角钢的工艺制定与模具设计.doc

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1、中南大学2022 年中南大学机电工程学院材料成型与把握专业向 专业课程设计设计任务书设计课题： 角钢的工艺制定与模具设计组号：第 1 组学生姓名： 班级：学号： 指导教师：名目一、挤压相关学问及进展状况11.1 挤压加工方法11.2 铝加工行业的分布11.3 铝及铝合金的特点与应用21.4 挤压工模具的材料3二、总设计过程概论52.1 挤压工艺流程52.2 挤压工艺及工艺参数条件确实定5三、型材模设计83.1 相关参数83.2 选坯和选设备93.3 挤压力的计算103.4 模组及模子外形尺寸确定113.5 组合模相关参数确实定133.6 模子内形尺寸确实定163.7 模孔工作带长度 hg 确实

2、定173.8 模芯的设计173.9 上模凸台设183.10 定位销、螺钉183.11 模子强度校核183.12 零件图装配图(见图纸).19四、总结与体会20一、挤压相关学问及进展状况1.1 挤压加工方法挤压是有色金属、钢铁材料生产与零件成型加工的主要方法之一， 也是各种复合材料、粉末材料等先进材料制备与加工的重要方法。从 大尺寸金属铸锭的热挤压开坯、大型管棒型材的热挤压加工至小型精 密零件的冷挤压成型，从粉末、颗粒料为原料的复合材料直接固化成 型到金属间化合物、超导材料等难加工材料，现代挤压技术得以广泛 的应用。挤压加工的方法主要有正挤压，反挤压，侧向挤压，玻璃润滑挤压，静液挤压，连续挤压。

3、挤压加工特点是处于猛烈的三向压应力状态，这有利于提高金属的塑性变形力量，提高制品的质量，改善制品内部微观组织和性能。除此以外，挤压加工还具有应用范围广，生产机敏性大，工艺流程简洁和设备投资少的特点。应用挤压加工工艺最多的材料是低熔点的有色合金，如铝及铝合金。1.2 铝加工行业的分布中国的铝加工企业主要集中于沿海(广东、福建、浙江、上海、江苏、山东、河北、天津、北京、辽宁)地区，即珠江三角洲(广州一深圳为中心的经济圈)、长江三角洲(上海为中心的经济圈)、环渤海湾地区(京津经济圈)所占比例较大，很多铝加工企业都云集于此三大经济圈。231.3 铝及铝合金的特点与应用铝及铝合金具有一系列特性，在金属材

4、料的应用中仅次于钢材而居其次位。目前全世界铝材的消费量在 1800 万吨以上，其中用于交通运输包括铁道车辆、汽车、摩托车、自行车、汽艇、快艇、飞机等的铝材约占 27%，用于建筑装修的铝材约 23%，用于包装工业的铝材约占 20%。随着中国经济建设的高速进展，人民生活水平的不断提高，中国的建筑行业进展快速，包括铝型材在内的建筑装饰材料不断增加。铝型材的应用已经扩展到了国民经济的各个领域和人民生活的各个层面。依据铝合金的成分和生产工艺特点 ,通常分为变形铝合金与铸造铝合金两大类。变形铝合金也叫熟铝合金，依据据其成分和性能特点又分为防锈铝，硬铝，超硬铝，锻铝和特别铝等五种。铝合金比纯铝具有更好的物理

5、力学性能：易加工、耐久性高、适用范围广、装饰效果好、花色丰富。铝合金分为防锈铝、硬铝、超硬铝等种类，各种类均有各自的使用范围，并有各自的代号，以供使用者选用。 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。1.4 挤压工模具的材料表 1.常用挤压工具钢化学成分钢号(C)/%(Si)/%(Mn)/%(Cr)/%(Mo)/%(W)/%(V)/%5CrMnMo0.50.60.2501.21.60.60.0.150.6935CrNiMo0.50.60.40.50.80.50.80.150.33Cr2W

