挤压铝型材课程设计报告书

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1、一. 题目:铝合金型材挤压工艺及模具设计二. 设计基本内容:设计一件实心型材制品和一件空心型材制品的工艺工艺过程及模具设计，包括挤压工艺参数，模具结构，制造工艺等要求三. 完成后应缴的资料:课程设计说明书一份实心型材模零件图空心型材模上模零件图空心型材模下模零件图空心型材模装配图四. 设计完成期限:2007年6月11日2007_年6月22日指导老师签发日期教研室主任 批准日期 课程设计评语:成绩:设计指导教师年月日目录一、绪论 4二、总设计过程概论 72.1挤压工艺流程72.2挤压工艺条件7三、实心型材模设计 93.1 所要设计的实心型材制品93.2选坯和选设备103.3挤压力的计算113.4

2、实心型材模具体结构设计123.5.实心模尺寸数据设计 13四、空心型材模设计 184.1 所要设计的制品184.2选坯和选设备184.3挤压力的计算194.4模组及模子外形尺寸确定204.5组合模相关参数的确定204.6模子内形尺寸的确定234.7模孔工作带长度hg的确定 24244.8 模芯的设计4.9上模凸台设计 244.10定位销，螺钉 244.11模子强度校核 254.12零件图装配图26五、总结与体会 .26参考文献 26绪论 近 20 年来，随着建筑行业的高速发展，我国民用建筑铝型材工业也从无到 有，从弱到强地迅猛前进。至今，广东省的建筑铝型材产品已约占全国的三分 之二左右，铝型材

3、的生产能力超过社会的需求，如何提高产品质量，降低成本 是取得市场竞争胜利的关键环节。铝合金型材具有强度高、重量轻、稳定性强、耐腐蚀性强、可塑性好、变 形量小、无污染、无毒、防火性强，使用寿命长（可达 50100 年），回收性好， 可回炉重炼。 6063 合金中的主要合金元素为镁及硅，具有加工性能极佳，优良 的可焊性，挤出性及电镀性，良好的抗腐蚀性，韧性，易于抛光，上包膜，阳 极氧化效果优良，是典型的挤出合金，广泛应用于建筑型材，灌溉管材，供车 辆，台架，家具，升降机，栅栏等用的管，棒，型材。多年来世界各国均采用 6063 铝合金（铝合金近百种）作为门窗框架。主要是为了该金属表面阳极氧化 效果好

4、，开始阳极氧化是白色，后进一步改变电解质才达到古铜色，这两种主 体颜色在国内用了十多年。铝材在挤压过程中，如挤压模具不是很好或模具挤压铝材过多，铝材表面 会产生挤压痕，用手可能触摸到铝材表面不平，因此，在现代化大生产中实施 挤压加工技术，其成败的关键是模具，模具设计以及其质量，事关产品的质量， 成本。在挤压设计的过程中挤压工艺条件：应考虑挤压温度、挤压速度、润滑、 模具（种类、形状、尺寸等）、切压余、淬火、冷却、切头切尾等多方面的因素。 其中，选择挤压筒直径 D0 是一个最核心的问题，有以下的选择原则： 1）保证 产品表面质量原则； 2）保证挤压模强度的原则； 3）保证产品内在质量的原则；4）

5、经济上的优化原则生产成本最低；成材率最大；产量最高。这次的设计任务是设计一个实心型材和一个空心型材模，实心型材模采用单模，空心型材模采用分流组合模，挤压制品所有的材料是6063。由于其强度高，质量轻，加工性能好，在退火状态下，该合金有优良的耐蚀性及物理机械 性能，是一种可以时效强化的 AL-Mg-Si系合金，广泛应用于基础性建筑行业以 及一些机械制造业。其化学成分表示如下：6063AL 的成分：GB/T3190-1996 :表1:牌号SiFeCuMnMgCrZnTi其它元素每种总量60630.20.6w0.350.100.100.450.90.100.100.100.050.156063机械性

