擠壓鋁型材課程設計講解

1、鋁合金型材擠壓工藝及模具設計2 .設計基本內容：設計一件實心型材制品和一件空心型材制品的工藝工藝過程及模具設計，包括擠壓工藝參數(shù)，模具結構，制造工藝等要求3 .完成后應繳的資料：課程設計說明書一份實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 .設計完成期限：2007年6月11日2007 年6月絲日指導老師 簽發(fā)日期教研室主任 批準日期 課程設計評語：成績:設計指導教師年 月 日目錄一、緒論 4二、總設計過程概論 72.1 擠壓工藝流程72.2 擠壓工藝條件7三、實心型材模設計93.1 所要設計的實心型材制品93.2 選坯和選設備103.3 擠壓力的計算113.4

2、實心型材模具體結構設計123.5 .實心模尺寸數(shù)據(jù)設計 13四、 空心型材模設計 184.1 所要設計的制品184.2 選坯和選設備184.3 擠壓力的計算194.4 模組及模子外形尺寸確定204.5 組合模相關參數(shù)的確定204.6 模子內形尺寸的確定234.7 模孔工作帶長度hg的確定 244.8 模芯的設計244.9 上模凸臺設計244.10 定位銷，螺釘 244.11 模子強度校核 254.12 零件圖裝配圖26五、總結與體會 .264.13 26緒論近 20 年來，隨著建筑行業(yè)的高速發(fā)展，我國民用建筑鋁型材工業(yè)也從無到有，從弱到強地迅猛前進。至今，廣東省的建筑鋁型材產(chǎn)品已約占全國的三分

3、之二左右，鋁型材的生產(chǎn)能力超過社會的需求，如何提高產(chǎn)品質量，降低成本是取得市場競爭勝利的關鍵環(huán)節(jié)。鋁合金型材具有強度高、重量輕、穩(wěn)定性強、耐腐蝕性強、可塑性好、變形量小、無污染、無毒、防火性強，使用壽命長（可達50 100 年） ，回收性好，可回爐重煉。6063 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，陽極氧化效果優(yōu)良，是典型的擠出合金，廣泛應用于建筑型材，灌溉管材，供車輛，臺架，家具，升降機，柵欄等用的管，棒，型材。多年來世界各國均采用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

4、，開始陽極氧化是白色，后進一步改變電解質才達到古銅色，這兩種主體顏色在國內用了十多年。鋁材在擠壓過程中，如擠壓模具不是很好或模具擠壓鋁材過多，鋁材表面會產(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)中實施擠壓加工技術，其成敗的關鍵是模具，模具設計以及其質量，事關產(chǎn)品的質量，成本。在擠壓設計的過程中擠壓工藝條件：應考慮擠壓溫度、擠壓速度、潤滑、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 是一個最核心的問題，有以下的選擇原則：1）保證產(chǎn)品表面質量原則；2）保證擠壓模強度的原則；3）保證產(chǎn)品內在質量的原則；4）經(jīng)濟上的優(yōu)化原則生產(chǎn)成

5、本最低；成材率最大；產(chǎn)量最高。這次的設計任務是設計一個實心型材和一個空心型材模，實心型材模采用單模，空心型材模采用分流組合模，擠壓制品所有的材料是6063。由于其強度高，質量輕，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械 性能，是一種可以時效強化的 AL-Mg-Si系合金，廣泛應用于基礎性建筑行業(yè)以 及一些機械制造業(yè)。其化學成分表示如下：6063AL 的成分：GB/T3190-1996 :表1:牌號SiFeCuMnMgCrZnTi其它元素每種總量60630.20.60.350.100.100.450.90.100.100.100.050.156063機械性能：(鋁合金及應用)表3

6、：常用擠壓工具鋼及其機械性能:鋼號成分(%)試驗溫度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.總設計過程概論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，擠壓時錠坯的加熱溫度不宜過高，應盡量降低擠壓溫度。2) . 擠壓筒的加熱溫度模具的成分多為合金鋼，由于導熱性差，為避免產(chǎn)生熱應力，擠壓前擠

