推拉窗鋁合金型材熱擠壓模設(shè)計畢業(yè)設(shè)計

1、推拉窗鋁合金型材熱擠壓模設(shè)計摘 要模具工業(yè)在美國被認為是“工業(yè)的基石”，在日本更被推崇到“進入富裕社會的原始動力”，在我國，國務(wù)院通過的裝備制造業(yè)調(diào)整和振興計劃中也把模具及其制造的裝備的技術(shù)水平作為重點內(nèi)容。模具由于其具有工序少、材料利用率高、低耗能、易生產(chǎn)等特點，在汽車、能源、機械、電子、信息、航空航天工業(yè)和日常生活中被廣泛應(yīng)用。本次設(shè)計的型材屬于典型的民用建筑空心型材，采用平面分流組合模，根據(jù)型材斷面積551m2和外接圓直徑115mm選取16.3MN擠壓機，確定擠壓筒直徑是140mm。擠壓軸總長1020mm，外徑尺寸136mm。選用實心擠壓墊外徑是139mm，厚度是50mm。計算出模心、模

2、孔等工模具的尺寸，然后通過強度校核和實際分析，得到合理可用的工模具。通過對鋁合金推拉窗熱擠壓模具的設(shè)計，對模具的結(jié)構(gòu)以及設(shè)計過程有了初步的認識。這次畢業(yè)設(shè)計是理論與實踐的又一次結(jié)合，鍛煉了設(shè)計者對參考文獻的查閱能力、獨立思考能力和創(chuàng)新能力。關(guān)鍵詞：熱擠壓模具；鋁合金空心型材；平面分流組合模Sliding 88822 aluminum alloy hot extrusion die designAbstract Mold industry in the United States is considered to be the cornerstone of industry, in Japan

3、even been respected to the raw power into the affluent society, in China, the State Council passed the equipment manufacturing restructuring and revitalization plan, also the mold and manufacturing the technical level of equipment as the main focus. Because of its small mold processes, material util

4、ization, low energy consumption, easy to produce, etc., in the automotive, energy, machinery, electronics, information, aerospace industry and are widely used in daily life.The design of the profile is typical of civil hollow profiles, using the plane porthole die, according to the profiles basal ar

5、ea 551m2 and circumcircle diameter 115mm Select 16.3MN extruder, extrusion cylinder diameter is determined 140mm. Extrusion axis length 1020mm, diameter size 136mm. Extruded solid selection pad diameter is 139mm, thickness 50mm. Calculate the mold core, mold tooling holes and other dimensions, and t

6、hen through the strength check and the actual analysis, reasonably available tooling.By hot extrusion aluminum sliding mold design, mold structure and the design process have a preliminary understanding. The graduation project is yet another combination of theory and practice, exercise designers ref

7、erences inspection, independent thinking and innovative ability.Keywords: hot extrusion dies; aluminum hollow profiles; plane Porthole Die目 錄摘 要Abstract第一章 概述11.1鋁合金擠壓技術(shù)的概況及發(fā)展趨勢11.1.1鋁合金擠壓技術(shù)的概況11.1.2鋁擠壓技術(shù)的發(fā)展趨勢11.2鋁合金門窗的特點和發(fā)展趨勢11.2.1鋁合金門窗的特點11.2.2鋁合金門窗的發(fā)展趨勢21.3擠壓模具種類和特點21.4 研究的目的和意義3第二章 擠壓產(chǎn)品的工藝分析42.1

8、產(chǎn)品代號及設(shè)計要求42.2產(chǎn)品形狀及結(jié)構(gòu)分析42.2.1形狀和尺寸分析42.2.2 尺寸偏差的選擇52.2.3產(chǎn)品材料分析72.3成形工藝分析與選擇72.3.1擠壓方法的確定72.3.2擠壓工藝制度的確定82.4 模具總體結(jié)構(gòu)分析9第三章 工藝計算113.1坯料尺寸的計算113.1.1 坯料直徑的計算113.1.2坯料長度的計算123.2擠壓力的計算123.3擠壓機的選擇153.4壓力中心的計算16第四章 擠壓工模具結(jié)構(gòu)設(shè)計174.1模具結(jié)構(gòu)設(shè)計174.1.1分流孔的設(shè)計174.1.2分流橋的選擇194.1.3模芯的設(shè)計194.1.4 焊合室的選擇204.1.5模孔尺寸的確定204.1.6 模

9、孔工作帶長度的確定214.1.7 模孔空刀結(jié)構(gòu)設(shè)計224.18 模具外徑及厚度的確定224.2模具的強度校核234.2.1 抗彎強度校核234.2.2 抗剪強度校核234.3擠壓筒的設(shè)計244.3.1擠壓筒的結(jié)構(gòu)形式244.3.2擠壓筒的加熱方式244.3.3 擠壓筒工作內(nèi)套的結(jié)構(gòu)244.3.4 擠壓筒與模具的配合方式244.3.5 擠壓筒結(jié)構(gòu)尺寸的設(shè)計與強度校核254.4擠壓軸的設(shè)計274.4.1擠壓軸的結(jié)構(gòu)形式274.4.2擠壓軸的尺寸確定274.4.3擠壓軸的強度校核284.5擠壓墊的結(jié)構(gòu)設(shè)計294.5.1 擠壓墊片尺寸的確定294.5.2 擠壓墊的強度校核294.6模具實體圖30總 結(jié)

