鋁合金熱擠壓模三?？自O(shè)計

1、目 錄摘 要Abstract第1章 概述 11.1模具概況及發(fā)展趨勢11.2模具生產(chǎn)工藝特點21.3鋁型材擠壓工藝2 1.4研究的目的和意義 2第2章 擠壓產(chǎn)品的工藝分析 3 2.1技術(shù)要求： 3 2.2工藝分析 3 2.3生產(chǎn)方案 6 2.4模具總體結(jié)構(gòu)分析 8 第3章 工藝計算 9 3.1坯料尺寸計算 9 3.2擠壓力的計算 11 3.3擠壓機的選擇13 3.4壓力中心的計算14 第4章擠壓工模具結(jié)構(gòu)設(shè)計15 4.1模具結(jié)構(gòu)設(shè)計15 4.2擠壓筒設(shè)計23 4.3 擠壓軸設(shè)計24 4.4 擠壓墊設(shè)計254.4 模具實體圖26總 結(jié)29參考文獻30 致 謝31 插圖清單圖2-1 基本尺寸3 圖

2、2-2 型材尺寸5圖3-1 壓力中心14圖4-1 分流孔截面形狀15 圖4-2 分流孔形狀16圖4-3 分流橋的斷面形狀 17 圖4-4 分流橋截面結(jié)構(gòu) 18 圖4-5 模芯放置方案 19 圖4-6 模芯尺寸 19 圖4-7 焊合室結(jié)構(gòu) 20 圖4-8 ?？椎木唧w尺寸 21 圖4-9 平面分流模?？卓盏?22 圖4-10 擠壓軸的結(jié)構(gòu)與尺寸 26 圖4-11 擠壓墊尺寸結(jié)構(gòu)27 圖4-12 上模試題圖28 圖4-13 下模實體圖29 插表清單表2-1 型材分類表3表2-2 軟合金型材的壁厚尺寸允許偏差表4表2-3 6063化學(xué)成分6表3-1 不同公稱壓力機的合理工藝參數(shù)9 表3-2 不同擠壓機

3、壓余厚度10表4-1 焊合室高度與擠壓筒直徑的關(guān)系 21 表4-2 不同擠壓機的鑄錠長度 26 平開窗5011鋁合金型材熱擠壓模設(shè)計摘 要模具制造工藝生產(chǎn)的產(chǎn)品在全球的制造技術(shù)生產(chǎn)的產(chǎn)品中中占據(jù)越來越高的比例。利用模具加工工藝進行的制造技術(shù)在制造復(fù)雜斷面型材，減少成形工序，提高生產(chǎn)效率等方面與其它制造技術(shù)相比擁有無與倫比的優(yōu)勢。本設(shè)計對平開窗5011進行熱擠壓模具設(shè)計，合理的模具設(shè)計，延長模具和擠壓工模具的使用壽命，減少原材料的消耗需求，優(yōu)化加工工序，生產(chǎn)更優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品具有重要意義。本設(shè)計的課題是平開窗5011鋁合金熱擠壓模設(shè)計，對6063鋁合金進行工藝性分析，選擇正向熱擠壓。錠坯加熱溫度為43

4、0，擠壓筒預(yù)熱溫度為410，擠壓溫度控制在520，擠壓速度60m/min；擠壓模具類型為平面分流組合模，冷卻采用水冷，模具和擠壓工模具制作材料選用H13鋼，擠壓機為7.5MN的臥式擠壓機；平面分流組合模上模分流孔采用三分流孔結(jié)構(gòu)，分流孔形狀為三個半圓，上模厚度為70mm，經(jīng)分流比校核后，分流橋?qū)挾却_定為23.9mm。模芯截面形狀為長46.2mm寬13.54mm的矩形。下模中的焊合室高度確定為10mm，模孔工作帶長度范圍為2.87mm。?？卓盏哆x用斜空刀結(jié)構(gòu)。擠壓筒預(yù)熱方式采用工頻加熱的方式，擠壓筒選擇雙襯套結(jié)構(gòu)，雙層襯套厚度分別為380mm，190mm。擠壓軸為圓擠壓軸，墊片選用實心帶工作帶的

5、擠壓墊片。 通過對本課題的設(shè)計可以得到合理的模具設(shè)計有利于提高制品產(chǎn)量，優(yōu)化制品品質(zhì)，降低成本支出。對鋁合金型材熱擠壓模設(shè)計選用材料為H13鋼，該鋼種具有優(yōu)良的熱擠壓性能，質(zhì)優(yōu)價廉。在設(shè)計過程中要善于運用輔助軟件，提高設(shè)計效率，增加設(shè)計的精確性。關(guān)鍵詞：熱擠壓；平面分流組合模；分流孔；焊合室；模芯 Design of extrusion die for aluminum 5011Aluminium Alloy HeatAbstractThe production of die manufacturing technology products occupy more and more prop

6、ortion in the global production of manufacturing technology products in. By using the mold processing technology of manufacturing technology in manufacturing complex sections, reduce the forming process, improve production efficiency compared with other manufacturing technology has incomparable adva

7、ntage. The design of the flat open window 5011 mold design of hot extrusion die design, reasonable, prolong die and extrusion die life, reduce the consumption of raw materials demand, optimize machining process, is of great significance to produce more quality products.This design topic is the desig

8、n of extrusion die for aluminum aluminum alloy 5011, analyze the 6063 aluminum alloy hot extrusion, forward. Billet heating temperature is 430 , extrusion cylinder preheating temperature is 410 , extrusion temperature control in 520 , extrusion speed 60m/min; extrusion die type porthole die, water c