6、8V0.30.40.40.42.22.77.59.00.20.54Cr5MoSiV10.320.420.81.20.44.55.51.01.50.81.1本设计选用模具材料为 4Cr5MoSiV1，又称H13 钢。钢中碳化物类型有MC236、M C 。钒在钢中起回火时二次硬化作用； Cr、Mo、6W、V 能提高钢抗回火软化力量，保持高温下的强度、韧度；硅提高钢的回火稳定性和抗热疲乏力量。铬和硅还能提高抗氧化和抗烧蚀性。试验温ssyd热处理工钢号度b0.2HB表 2.常用挤压工具钢及其机械性能：T/MPa/MPa/%/%艺30040011501010990860476111.011.135131

7、1850空5CrMnMo5007806908617.5302淬，6006004304108426.7235回火300400-1491-1373-5.64294291100在3Cr2W8V45015201363-405油中淬50014301304158.3325火，5506001280-325回火4004501360130012301135495267-1050油4Cr5MoSi50012001025569-淬，625V155010508555812-回火在油6008257106710-中两小时二、总设计过程概论2.1 挤压工艺流程金属制品是经假设干个工序制作出来的，每个工序按肯定挨次连接起来，

8、就形成了工艺。工艺要在肯定条件下完成，有特定的工艺参数。挤压工艺流程：铸锭加热 挤压切压余淬火冷却切头尾 切定尺 时效外表处理包装入库2.2 挤压工艺及工艺参数条件确实定应考虑挤压温度、挤压速度、润滑、模具种类外形、外形等、切压余、切头尾、淬火、冷却、等多方面的因素，合理地选择工艺或参数。1铸锭的加热温度一般来说，对 6063 合金铸锭的加热温度可设定为： 未均匀化铸锭：460-520；均匀化铸锭：430-480。其挤压温度在操作时视不同制品及单位压力大小来调整。在挤压过程中铸锭在变形区的温度是变化的，随着挤压过程的完成，变形区的温度渐渐上升，而且随着挤压速度的提高而提高。因此为了防止消灭挤压

9、裂纹，随着挤压过程的进展和变形区温度的上升，挤压速度应渐渐降低。2挤压筒预热模具的成分多为合金钢，由于导热性差，为避开产生热应力，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。可承受通电自行预热。3） 模子预热避开急热，延长模具寿命，应对模具进展预热。4） 挤压温度热挤压时，加热温度一般是合金熔点确定温度的 0.750.95 倍， 挤压过程中温度最好把握在 450左右。6） 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力量限制， 本设计的挤压速度由设备而定。7） 工模具的润滑因本设计承受热挤压，故不承受润滑。8） 模具模具应具有足够的

10、耐高温疲乏强度和硬度，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，本设计承受 4Cr5MoSiV1 作为模具的材料，热处理的硬度为HRC4047。9） 切压余本设计视挤压设备而定，要把握质量，切去缩尾等缺陷。10） 淬火本工艺过程中，制品挤出后可通过设置风扇对制品进展吹风来到达风淬固溶强化的目的，或承受喷水雾的方法。11） 冷却直接露置在空气中冷却，到达自然时效的目的。12） 切头尾一般挤压制品的头部和尾部都存在缺陷，为了不影响制品的性能， 需要进展切头尾的工作。切头尾的量可以是 300500mm 或 5001000mm，本次设计头尾各切 300mm。1

11、3） 切定尺本次设计取每根制品 6m 长作为切定尺的标准。14） 时效时效处理可以分为两种：自然时效和人工时效。自然时效即让挤压制品在空气中停放；6063 合金挤压型材的力学性能和电化学性能除了与合金的化学成分有亲热关系外，还与人工时效制度有较大关系。低温长时间时效和高温短时间时效使力学性能有较大提高，但却降低了合金的电化学性能。为了兼顾两种性能及确保生产效率，承受室温自然时效停放 2h,再在 195205人工时效 2h 的时效制度是适宜的。15） 外表处理为了提高制品的耐蚀性和抗疲乏性等，可以对其进展外表处理。外表处理一般有：阳极氧化、着色、喷粉、喷涂、电泳、抛光等。16包装入库将铝合金成品