10、32參考文獻33致 謝34第1章 概述1.1鋁合金擠壓技術(shù)的概況及發(fā)展趨勢1.1.1鋁合金擠壓技術(shù)的概況 隨著科技和國民經(jīng)濟的不斷發(fā)展，鋁合金型材擠壓所使用的工模具產(chǎn)業(yè)技術(shù)有了非常的進步過程。工模具的材料品質(zhì)影響著鋁合金的擠壓技術(shù)的。工模具的合理使用是實現(xiàn)擠壓工藝過程的基礎(chǔ)：模具是保證產(chǎn)品成型，具有正確尺寸、形狀、精度的基本工具，工具和模具是保證產(chǎn)品內(nèi)外表面質(zhì)量的最重要的因素之一1。合理的工模具結(jié)構(gòu)、形狀和尺寸，在一定程度上可影響產(chǎn)品的內(nèi)部組織和力學(xué)性能。擠壓筒、擠壓軸、擠壓墊片和模子的結(jié)構(gòu)形狀與尺寸對擠壓時金屬流動景象、擠壓速度和擠壓力都有很大的影響，合理的工模具設(shè)計對提高裝卸與更換速度、減

11、少輔助時間，改善勞動條件和保證生產(chǎn)安全等方面有重要的意義1。擠壓用工模具的發(fā)展實際上伴隨擠壓技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展。 中國開始建立起獨立的鋁合金擠壓工業(yè)開始于1949年，80年代中期是中國鋁型材擠壓工業(yè)大發(fā)展的第一個時期，在19841986年中期，生產(chǎn)企業(yè)由69個增加到175個，年平均增長率為61。據(jù)初步統(tǒng)計，中國的鋁合金擠壓型材產(chǎn)量為15.29萬噸，2008年鋁加工材產(chǎn)量達766萬t/a，成為世界最大的擠壓材料生產(chǎn)國。鋁合金加工材由主要的為軍工服務(wù)轉(zhuǎn)為軍民兩用的方向，除航空航天工業(yè)外，建筑、交通和日常生活用品等部門對鋁的需用量越來越大。與國外先進水平相比，我國鋁型材擠壓技術(shù)還有非常大的差距。1.1

12、.2鋁擠壓技術(shù)的發(fā)展趨勢國內(nèi)外鋁擠壓技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢如下：(1)工藝裝備向大型化、現(xiàn)代化、精密化和生產(chǎn)線自動化方向發(fā)展。擠壓設(shè)備主要是指擠壓機及其配套裝置，是反應(yīng)技術(shù)水平的重要指標，大型優(yōu)質(zhì)圓、扁擠壓筒與特種模具技術(shù)的突破性進展1。(2)電子計算機用于擠壓模具的設(shè)計和制造（CAD/CAM技術(shù)），可以增強擠壓鋁型材使用工模具的品質(zhì)和使用壽命。 (3)擠壓工藝的不斷改進和完善。目前出現(xiàn)了增強擠壓過程中新的好的工藝方法，優(yōu)點有：提高擠壓速度和擠壓時的生產(chǎn)效率、提高產(chǎn)品質(zhì)量、節(jié)約資源和經(jīng)費使用等。 (4)鋁擠壓材的產(chǎn)品的材料結(jié)構(gòu)有了大的進步。由于鋁合金擠壓材的產(chǎn)量、品質(zhì)和規(guī)格不斷擴大，其使用愈來愈廣

13、泛，在國民經(jīng)濟和生產(chǎn)過程中有著重要的作用。1.2鋁合金門窗的特點和發(fā)展趨勢1.2.1鋁合金門窗的特點鋁合金門窗是鋁合金型材經(jīng)過表面清潔處理等，經(jīng)下料、打孔、銑槽、攻絲、制作待加工工藝而制成的門窗框料構(gòu)件，再用連接件、密封材料和開閉五金配件一起組合裝配而成的2。鋁合金門窗適用于對密閉、保溫、隔聲要求比較高的賓館、辦公樓、圖書館以及居民所住房間等具有現(xiàn)代化特色建筑的門窗工程。其種類非常多，根據(jù)產(chǎn)品材料不同，分類有推拉門窗、固定窗、平開門窗、百葉窗、紗窗等，其中以推拉門窗等使用比較廣泛。 和普通木門窗相對比，鋁合金門窗優(yōu)點顯著：門窗的質(zhì)量非常輕便、強度比較高、密閉性也非常好、在使用中門窗變形很小、非

14、常美觀、材料耐腐蝕性好、使用維修都比較方便、便于日常生活和工業(yè)化生產(chǎn)。1.2.2鋁合金門窗的發(fā)展趨勢 中國的建筑門窗產(chǎn)業(yè)市場中，鋁門窗產(chǎn)品使用最為廣泛，占總體的一半以上。隨著近些來建筑行業(yè)的不斷發(fā)展和壯大，鋁合金門窗生數(shù)量越來越多，據(jù)統(tǒng)計2003年我國的鋁合金門窗產(chǎn)量為2.8億平方米，2005年3.2億平方米，2007年為3.65億平方米，因此中國是名副其實的門窗生產(chǎn)大國3。盡管近年來鋁合金門窗在低檔次產(chǎn)品的沖擊下，市場表現(xiàn)疲軟，但未來在房地產(chǎn)業(yè)發(fā)展的帶動下，因鋁合金門窗的耐腐蝕性、變形量小、防火性強、使用壽命長、環(huán)保節(jié)能等特性，決定其仍是今后市場上的主流。鋁合金門窗由于重量輕、強度高、使用性