9、ooling, die and extrusion die material selection of H13 steel, extrusion machine for the horizontal type 7.5MN extrusion machine; porthole die die diffluence hole with three shunt pore structure, diversion hole shape into three semi-circular, die thickness is 70mm, the split ratio after checking, po

10、rthole bridge width of 23.9mm. Section shape core is a rectangular length 46.2mm width 13.54mm. Welding chamber in a lower die height was 10mm, the length range of die hole with 2.87mm. Die hole air knife use oblique air knife structure. Extrusion cylinder preheating with a frequency heating, extrus

11、ion cylinder double lining structure, double-layer lining thickness are respectively 380mm, 190mm. The extrusion shaft axis round extrusion, extrusion gasket gasket solid belt belt. The design of this subject are reasonable mold design to improve product yield, optimize the product quality, reduce c

12、ost. Aluminum alloy hot extrusion die design and selection of materials for the H13 steel, the steel has excellent heat extrusion performance, quality and cheap. In the design process should be good at using the software, improve the design efficiency, increase the accuracy design.Keywords：Hot extru

13、sion; porthole die; porthole die; H13 steel; welding chamber;第1章 概述1.1模具概況及發(fā)展趨勢 在工業(yè)生產(chǎn)中，用各種壓力機和裝在壓力機上的專用工具，通過壓力機的壓力，使金屬或非金屬材料在專用工具內(nèi)變形、流動獲得所需形狀和尺寸的工件，這種專用工具統(tǒng)稱為模具。模具為多種重要工業(yè)領(lǐng)域的工業(yè)生產(chǎn)提供強力支撐，很多工業(yè)的發(fā)展需要依靠模具制造工藝提供的擠壓制品。它們的發(fā)展需要也在有力的推動著模具產(chǎn)業(yè)不斷前進。也因為模具在工業(yè)中重要而獨特的作用，各個國家的模具發(fā)展水平也從某個角度展現(xiàn)了該國的工業(yè)體系發(fā)展水平。根據(jù)國際生產(chǎn)技術(shù)協(xié)會預(yù)測，未來模具加

14、工制造的零件比例會越來越高，在本世紀(jì)之內(nèi)，依靠模具加工制造的零件比例至少可達到一半。 近年來模具工業(yè)迅猛發(fā)展，國外模具企業(yè)廣泛應(yīng)用高新技術(shù)，CAD/CAE/CAM技術(shù)廣泛使用，跨越圖板，二維繪圖的初級階段，3D設(shè)計達到70%以上。高速切削加工，快速成型，快速制模是在發(fā)達國家的模具企業(yè)中被廣泛采用的技術(shù)手段。我國的模具發(fā)展生產(chǎn)發(fā)展很快，在一定程度上滿足了加工業(yè)對模具的需求，并逐步發(fā)展為國民經(jīng)濟的基礎(chǔ)經(jīng)濟。與工業(yè)發(fā)達國家愛比較，差距還比較大，標(biāo)準(zhǔn)化程度低，模具制造精度低，品種少，加工效率低，管理水平差。我國模具制造中，其長期戰(zhàn)略是以國內(nèi)市場為導(dǎo)向，以開發(fā)精密大型長壽成套模具為重點，減少進口，促進出

15、口。發(fā)展模具基礎(chǔ)技術(shù)，發(fā)展高新技術(shù)，發(fā)展模具成套加工精密設(shè)備。我國對鋁合金熱擠壓模的CAD/CAM應(yīng)用模塊化結(jié)構(gòu)，可以完成平面模組和模設(shè)計的全過程，顯著提高了設(shè)計復(fù)雜模具的效率和質(zhì)量，操作簡單運行可靠。未來，模具的需求量會繼續(xù)增長，特別是汽車，電子，化工，建筑等領(lǐng)域鋁合金擠壓模將會繼續(xù)增加。超級電子計算機，航空航天等尖端領(lǐng)域?qū)Ω呔饶＞叩男枨罅恳矔^續(xù)上漲。隨著產(chǎn)品的大型化，復(fù)雜化，大型復(fù)雜模具的用量也會不斷增加。據(jù)調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，近幾年，鋁合金擠壓模用量以令人驚異的速度增長持續(xù)增長著。目前我國的模具工業(yè)取得了迅猛的發(fā)展但模具工業(yè)水平較為落后，缺乏精密的加工設(shè)備，大型、精密、復(fù)雜模具的能力不夠，

16、無法滿足市場的強烈需求，依然存在著模具品種少、精度低、結(jié)構(gòu)欠合理、壽命短等缺點。我國模具產(chǎn)業(yè)分布并不均衡，東南沿海地區(qū)發(fā)展較快。南方的發(fā)展快于北方。中國模具產(chǎn)業(yè)主要集中在東部沿海地區(qū)，廣東省為中國模具發(fā)展水平最高的地域。 1.2模具生產(chǎn)工藝特點模具為多種重要工業(yè)領(lǐng)域的工業(yè)生產(chǎn)提供強力支撐，很多工業(yè)的發(fā)展需要依靠模具制造工藝提供的擠壓制品。模具在現(xiàn)代工業(yè)中的重要作用主要表現(xiàn)在：(1)利用模具生產(chǎn)制品的的擠壓成型技術(shù)是型材變形成形工藝中很重要的一種工藝。如在擠壓、拉拔、鍛造、塑料加工等領(lǐng)域有重要的作用。(2)模具的應(yīng)用可以減少切削加工工序，降低原材料的消耗，因為模具的使用可以減少切削加工甚至制品無

