挤压铝型材课程设计报告.pdf

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1、一一.题题目目:铝合金型材挤压工艺及模具设计二二.设设计基本容计基本容: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,制造工艺等要求三三.完完成后应缴的资料成后应缴的资料: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四四.设设计完成期限计完成期限:2007 年年 6 月月 11 日日-2007 年年 6 月月 22 日日指导老师指导老师_签发日期签发日期_教研室主任教研室主任_批准日期批准日期_课程设计评语课程设计评语:成绩成绩:设计指导教师设计指导教师_年年_月月_日日.目录一、绪论4二、总设计过程概

2、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 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 模子形尺寸的确定234.7 模孔工作带长度 hg的确定24.4.8模芯的设计244.9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 26参考文献一一.绪论

3、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，省的建筑铝型材产品已约占全国的三分之二左右，铝型材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

4、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，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

5、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）保证产品在质量的原则；4）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：表表 1:1:牌号Si0.2FeCuMnMg0.45CrZnT

6、i其它元素每种总量60630.60.350.100.100.90.100.100.100.050.156063 机械性能:（铝合金及应用）表表 3 3:常用挤压工具钢及其机械性能：钢号.成分（）试验温度b0.2HB热处理工艺oC/MPa/MPa990860690410/%/%0.55C5CrMnMo1.51Mn0.67Cr0.26Mo300400500600115010107804304761868411.011.117.526.7351311302235850oCo油淬 600C回火0.30C3Cr2W8V0.23Cr8.65W0.29V300400500600152014301280137

7、31363155.68.3429429405325o1100C在油中淬o火，550C回火0.37C4.74Cr1.25Mo4Cr5MoSiV11.05Si1.11V0.29Mn4004505005506001360130012001050825123011351025855710495256586767912101050oC油淬第一次回火 600oC二二.总设计过程概论总设计过程概论2.12.1 挤压工艺流程挤压工艺流程:铸 锭 加 热挤 压切 压 余淬 火冷 却 切 头 尾.或（切定尺）时效表面处理包装出厂2.22.2 挤压工艺条件挤压工艺条件:1 1）.铸锭的加热温度铸锭的加热温度6063

8、 铝的最高允许加热温度为 550，下限温度为 320，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 2）.挤压筒的加热温度挤压筒的加热温度模具的成分多为合金钢，由于导热性差，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 400450。3 3）.挤压温度挤压温度热挤压时，加热温度一般是合金熔点绝对温度的 0.750.95 倍，本设计挤压温度为 450500，挤压过程温度控制在 470左右。4 4）.挤压速度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 0.70.8m/s。

9、5).5).工模具的润滑工模具的润滑因本设计采用热挤压，故不采用润滑。6 6）.模具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，本设计采用4Cr5MoSiV1 作为模具的材料，热处理的硬度为 HRC4047。7 7）.切压余切压余根据所选的设备而定。.8).8).淬火淬火本工艺过程中，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 9）.冷却冷却直接露置在空气中冷却，达到自然时效的目的。1010）.切头尾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。.三三.实心型材模设

10、计实心型材模设计3.13.1 所要设计的实心型材制品所要设计的实心型材制品:本制品的形状和尺寸如下图图 1 1：牌号（XC311）制品的截面积 F F制制212.9mm212.9mm2 2型材外接圆直径 D D外外43.86mm43.86mm现有设备：.表表 4 4：设备吨位挤压筒直径 D0挤压截面积 F0锭坯尺寸DdLd冷床长填充系数压余厚最大挤压比最大外接圆直径加工挤一根最围小制品断面积F 制 min500T95708590 x270/32026m1.1142097.465800T12512266120X400/45032m1.0852582951630T18727451178X540/6