15、能好、裝飾強、經(jīng)濟耐用、無污染、能回收再利用而成為我國主要的建筑門窗產(chǎn)品，廣泛應(yīng)用于從高檔公共建筑到一般的民用住宅和工業(yè)廠房3。未來的建筑門窗產(chǎn)業(yè)的主流必然是鋁合金型材類的門窗。鋁合金門窗向高新技術(shù)、多功能的方向發(fā)展，首先要求更新更好的鋁型材，來滿足以后門窗發(fā)展需求。1.2.2鋁合金門窗的發(fā)展趨勢1.3擠壓模具種類和特點擠壓鋁型材的模具可分為平面模和空心模?？招哪Ｓ挚煞譃槠矫娣至鹘M合模、星形組合模和舌型模等，其中平面分流組合模在日常生產(chǎn)中使用最為廣泛，占95%以上2。平面模用于擠壓實心鋁型材，模子可以設(shè)計的很薄，在15.0MN以下的中小型擠壓機上適用的模子可以做到2025mm，15.034.3

16、MN擠壓機用的模子厚度可以取30mm左右。為了保證模子強度和制品尺寸的準確性、穩(wěn)定性，要增加模墊的厚度或者數(shù)目。平面分流組合模多數(shù)情況下用于擠壓空心的型材，因為加工過程中需要二次加工，因此所需要的擠壓力會很大，要注意擠壓時別造成悶車。它的特點：材料的成品率比較高，模具容易加工制造，生產(chǎn)操作很方便，能生產(chǎn)各種高精度、高光潔表面的、形狀復(fù)雜的空心型材。缺點就比較明顯修理工模具和清潔殘下廢料就相對困難一點。星型組合模適用于外形尺寸較大的空心型材，但是擠壓力較分流組合模的小，型材成品率高，殘料清理比較容易，但是模子加工比較困難。相比之舌形模由于剩余殘廢料很長，型材成品率很低，模具加工難度一般，但是擠壓

17、阻力較小，清理殘料容易，修模方便，因此多用與需要擠壓力較大的品質(zhì)要求較高的薄壁空心型材。1.4 研究的目的和意義與國際先進水平相比我國所表現(xiàn)出的距離：（1）擠壓模具材料的種類、品質(zhì)和使用壽命等特點落后國際先進水平，與此相關(guān)的材料熱處理技術(shù)和表面處理技術(shù)相比較也是比較落后的，因此導(dǎo)致我國模具的使用壽命僅為國際先進水平一下；（2）模具設(shè)計理論、加工方法和材料結(jié)構(gòu)選擇等方面與國際先進水平也有很大距離，比如德國在熱擠壓模擬技術(shù)、虛擬設(shè)計及軟件開發(fā)等方面有了許多創(chuàng)新的亮點，基本上實現(xiàn)零試模或可大大減少試模次數(shù)，我國目前情況還沒有達到這種技術(shù)；（3）在模具結(jié)構(gòu)的高效創(chuàng)新和精密實用的現(xiàn)代化加工2個方面距離國

18、際先進水平也有很大差距，國外已經(jīng)研制出許多先進的結(jié)構(gòu)模具，加工精度達到了非常高的水平，結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜的多孔、多腔空心型材模和多孔超精密復(fù)雜模等很早已經(jīng)投入生產(chǎn)，產(chǎn)品的品質(zhì)還十分穩(wěn)定，我國目前情況尚處于起步階段。本設(shè)計目的是熟悉所學(xué)的對擠壓模具工藝設(shè)計的知識，增強自身實際操作設(shè)計的經(jīng)驗，為以后從事模具設(shè)計等方面的工作和學(xué)習(xí)打下堅實的基礎(chǔ)。由于國內(nèi)擠壓模具技術(shù)水平還有待提高，這更需要我們這些模具專業(yè)方面的當代大學(xué)生努力學(xué)習(xí)、突破、創(chuàng)新。因此推拉窗88822鋁合金型材熱擠壓模設(shè)計正是一次展現(xiàn)自己所學(xué)知識，鍛煉自己能力的機會。第二章 擠壓產(chǎn)品的工藝分析2.1產(chǎn)品代號及設(shè)計要求 產(chǎn)品代號：TLC-8882

19、2 牌號及狀態(tài)：6063 T5 密 度：2.69g/cm3壁 厚：1.2mm 米 重：1.261kg/m技術(shù)標準：GB5237.1-2004 擠出長度：50m 產(chǎn)品形狀如右圖2-1所示。 2.2產(chǎn)品形狀及結(jié)構(gòu)分析2.2.1形狀和尺寸分析 圖2-1型材尺寸圖 按形狀尺寸變化特征，型材分為橫斷面型材和變斷面型材。橫斷面型材可分為實心型材、空心型材、壁板型材和建筑門窗型材，很明顯本次設(shè)計的屬于建筑門窗型材。型材斷面大小用外接圓來衡量，擠壓力的大小和外接圓的面積成正比關(guān)系。根據(jù)型材斷面形狀可為實心型材，半空心型材和空心型材,如圖2-2所示。 （1）實心型材，一般的角型、槽型等型材； （2）半空心型材，