17、需切削加工，所以提高了制品組織質(zhì)量。為少無切削加工的實現(xiàn)提供了重要的方向。(3)隨著社會的發(fā)展，工業(yè)發(fā)展水平的提高，人們消費要求的提高，都對模具的發(fā)展提出了要求。模具使用壽命要更長，模具使用溫度更高，制品精度更高，需要的切削加工更少，模具制品形狀更復(fù)雜，這就需要不斷地創(chuàng)新，研究模具新工藝。1.3鋁型材擠壓工藝目前，鋁合金型材最主要的加工手段是擠壓成型工藝。金屬在被擠壓過程中能夠獲得比軋制鍛造更強烈和均勻的三向壓應(yīng)力狀態(tài)，有助于被擠壓金屬更加充分的發(fā)揮本身的塑性。因此，對低塑性、難變形金屬進行變形工藝加工時，更適合使用擠壓成型工藝。對利用錠坯來生產(chǎn)變形產(chǎn)品來說，擠壓工藝具有其它加工手段無法比擬的

18、優(yōu)越性。擠壓工藝生產(chǎn)產(chǎn)品多樣，更能生產(chǎn)令其它加工手段束手無策的復(fù)雜高精度制品，擠壓成型工藝還具有低成本，較低能耗，生產(chǎn)操作簡單等優(yōu)勢。擠壓成型工藝只需一臺擠壓機便可以生產(chǎn)多規(guī)格，多種類的制品,只要根據(jù)生產(chǎn)制品的不同更換對應(yīng)的模具和擠壓工模具。根據(jù)市場需求，可以及時調(diào)整生產(chǎn)制品種類而不需要大量更換生產(chǎn)設(shè)備，這樣便降低了企業(yè)生產(chǎn)成本，增強了企業(yè)競爭力。1.4研究的目的和意義鋁合金型材熱擠壓是指將鋁合金高溫鑄坯置入專用模具中,在擠壓機的壓力下,為了得到符合產(chǎn)品要求的型材將鋁合金以特定的速度由模腔中擠出。因為熱擠壓成型過程復(fù)雜,所以熱擠壓模具的設(shè)計制作質(zhì)量與使用壽命對生產(chǎn)鋁合金型材有十分重要的作用。本

19、設(shè)計根據(jù)產(chǎn)品要求，分析6063鋁合金材料性能，選擇合適的生產(chǎn)方案，設(shè)計擠壓工模具的結(jié)構(gòu)與參數(shù)。合理的設(shè)計模具,可以提高模具的使用壽命,制造出具有高強度、高硬度、高溫韌性好、高抗熱疲勞、抗劃傷性能優(yōu)良的熱擠壓模對降低能源原料消耗，生產(chǎn)更優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品有重要作用。如企業(yè)生產(chǎn)擠壓產(chǎn)品而言,模具的成本在總成本中總占有相當(dāng)?shù)囊徊糠?如果提高模具的使用壽命,則可以大幅降低產(chǎn)品的生產(chǎn)成本。第2章 擠壓產(chǎn)品的工藝分析 2.1技術(shù)要求：產(chǎn)品代號：5011牌號及狀態(tài)：6063 T5 密 度：2.69g/cm3壁 厚：1.4mm米 重：0.63kg/m技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：GB5237.1-2004擠出長度：50m 圖2-1 基本尺

20、寸2.2工藝分析2.2.1形狀和尺寸分析該產(chǎn)品外側(cè)長為50mm，寬為40mm，壁厚為1.4mm。最小壁厚由截面外接圓直徑?jīng)Q定，因為該產(chǎn)品壁厚已有要求故無需查表取值。因為該鋁合金型材是下端構(gòu)成了半封閉形狀，所以該型材是半空心型材。根據(jù)表2-1可知該制品為半空心型材中的級。 2.2.2直角間的圓角半徑凸出的直角的過渡半徑過小時會發(fā)生應(yīng)力集中，產(chǎn)生裂紋甚至斷裂，所以要合理設(shè)計過渡圓角半徑。凹形的直角容易在模具入口處更加容易磨損，所以要盡量避免尖角過渡，采用圓角。以6063為代表的這種具有優(yōu)良擠壓性能的鋁合金，圓角半徑0.4mm。這里取=0.4 mm。 表2-1 型材分類表 型材類別定義典型合金類（硬

21、合金型材）2系、7系合金及含鎂量大于等于30%的5系合金2A11、2A12、2017、2017A、2014、2014A、2024、5A03、5A05、5A06、5154、5019.、5083.、5086.、7A04、7003、7005、7020、7022、7049A、7075、7178、類（軟合金型材）除類以外的合金1050A、1060、1100、1200、1350、3A21、3003、3103、5A02、5005、5005A、5251、5052、5454、6A02、6101A、6101B、6005、6005A、6106、6351、6060、6061、6261、6063、6063A、2.2.3

22、尺寸偏差模具彈性變形的大小，選取的模具材料的不同，模具工作溫度的不同，模具制造精度要求的不同和磨損程度都會對尺寸偏差造成影響。工藝圓角半徑的允許偏不超過名義半徑的10%，且不小1mm，有特殊要求時，雙方協(xié)商并在圖中注明。鋁合金型材的壁厚尺寸偏差可分為普通級，高精級和超高精級。對6063鋁合金的型材來說，有裝配關(guān)系的尺寸，其允許偏差應(yīng)該選用高精級或超高精級，但還考慮到精度要求越高成本必然增加的問題，在作為平開窗的鋁合金型材并無超高精級要求的的情況下，這里選用高級精度。壁厚尺寸允許偏差如表2-2所示。 表2-2 軟合金型材的壁厚尺寸允許偏差表級別公稱壁厚mm 下列外接圓直徑對應(yīng)各組壁厚的偏差（）/

23、mm高精級100100300300500500800A組B組A組B組A組B組A組B組1.50.200.300.250.400.351.530.250.350.300.500.450.700.500.90360.300.550.350.700.600.900.601.006100.350.750.451.000.651.200.701.5010150.401.000.501.300.701.500.801.8015200.451.500.551.800.752.000.852.5020300.501.800.602.200.802.500.903.0030400.600.702.500.903.

