擠壓鋁型材課程設(shè)計(jì)講解

1、鋁合金型材擠壓工藝及模具設(shè)計(jì)2 .設(shè)計(jì)基本內(nèi)容：設(shè)計(jì)一件實(shí)心型材制品和一件空心型材制品的工藝工藝過(guò)程及模具設(shè)計(jì)，包括擠壓工藝參數(shù)，模具結(jié)構(gòu)，制造工藝等要求3 .完成后應(yīng)繳的資料：課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)一份實(shí)心型材模零件圖空心型材模上模零件圖空心型材模下模零件圖空心型材模裝配圖4 .設(shè)計(jì)完成期限：2007年6月11日2007 年6月絲日指導(dǎo)老師 簽發(fā)日期教研室主任 批準(zhǔn)日期 課程設(shè)計(jì)評(píng)語(yǔ)：成績(jī):設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師年 月 日目錄一、緒論 4二、總設(shè)計(jì)過(guò)程概論 72.1 擠壓工藝流程72.2 擠壓工藝條件7三、實(shí)心型材模設(shè)計(jì)93.1 所要設(shè)計(jì)的實(shí)心型材制品93.2 選坯和選設(shè)備103.3 擠壓力的計(jì)算113.4

2、實(shí)心型材模具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)123.5 .實(shí)心模尺寸數(shù)據(jù)設(shè)計(jì) 13四、 空心型材模設(shè)計(jì) 184.1 所要設(shè)計(jì)的制品184.2 選坯和選設(shè)備184.3 擠壓力的計(jì)算194.4 模組及模子外形尺寸確定204.5 組合模相關(guān)參數(shù)的確定204.6 模子內(nèi)形尺寸的確定234.7 ?？坠ぷ鲙чL(zhǎng)度hg的確定 244.8 模芯的設(shè)計(jì)244.9 上模凸臺(tái)設(shè)計(jì)244.10 定位銷，螺釘 244.11 模子強(qiáng)度校核 254.12 零件圖裝配圖26五、總結(jié)與體會(huì) .264.13 26緒論近 20 年來(lái)，隨著建筑行業(yè)的高速發(fā)展，我國(guó)民用建筑鋁型材工業(yè)也從無(wú)到有，從弱到強(qiáng)地迅猛前進(jìn)。至今，廣東省的建筑鋁型材產(chǎn)品已約占全國(guó)的三分

3、之二左右，鋁型材的生產(chǎn)能力超過(guò)社會(huì)的需求，如何提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低成本是取得市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)勝利的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。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)、可塑性好、變形量小、無(wú)污染、無(wú)毒、防火性強(qiáng)，使用壽命長(zhǎng)（可達(dá)50 100 年） ，回收性好，可回爐重?zé)挕?063 合金中的主要合金元素為鎂及硅，具有加工性能極佳，優(yōu)良的可焊性，擠出性及電鍍性，良好的抗腐蝕性，韌性，易于拋光，上包膜，陽(yáng)極氧化效果優(yōu)良，是典型的擠出合金，廣泛應(yīng)用于建筑型材，灌溉管材，供車輛，臺(tái)架，家具，升降機(jī)，柵欄等用的管，棒，型材。多年來(lái)世界各國(guó)均采用6063 鋁合金（鋁合金近百種）作為門(mén)窗框架。主要是為了該金屬表面陽(yáng)極氧化效果好

4、，開(kāi)始陽(yáng)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(guó)內(nèi)用了十多年。鋁材在擠壓過(guò)程中，如擠壓模具不是很好或模具擠壓鋁材過(guò)多，鋁材表面會(huì)產(chǎn)生擠壓痕，用手可能觸摸到鋁材表面不平，因此，在現(xiàn)代化大生產(chǎn)中實(shí)施擠壓加工技術(shù)，其成敗的關(guān)鍵是模具，模具設(shè)計(jì)以及其質(zhì)量，事關(guān)產(chǎn)品的質(zhì)量，成本。在擠壓設(shè)計(jì)的過(guò)程中擠壓工藝條件：應(yīng)考慮擠壓溫度、擠壓速度、潤(rùn)滑、模具（種類、形狀、尺寸等）、切壓余、淬火、冷卻、切頭切尾等多方面的因素。其中，選擇擠壓筒直徑D0 是一個(gè)最核心的問(wèn)題，有以下的選擇原則：1）保證產(chǎn)品表面質(zhì)量原則；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