20、根據(jù)斷面形狀分為半空心型材I級、半空心型材II級，半空心型材III級。 （3）空心型材根據(jù)斷面形狀也可以分為三級：空心型材I級，空心的部分是圓形，直徑較小，斷面形狀是對稱的，或內(nèi)徑較小，外形是不對稱的；空心型材II級，除I級以外的外接圓直徑不大于130mm，只有一個非圓形空心部分；空心型材III，除I、II外的所有空心型材，壁厚是均勻的，其空心斷面是完整或多孔2。經(jīng)測量本次設(shè)計型材斷面外接圓直徑是=115mm，只有一個不對稱的階梯形空心部分屬于典型的空心型材II級。型材斷面比較復(fù)雜，一般多采用平面分流組合模。 圖2-2 型材按斷面分布圖a實心型材；b半空心型材；c空心型材2.2.2 尺寸偏差的

21、選擇圖2-3 型材尺寸公差圖由于鋁合金建筑型材是熱擠壓型材，其尺寸偏差有特殊性。型材斷面積的尺寸偏差由技術(shù)標準：GB5237.1-2004可得允許偏差分普通級、高精級和超高精級。本次由于本設(shè)計產(chǎn)品沒有標注尺寸偏差值，則公差按普精級，尺寸偏差可查表2-1。產(chǎn)品厚度1.2mm達到要求，壁厚尺寸偏差為0.3。擠壓件截面的過渡處應(yīng)避免尖角，因為銳角處金屬流動困難，阻力升高，模具轉(zhuǎn)角處容易磨損和開裂。因此本設(shè)計的擠壓型材有過渡圓角，這樣比較適合擠壓生產(chǎn)。其各部分尺寸如圖2-3所示。表2-1普通級型材截面尺寸允許偏差（GB5237.1-2004）序號指定部位尺寸/mm允許偏差（）/mm金屬實體不小于75%

22、的部位尺寸空間大于25%，即金屬實體小于75%的所有部位尺寸3欄以外的所有尺寸空心型材包圍面積不小于70mm2時的壁厚測量點與基準邊的距離L6 1515303060601001001501502001欄2欄3欄4欄5欄6欄7欄8欄9欄11.000.130.180.1821.002.000.150.230.220.2632.003.000.180.280.260.3043.004.000.200.380.300.350.4254.006.000.230.530.350.400.4766.0012.000.250.750.410.460.520.56712.0019.000.290.470.520

23、.580.62819.0025.000.320.530.580.630.710.83925.0038.000.380.610.660.750.840.951038.0050.000.450.70.750.891.011.141.341150.00100.000.770.981.091.361.581.872.1712100.00150.001.081.311.441.822.192.603.00注：表中指定部位尺寸為1.20mm2.00mm的型材壁厚偏差要求是強制性的。a 除另有說明本標準提到的空心型材包括通孔未完全封閉且空心部分面積大于開口寬度平方數(shù)2倍的型材。 2.2.3產(chǎn)品材料分析 60

24、63鋁合金在生產(chǎn)建筑鋁門窗中使用較多，它的優(yōu)點有：材料加工性能很好、可焊接性很優(yōu)良、電鍍性很好、抗腐蝕性非常好、有韌性，容易進行拋光處理、陽極氧化效果很好，是典型的擠壓合金。其主要的力學(xué)性能為抗拉強度不小于150MPa；伸長應(yīng)力不小于110MPa；伸長率不小于7%，注：棒材室溫縱向力學(xué)性能,試樣尺寸：直徑12.5mm。6063鋁合金是AL-Mg-Si系中具有中等強度的可熱處理強化合金，Mg和Si是主要合金元素，合金中Mg和Si的含量變化直接影響了材料的品質(zhì)。Mg的作用和影響是 Mg和Si組成一種熱處理強化的化合物Mg2Si，Mg的含量越少，Mg2Si的數(shù)量就越少，熱處理強化效果相應(yīng)減少，型材材

25、料的抗拉強度降低，因此變形抗力相應(yīng)變大，合金的塑性上升，加工性能變的容易，材料耐蝕性能變好。Si的作用和影響是Si的數(shù)量應(yīng)使合金中所有的Mg都能以Mg2Si相的形式存在，以確保Mg的作用得到充分的發(fā)揮。隨著Si含量增加，合金的晶粒變細，金屬流動性增大，鑄造性能變好，熱處理強化效果增加，型材的抗拉強度提高而塑性降低，耐蝕性變壞4。 T5的意思就是在高溫成型的過程中受到冷卻，再進行人工的時效狀態(tài)。適用于由高溫成型過程冷卻后，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4。6063合金在T5狀態(tài)下，融化溫度為615655，相對腐蝕敏感性為1，擠壓性能、抗蝕性、可焊接性和抗應(yīng)力腐蝕開裂性

26、都很優(yōu)良，切削性能和成型性能一般。2.3成形工藝分析與選擇2.3.1擠壓方法的確定 （1）按擠壓材料的溫度可分為冷擠壓、溫擠壓、熱擠壓。冷擠壓：在室內(nèi)溫度下進行擠壓過程叫做冷擠壓。優(yōu)點有：是少切削和無切削工藝，節(jié)約原材料，生產(chǎn)率高，產(chǎn)品強度高，精度高，表面光潔。但是冷擠壓需要的變形力大，因此對模具材料提出了很高的要求，從而限制了冷擠壓零件的尺寸范圍3。溫擠壓：溫度范圍是將坯料加熱到比熱擠壓時低的適當溫度（金屬再結(jié)晶溫度以下）進行擠壓。其優(yōu)點是：將坯料的變形抗力比冷擠壓小，成形比較容易。但是缺點很明顯和冷擠壓生產(chǎn)比較，增加加工時對材料加熱的設(shè)備，產(chǎn)品尺寸精度與表面的粗糙度較差，因為是在加熱條件下