24、101.003.2040500.801.001.10A組指的是與空心部分不相鄰的壁厚 B組指的是與空心部分相鄰的壁厚根據(jù)表2-2軟合金型材的壁厚尺寸允許偏差查出本制品的斷面形狀尺寸偏差，畫出的型材尺寸如圖2-2所示。2.2.4材料性能分析 T5代表由高溫成型過程冷卻，然后進行人工時效的狀態(tài)。適用于由高溫成型過程冷卻后，不經(jīng)過冷加工（可進行矯直、矯平，但不影響力學(xué)性能極限），予以人工時效的產(chǎn)品。合金在進熱處理后抗拉強度會大大增加。表2-3 6063化學(xué)成分牌號SiFeCuMnMgCrZnTi其他元素60630.20.60.350.100.100.450.90.100.100.100.15 圖2-

25、2 型材尺寸 6063鋁合金多用于建筑型材，如門窗，幕墻等，為了滿足其使用需求，6063鋁合金在抗氧化、耐腐蝕、韌性、變形加工性能、焊合性能等方面有比較優(yōu)異的表現(xiàn)，是很有代表性的擠壓合金。6063鋁合金還具有沖擊韌性高，對缺口不敏感的優(yōu)點。因為本身具有優(yōu)異的熱塑性，可以高速擠壓成結(jié)構(gòu)復(fù)雜、薄壁、中空的各種型材，或鍛造成結(jié)構(gòu)復(fù)雜的鍛件。淬火溫度范圍寬，淬火敏感性低，擠壓和鍛造脫模后，只要溫度高于淬火溫度，即可用噴水或穿水的方法淬火。薄壁件（3mm）還可以實行風(fēng)淬。焊接性能和耐蝕性優(yōu)良，無應(yīng)力腐蝕開裂傾向，在熱處理可強化型鋁合金中，Al-Mg-Si系合金是唯一沒有發(fā)現(xiàn)應(yīng)力腐蝕開裂現(xiàn)象的合金。加工后

26、表面十分光潔，且容易陽極氧化和著色。6063鋁合金型材以其良好的塑性、適中的熱處理強度、良好的焊接性能以及陽極氧化處理后，表面華麗的色澤等諸多優(yōu)點而被廣泛應(yīng)用于建筑型材、灌溉管材、供車輛、臺架、家具、升降機、柵欄等用的管、棒、型材。力學(xué)性能：抗拉強度b (MPa)：205，條件屈服強度0.2(MPa)：170，伸長率5(%)：9。6063化學(xué)成份見表2-3。2.3生產(chǎn)方案2.3.1擠壓方法的確定 2.3.1.1擠壓方式的選定 擠壓是用沖頭或凸模對放置在凹模中的坯料加壓，使之產(chǎn)生塑性流動，從而獲得相應(yīng)于模具的型孔或凹凸模形狀的制件的一種壓力加工方法。擠壓時，坯料產(chǎn)生三向壓應(yīng)力，即使是塑性較低的坯

27、料，也可被擠壓成形。擠壓按坯料溫度區(qū)分有熱擠壓、冷擠壓和溫擠壓三種。金屬坯料處于再結(jié)晶溫度以上時的擠壓為熱擠壓；在常溫下的擠壓為冷擠壓；高于常溫但不超過再結(jié)晶溫度下的擠壓為溫擠壓。冷擠壓的優(yōu)點：冷擠壓在擠壓金屬時處于強烈的三向壓應(yīng)力狀態(tài)，可以充分發(fā)揮塑性，獲得大量變形。冷擠壓制品綜合質(zhì)量高，擠壓變形可以改善金屬材料的組織，提高力學(xué)性能。與軋制鍛造等加工方法相比，擠壓制品尺寸精度高，表面質(zhì)量好。冷擠壓屬于少、無切削加工，大大節(jié)約了原材料。冷擠壓生產(chǎn)產(chǎn)品多樣，擠壓制品的尺寸范圍也非常廣。冷擠壓的缺點：雖然冷擠壓有很多優(yōu)點，但變形抗力大，對模具材料提出了很高的要求，限制了可生產(chǎn)零件的尺寸及難變形材料

28、的成形。溫擠壓的優(yōu)點：溫擠壓時，毛坯的變形抗力比冷擠壓小，金屬塑性成形比冷擠壓容易，所需要的壓力機噸位也較小。和熱擠壓比較，溫擠壓毛坯的加熱溫度較低，氧化脫氧的可能性較小，因此，溫擠壓的尺寸精度和表面粗糙皆比熱擠壓件質(zhì)量明顯改善。溫擠壓不需要進行軟化退火工序。這不僅可以減少加工工序，還為連續(xù)自動化生產(chǎn)創(chuàng)造了有利條件。溫擠壓的缺點：溫擠壓變形溫度難以控制。過高，影響產(chǎn)品的力學(xué)性能。過低，即會影響成形，又加大了擠壓力。在設(shè)計溫擠壓工藝時，要預(yù)先進行溫擠壓變形的溫度試驗，才可以精確合計的溫擠壓溫度。這樣會大大增加工藝試制周期，影響生產(chǎn)進度計劃。因為各種材料的溫擠壓溫度相差較大，至今沒有完全解決適用的