5、本最低；成材率最大；產(chǎn)量最高。這次的設(shè)計(jì)任務(wù)是設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)心型材和一個(gè)空心型材模，實(shí)心型材模采用單模，空心型材模采用分流組合模，擠壓制品所有的材料是6063。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(shí)效強(qiáng)化的 AL-Mg-Si系合金，廣泛應(yīng)用于基礎(chǔ)性建筑行業(yè)以 及一些機(jī)械制造業(yè)。其化學(xué)成分表示如下：6063AL 的成分：GB/T3190-1996 :表1:牌號(hào)SiFeCuMnMgCrZnTi其它元素每種總量60630.20.60.350.100.100.450.90.100.100.100.050.156063機(jī)械性能：(鋁合金及應(yīng)用)表3

6、：常用擠壓工具鋼及其機(jī)械性能:鋼號(hào)成分(%)試驗(yàn)溫度oCcr b/MPa仃0.2/MPaV/%d/%HB熱處理工藝0.55C30011509904711.0351850oC1.51Mn40010108606111.13115CrMnMo0.67Cr5007806908617.5302油淬600 oC0.26Mo6004304108426.7235回火0.30C30042911000.23Cr400152013734290c在油中淬3Cr2W8V8.65W500143013635.6405火，550oC0.29V6001280158.3325回火0.37C4.74Cr40013601230496

7、10501.25Mo45013001135527oc4Cr5MoSiV11.05Si50012001025569油淬A次1.11V550105085558120.29Mn6008257106710回火600 oc二.總設(shè)計(jì)過(guò)程概論2.1 擠壓工藝流程：鑄錠加熱一擠壓一切壓余一淬火一冷卻一切頭尾或（切定尺）一時(shí)效一表面處理一包裝一出廠2.2 擠壓工藝條件：1) .鑄錠的加熱溫度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，擠壓時(shí)錠坯的加熱溫度不宜過(guò)高，應(yīng)盡量降低擠壓溫度。2) . 擠壓筒的加熱溫度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

8、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 c 450 C。3) . 擠壓溫度熱擠壓時(shí)，加熱溫度一般是合金熔點(diǎn)絕對(duì)溫度的0.750.95倍，本設(shè)計(jì)擠壓溫度為450c500C,擠壓過(guò)程溫度控制在 470c左右。4) . 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(jì)的擠壓速度取0.70.8m/s。5) . 工模具的潤(rùn)滑因本設(shè)計(jì)采用熱擠壓，故不采用潤(rùn)滑。6) . 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(jì)采用4Cr5MoSiV1作為模具的材料，熱處

9、理的硬度為 HRC4+47。7) . 切壓余根據(jù)所選的設(shè)備而定。8) . 淬火本工藝過(guò)程中，制品擠出后可通過(guò)設(shè)置風(fēng)扇對(duì)制品進(jìn)行吹風(fēng)來(lái)達(dá)到風(fēng)淬的目的。9) . 冷卻直接露置在空氣中冷卻，達(dá)到自然時(shí)效的目的。10) . 切頭尾為保證產(chǎn)品質(zhì)量，本工藝過(guò)程統(tǒng)一去頭尾各300mm。三 . 實(shí)心型材模設(shè)計(jì)3.1 所要設(shè)計(jì)的實(shí)心型材制品:本制品的形狀和尺寸如下圖 1：牌號(hào)（XC311制品的截面積F制二型材外接圓直徑D現(xiàn)有設(shè)備：表4:X11以_4 口士_小核在1一一一2二 212.9mm外=43.86mm設(shè)備噸位500T800T1630T擠壓筒直徑D095125187擠壓截面積F070851226627451

10、錠坯尺寸Ddx Ld 90x270/320 120x400/450 178x540/600/660冷床長(zhǎng)26m32m44m填充系數(shù)1.1141.0851.104壓余厚202530最大擠壓比97.48273.6加 工 范 圍最大外接圓直徑6595147擠一根最小制品斷面積F 制 min721503723.2 選坯和選設(shè)備：根據(jù)加工范圍要求（F制AF制min,及D外WD外max）有500T、800T可選，按成材率最高的原則，進(jìn)一步優(yōu)化，計(jì)算列表：表5:序DoDdLdWd填充填充后長(zhǎng)壓余厚切壓 余后 功效 長(zhǎng)度Ld”擠壓比制品長(zhǎng)成品成品重成材率號(hào)(F0)(mm)(mrm(kg/根)系數(shù)K度Ld