27、工作，勞動條件有些不好。熱擠壓：是將錠坯加熱到金屬再結(jié)晶溫度以上的某個適當?shù)臏囟确秶鷥?nèi)進行擠壓。它的特點是：擠壓材料的變形抗力變低，因此對于加工設(shè)備和擠壓用的工模具要求不高，從而使之投入這方面的資金較少；相對于加工普通的工具，擠壓件加工余量小。但是由于加熱產(chǎn)生氧化、脫碳及熱膨脹等問題，降低了產(chǎn)品的尺寸精度和表面質(zhì)量，熱擠壓生產(chǎn)采用的模具使用壽命較低。根據(jù)以上分析，熱擠壓是一種生產(chǎn)效率高、勞動強度低、加工質(zhì)量好、省料、省工和成本低的金屬壓力加工方法。在生產(chǎn)實踐中，采用熱擠壓模具，只需要調(diào)換上模和下模便可以生產(chǎn)同類型的不同擠壓件，節(jié)省了模具設(shè)計、制造、安裝和調(diào)整的時間，提高了生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成

28、本。鋁合金推拉窗模具的材料為6063鋁合金，采用熱擠壓能夠滿足產(chǎn)品的尺寸精度和表面粗糙度的要求。（2） 根據(jù)擠壓時金屬流動方向與擠壓軸運動方向之間的關(guān)系，擠壓基本變形方式有正擠壓、反擠壓、復(fù)合擠壓等。正擠壓：擠壓過程中制品流出方向與擠壓軸運轉(zhuǎn)方向相同，是擠壓生產(chǎn)中應(yīng)用最廣泛的一種方法。其制品的尺寸范圍廣大，靈活性大，自動化簡單，投資費用少，易于分離殘料。但是正擠壓擠壓時坯料與擠壓筒之間產(chǎn)生相對滑動，存在有很大的外摩擦，摩擦產(chǎn)生的溫度使錠胚的溫度不均勻，導(dǎo)致金屬流動不均勻3。反擠壓：擠壓過程中制品的流動方向與擠壓軸的運動方向相反，是針對正向擠壓法在擠壓過程中錠坯表面與擠壓筒內(nèi)壁發(fā)生激烈摩擦的情況

29、出現(xiàn)的另一種擠壓法。本次設(shè)計型材的結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜，制品橫斷外接圓直徑是115mm，產(chǎn)品材料是6063合金，強度不很大，考慮產(chǎn)品綜合質(zhì)量及經(jīng)濟因素，因此采用正向擠壓方法。2.3.2擠壓工藝制度的確定擠壓溫度和擠壓速度是擠壓過程中的兩個基本參數(shù)，隨著擠壓條件的變化，擠壓過程中的擠壓溫度和擠壓速度是不斷變化的。擠壓中工模具的使用溫度和擠壓力的對于在擠壓過程中溫度變化都有著關(guān)系，在確定擠壓溫度制度時，要注意下面幾個方面的： （1）合金的塑性圖與狀態(tài)圖，了解合金最佳塑性溫度范圍和相變情況；（2） 擠壓過程溫度條件的特點（3） 盡量降低材料的變形抗力因此可以減少擠壓力和作用在工模具上的載荷；（4）保證擠壓型

30、材的溫度分布盡量均勻；（5）擠壓時保證最大的流出速度； （6）控制擠壓溫度不超過使用合金材料的臨界溫度，以避免材料塑性降低導(dǎo)致材料表面生成裂紋；（7）擠壓過程中使材料不沾粘在工模具，避免影響材料表面品質(zhì)； （8）保證擠壓制品材料組織的平均和一致性，使材料的力學(xué)性能保持最佳； （9）使擠壓制品的材料精度符合要求滿足生產(chǎn)條件。 在確定擠壓最佳溫度制度時還應(yīng)該考慮鑄坯的結(jié)晶組織特點、合金化學(xué)成分的波動、金屬間化合物的特點，疏松程度、氣體和其他非金屬雜質(zhì)的含量等。擠壓時的速度與溫度是聯(lián)系在一起的。一般來說，提高擠壓速度必須降低錠坯的加熱溫度，反正，提高擠壓溫度則必須降低擠壓速度，如果錠坯的加熱溫度和擠

31、壓速度導(dǎo)致制品出口溫度非常接近合金的固相線溫度時，制品表面將產(chǎn)生裂紋、氣泡、粗糙、質(zhì)量變壞3。在確定實際金屬流出速度時，應(yīng)考慮擠壓溫度、合金的變形抗力與塑性、擠壓系數(shù)、流動不均勻性和制品的形狀和難度，以及工模具結(jié)構(gòu)和預(yù)熱溫度等特征。本次采用的6063鋁合金擠壓的溫度和速度規(guī)程見下表2-2。表2-2 6063鋁合金擠壓時溫度速度規(guī)程合金制品錠坯溫度/擠壓筒溫度/平均流出速度/m.min-16063空心建筑型材 450530450480可達到100綜上所述，根據(jù)材料與工藝參數(shù)(如金屬變形抗力與塑性、擠壓系數(shù)、流動不均勻的特性、工模具結(jié)構(gòu)形式及預(yù)熱條件)以及設(shè)備條件的影響的綜合因素，錠坯溫度選擇為4

