作帶與出口的過渡部分以圓角半徑等于 4 5 做成 20 45的斜面。  （ 7）入口圓角半徑  入口圓角半徑 進(jìn)入工作帶時所產(chǎn)生的非接觸變形，也是為了減輕在高溫下擠壓時模子的入口棱角被壓頹而很快改變模孔尺寸用的，但擠壓鋁合金時不應(yīng)有入口圓角，而要求保持銳利的角度，一般取r= （ 8） 阻礙角  由于 10 15，故不采用阻礙角  （ 1） 設(shè)備 能力的 校核  根據(jù)前面擠P=262采用凸臺式。 由于本設(shè)計中的模芯寬度為 40于 20采用凸臺式。 舌芯長度宜短，稍伸出工作帶即可，過長則造成管子偏心，過短則形成橢圓型，對于小型擠壓機(jī)， 一般伸出下模工作帶 1設(shè)計取 3 腔外形按空心型材的空心部分確定。 成型部分以上的部分要造成圓角，這樣有利于焊合質(zhì)量提高  mm,t=下圖所示：  圖  12 上模凸臺 高 取 下模 裝配定位 ，用于裝配定位 。而 下模的凸 臺 高度為 5為 2置在下模的邊緣部分，用于與上模裝配定位。   螺釘 及搬運(yùn)螺釘?shù)倪x擇  定位方面采用 固定銷， 在上模做一個凸出 5 8的圓柱，下模作相應(yīng)的孔來定位，而省去采用 定位銷 ，固定銷布置時應(yīng)采用不對稱布置 。  螺釘采用 內(nèi)六角圓柱頭螺釘 長度為 70 搬運(yùn)螺釘 采用吊環(huán)螺釘，選用  組合模在使用過程中，常因受較高的壓力而使橋被壓塌和壓斷，根部還被拉斷，而且在舌芯根部和分流孔周圍也可能產(chǎn)生裂紋。因此在設(shè)計中應(yīng)對強(qiáng)度進(jìn)行校核。  孔道式組合模在 工作時承受載荷最不利的情況是分流孔道和焊合室尚未進(jìn)入金屬和買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 26 金屬充滿焊合室以后流出模孔之際，故強(qiáng)度的校核主要是 針 對模子的分流橋，模橋的彎曲應(yīng)力和抗剪強(qiáng)度 。  1)分流橋彎曲應(yīng)力校核   2m 式中 : 分流橋的最小高度 ； mm l 分流橋 支座間中心距離； 由 圖 7 算出  l = 2=p 作用在擠壓墊片上的單位壓力， p P/9255325N/27451=337 b 模具材料在 工作 溫度下的許用應(yīng)力 50500 下 ,對 4 b =900入數(shù)據(jù)得   2m =于上模厚度上H 80符合要求  2） 分流孔道抗剪強(qiáng)度的校核   Fn p  式中： 許用剪應(yīng)力 =(b,在 450500 下 ,對于 4b=1200所以 600 720 分流橋端面上受的總壓力， N N 分流孔的數(shù)目 :為 4 F 以分流孔間的最短距離為長度  2  由圖 7測出分流孔間的最短距離  F=80=1096 2分流橋端面買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 27 上受的總壓力為  5 6 2 0 8 77 6 0 3337 橋 =09642562087=584 600 720強(qiáng)度符合要求  （見圖紙）  五、總結(jié)與體會  在袁老師的諄諄教導(dǎo)下，通過兩個星期的課程設(shè)計，我對模具以及模具設(shè)計的一般步驟有了初步的了解。  原來以為專業(yè)知 識學(xué)得好就能做得好