11、9;hy(mm)入L制(m)數(shù)nx6(m)WM(kg)慚“Wd(%)195902704.621.1142422022233.297.391X63.4474.40%295903205.471.1142872026733.298.891X63.4462.77%312512040012.201.0853692534457.6119.823X610.3284.95%412045013.731.0854152539057.6122.473X610.375.38%1252最后選擇成材率最高的84.95 %對(duì)應(yīng)的方案33.3 擠壓力的計(jì)算:根據(jù)擠壓力公式：P= 11.775 X (D/d) 1/2-0.8

12、XDX abP為單位擠壓力，ND擠壓筒內(nèi)直徑，mmd制品的當(dāng)量直徑，mm(T b某一擠壓溫度下材料的抗拉強(qiáng)度，MPa故P= 11.775 X (125/16.46 ) "2 0.8 X 1252X16.2= 5829.21KN換算成噸位：約595TP額定噸位800T,設(shè)備選擇符合要求，即理論技術(shù)可行。3.4 實(shí)心型材模具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模組的結(jié)構(gòu)如下圖圖2:1.模子2.模墊3.前環(huán)4.后環(huán)5.保護(hù)墊板6.前機(jī)架7.模座8.模套9.剪刀10.擠壓筒模組的結(jié)構(gòu)：對(duì)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6:設(shè)備噸

13、位500T800T1630T1X2XH160X 180X190210X 250X240 310X 350X340H1203030H280 9090 100110 150H350 6050 6060 80擠壓模具的尺寸如下表:表7:設(shè)備噸位500T800T1630T d1/d2 135/ 145X 20 25 165/ 175X 2530 250/ 260X 30 40h11212 1312 133.5. 實(shí)心模尺寸數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)1) .選坯和選擇設(shè)備根據(jù)前面的計(jì)算擠壓筒內(nèi)直徑D0=125mm錠坯尺寸：Dd x Ld= 0120X400擠壓比入=57.612) .模組及模子尺寸外形的計(jì)算H2=100H

14、3=60Hi=30模子外形尺寸的確定(如下圖4)圖4:依據(jù)表7的數(shù)據(jù)可以確定dl=165 mm d 2=175 mm h 1 = 12 mm h 2=30 mm3)模子內(nèi)形尺寸的確定擠壓比入=57.61 入ma=82,故不需要多孔擠壓確定?？壮叽纾盒筒耐庑纬叽绻剑篈k=An (1 + Ci) + 1Ak?？椎膶?shí)際尺寸Am型材的名義尺寸G欲量系數(shù)(對(duì)于 6063合金，Ci = 0.0170.010,本設(shè)計(jì)Ci取0.010) 1型材外形尺寸的正偏差值計(jì)算得到：Bk= 40(1 +0.010) +0.60 = 41.00mmHk= 18(1 + 0.010) + 0.45 = 18.63mm型材壁

15、厚尺寸公式：Sk=Srm A2+ C2Sk?？椎膶?shí)際壁厚處尺寸Sm-一型材壁厚的名義尺寸C2欲量系數(shù)，Xt鋁合金一般取 0.050.15,本設(shè)計(jì)取0.10 2型材壁厚的正偏差計(jì)算得到：Sk= 3+0.25 +0.10 =3.35mm?？字饕叽缛缦聢D5圖5:4).孔形在模子端面位置的確定由于本型材為等壁厚的型材，故型材的幾何重心在置模子的中心壓力中心的計(jì)算（如下圖示）(x4,y 4),(x 3,y 3)(x 2,y 2)C (x1,y1)X)=0Y0 = (ly + l 2y2+ 13y3+ 14丫4 +1 5y5)x 2/(l 1 + l 2+ 13 +14+ 15) x 2Yo= (20X

16、 0+18X9+3X 18+ 17X 10.5+8.5X3) x 2/ (21+4+17+ 32+ 17 + 4+21 + 40) X 2 = 6.32壓力中心為Xo = 0, Y0 = 6.325) .工作帶長(zhǎng)度的確定由于是等壁厚型材，故定徑帶長(zhǎng)度 hg各處相等，本次設(shè)計(jì)取hg= 5mm6) .阻礙角由于hgW1015m%故不采用阻礙角7) .模子強(qiáng)度的校核型材模的強(qiáng)度較核主要是其懸臂梁部分，取型材上端AB為危險(xiǎn)端面，進(jìn)行強(qiáng)度校核.j、求單位壓力p： p=P / F 0 (P為擠壓力，F(xiàn)0為擠壓筒斷面積)P= 800 噸，p=800X 1000X 9.8/12266 =639.17Mpa舌部