6、能：（铝合金及应用）表3：常用挤压工具钢及其机械性能:钢号成分（）试验温度oCb/MPa0.2/MPa/%/%HB热处理工艺0.55C30011509904711.03518501.51M n40010108606111.1311oC5CrMnMo0.67Cr5007806908617.5302油淬600 oC0.26Mo6004304108426.7235回火0.30C30042911000.23Cr40015201373429C在油中淬3Cr2W8V8.65W500143013635.6405火，550 C0.29V6001280158.3325回火0.37C4.74Cr400136012

7、3049610501.25Mo45013001135527C4Cr5MoSiV11.05Si50012001025569油淬第一次1.11V550105085558120.29 Mn6008257106710回火600C二.总设计过程概论2.1挤压工艺流程：铸锭加热 t 挤压 t 切压余 t 淬火 t 冷却 t 切头尾或(切定尺)T时效T表面处理T包装T出厂2.2挤压工艺条件：1) .铸锭的加热温度6063铝的最高允许加热温度为550C，下限温度为320C，为了保证制品 的组织，性能，挤压时锭坯的加热温度不宜过高，应尽量降低挤压温度。2) .挤压筒的加热温度模具的成分多为合金钢，由于导热性差，

8、为避免产生热应力，挤压前挤压 筒要预热，为保证挤压制品的质量，并且具有良好的挤压效应，挤压筒温度可 取 400C 450 Co3) . 挤压温度 热挤压时，加热温度一般是合金熔点绝对温度的 0.75 0.95 倍，本设计挤 压温度为450C500C，挤压过程温度控制在 470C左右。4) . 挤压速度考虑金属与合金的可挤压性，制品质量要求及设备的能力限制，本设计的 挤压速度取 0.7 0.8m/s 。5) . 工模具的润滑因本设计采用热挤压，故不采用润滑。6) . 模具模具应具有足够的耐高温疲劳强度和硬度，较高的耐回火性及耐热性，足 够的韧性，低的膨胀系数和良好的导热性，可加工性，及经济性，本

9、设计采用 4Cr5MoSiV1作为模具的材料，热处理的硬度为 HRC447。7) . 切压余根据所选的设备而定。8) . 淬火本工艺过程中，制品挤出后可通过设置风扇对制品进行吹风来达到风淬的 目的。9) . 冷却 直接露置在空气中冷却，达到自然时效的目的。10) . 切头尾因头尾组织性能不均匀， 为保证产品质量，本工艺过程统一去头尾各 300mm。三 . 实心型材模设计3.1 所要设计的实心型材制品 :本制品的形状和尺寸如下图 1 ：牌号（XC311制品的截面积F制=212.9mm型材外接圆直径。外=43.86mm现有设备:表4:设备吨位500T800T1630T挤压筒直径D095125187

10、挤压截面积F070851226627451锭坯尺寸Ddx Ld 90x270/320 120x400/450 178x540/600/660冷床长26m32m44m填充系数1.1141.0851.104压余厚202530最大挤压比97.48273.6加工 范 围最大外接圆直径6595147挤一根最 小制品断 面积F 制 min721503723.2选坯和选设备：根据加工范围要求（F制F制min,及D外WD外max）有500T、800T可选，按成材率最高的原则，进一步优化，计算列表： 表5：序号D0(F0)Dd(mm)Ld(m重 w 创 ) 单 W 根填充系数K填充 后长 度Ld压余厚hy(mm

11、 )切压余后 有效 长度Ld ”挤压比入制品长L制(m)成 品 数 nx6(m)成品重W制(kg)成材率W制/Wd(%)195902704.621.1142422022233.297.391X63.4474.40%295903205.471.1142872026733.298.891X63.4462.77%312512040012.201.0853692534457.6119.823X610.3284.95%412512045013.731.0854152539057.6122.473X610.3275.38%最后选择成材率最高的84.95 %对应的方案33.3挤压力的计算：根据挤压力公式：1