29、溫擠壓潤滑劑，影響了溫擠壓成形技術(shù)的推廣。在溫擠壓生產(chǎn)中，因為制件材料較多和溫擠壓成形溫度范圍較寬。目前還沒有研制出適用于溫擠壓的模具材料，影響了溫擠壓成形技術(shù)的進一步發(fā)展。熱擠壓的優(yōu)點：可是被加工材料變形抗力降低，從而降低了對模具材料和擠壓設(shè)備的要求，使固定資產(chǎn)投入大大減少，同時擴大了擠壓零件的尺寸范圍，使得一些低塑性的合金和難變形材料也可以采用擠壓工藝。熱擠壓工藝較簡單，一般一次成形，加工工序少。熱擠壓件有良好的力學(xué)性能，表面質(zhì)量和尺寸精度比較高。熱擠壓的缺點：因為材料需要加熱到再結(jié)晶溫度以上，所以有氧化脫碳及熱膨脹等問題，一般需要切削加工。綜上比較，冷擠壓需要的變形抗力比較大，溫擠壓溫度

30、難以控制。熱擠壓的變形抗力小，產(chǎn)品尺寸精度高，擠壓件加工余量小。所以采用熱擠壓的方法。2.3.1.2正反擠壓的確定正擠壓是指擠壓時制品流出方向與擠壓軸運動方向相同。正擠壓的特點是，擠壓時坯料與擠壓筒之間產(chǎn)生相對滑動，存在很大的外摩擦，在大多數(shù)情況下，它是有害的，它使得金屬流動不均勻，給擠壓制品帶來不利影響，使得擠壓制品不同部位組織性能不均勻；增加能耗，由于強烈的摩擦生熱，限制了鋁合金擠壓速度的提高，加快了擠壓模具的磨損。正擠壓有技術(shù)成熟，工藝操作簡單，生產(chǎn)靈活性高的特點。反擠壓是指擠壓時制品流出方向與擠壓軸運動方向相反的擠壓。在擠壓過程中錠坯表面與擠壓筒內(nèi)壁之間無相對運動，改變金屬在擠壓筒內(nèi)流

31、動的力學(xué)條件，減少所需擠壓力，降低了變形的不均勻性。目前反擠壓技術(shù)仍然不完善，主要體現(xiàn)為擠壓操作較為復(fù)雜，間隙時間較正擠壓長，擠壓制品的質(zhì)量仍需要進一步提高。綜上為了保證本產(chǎn)品的質(zhì)量選用正擠壓。2.3.2擠壓相關(guān)溫度的選擇錠胚的溫度：6063合金鑄錠加熱溫度一般都設(shè)定在析出的溫度范圍內(nèi)，加熱的時間對的析出有重要的影響，采用快速加熱可以大大減少可能析出的時間。鋁棒溫度應(yīng)保持在400-540之間最好是420-440。太高會引起撕裂現(xiàn)象，太低會減低擠壓速度（因鋁料必須軟化）擠壓的摩擦力大部分會轉(zhuǎn)化為熱量，導(dǎo)致溫度上升.。溫度的上升與擠壓速度及擠壓壓力成正比。所以錠坯溫度選為430。擠壓筒的溫度：模具

32、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，為了防止鋁合金錠坯表面氣泡起皮，并且具有良好的擠壓效應(yīng)，擠壓筒溫度可取400450。一般擠壓筒溫度要比錠坯溫度低2025。所以擠壓筒溫度設(shè)定為410。擠壓溫度：使擠壓溫差不低於溶線溫度，也不高於固相線溫度620。不同的合金有不同的溶線溫度，比如6063合金的溶線溫度是498。熱擠壓的溫度范圍是指擠壓開始到擠壓終止之間的溫度范圍。在該溫度范圍內(nèi)要保證被擠壓金屬坯料有足夠的塑性，較低的變形的抗力和較為理想的金相組織。熱擠壓時，加熱溫度一般是合金熔點絕對溫度的0.750.95倍。本設(shè)計擠壓溫度為465589，擠壓過程溫度控制在52

33、0左右。擠壓速度的制定 在確保制品尺寸合格，表面無擠壓裂紋，設(shè)備性能允許的情況下，為了提高生產(chǎn)效率，提高經(jīng)濟效益，盡量提高擠壓速度。擠壓速度過快，錠坯與擠壓筒內(nèi)壁接觸時間短，熱量傳遞來不及進行，制品表面會出現(xiàn)麻點裂紋等缺陷。過快的擠壓速度也增加金屬變形的不均勻性。擠壓速度太低，熱量散失多。致使擠壓制品出現(xiàn)質(zhì)量問題。6063鋁合金做建筑型材時，擠壓速度為860m/min。最快甚至可達100m/min。制定擠壓速度為60m/min。2.4模具總體結(jié)構(gòu)分析鋁合金建材型擠壓模具共有平面模和空心模兩大類?？招哪７譃槠矫娣至鹘M合模、星形組合模，舌形模，其中平面分流組合模最常用，占95以上。平面模用于擠壓實

34、心型材。平面分流組合模用于擠壓空心型材，因為需要二次變形，所需要的擠壓力較大，易造成悶車。用平面分流組合模擠壓空心型材，成品率較高，模具易于加工制造，生產(chǎn)操作簡便，能生產(chǎn)各種高精度高光潔外形復(fù)雜的薄壁空心型材和多孔空心型材，但在擠壓中或擠壓完畢時修模和清理殘料較困難。星形組合模適用于外形尺寸較大的空心型材，擠壓力較平面分流組合模小，產(chǎn)品成品率高，殘渣清理比較容易，但模具加工困難。舌形模殘料較長，型材成品率低，模具加工難度介于兩者之間，但擠壓阻力小，在擠壓過程中或擠壓結(jié)束時，殘料清理方便，修模容易，所以多用于擠壓力需求高，質(zhì)量要求高的薄壁空心型材或硬合金軍工鋁材。該產(chǎn)品為半空心型材類，所以可以采