11、00/66044m1.1043073.6147721503723.23.2 选坯和选设备选坯和选设备:根据加工围要求（F制F制 min,及 D外D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：表表 5 5：.压单重序D0号(F0)Dd(mm)填充填充系数K后长度Ld切压余后有效长度Ld”挤压比制品长L制(m)余厚hy(mm)成品数nx6(m)1X61X63X63X6成品重W制(kg)成材率W制/Wd()Ld(mm)wd（kg/根）1234959512512512045013.731.0854152539057.6122.4712040012.201.085

12、3692534457.6119.82903205.471.1142872026733.298.89902704.621.1142422022233.297.393.4474.40%3.4462.77%10.3284.95%10.3275.38%最后选择成材率最高的 84.95对应的方案 33.33.3 挤压力的计算挤压力的计算:根据挤压力公式：P P=11.77511.775 （D/dD/d）0.8 0.8 D D b bP为单位挤压力，ND挤压筒直径，mmd制品的当量直径，mmb某一挤压温度下材料的抗拉强度，MPa故 P11.775（125/16.46）0.8 125 16.25829.21

13、KN5829.21KN换算成吨位：约换算成吨位：约 595T595T.1/221/21/22 2P额定吨位 800T800T，设备选择符合要求，即理论技术可行。3.43.4 实心型材模具体结构设计实心型材模具体结构设计:模组的结构如下图图图 2 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。模组的主要结构尺寸如图3模组尺寸如下表：表表 6 6：设备吨位500T800T1630T16018021025031035012H190240340H1

14、203030.H2H3809050609010050601101506080挤压模具的尺寸如下表：表表 7 7：设备吨位500T135/145d1/d22025h1122530121330401213800T165/1751630T250/2603.5.3.5.实心模尺寸数据设计实心模尺寸数据设计:1)1)选坯和选择设备选坯和选择设备根据前面的计算挤压筒直径 D D0 0=125mm=125mm锭坯尺寸：D Dd d L Ld d120120 400400挤压比=57.61=57.612).2).模组及模子尺寸外形的计算模组及模子尺寸外形的计算图图 3 3：.根据前面计算，从表 6 选取H H

15、2 2=100=100H H3 3=60=60H H1 1=30=30模子外形尺寸的确定（如下图 4）图图 4 4：依据表表 7 7 的数据可以确定d d1 1=165=165 d d2 2=175=175 h h1 1=12=12 h h2 2=30=30.3)3)模子形尺寸的确定模子形尺寸的确定挤压比=57.61MAX=82，故不需要多孔挤压确定模孔尺寸：型材外形尺寸公式：Ak=AmAk=Am(1(1C C1 1)1 1Ak模孔的实际尺寸Am型材的名义尺寸C1欲量系数（对于 6063 合金，C10.0170.010，本设计 C1取 0.0100.010）1型材外形尺寸的正偏差值计算得到:B

16、k40(10.010)0.6041.00mm41.00mmHk18(10.010)0.4518.63mm18.63mm型材壁厚尺寸公式：Sk=SmSk=Sm2 2 C C2 2Sk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 0.100.102型材壁厚的正偏差计算得到：Sk30.250.103.35mm3.35mm模孔主要尺寸如下图 5图图 5 5：.4)4)孔形在模子端面位置的确定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,y3)(x4,y4)(x2,y2)(x5,y5

17、)(x1,y1)X00Y0(l1y1l2y2l3y3l4y4l5y5)2/(l1l2l3l4l5)2Y0（2001893181710.58.53）2/（21417321742140）26.32压力中心为 X X0 00 0，Y Y0 06.326.325).5).工作带长度的确定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.h hg g5mm5mm6).6).阻碍角阻碍角由于 hg1015，故不采用阻碍角7)7)模子强度的校核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.1 1、求单位压力 p：p pP/FP/F0 0