12、/2 2P = 11.775 x (D/d) 0.8 x D bP为单位挤压力，ND挤压筒内直径，mmd制品的当量直径，mm(T b某一挤压温度下材料的抗拉强度，MPa丄.1/22故 P= 11.775 x (125/16.46 ) 0.8 x 125 x 16.2=5829.21KN换算成吨位：约595TPV额定吨位800T,设备选择符合要求，即理论技术可行。3.4实心型材模具体结构设计模组的结构如下图图2:1.模子2.模垫3.前环4.后环5.保护垫板6.前机架7.模座8.模套9.剪刀10.挤压筒模组的结构：对于不同吨位的挤压机，下图中的主要结构尺寸都是配套设置的，可以从有关资料中查得。模组

13、的主要结构尺寸如图3模组尺寸如下表：表6：设备吨位500T800T1630T1X2X H 160XO 180210X250 310XO 350X 190X 240X 340H1203030H280 9090 100110 150H350 6050 6060 80挤压模具的尺寸如下表:表7:设备吨位500T800T1630T d1/d2 135/ 145 X 20 25165/ 175X 2530 250/ 260X 30 40hi1212 1312 133.5.实心模尺寸数据设计1) .选坯和选择设备根据前面的计算挤压筒内直径D0=125mm锭坯尺寸：Dd x Ld=O 120X 400挤压比

14、入=57.612) .模组及模子尺寸外形的计算H2=100H3=60Hi=30模子外形尺寸的确定(如下图4)图4:依据表7的数据可以确定di=165 mm d 2=175 mm h 1 = 12 mm h2=30 mm3) 模子内形尺寸的确定挤压比入=57.61 V入ma=82,故不需要多孔挤压确定模孔尺寸：型材外形尺寸公式：Ak=Armb (1 + Ci) + 1Ak模孔的实际尺寸Am型材的名义尺寸G欲量系数(对于 6063合金，G = 0.0170.010，本设计Ci取0.010 ) 1型材外形尺寸的正偏差值计算得到：Bk= 40(1 + 0.010) + 0.60 = 41.00mmHk

15、= 18(1 + 0.010) + 0.45 = 18.63mm型材壁厚尺寸公式：Sk=Sn+ 2+ C2Sk模孔的实际壁厚处尺寸Sm型材壁厚的名义尺寸C2欲量系数，对铝合金一般取 0.050.15，本设计取0.10 2型材壁厚的正偏差计算得到：Sk= 3+ 0.25 + 0.10 = 3.35mm模孔主要尺寸如下图5图5:4）.孔形在模子端面位置的确定由于本型材为等壁厚的型材，故型材的几何重心在置模子的中心压力中心的计算（如下图示）(X3,y 3)(X4,y 4)“(x 2,y 2)（X 5必5）丿eQ(xxyi)X0 = 0Y0 = (I iyi + I 2y2 + 13y3 + 14y4

16、 +1 5y5)X 2/(1 1 + I 2+ 13 +14+ 15) X 2Y0=( 20X 0+ 18X 9+ 3X 18+ 17X 10.5 + 8.5 X 3)X 2/ (21 + 4+ 17+ 32+ 17 + 4+21 + 40)X 2 = 6.32压力中心为X)= 0, Y0 = 6.325) .工作带长度的确定由于是等壁厚型材，故定径带长度 hg各处相等，本次设计取hg= 5mm6) .阻碍角由于hg 10 15 mm,故不采用阻碍角7) .模子强度的校核型材模的强度较核主要是其悬臂梁部分，取型材上端AB为危险端面，进行强度校核.、求单位压力p： p= P / F 0 (P为挤