35、用平面模具。但是，平面模具雖然設(shè)計簡單，但該半空心型材斷面不對稱，舌比較大，同時模具在熱擠壓過程中處于高溫高壓和間歇載荷的狀態(tài)下，模具兩側(cè)的金屬流動不平衡而產(chǎn)生的相對橫向力等不利因素，會直接影響模具的使用壽命。并且難以保證產(chǎn)品質(zhì)量。為了提高模具使用壽命，保證產(chǎn)品質(zhì)量，提高經(jīng)濟效益，采用平面分流組合模。平面分流組合模與平面模具相比，所擠出的鋁合金型材成型好，焊合質(zhì)量也較好，尺寸精度高，表面質(zhì)量好，提高了擠壓型材的生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本,而且不會增加模具的制造成本，與普通型材模的加工方法相當(dāng)。 平面分流組合模由上模，下模，定位銷釘和緊固螺釘組合而成。上模有分流孔，分流橋及模芯，下模有焊合室和型孔

36、，在模芯與型孔上均有工作帶。平面分流組合模中的分流孔控制著金屬的分布，使型材的各個部分分布均勻。分流橋是組合模結(jié)構(gòu)中最重要的部分，它影響金屬的流速，焊縫質(zhì)量，焊合完壓力和模具強度等因素。焊合室是金屬聚集并焊合的地方，它的形狀，大小和入口方式，對金屬流動，焊接質(zhì)量和擠壓力的大小有很大的影響。第3章 工藝計算3.1坯料尺寸計算根據(jù)其設(shè)計要求坯料選擇圓錠，通過計算得出型材斷面面積為= 180.66,型材斷面面積取181。根據(jù)截面面積查表3-1，7.5MN的兩種擠壓機都適合，但型材斷面面積比較接近第一種擠壓機取值的邊界值，對第二種擠壓機取值范圍比較適中。所以選取第二種擠壓機。選取對應(yīng)的擠壓筒尺寸：=9

37、5。表3-1 不同公稱壓力機的合理工藝參數(shù)擠壓機擠壓筒鑄錠尺寸填充系數(shù)殘料長度/mm推薦值公稱壓力/MN結(jié)構(gòu)形式介質(zhì)壓力/MPa直徑/mm長度/mm截面積/cm2比壓/MPa直徑/mm長度/mm截面積/cm2制品截面積/cm2合理擠壓系數(shù)7.5臥式328555556.513208032052.61.12201.251.903045 9555571.010609032066.31.11201.602.30304512臥式32115715104115511040098.21.09252.604.202540130715192.5905124400120.61.10254.407.002540(1)

38、坯料直徑：為使坯料加熱后能順利裝入擠壓筒內(nèi)，坯料直徑與擠壓筒內(nèi)徑要有一定的間隙，此時，坯料直徑預(yù)選： (3-1)式中：坯料直徑； 擠壓筒直徑由表3-1選定； =5坯料加熱前直徑與擠壓筒內(nèi)徑的間隙，在實際生產(chǎn)中的取值范圍為512，值隨坯料直徑增大而增加； 430坯料加熱溫度； 6063線膨脹系數(shù)； 取整得=89在擠壓過程中，為保證錠坯在加熱后順利進入擠壓筒內(nèi)，需要校核填充系數(shù)或鐓粗系數(shù)以保證選取和計算的數(shù)值適合的。 （3-2）式中為填充系數(shù)；因為合理取值為1.071.15，所以計算選取數(shù)值符合要求。（2）坯料長度：由下式可確定圓錠坯長度 (3-3)式中圓錠坯長度；產(chǎn)品長度； 擠壓比；壓余厚度;根

39、據(jù)表3-2，選取=15mm。填充系數(shù)； （3-4）式中擠壓筒截面積； 產(chǎn)品截面積； 39.16，根據(jù)設(shè)計要求=50000,=15，由公式（3-2）=1.14，所以經(jīng)計算=1472.67,，mm，取整圓錠坯長度為295。根據(jù)表3-2不同擠壓機壓余厚度來確定。表3-2 不同擠壓機壓余厚度擠壓機（MN）88-1012162540壓余厚度（mm）1518202530453.2擠壓力的計算普羅卓洛夫公式適用于低塑性金屬擠壓時擠壓力的計算。當(dāng)采用玻璃潤滑劑擠壓鋼或擠壓一些稀有難熔金屬時，使用塞茹爾公式計算擠壓力。皮爾林公式適用范圍較廣泛，適用于計算擠壓管棒材所需要的擠壓力，誤差較大。本次設(shè)計采用皮爾林公式

40、計算擠壓力。作用在擠壓墊片上的力由7部分組成。實現(xiàn)塑性變形的力；擠壓筒上的摩擦力；壓縮錐錐面上的摩擦力；模子工作帶上的摩擦力；制品流出的阻力；制品流出的牽引力；擠壓墊上的摩擦力。皮爾林公式只考慮前四種?？倲D壓力 （3-5）經(jīng)整理后得皮爾林?jǐn)D壓力計算公式： （3-6） 式中：擠壓筒直徑95； 填充擠壓后的坯料長度； （3-7） Hs死區(qū)高度； 壓縮錐角；正擠壓條件下，無論使用錐?；蛘咂侥?，壓縮錐角都取，因為在平模擠壓時，壓縮錐面上不再是金屬與模子錐面間的外摩擦，可以認(rèn)為是死區(qū)界面金屬與滑移滑移區(qū)金屬間的內(nèi)摩擦。 對于 時hs=0； 擠壓筒壁上的摩擦系數(shù)； 變形區(qū)內(nèi)的表面摩擦系數(shù)； 帶潤滑熱擠壓時