18、（P 为挤压力，F0为挤压筒断面积）P800 吨，p80010009.8/12266639.17Mpa舌部载荷 QpFsh（Fsh为舌部即阴影部分面积）Q Q639.17639.17 3232 1515306801.6N306801.6N2 2、舌部弯曲应力w计算：w wM Mw w/W/W式中 Mw弯矩，MwQe（e 为阴影部分重心到危险断面处的距离）；W截面模数，WbshH/6（H 为模子厚度）。b bshsh34mm34mm2.M Mw w306801.6306801.6 7.57.52301Nm2301NmWW3434 30302 2/6/65.1cm5.1cm3 3w w2301/5

19、.12301/5.1451.2MPa451.2MPa3 3、剪应力的计算：Q/bQ/bshsh H H306801.6/(34306801.6/(34 30)30)300.79MPa300.79MPa4 4、等效应力e的计算：e e w w2 2(1.73(1.73)2 2 1/21/2e e451.2451.22 2+(1.73+(1.73 300.79)300.79)2 2 1/2 1/2688.74MPa688.74MPa500C 时 4Cr5MoSiV1 的屈服强度为 1025MPa，远大于e，所以模子强度合格。8).8).作图作图（见图纸）.四四.空心型材模设计空心型材模设计4.14

20、.1 所要设计的制品所要设计的制品:本设计制品的的牌号为 I529 系列回型管具体参数为B B92mm92mm，H H25.4mm25.4mm，T T1.8mm,1.8mm,重量：重量：1.09Kg/m1.09Kg/m具体如下图图图 6 64.24.2 选坯和选设备选坯和选设备:制品的截面积：F F制制409.68 mm409.68 mm模孔外接圆直径 D D外外 95.4495.44 根据加工围要求（F制F制 min,及 D外D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，计算列表如下表表 8 82 2.压Do(Fo)Dd(mm)Ld(mm)单重wd(

21、kg/根)填充后长度 Le余厚hy(mm)11872187318717866044.181.106003017860040.161.105453017854036.151.1049130切压余后的有效长度 Ld挤压比制品长L 制(m)成品数nx6(m)5X65X66X6成品重W 制(kg)成材率W 制/Wd()序号填充系数 K46167.0130.933.0691.551567.0134.533.0682.357067.0138.239.6789.8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：D Dd dX XL Ld d178178 540mm540mm

22、挤压比67.0167.014.34.3 挤压力的计算挤压力的计算:根据挤压力公式：P P=11.77511.775 （D/dD/d）0.8 0.8 D D b bP为单位挤压力，ND挤压筒直径，mmd制品的当量直径，mmb某一挤压温度下材料的抗拉强度，MPa故 P11.775（187/22.84）0.8 187 16.2.1/221/21/22 213750.3KN13750.3KN换算成吨位：约换算成吨位：约 1403.1T1403.1TP额定吨位 1630T，设备选择符合要求，即所选设备理论可行4.44.4 模组及模子外形尺寸确定：模组及模子外形尺寸确定：模组尺寸结构简图如前图图 3 3

23、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图 4 4 依据表表 7 7 的数据可以确定d1=250 d2=260 h1=13 h2=150 因为本设计采用孔道式分流组合模故：取 H上80 H下70 4.54.5 组合模相关参数的确定：组合模相关参数的确定：1).1).分流孔的个数取分流孔的个数取 4 4 个，形状为扇形个，形状为扇形2)2)扇形面积的确定：扇形面积的确定：因为分流孔面积与制品断面积的比值F分/F型K,K 即为分流比，一般空心型材时，应等于1/2。本设计取 K=8.19分流孔的面积F分K.F型=8.19409.68=3355.28mmm

24、m2 2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F分2X(F大F小)故 F大1329.58 mm mm2 2F小=348.06 mm mm2 23).3).分流孔位置的确定分流孔位置的确定分流孔中心圆的直径 D分0.7D0=0.7187=130.9mm.K 对于应保证分流孔最大外接圆直径比设备可加工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，的大小如图图图 7 7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，本