17、压力，Fo为挤压筒断面积)P= 800 吨，p= 800X 1000X 9.8/12266 = 639.17Mpa舌部载荷Q= pFsh （Fsh为舌部即阴影部分面积）Q= 639.17 X 32X 15= 306801.6N 、舌部弯曲应力C W计算：(T w= Mv / W式中MW弯矩，MW= Qe(e为阴影部分重心到危险断面处的距离)；2W截面模数，W bshH/6 (H为模子厚度)。bsh = 34mmMW= 306801.6 x 7.5 = 2301Nm23W = 34 x 30 /6 = 5.1cm(T w= 2301/5.1 = 451.2MPa、剪应力T的计算：T= Q / b

18、 sh X Ht= 306801.6/(34 x 30) = 300.79MPa2 2 1/2 、等效应力。e的计算：(T e= (T w+ (1.73 t )2 2 1/2(T e= 451.2 +(1.73 X 300.79) = 688.74MPa500 C时4Cr5MoSiV1的屈服强度为1025MPa远大于t e,所以模子强度合格。8) . 作图(见图纸)四.空心型材模设计4.1所要设计的制品：本设计制品的的牌号为1529系列回型管具体参数为B= 92mn，H= 25.4mm T= 1.8mm重量：1.09Kg/m具体如下图图67 + 0，.-41X14.2选坯和选设备：2制品的截面

19、积：F制=409.68 mm模孔外接圆直径。外=95.44 mm根据加工范围要求（F制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则，在进一步计算优化，计算列表如下序号Do(Fo)Dd(mm)Ld(mm)单重wd(kg/根)填充系数K填充后长度Le压余 厚hy(mm)切压 余后 的有 效长 度Ld挤压比入制品长L制(m)成品 数 nx6(m)成品重W制(kg)成材率W制/Wd(%)118717854036.151.104913046167.0130.95X633.0691.5218717860040.161.105453051567.0134.55X633.06

20、82.3318717866044.181.106003057067.0138.26X639.6789.8最后选择成才率最高的91.5 %对应的方案1即1630T的挤压设备锭坯尺寸为：Dd x Ld=O 178x 540mm挤压比入=67.014.3挤压力的计算：根据挤压力公式：1/2 2P = 11.775 x (D/d) 0.8 x D bP为单位挤压力，ND挤压筒内直径，mmd制品的当量直径，mm(T b某一挤压温度下材料的抗拉强度，MPaf . 1/2 2故 P= 11.775 x (187/22.84 ) 0.8 x 187 x 16.2=13750.3KN换算成吨位：约1403.1T

21、Pv额定吨位1630T,设备选择符合要求，即所选设备理论可行4.4 模组及模子外形尺寸确定：模组尺寸结构简图如前 图 3 所示根据前面计算，从表 6 选取H2=150H3=70H1=30模子外形尺寸简图如前 图 4依据表 7的数据可以确定d1=250 mm d 2=260 m h 1=13 m h 2=150 m因为本设计采用孔道式分流组合模故：取H上 = 80 m H 下=70 m4.5 组合模相关参数的确定：1) . 分流孔的个数取 4 个，形状为扇形2) 扇形面积的确定：般 K 对于因为分流孔面积与制品断面积的比值刀 F分/F型=K,K即为分流比,1/2空心型材时，应等于 入。本设计取K

22、=8.19分流孔的面积刀 F分=K. F 型=8.19 X 409.68=3355.28 mrm且分流孔面积的大小按F大/F小=f大/f小其中, F- 分流孔的面积 , f 相应型材面积刀F分=2X(F大+ F小)故 F 大=1329.58 mnm F 小=348.06 mnm3) . 分流孔位置的确定 分流孔中心圆的直径 D分=O.7Do=O.7 X 187=130.9mm 应保证分流孔最大外接圆直径比设备可加工范围的孔最大外接圆直径小5mm本设计设备的可加工最大外接圆直径为147,故分流孔最大外接圆直径 142mm 综合各因素考虑，暂时先取其外接圆直径为132mm 确定a,a,B的大小如图