41、=0.25； 無潤滑熱擠壓但錠坯表面存在軟的氧化皮時=0.5； 無潤滑熱擠壓，但金屬粘結(jié)工具不嚴(yán)重時=0.75； 無潤滑熱擠壓，且金屬劇烈粘結(jié)工具，死區(qū)較大時（如鋁及其合金擠壓，真空擠壓）=1.00； 靜液擠壓=0，=0.1； 本設(shè)計由于是熱擠壓，且?guī)櫥?，所以選用=0.25。 擠壓筒內(nèi)金屬的平均塑性剪切力； 帶潤滑擠壓時，可以認(rèn)為錠坯內(nèi)部金屬性能與表面層的相同，即：= (3-8) 無潤滑擠壓但金屬氧化皮很軟能起潤滑作用(如紫銅)時， = (3-9) 無潤滑擠壓但金屬粘結(jié)擠壓筒不嚴(yán)重時， =1.25 (3-10) 無潤滑擠壓且金屬劇烈粘結(jié)擠壓筒或真空擠壓時， =1.5 (3-11) 在本設(shè)計中

42、使用的是鋁合金，所以 其中坯料的抗拉強度，查表得到=16MPa。 (3-12 ) 式中：擠壓系數(shù)， 為型材截面的等效直徑； 為擠壓筒直徑； 因為產(chǎn)品型材截面積181，擠壓筒尺寸：=95 經(jīng)計算可得3.67；15.18； 擠壓筒截面積，查取表3-1所選取的擠壓機擠壓筒橫截面積為7100 變形區(qū)內(nèi)平均塑性剪切應(yīng)力； 金屬在塑性變形區(qū)壓縮錐內(nèi)各處的塑性剪切應(yīng)力難以精細(xì)確定，一般用變形區(qū)內(nèi)平均塑性剪切應(yīng)力表示，即取變形區(qū)壓縮錐入口的值與變形區(qū)壓縮錐出口的值的算術(shù)平均值，計算公式如下： （3-13）但考慮到擠壓時的變形程度很大，使用式（3-14）時所得到的值可能偏高，所以采用公式: (3-14) (3-

43、15） （3-16）式中，金屬材料硬化系數(shù)，按經(jīng)驗取3；經(jīng)計算可得 (3-17)工作帶長度；對該制品擠壓，由第4章節(jié)工作帶長度計算可知，本設(shè)計中的平面分流組合模工作帶長度為2.87mm。這里取5mm； 工作帶壁上的摩擦系數(shù)；工作帶內(nèi)金屬塑性變形不明顯，因此，作用在工作帶壁上的金屬正壓力顯著低于此時的金屬抗力。一般按經(jīng)驗選?。?帶潤滑擠壓時 無潤滑擠壓或真空擠壓時這里是有潤滑擠壓取所以1.28 3.3擠壓機的選擇 擠壓機按其傳動類型分為機械的和液壓的兩大類。機械擠壓機以前曾用于擠壓鋼和冷擠壓方面。它的最大特點是擠壓速度快。但是，擠壓速度是變化的，這對工模具的壽命和制品性能的均勻性很不利，因此應(yīng)用

44、有限。在擠壓領(lǐng)域中使用最為廣泛的是液壓傳動的擠壓機。 液壓傳動的擠壓機按其總體結(jié)構(gòu)形式分為臥式與立式擠壓機兩大類型。臥式擠壓機它的主要特點是主要工作部件的運動方向與地面平行，因此具有以下特點： （1）擠壓機本體和打部分附屬設(shè)備皆可布置在地面上，有利于在工作室對設(shè)備的狀況進行監(jiān)視、保養(yǎng)和維護; （2）各種機構(gòu)可布置在同一水平面上，易實現(xiàn)機械化與自動化； （3）可制造與安裝大型擠壓機，減少建筑施工困難和投資，同時制品的規(guī)格不受限制，因為是在地面上水平出料； （4）擠壓機運動部件，如：柱塞、穿孔橫梁和擠壓筒等的自重皆加壓在導(dǎo)套和導(dǎo)軌上，易磨損，難以保持精度，某些部件因受熱膨脹而改變正確的位置，因而易

45、導(dǎo)致擠壓中心失調(diào); （5）占地面積較大。在用臥式擠壓機生產(chǎn)管材時，最易產(chǎn)生壁厚不均，即所謂的偏心。這主要是與上述缺點有關(guān)。但臥式擠壓機的優(yōu)越性較多，在生產(chǎn)中應(yīng)用最廣泛。立式擠壓機的主要部件的運動方向和出料方向與地面垂直，所以占地面積小，但要求較高的廠房和較深的地坑。后者是為了保證擠出的管子平直和圓整，以隨便的酸洗，冷軋或帶芯頭拉拔等。因運動部件垂直地面運動，所以摩擦小，部件受熱膨脹后變形均勻，擠壓機中心不易失調(diào)，管子偏心很小。擠壓機的能力最大不超過15MN，常用為610MN，主要用作生產(chǎn)尺寸不大的管材和空心制品。因此6063合金熱擠壓選用臥式擠壓機。臥式擠壓機又分為后置式，側(cè)置式，內(nèi)置式三類。