32、50，擠壓筒溫度為450，擠壓速度為40mm/s。2.4 模具總體結(jié)構(gòu)分析 （1）擠壓筒擠壓筒是重要的擠壓工具之一，工作時需要承受高溫、高壓、高摩擦的作用，工作條件十分惡劣,為了改善擠壓筒的受力條件，提高其使用壽命，除選用優(yōu)質(zhì)鋼材外，還要選擇合理的設(shè)計結(jié)構(gòu)2。絕大多數(shù)擠壓筒是采用兩層及以上的襯套以過盈配合用熱組合而構(gòu)成。本型材選用兩層襯套組成，即內(nèi)套和外套。（2）擠壓軸擠壓軸作用十分重要，它使和擠壓筒配套使用生產(chǎn)的重要模具。它在擠壓過程中的主要作用是來傳遞產(chǎn)生的壓力，將擠壓筒中的材料發(fā)生變形，由此看出擠壓軸在擠壓生產(chǎn)過程的中承受到的壓力是根據(jù)擠壓機的噸位來決定的。對于擠壓軸承受壓力的設(shè)計原則，

33、要以它在實際生產(chǎn)中所承受的壓力為依據(jù)，工作環(huán)境也影響了擠壓軸的結(jié)構(gòu)形式，尺寸的確定等。（3）擠壓墊片擠壓墊片在鑄錠和擠壓軸之間，作用是避免擠壓軸與高溫金屬坯料直接接觸，防止軸端面過早磨損，粘鋁，包軸和變形，從而提高擠壓軸的使用壽命。擠壓墊的結(jié)構(gòu)形式與尺寸、設(shè)備、擠壓方法、產(chǎn)品類型等有直接關(guān)系。（4）平面分流組合模 平面分流組合模是擠壓機上生產(chǎn)各種管材和空心型材的主要模具形式，其特點是將模芯放在?？字?，與?？捉M合成一個整體，模芯好像舌頭一樣在模芯中，故又叫做平刀式形模。 平面組合模一般是由上模、下模、定位銷、連接螺釘4部分組成。在上模有分流孔、分流橋和模芯：分流孔是金屬通往型孔的通道；分流橋是支

34、承模芯的支架；而模芯是用來形成內(nèi)腔的形狀和尺寸2。下模有焊合室、模孔型腔、工作帶和空刀：焊合室是把分流孔流出來的金屬匯集在一起重新焊合起來形成模芯為中心的整體坯料；模孔型腔的工作帶部分確定型材的外部尺寸和形狀以及調(diào)節(jié)金屬的流速；而空刀是為了減少摩擦，是制品能順利通過，保證產(chǎn)品表面品質(zhì)2。定位銷是用來進行上下模的裝配定位，而連接螺釘是把上下模牢固的連接在一起，使平面分流組合模形成一個整體。平面分流組合模主要優(yōu)點有：擠壓生產(chǎn)時材料成品率非常高，工模具容易加工制造，生產(chǎn)過程中操作十分簡單，可以生產(chǎn)出精度很高、表面非常光潔、結(jié)構(gòu)形狀尺寸十分復(fù)雜的空心型材。其缺點：擠壓過程中或結(jié)束時修理工模具和清潔剩余

35、殘廢料非常困難。2.4.4 擠壓工模具的材料選擇為了提高工模具的使用壽命，降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量，應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品品種，批量大小，工模具的結(jié)構(gòu)，形狀和大小，工作條件以及鋼材本身的熔鑄、鍛造、加工和熱處理工藝性能，鋼材的價格和貨源等方面的情況，綜合以上因素，選擇經(jīng)濟而合理的工模具材料。我國主要采用的擠壓鋁合金的工模具材料參看表2-3。 表2-4 我國部分擠壓工模具材料選用表2擠壓工具名稱材 料備注選用代用7.5MN25MN擠壓機擠壓筒內(nèi)套3Cr2W8V5CrNiW、4Cr5MoSiV1為俄羅斯牌號7.5MN25MN擠壓機擠壓筒外套5CrNiMo5CrNiW5MN25MN擠壓機擠壓軸3Cr2W8V5

36、CrNiW、4Cr5MoSiV1平面組合模內(nèi)外套3Cr2W8V、4Cr5MoSiV1160擠壓墊3Cr2W8V7Cr3、4Cr5MoSiV1根據(jù)上表數(shù)據(jù)，擠壓筒內(nèi)套、擠壓軸、擠壓墊以及平面組合模均選用材料3Cr2W8V，擠壓筒外套材料選用5CrNiMo。第3章 工藝計算3.1坯料尺寸的計算3.1.1 坯料直徑的計算 坯料選擇為圓錠，坯料的橫斷面面積： 式中 型材米重：G=1.261kg/m； 型材密度：=2.69g/cm3。 根據(jù)制品斷面積，外接圓直徑長度，查表3-1，初步選取擠壓機為16.3MN臥式擠壓機，擠壓筒的直徑Dt=140mm。表3-1 某些擠壓機上擠壓鋁型材的合理工藝參數(shù)擠壓機 擠

37、壓筒鑄錠尺寸填充系數(shù)K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斷面積/cm2比壓/MPa直徑/mm長度/mm斷面積/ cm2制品斷面積/ cm2合理擠壓系數(shù)a12臥式32115715104115511040098.21.09252.604.202540130192.5905124120.61.104.407.0016.3臥式2414074015410001345001421.08106.2010.01530170192.59051246002061.107.6015.2 為了使坯料能夠順利的裝入擠壓筒內(nèi)，鑄錠直徑應(yīng)該和擠壓筒內(nèi)徑要有一定的間隙，可根據(jù)下式來