23、图7a其中a,b为模孔与模腔的最小距离，依据经验a,b 一般取38 mm,本设计取a=8 mm, b=7.5.图8由 h=25.4/2+8=20.7,H=132/2=66, 由几何知识可得方程式：a/ 3 6 0H2- h2 tana= F大，用代入相关数据可得出a40,同理，得出30，由AutoCAD菜单栏“工具”“查询”“面积”功能验算得出结果基本正确4) .分流孔的形状分流孔由一定的倾斜锥度，这样可以改善焊缝的质量，孔道锥面与其轴线的夹角为24,本设计取45) .分流桥分流桥的宽窄和模具的强度以及金属的流量有关，从增大分流比，降低挤压 力来考虑，分流桥的宽度B应该选择小些，但为了改善金属

24、流动的均匀性， 模孔最好受到分流桥的遮蔽，则 B应该选择得宽些，一般取：B=b+ (3 20) mm本设计采用倒梯形结构，取 B=45见下图图101工16) .焊合室焊合室的形状和大小对焊缝的质量有很大的影响。焊合室直径比分流孔出口按经验公式：当D0=O 190200 mm时，h = 20 mm, 处约小5mm本设计取h=20mm形状为圆形如图：图11:4.6模子内形尺寸的确定工件如图所示：图12:出J模具图如下: 图13:按经验公式 A=A + K AoA-制品外形的模孔尺寸A0 制品外形的公称直径K-经验系数，由于本设计争对 6063合金，取K=0.010得 B 67.43mm 故符合要求

25、分流孔道抗剪强度的校核t= Qq / F q t Qq分流桥面上的总压力；Fq分流桥受剪应力的总面积；T 许用剪应力，T=(0.50.6) T b , 450500 C下，对于4Cr5MoSiV1 取t b=1000MPa代入公式有 ：t = (1630x 9.8 x 1000/27451 ) x 9918/ (80x 45x 4)= 399MPaC 500MPa故强度符合要求。4.12 零件图装配图 (见图纸)五、总结与体会在两个星期的挤压模课程设计将近结束。设计开始的前几天，袁老师跟我们讲解铝合金 的应用，常用的加工方法，加工挤压模的基本结构，本次设计的步骤以及设计的注意问题， 这些都对我

26、本次课程设计提供了很大帮助，意义重大。使我接触到了很多关于挤压模具设计 的知识，比如一些挤压成型模具的基本结构等，并且学到了许多课本上学不到的关于铝合金 材料的知识！设计过程中，除了最后三天画图以外，我每天准时来到制图室，即使老师有事没来也一 样！在计算，设计过程中遇到过很多细节问题。我积极地与同学们讨论，经过思考后还是不 懂的问题就向老师请教。在老师的指导下很多问题迎刃而解！另外，在绘图过程中也遇到一些问题，比如我这学期练习PRO/E软件比较多，但此次设计我用的是AUTO CAP使我用些命令混淆了，导致绘图速度较慢，但后来随着画图的进行， 情况逐渐好转，相信以后会更加熟练！本次设计我已经基本完成了，虽然存在之许多不足，需要一定的修改。不过我通过这次 设计，已经基本学会了如何设计一套挤压模具的基本过程，看着自己的劳动成果，感到很开 心。更重要的是，它使我对模具设计产生了强烈的兴趣，以后会在模具设计这方面继续加强！参考文献：【1】刘静安铝型材挤压模具设计制造使用及维修冶金工业出版社【 2】刘静安轻合金挤压工具与模具(上) 冶金工业出版社【3】中国机械工程学会 李春胜钢铁材料手册江西科学技术出版社 2004.7【4】王树勋 林法禹 魏华光实用模具设计与制造国防科技大学出版社【5】马怀宪金属塑性加工学挤压、拉拔与管材冷扎冶金工业出版社