12、进展包装入库。三型材模设计3.1 相关参数了解产品技术要求，工艺流程、工艺制度规程设计(变形制度、温度制度、速度制度)包括力能参数计算、工艺布置图、挤压模具设计(CAD)表 3.条件：(尺寸单位：mm)组员合金牌号606360836061606360836061宽度a50.525.429.565.545.535.5宽度b251015341818厚度c2.21.21.162.51.81.55型材断面尺寸名义尺寸修改如上表，公差不变具体参数：合金牌号：6061B=29.5mm H=15mm T=1.16mm3.2 选坯和选设备制品的截面积：F 1.16=97.86mm229.515-29.5-21

13、.1615-2制设备吨位500T800T1630T挤压筒直径D0 95 125 187挤压截面积F070851226627451锭坯尺寸 90x270/320 120X400/450 178X540/600/660最大挤压比97.48273.6最大外接 65 95 147加圆直径工挤一根最范小制品断围72150372面积F 制 min表 4：DdLd冷床长26m32m44m填充系数1.1141.0851.104压余厚202530综合尺寸等各因素，选用 500t 挤压设备挤压筒内孔尺寸 95锭坯尺寸为：Dd X Ld 90270mm3.3 挤压力的计算依据挤压力P = 11.775D/d1/20

14、.8 D2 bP为单位挤压力，N D挤压筒内直径，mmd制品的当量直径， mm 此处当量直径为4*29.5*15/29.5*2+15*2=19.89mmb某一挤压温度下材料的抗拉强度，MPa故P11.77595/19.891/20.8 95216.22385KN换算吨位：约 243TP额定吨位 500T，设备选择符合要求，即所选设备理论可行3.4 模组及模子外形尺寸确定模组尺寸如下表： 表 5.设备吨位190240340H1203030H2809090100110150H35006050606080 1 2H500T 160 180800T 210 2501630T 310 350挤压模具的尺

15、寸如下表： 表 6：设备吨位 d1/d2 h1500T 135/ 1452025 12800T 165/ 1752530 12131630T 250/ 2603040 1213模组及模子尺寸外形的计算 依据前面计算，从表 6 选取H2=90MMH3=50MMH1=20MM模子外形尺寸确实定如以下图 4 依据表 7 的数据可以确定d1=135 d2=145 h1=12 h2=25 本设计承受孔道式分流组合模取H 上40 H 下40 图 3：图 4：3.5 组合模相关参数确实定1). 分流孔的个数取 4 个，外形为扇形2). 扇形面积确实定：由于分流孔面积与制品断面积的比值F /F K,K 即为分

16、流分型比，一般K 对于空心型材时，取 1020，本设计取K=15分流孔的面积F =K* F =1597.86=1467.9 mm2分型且分流孔面积的大小按F /F =f /f大小大小其中,F-分流孔的面积, f相应型材面积F 2X(F F )分大小故F 486.6 mm2F =247 mm2大小3). 分流孔位置确实定分流孔中心圆的直径D 0.7D =0.795=66.5mm分0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 65,故分流孔最大外接圆直径 60mm综合各因素考虑，临时先取其外接圆直径为 60mm确定a， ， 的大小如图

17、图 7其中 a,b 为模孔与模腔的最小距离，依据阅历 a,b 一般取 38，本设计取a=4 ，b=3mm. 图 8由 h=15/2+4=11.5mm,H=60/2=30mm，由几何学问可得方程式：a360pH 2 - h2 tana2= F，用代入相关数据可得出 75，大同理，计算 ， 40。图 94). 分流孔的外形分流孔由肯定的倾斜锥度，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 应中选择小些，但为了改善金属流淌的均匀性，模孔最好受到分流桥的遮挡，则 B 应中