25、设计取a=8，b=7.5.图图 8 8.由h=25.4/2+8=20.7,H=132/2=66，由 几 何 知 识 可 得 方 程 式：a h2tanaF大，用代入相关数据可得出40，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。图图 9 94).4).分流孔的形状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).5).分流桥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，但为了改善金属流动的均匀性，模孔最好受到分流桥的遮蔽

26、，则 B 应该选择得宽些，一般取：B=b(320)本设计采用倒梯形结构，取 B=45 见下图图图 1010.6).6).焊合室焊合室焊合室的形状和大小对焊缝的质量有很大的影响。按经验公式：当D D0 0190190200200 时，时，h h2020，焊合室直径比分流孔出口处约小 5mm5mm，本设计取 h=20mm，形状为圆形如图：图图 11:11:4.64.6 模子形尺寸的确定模子形尺寸的确定:工件如图所示:图图 12:12:.模具图如下:图图 13:13:按经验公式 A=A0K A0A-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=0.01

27、0得 BK=92（10.010）+0.95=93.88,HK=25.4(10.010)+0.7=26.36制品型材壁厚可由经验公式 B=B0确定由于 B0=1.8.本设计0.1故 Tk=1.80.1=1.9 4.74.7 模孔工作带长度模孔工作带长度 h hg g的确定的确定:.由于本型材制品的对称性较好，外形相对较小，一般可取26。本设计取 h hg g5mm5mm4.84.8 模芯的设计模芯的设计:一般伸出下模工作带 35mm，本设计取 4mm，模腔外形按空心型材的空心部分确定。4.94.9 上模凸台设计：上模凸台设计：上模凸台高取 7mm，直径为 256mm，用于装配定位4.104.10

28、 定位销，螺钉（按定位销，螺钉（按 GBGB 标准选取标准件）标准选取标准件）:定位销的直径取两个：8x75，螺钉采用 M10 x85,具体说明见装配图4.114.11 模子强度校核：模子强度校核：这种模子在工作时承受载荷最不利的情况是分流孔道和焊合室尚未进入金属和金属充满焊合室以后流出模孔之际，故强度的校核主要是针对模子的分流桥，模桥的弯曲应力和抗剪强度：分流桥弯曲应力校核分流桥弯曲应力校核H HminminLLP P/(2/(2 b b)，式中:Hmin分流桥的最小高度L分流桥两个危险断面的长度，经计算LmmP作用在挤压垫片上的单位压力b 模具材料在温度下的许用应力。在 450500C 下

29、，对于 4Cr5MoSiV1 取 b b 1000MPa1000MPa代入数据得：P=1630 x9.8x1000/27451=582MPP=1630 x9.8x1000/27451=582MP.1/21/2H Hminmin125582/125582/（2 2 10001000）H Hminmin67.43mm67.43mm由于上模厚度 H H上上80mm80mm67.43mm67.43mm，故符合要求分流孔道抗剪强度的校核分流孔道抗剪强度的校核Q Qq q/F/Fq q Qq分流桥面上的总压力；Fq分流桥受剪应力的总面积；许用剪应力，(0.50.6)b，450500C 下，对于 4Cr5M

30、oSiV1取 b b=1000MPa=1000MPa代入公式有:=（16301630 9.89.8 1000/274511000/27451）9918/9918/（8080 4545 4 4）399MPa399MPa500MPa500MPa故强度符合要求。4.124.12 零件图装配图零件图装配图(见图纸见图纸)1/21/2五、总结与体会五、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

31、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 CAD，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：参考文献：【1】静安铝型材挤压模具设计制造使用及维修冶金工业【2】静安轻合金挤压工具与模具（上）冶金工业【3】中国机械工程学会 春胜钢铁材料手册科学技术 2004.7【4】王树勋 林法禹 华光实用模具设计与制造国防科技大学【5】马怀宪金属塑性加工学挤压、拉拔与管材冷扎冶金工业.