17、載荷Q= pFsh (Fsh為舌部即陰影部分面積)Q= 639.17 X 32 X 15 = 306801.6N、舌部彎曲應(yīng)力（TW計(jì)算：（TW= M / W式中MW彎矩，MW= Qe （e為陰影部分重心到危險(xiǎn)斷面處的距離）；2W-一截面模數(shù)，W bshH/6 （H為模子厚度）。bsh = 34mmMv= 306801.6 x 7.5 = 2301Nm23W =34X30/6 =5.1cmow= 2301/5.1 =451.2MPa、剪應(yīng)力r的計(jì)算：r =Q / bshXHr =306801.6/（34 X30） =300.79MPa、等效應(yīng)力（re的計(jì)算：（T e= （rw+（1.73 x

18、）（re= 451.2 2+（1.73 X 300.79） 2 1/2 =688.74MPa500 C時(shí)4Cr5MoSiV1的屈服強(qiáng)度為1025MPa遠(yuǎn)大于0 e,所以模子強(qiáng)度合 格。8) . 作圖（見(jiàn)圖紙）四.空心型材模設(shè)計(jì)4.1 所要設(shè)計(jì)的制品：本設(shè)計(jì)制品的的牌號(hào)為I529系列回型管具體參數(shù)為B= 92mm H= 25.4mm T= 1.8mm,重量：1.09Kg/m具體如下圖圖64.2 選坯和選設(shè)備：2制品的截面積：F制=409.68 mm?？淄饨訄A直徑口外=95.44 mm根據(jù)加工范圍要求（F制A F制min,及D外WD外max）由表4知只有1630T的可用按成才率最高的原則，在進(jìn)一步

19、計(jì)算優(yōu)化，計(jì)算列表如下表8序號(hào)Do(Fo )Dd(mm)Ld(mm)wd(kg/根)填充系數(shù)K填充后長(zhǎng)度Le壓余厚hy(mm)切壓余后的有效長(zhǎng)度Ld擠壓比入制品長(zhǎng)L制(m)成品數(shù)nx6(m)成品重MU(kg)成材率皿/Wd(%)118717854036.151.104913046167.0130.95X633.0691.5218717860040.161.105453051567.0134.55X633.0682.3318717866044.181.106003057067.0138.26X639.6789.8最后選擇成才率最高的91.5 %對(duì)應(yīng)的方案1即1630T的擠壓設(shè)備 錠坯尺寸為：Dd

20、 x Ld=178x 540mm擠壓比入=67.014.3 擠壓力的計(jì)算：根據(jù)擠壓力公式：P= 11.775 X (D/d) 1/2-0.8 XD2X 毗P為單位擠壓力，ND擠壓筒內(nèi)直徑，mmd制品的當(dāng)量直徑，mm(T b某一擠壓溫度下材料的抗拉強(qiáng)度，MPa故P= 11.775 X (187/22.84 ) "2 0.8 X 1872X16.2= 13750.3KN換算成噸位：約1403.1TP額定噸位1630T,設(shè)備選擇符合要求，即所選設(shè)備理論可行4.4 模組及模子外形尺寸確定：模組尺寸結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如前圖 3 所示根據(jù)前面計(jì)算，從表6 選取H2=150H3=70H1=30模子外形尺寸簡(jiǎn)

21、圖如前圖 4 依據(jù) 表 7 的數(shù)據(jù)可以確定di=250 mm d 2=260 mm h 1=13 mm h 2=150 mm因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)采用孔道式分流組合模故：取 H ± = 80 mmH 下= 70mni4.5 組合模相關(guān)參數(shù)的確定：1) . 分流孔的個(gè)數(shù)取4 個(gè)，形狀為扇形2) 扇形面積的確定：因?yàn)榉至骺酌娣e與制品斷面積的比值匯F分/F型 = K,K即為分流比，一般K對(duì)于1/2空心型材時(shí)，應(yīng)等于 入。本設(shè)計(jì)取K=8.19分流孔的面積F分 = K. F 型=8.19X409.68 =3355.28 mrmi且分流孔面積的大小按F 大 /F 小 =f 大 /f 小其中 ,F- 分流孔的