18、选择得宽些，一般取：B=b(320)本设计承受倒梯形构造，取B=20mm6). 焊合室焊合室的外形和大小对焊缝的质量有很大的影响。按阅历公式：当 D095 时，h15 ，焊合室直径比分流孔出口处约小 5mm，本设计取h=10mm，外形为圆形如图：3.6 模子内形尺寸确实定工件如下图:图 12:模具图如下: 图 13:按阅历公式A=A K A00A-制品外形的模孔尺寸A 制品外形的公称直径0K-阅历系数，由于本设计争对 6063 合金，取K=0.010得B =29.510.010+0.2=30.00mmKH =15(10.010)+0.2=15.35mmK制品型材壁厚可由阅历公式B=B 确定0由

19、于B =1.16 .本设计0.10故T =1.160.1=1.26 k3.7 模孔工作带长度 h 确实定g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 hg5mm3.8 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局部确定。3.9 上模凸台设上模凸台高取 7mm，直径为 105mm，用于装配定位3.10 定位销、螺钉按GB 标准选取标准件定位销的直径取两个： 8x75，螺钉承受 M10x85,具体说明见装配图。3.11 模子强度校核这种模子在工作时承受载荷最不利的状况是分流孔道和焊合室尚未进入金属和金属布满焊合室以后流出模孔之际，故

20、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HminLP/(2 b)1/2，式中: Hmin分流桥的最小高度 L分流桥两个危急断面的长度，经计算L45mmP作用在挤压垫片上的单位压力 模具材料在温度下的许用应力。b在 450500C 下，对于 4Cr5MoSiV1 取 b1000MPa代入数据得：P=500x9.8x1000/7085=691.6MPHmin45691.6/2 10001/2 Hmin26.5mm由于上模厚度 H 40mm26.5mm，故符合要求上分流孔道抗剪强度的校核 Qq / Fq Qq分流桥面上的总压力； Fq分流桥受剪应力的总面积；b

21、 许用剪应力， (0.50.6) ，450500C 下，对于 4Cr5MoSiV1 取=1000MPab代入公式有: =500x9.8x1000/70851410/22.5404270.88MPa600MPa故强度符合要求。3.12 零件图装配图(见图纸)四、总结心得与体会这生怕是我大学最终的课程设计了，这一次我投入的感情与以往完全不一样，其中包含着许很多多的珍惜，怀旧的情感，来完成这次的课程设计，黄教师对我们的指导，我每一句话都深深地记在心里， 由于我享受教师的敦敦教导，让我知道，我还是一名大学生，虽然只剩下了最终半学期，可是我想给教师留下一个好学生的印象。设计开头的前几天，教师跟我们讲解铝

22、合金的应用，常用的加工 方法，加工挤压模的根本构造，本次设计的步骤以及设计的留意问题， 这些都对我本次课程设计供给了很大帮助，意义重大。使我接触到了 很多关于挤压模具设计的学问，比方一些挤压成型模具的根本构造等， 并且学到了很多课本上学不到的关于铝合金材料的学问！本次设计我已经根本完成了，虽然存在之很多缺乏，需要肯定的修改。不过我通过这次设计，已经根本学会了如何设计一套挤压模具的根本过程，看着自己的劳动成果，感到很快活。更重要的是，它使我对模具设计产生了猛烈的兴趣，以后会在模具设计这方面连续加强！参考文献【1】 刘传聚 矩形风管当量直径的算法同济大学出版社 1989 年【2】 赵云路 挤压工模具材料热处理及外表强化处理冶金工业出版社 2022 年【3】刘静安铝型材挤压模具设计制造使用及修理冶金工业出版社2022 年【4】李春胜钢铁材料手册江西科学技术出版社 2022 年 7 月【5】刘静安轻合金挤压工具与模具上冶金工业出版社【6】王树勋林法禹 魏华光有用模具设计与制造国防科技大学出版社【7】 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