46、后置式擠壓機：穿孔柱塞的行程可比主柱塞的行程長，可實現(xiàn)隨動針擠壓，延長針的使用壽命。因為穿孔系統(tǒng)與主缸之間完全是獨立的。由于針在擠壓時可以自由的前后移動，可用于生產(chǎn)內(nèi)外徑變化的變斷面管子。在擠壓棒型材時，可將穿孔缸的壓力疊加到擠壓桿上增加擠壓力，且維修方便。其缺點是機身長，占地面積大，穿孔系統(tǒng)易偏斜，導(dǎo)致管子偏心，因穿孔系統(tǒng)太長，剛性差。本設(shè)計產(chǎn)品為恒斷面擠壓，不需要變斷面擠壓機。側(cè)置式擠壓機其穿孔柱塞與主柱塞的行程相同，不可能實現(xiàn)隨動針擠壓。這樣對其使用壽命是不利的。又因主缸后面安裝主柱塞回程缸，所以機身也較長。內(nèi)置式擠壓機機身長度短，與能力相同的棒型擠壓機相當(dāng)，與穿孔系統(tǒng)位于主柱塞前端的內(nèi)

47、部。剛性好和導(dǎo)向精確，因為管子不易偏心，這是由于穿孔系統(tǒng)較短所致。由此，穿孔針在擠壓時可隨著主柱塞一起前進，實現(xiàn)隨動擠壓，同時也可以實現(xiàn)固定針擠壓。所以內(nèi)置式擠壓機應(yīng)用日益廣泛。對于6063鋁合金平開窗熱擠壓使用內(nèi)置式擠壓機。其機身長度短。剛性好導(dǎo)向精確，不易偏心。3.4壓力中心的計算 壓力中心（21.06,18.24）圖3-1 壓力中心如圖3-1所示，由CAD軟件可得制品壓力中心，其壓力中心坐標(biāo)為（21.06,18.24）第4章 擠壓工模具結(jié)構(gòu)設(shè)計4.1模具結(jié)構(gòu)設(shè)計4.1.1分流比的確定分流比指的是分流孔的面積與制品截面積之比。 （4-1） 的大小直接影響擠壓阻力的大小，越大擠壓阻力越小，模

48、子的強度越低，所以在保證模子強度的前提下，值盡量取大一些。值對空心型材一般取1030，管材取85，實心懸臂型材=1020。 4.1.2分流孔的選擇分流孔形狀分為圓形，腰子形，矩形，扇形，梅花形和異形等。對管材或簡單斷面型材取圓形或腰子形，對復(fù)雜型材多采用扇形和異形，對方形管或矩形管多采用矩形和扇形，擠壓多根空心型材采用梅花形。將分流孔做成內(nèi)斜度24外錐度36的斜分流孔，可以提高焊合質(zhì)量，減小擠壓力。分流孔截面形狀如圖4-1所示。 圖4-1 分流孔截面形狀 合理布置在模子平面上的分流孔，可以平衡金屬流速，減少擠壓力，促進金屬的流動與焊和，提高模具壽命等。對于對稱性較好的空心制品，各分流孔的中心圓

49、直徑應(yīng)大于或等于 （為擠壓筒內(nèi)孔直徑）。對異型材或非對稱空心型材，要盡量保證各部分的分流比基本相等，或型材斷面積稍大部分的值略低于其他部分的分值。此外，分流孔的布置應(yīng)盡量與制品保持幾何相似性。為了保證模芯強度和產(chǎn)品質(zhì)量，分流孔的位置不能過于靠近擠壓筒或模芯邊緣，但是為了保證金屬的合理流動及模具壽命，分流孔也不宜布置的過于靠近擠壓筒中心。一般情況下，分流孔數(shù)目要盡量少，以減少焊合縫，增加分流孔的面積，降低擠壓力。分流孔數(shù)目的選定根據(jù)空心型材的復(fù)雜程度，截面形狀，?？着帕形恢?。對于外形尺寸小，截面形狀較對稱的型材，可采用兩孔或三孔。對外形較大，截面復(fù)雜的型材，取四孔或多孔。本設(shè)計產(chǎn)品，截面形狀簡單

50、，截面形狀較對稱，但為了確保上模校核有足夠的強度，減少上模厚度，所以采用3個分流孔。分流孔最外邊緣按經(jīng)驗公式確定 （4-2）式中：分流孔最外邊緣的外接圓直徑； 擠壓筒的直徑； 分流孔直徑，取1020mm。 可知：=5575mm。本設(shè)計選取=75mm。分流孔形狀如圖4-2所示。 圖4-2 分流孔形狀 4.1.3分流橋的選擇和設(shè)計分流橋是分流模結(jié)構(gòu)中最重要的部分，它影響金屬的流速，焊縫質(zhì)量，模具強度等因素。分流橋截面形狀一般分為四大類：矩式、矩錐式、水滴式、雙錐式。矩形分流橋強度好，但橋下金屬死區(qū)過大，焊縫質(zhì)量差，因此目前很少使用該結(jié)構(gòu)。矩錐式強度好，但橋下有金屬死區(qū)；水滴式橋下金屬死區(qū)少，焊縫質(zhì)量高，但強度差稍差。雙錐式死區(qū)少，焊縫質(zhì)量好，可降低金屬變形阻力，增強金屬的流動。本設(shè)計選用雙錐式結(jié)構(gòu)。分流橋橫斷面形狀如圖4-3。雙錐式截面橋的上部倒角取15,下部倒角取20。分流橋的寬度與金屬的流量，模具的強度有關(guān)。從加大分流比，降低擠壓力來考慮，寬度應(yīng)小一些，若從改善金屬流動性考慮寬度應(yīng)大些。分流橋?qū)挾扔嬎愎剑?（4-3） 式中分流橋?qū)挾?，mm； 型材內(nèi)腔寬度，mm；由圖2-2可知型材內(nèi)腔寬度為17.9mm，選取6mm，所以分流橋?qū)挾葹?3.9mm。當(dāng)分流橋?qū)挾葹?3.9mm時，由公式4-1計算=10.36，符合要求。分流橋高度直接影響到模具強度及擠壓力，在保證模