38、預(yù)選： （3-1）式中 Dp坯料直徑； Dt擠壓筒直徑； C坯料加熱前直徑與擠壓筒內(nèi)徑的間隙，在實際生產(chǎn)中C取值范圍為512mm，C值隨坯料直徑增大而增加，本次C取6mm；t坯料加熱溫度；a金屬的線膨脹系數(shù)，它隨合金種類變化面變化，在擠壓溫度范圍內(nèi)，一般取值為12.510-6/。在擠壓生產(chǎn)中，為保證鑄錠在加熱后順利裝入擠壓筒內(nèi)，常把擠壓筒截面積與鑄錠截面積之比成為填充系數(shù)（鐓粗系數(shù)）K： （3-2）式中 填充系數(shù)，一般取值范圍為1.061.121，故此次計算符合條件； Ft擠壓筒斷面積（mm2）； Fp坯料斷面積； Dp坯料直徑； Dt擠壓筒直徑。綜合以上計算，坯料的直徑取133mm符合條件。

39、3.1.2坯料長度的計算 錠坯長度按下式計算： （3-3）式中 錠坯長度； 制品擠壓長度； 擠壓系數(shù)； 殘料長度； 填充系數(shù)。型材的擠壓長度：=50000mm，填充系數(shù)：K=1.11，查表3-1可得=10mm，擠壓系數(shù)是擠壓筒截面積與型材斷面積的比值：。因此坯料長度： 由表3-1可知此次選用擠壓機中擠壓筒長度是740mm，因此要分為3次裝料，每次裝料長度：=666mm。3.2擠壓力的計算鋁合金在穩(wěn)流階段（基本擠壓階段）受力狀況比較復(fù)雜，包括擠壓筒壁、模面和定徑帶表面作用在金屬上的正壓力和摩擦力，以及擠壓軸通過擠壓墊片作用在金屬上的擠壓力。 直接或間接影響擠壓力的因素有數(shù)十個。主要因素有：金屬的

40、本性、擠壓溫度、擠壓速度、擠壓系數(shù)、工模具的形狀、結(jié)構(gòu)與表面接觸摩擦條件、產(chǎn)品形狀和尺寸以及鑄錠的形狀、尺寸與表面狀態(tài)。鋁合金擠壓力計算公式也有多種。最長用的有.別爾林公式和.古布金公式，本次設(shè)計采用.別爾林公式： （3-4）式中 為了實現(xiàn)金屬塑形變形作用在墊片上的力； Tt 為了克服擠壓筒壁上的摩擦力作用在墊片上的力； Tzh為了克服塑形變形區(qū)壓縮錐面上的摩擦力作用在墊片上的力； Tg為了克服擠壓模工作帶壁上的摩擦力作用在墊片上的力。 （1）為了實現(xiàn)塑形變形作用在墊片上的力RS （3-5） 式中各參數(shù)表示及其確定： 擠壓筒內(nèi)孔的橫斷面積，即Ft，擠壓筒內(nèi)徑Dt=140mm； 擠壓模半錐角，平

41、模正擠壓取90，平模反擠壓取80。本次擠壓工藝采用的是平模正擠壓，故取90。 i=ln，其中為擠壓系數(shù)； 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： （3-6） 但是，擠壓時變形程度很大，使用上式得到的值偏高，所以采用幾何平均值確實的值： ； （3-7） ； （3-8） ； （3-9） 其中，金屬材料硬化系數(shù)，由于本設(shè)計鋁型材的擠壓速度較低，對擠壓速度低的鋁來說，應(yīng)該查金屬硬化系數(shù)圖6，取Cy3.1； （2）為了克服擠壓筒壁上的摩擦力作用在墊片上的力Tt （3-10） （

42、3-11）式中各參數(shù)表示及其確定： 填充擠壓后的坯料長度，為坯料直徑，LP是坯料長度； 死區(qū)高度，當60時，=0；時， （3-12） 本次使用的是平面分流組合模，所以a=900，Dt是擠壓筒直徑，型材等效直徑D0由下面公式確定： （3-13）式中 Fp型材斷面積 擠壓筒和變形區(qū)內(nèi)的表面摩擦系數(shù)，見表3-1；表3-1 確定擠壓力用的摩擦系數(shù)值合金變形溫度/250350350450450500鋁0.300.350.250.280.20.25鋁合金0.300.350.250.30 擠壓筒內(nèi)金屬的平均塑性剪切應(yīng)力，帶潤滑擠壓時，可以認為錠坯內(nèi)部金屬性能與表面層的相同，即： St=Szh0 （3-14）

43、所以選擇。 坯料的抗拉強度，查熱加工時有色金屬與合金的抗拉強度表1得到6063合金在450時的抗拉強度為。(3)為了克服塑形變形區(qū)壓縮錐面上的摩擦力作用在墊片上的力Tzh （3-15）(4) 為了克服擠壓模工作帶壁上的摩擦力作用在墊片上的力Tg （3-16） 式中各參數(shù)表示及其確定： 工作帶長度，對于鋁合金工作帶一般最短為2.3-3mm，這里取3mm； 工作帶壁上的摩擦系數(shù)； 變形區(qū)壓縮錐出口處金屬塑性剪切應(yīng)力； 型材等效直徑。 將以上公式整理后，得皮爾林擠壓力計算公式： （3-17）通過以上各參數(shù)說明，計算得各參數(shù)值為：（1）；（2）=；（3）=32.91；（4）；（5）；（6）； (7)；