8、壓筒要預熱，為保證擠壓制品的質量，并且具有良好的擠壓效應，擠壓筒溫度可取 400 c 450 C。3) . 擠壓溫度熱擠壓時，加熱溫度一般是合金熔點絕對溫度的0.750.95倍，本設計擠壓溫度為450c500C,擠壓過程溫度控制在 470c左右。4) . 擠壓速度考慮金屬與合金的可擠壓性，制品質量要求及設備的能力限制，本設計的擠壓速度取0.70.8m/s。5) . 工模具的潤滑因本設計采用熱擠壓，故不采用潤滑。6) . 模具模具應具有足夠的耐高溫疲勞強度和硬度，較高的耐回火性及耐熱性，足夠的韌性，低的膨脹系數(shù)和良好的導熱性，可加工性，及經(jīng)濟性，本設計采用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)所選的設備而定。8) . 淬火本工藝過程中，制品擠出后可通過設置風扇對制品進行吹風來達到風淬的目的。9) . 冷卻直接露置在空氣中冷卻，達到自然時效的目的。10) . 切頭尾為保證產(chǎn)品質量，本工藝過程統(tǒng)一去頭尾各300mm。三 . 實心型材模設計3.1 所要設計的實心型材制品:本制品的形狀和尺寸如下圖 1：牌號（XC311制品的截面積F制二型材外接圓直徑D現(xiàn)有設備：表4:X11以_4 口士_小核在1一一一2二 212.9mm外=43.86mm設備噸位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，進一步優(yōu)化，計算列表：表5:序DoDdLdWd填充填充后長壓余厚切壓 余后 功效 長度Ld”擠壓比制品長成品成品重成材率號(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 %對應的方案33.3 擠壓力的計算: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擠壓筒內直徑，mmd制品的當量直徑，mm(T b某一擠壓溫度下材料的抗拉強度，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,設備選擇符合要求，即理論技術可行。3.4 實心型材模具體結構設計模組的結構如下圖圖2:1.模子2.模墊3.前環(huán)4.后環(huán)5.保護墊板6.前機架7.模座8.模套9.剪刀10.擠壓筒模組的結構：對于不同噸位的擠壓機，下圖中的主要結構尺寸都是配套設置的，可以從有關資料中查得。模組的主要結構尺寸如圖 3模組尺寸如下表：表6:設備噸

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:設備噸位500T800T1630T d1/d2 135/ 145X 20 25 165/ 175X 2530 250/ 260X 30 40h11212 1312 133.5. 實心模尺寸數(shù)據(jù)設計1) .選坯和選擇設備根據(jù)前面的計算擠壓筒內直徑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模孔的實際尺寸Am型材的名義尺寸G欲量系數(shù)(對于 6063合金，Ci = 0.0170.010,本設計Ci取0.010) 1型材外形尺寸的正偏差值計算得到：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?？椎膶嶋H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,本設計取0.10 2型材壁厚的正偏差計算得到：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) .工作帶長度的確定由于是等壁厚型材，故定徑帶長度 hg各處相等，本次設計取hg= 5mm6) .阻礙角由于hgW1015m%故不采用阻礙角7) .模子強度的校核型材模的強度較核主要是其懸臂梁部分，取型材上端AB為危險端面，進行強度校核.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、舌部彎曲應力（TW計算：（TW= M / W式中MW彎矩，MW= Qe （e為陰影部分重心到危險斷面處的距離）；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、剪應力r的計算：r =Q / bshXHr =306801.6/（34 X30） =300.79MPa、等效應力（re的計算：（T e= （rw+（1.73 x