22、面積, f 相應(yīng)型材面積匯F分= 2X(F大+F小)故 F大=1329.58 mm2 F 小=348.06 mm23) . 分流孔位置的確定分流孔中心圓的直徑 D分= 0.7D0=0.7 x 187=130.9mm 應(yīng)保證分流孔最大外接圓直徑比設(shè)備可加工范圍的孔最大外接圓直徑小5mm本設(shè)計(jì)設(shè)備的可加工最大外接圓直徑為 147，故分流孔最大外接圓直徑 142mm綜合各因素考慮，暫時(shí)先取其外接圓直徑為132mm確定a, %, (3的大小如圖圖7a其中a,b為?？着c模腔的最小距離，依據(jù)經(jīng)驗(yàn)a,b 一般取38 mm,本設(shè)計(jì)取 a=8mm, b=7.5.圖8由 h=25.4/2+8=20.7,H=132

23、/2=66 , 由幾何知識(shí)可得方程式a/ 3 6 0 xnH - h2«ana= F大,用代入相關(guān)數(shù)據(jù)可得出口 40° ,同理，得出(3 30° ,由AutoCAD菜單欄“工具” 一 “查詢” 一 “面積”功 能驗(yàn)算得出結(jié)果基本正確。4) .分流孔的形狀分流孔由一定的傾斜錐度，這樣可以改善焊縫的質(zhì)量，孔道錐面與其軸線的 夾角為24° ,本設(shè)計(jì)取45) .分流橋分流橋的寬窄和模具的強(qiáng)度以及金屬的流量有關(guān)，從增大分流比，降低擠壓 力來(lái)考慮，分流橋的寬度B應(yīng)該選擇小些，但為了改善金屬流動(dòng)的均勻性，?？鬃詈檬艿椒至鳂虻恼诒危瑒t B應(yīng)該選擇得寬些，一般?。築=b十

24、 (3 20) mm本設(shè)計(jì)采用倒梯形結(jié)構(gòu)，取 B=45見(jiàn)下圖圖106) .焊合室焊合室直徑比分流孔出口焊合室的形狀和大小對(duì)焊縫的質(zhì)量有很大的影響。按經(jīng)驗(yàn)公式：當(dāng)D0=190200 mm時(shí)，h = 20mm,處約小5mm本設(shè)計(jì)取h=20mm形狀為圓形如圖：圖11:4.6 模子內(nèi)形尺寸的確定工件如圖所示：圖12:模具圖如下:圖13:按經(jīng)驗(yàn)公式 A=A+K A。A-制品外形的?？壮叽鏏。一制品外形的公稱直徑K-經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，由于本設(shè)計(jì)爭(zhēng)對(duì) 6063合金，取K=0.010得 B<=92 (1+0.010) +0.95=93.88, H k=25.4(1 +0.010)+0.7=26.36制品型材壁厚

25、可由經(jīng)驗(yàn)公式 B=B + 確定由于B=1.8 mm.本設(shè)計(jì)= 0.1故 Tk=1.8 + 0.1 = 1.9 mm4.7 ?？坠ぷ鲙чL(zhǎng)度hg的確定：由于本型材制品的對(duì)稱性較好，外形相對(duì)較小，一般可取26 nlm。本設(shè)計(jì)取hg = 5mm4.8 模芯的設(shè)計(jì)：一般伸出下模工作帶 35mm本設(shè)計(jì)取4mm模腔外形按空心型材的空心部 分確定。4.9 上模凸臺(tái)設(shè)計(jì)：上模凸臺(tái)高取7mm直徑為256mm用于裝配定位4.10 定位銷，螺釘(按G麗準(zhǔn)選取標(biāo)準(zhǔn)件)：定位銷的直徑取兩個(gè):8x75,螺釘采用M10x85，具體說(shuō)明見(jiàn)裝配圖4.11 模子強(qiáng)度校核：這種模子在工作時(shí)承受載荷最不利的情況是分流孔道和焊合室尚未進(jìn)入金屬和金屬充滿焊合室以后流出?？字H，故強(qiáng)度的校核主要是針對(duì)模子的分流橋，模橋的彎曲應(yīng)力和抗剪強(qiáng)度： 分流橋彎曲應(yīng)力校核 1/2Hmin = L P/(2 X bb),式中：Hmin分流橋的最小高度L 分流橋兩個(gè)危險(xiǎn)斷面的長(zhǎng)度，經(jīng)計(jì)算 L= mmP 作用在擠壓墊片上的單位壓力模具材料在溫度下的許用應(yīng)力。在 450500 C下，對(duì)于 4Cr5MoSiV1>(rb = 1000MPa代入數(shù)據(jù)得：P=1630x9.8x1000/27451=582MP1/2Hmin = 125582/ (2X 1000)Hmin 67.43mm由于上模厚度 H± = 80mm>67