44、（8） =900（9） ；（10）（11）=3mm；（12）=0.25；（13） 由上面（3-18）公式計算得擠壓力：3.3擠壓機的選擇擠壓機按其傳動類型可分為2類：機械和液壓。機械擠壓機曾用于擠壓鋼和冷擠壓方面，其主要優(yōu)點是擠壓速度快。但是機械擠壓機的擠壓速度是不斷變化的，對于工模具的使用壽命、制品性能的均勻性都有很大的影響，因此應(yīng)用有限。在日常生產(chǎn)中使用最為廣泛的是液壓傳動擠壓機。 液壓傳動的擠壓機按其總體結(jié)構(gòu)形式臥式擠壓機和立式擠壓機。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

45、行監(jiān)視、保養(yǎng)和維護;（2）為了實現(xiàn)機械化自動化等特點，使各種機器放在同樣的平面；（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）擠壓機的運動部件，容易磨損，很難保持原來的精確度，機器也會受熱變形，因而易導(dǎo)致擠壓中心失調(diào)；（5）擠壓機器設(shè)備的占地面積大； 臥式擠壓機按其擠壓方法又可分為正向擠壓機、反向擠壓機和聯(lián)合擠壓機三種類型。擠壓機的技術(shù)特性主要包括：擠壓力、穿孔力、擠壓桿的行程與速度、穿孔針的行程與速度和擠壓筒的尺寸等。最常用的臥式擠壓機的能力為8-50MN。 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，單要

46、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，以便隨時的酸洗、冷軋或帶芯頭拉拔等。因運動部件垂直地面移動，所以磨損小，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，常為6-10MN，主要用作生產(chǎn)尺寸不大的管材和空心制品。綜上所述，根據(jù)擠壓筒直徑比型材外接圓直徑大2550mm和型材斷面截面積。本設(shè)計采用16.3MN單動臥式擠壓機，擠壓筒直徑為140mm，型材最大外接圓直徑115mm，擠壓系數(shù)27.9。3.4壓力中心的計算 在擠壓過程中，為了使擠壓軸定位更加精確，提高擠壓質(zhì)量，應(yīng)當使擠壓作用力點與型材的壓力中心重合。利用Auto CAD軟

47、件找型材的壓力中心。步驟如下：首先繪制出型材斷面圖，用“面域”命令將其設(shè)成一個整體圖形；在命令欄輸入“UCS”，任選有的一點，建立新坐標；采用“工具”“查詢”“面域/質(zhì)量特性”命令，選擇已經(jīng)面域的圖形確定，則會彈出面域參數(shù)分析對話框，其中有質(zhì)心即為壓力中心的坐標。如圖3-1所示。 3-1 型材壓力中心圖第四章 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分流孔的設(shè)計 分流孔在模子平面上的合理布置，對于平衡金屬流速，減少擠壓力，促進金屬的流動與焊和，提高模具壽命等都有一定的影響，對于對稱性較好的空心制品，各分流孔的中心圓直徑應(yīng)大于或等于0.7D筒4。對非對稱空心型材或異型材，應(yīng)盡量保證各部分的

48、分流比基本相等，或型材斷面積稍大部分的K分值略低于其他部分的K分值，此外，分流孔的布置應(yīng)盡量與制品保持幾何相似性。為了保證模具強度和產(chǎn)品質(zhì)量，分流孔不能布置的過與靠近擠壓筒或模具邊緣，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4。（1）分流孔的面積分流孔是平面分流組合模的基本結(jié)構(gòu)部分，在模子平面上的合理布置，對于平衡金屬流速、減少擠壓力促進金屬流動和焊合，提高模具壽命等都有一定的影響。首先選擇確定分流比，應(yīng)盡量選取大一些，這樣有利于金屬的流動與焊合。對于擠壓空心型材，的一般取值范圍是1030。經(jīng)計算，選擇分流比=10。分流孔總面積： 。 （4-1）（2）分流孔的

49、選擇為了減少壓力，提高焊縫品質(zhì)或者當制品的外尺寸較大，擴大分流比受到模子強度限制時，分流孔可做成內(nèi)斜度為13外錐度為36的斜行孔。分流孔斷面形狀有圓形，腰子形，扇形，異形等。分流孔的個數(shù)要盡量少，以減小焊縫數(shù)量，增大分流孔面積、降低擠壓力。本設(shè)計型材斷面形狀較復(fù)雜且不對稱，本設(shè)計用4個分流孔。采取扇形分流孔，并進行四腔一芯排列。則每個分流孔面積可計算為： （3）分流孔位置的確定分流孔布置時不能太靠近模具邊緣，也不能靠近擠壓筒中心。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； C經(jīng)驗系數(shù)，取mm。由公式（4-2）知：mm。本設(shè)計取120mm。并且分流孔兩平面間的夾角取90，得到分流孔的形狀與大小排列示意如圖4-2所示。圖4-1 部分分流孔的排列、大小、形狀 圖 4-2 分流孔的形狀和尺寸 圖4-3 分流橋的形狀和尺寸4.1.2分流橋的選擇 分流橋的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和尺寸對金屬流動速度、焊合質(zhì)量、擠壓力大小和模具強度都會產(chǎn)生明顯的影響。分流橋按結(jié)構(gòu)可分為固定式和可拆式（叉架式）兩種。本設(shè)計選擇的是固定式分流橋。分流橋截面形狀主要有矩形的、矩形倒角和水滴形三種，后面種廣為采用。因此本次設(shè)計采用矩形倒角，其倒角（焊合角）取為45。橋?qū)払一般取為： =b+（320） （4-3）式中 模芯寬度 320經(jīng)驗系數(shù)，當制品外形及內(nèi)腔尺寸大時取上限，反