18、）（re= 451.2 2+（1.73 X 300.79） 2 1/2 =688.74MPa500 C時4Cr5MoSiV1的屈服強度為1025MPa遠大于0 e,所以模子強度合 格。8) . 作圖（見圖紙）四.空心型材模設計4.1 所要設計的制品：本設計制品的的牌號為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 選坯和選設備：2制品的截面積：F制=409.68 mm模孔外接圓直徑口外=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，在進一步

19、計算優(yōu)化，計算列表如下表8序號Do(Fo )Dd(mm)Ld(mm)wd(kg/根)填充系數(shù)K填充后長度Le壓余厚hy(mm)切壓余后的有效長度Ld擠壓比入制品長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 %對應的方案1即1630T的擠壓設備 錠坯尺寸為：Dd

20、 x Ld=178x 540mm擠壓比入=67.014.3 擠壓力的計算：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擠壓筒內直徑，mmd制品的當量直徑，mm(T b某一擠壓溫度下材料的抗拉強度，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,設備選擇符合要求，即所選設備理論可行4.4 模組及模子外形尺寸確定：模組尺寸結構簡圖如前圖 3 所示根據(jù)前面計算，從表6 選取H2=150H3=70H1=30模子外形尺寸簡

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因為本設計采用孔道式分流組合模故：取 H ± = 80 mmH 下= 70mni4.5 組合模相關參數(shù)的確定：1) . 分流孔的個數(shù)取4 個，形狀為扇形2) 扇形面積的確定：因為分流孔面積與制品斷面積的比值匯F分/F型 = K,K即為分流比，一般K對于1/2空心型材時，應等于 入。本設計取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 應保證分流孔最大外接圓直徑比設備可加工范圍的孔最大外接圓直徑小5mm本設計設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為模孔與模腔的最小距離，依據(jù)經(jīng)驗a,b 一般取38 mm,本設計取 a=8mm, b=7.5.圖8由 h=25.4/2+8=20.7,H=132

23、/2=66 , 由幾何知識可得方程式a/ 3 6 0 xnH - h2«ana= F大,用代入相關數(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 能驗算得出結果基本正確。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量，孔道錐面與其軸線的 夾角為24° ,本設計取45) .分流橋分流橋的寬窄和模具的強度以及金屬的流量有關，從增大分流比，降低擠壓 力來考慮，分流橋的寬度B應該選擇小些，但為了改善金屬流動的均勻性，?？鬃詈檬艿椒至鳂虻恼诒危瑒t B應該選擇得寬些，一般?。築=b十

24、 (3 20) mm本設計采用倒梯形結構，取 B=45見下圖圖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焊縫的質量有很大的影響。按經(jīng)驗公式：當D0=190200 mm時，h = 20mm,處約小5mm本設計取h=20mm形狀為圓形如圖：圖11:4.6 模子內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)驗系數(shù)，由于本設計爭對 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)驗公式 B=B + 確定由于B=1.8 mm.本設計= 0.1故 Tk=1.8 + 0.1 = 1.9 mm4.7 ?？坠ぷ鲙чL度hg的確定：由于本型材制品的對稱性較好，外形相對較小，一般可取26 nlm。本設計取hg = 5mm4.8 模芯的設計：一般伸出下模工作帶 35mm本設計取4mm模腔外形按空心型材的空心部 分確定。4.9 上模凸臺設計：上模凸臺高取7mm直徑為256mm用于裝配定位4.10 定位銷，螺釘(按G麗準選取標準件)：定位銷的直徑取兩個:8x75,螺釘采用M10x85，具體說明見裝配圖4.11 模子強度校核：這種模子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入金屬和金屬充滿焊合室以后流出?？字H，故強度的校核主要是針對模子的分流橋，模橋的彎曲應力和抗剪強度： 分流橋彎曲應力校核 1/2Hmin = L P/(2 X bb),式中：Hmin分流橋的最小高度L 分流橋兩個危險斷面的長度，經(jīng)計算 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力。在 450500 C下，對于 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