1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上江 西 理 工 大 學(xué)金 屬 材 料 工 程 專 業(yè)擠壓模具課程設(shè)計班 級：材料103班姓 名：*指導(dǎo)老師：*設(shè)計時間 2013年12月1日至2013年12月20日目 錄一、緒 論1.1 擠壓加工方法擠壓是有色金屬、鋼鐵材料生產(chǎn)與零件成型加工的主要方法之一，也是各種復(fù)合材料、粉末材料等先進(jìn)材料制備與加工的重要方法。從大尺寸金屬鑄錠的熱擠壓開坯、大型管棒型材的熱擠壓加工至小型精密零件的冷擠壓成型，從粉末、顆粒料為原料的復(fù)合材料直接固化成型到金屬間化合物、超導(dǎo)材料等難加工材料，現(xiàn)代擠壓技術(shù)得以廣泛的應(yīng)用。擠壓加工的方法主要有正擠壓，反擠壓，側(cè)向擠壓，玻璃潤滑擠壓，靜液擠壓

2、，連續(xù)擠壓。擠壓加工特點是處于強烈的三向壓應(yīng)力狀態(tài)，這有利于提高金屬的塑性變形能力，提高制品的質(zhì)量，改善制品內(nèi)部微觀組織和性能。除此以外，擠壓加工還具有應(yīng)用范圍廣，生產(chǎn)靈活性大，工藝流程簡單和設(shè)備投資少的特點。應(yīng)用擠壓加工工藝最多的材料是低熔點的有色合金，如鋁及鋁合金。1.2 鋁加工行業(yè)的分布 中國的鋁加工企業(yè)主要集中于沿海(廣東、福建、浙江、上海、江蘇、山東、河北、天津、北京、遼寧)地區(qū)，即珠江三角洲(廣州一深圳為中心的經(jīng)濟(jì)圈)、長江三角洲(上海為中心的經(jīng)濟(jì)圈)、環(huán)渤海灣地區(qū)(京津經(jīng)濟(jì)圈)所占比例較大，許多鋁加工企業(yè)都云集于此三大經(jīng)濟(jì)圈。在珠三角地區(qū)，主要集中在佛山地區(qū)，其中大瀝更

3、是全國，甚至世界地區(qū)鋁加工業(yè)的佼佼者。 1.3 鋁及鋁合金的特點與應(yīng)用 鋁及鋁合金具有一系列特性，在金屬材料的應(yīng)用中僅次于鋼材而居第二位。目前全世界鋁材的消費量在1800萬噸以上，其中用于交通運輸（包括鐵道車輛、汽車、摩托車、自行車、汽艇、快艇、飛機等）的鋁材約占27%，用于建筑裝修的鋁材約23%，用于包裝工業(yè)的鋁材約占20%。隨著中國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的高速發(fā)展，人民生活水平的不斷提高，中國的建筑行業(yè)發(fā)展迅速，包括鋁型材在內(nèi)的建筑裝飾材料不斷增加。鋁型材的應(yīng)用已經(jīng)擴(kuò)展到了國民經(jīng)濟(jì)的各個領(lǐng)域和人民生活的各個層面。根據(jù)鋁合金的成分和生產(chǎn)工藝特點,通常分為變形鋁合金與鑄造鋁合金兩大類。變

4、形鋁合金也叫熟鋁合金，根據(jù)據(jù)其成分和性能特點又分為防銹鋁，硬鋁，超硬鋁，鍛鋁和特殊鋁等五種。鋁合金比純鋁具有更好的物理力學(xué)性能：易加工、耐久性高、適用范圍廣、裝飾效果好、花色豐富。鋁合金分為防銹鋁、硬鋁、超硬鋁等種類，各種類均有各自的使用范圍，并有各自的代號，以供使用者選用。 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(dá)50100年），回收性好，可回爐重?zé)挕６嗄陙硎澜绺鲊捎?063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，開始陽極氧化是白色，后進(jìn)一步改變電解質(zhì)才達(dá)到古銅色，這兩種主體

5、顏色在國內(nèi)用了十多年。本設(shè)計選用6063鋁合金,由于其強度高，質(zhì)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(yīng)用于基礎(chǔ)性建筑行業(yè)以及一些機械制造業(yè)。 6063合金中的主要合金元素為鎂與硅，具有加工性能極佳、優(yōu)良的可焊接性、擠出性及電鍍性、良好的抗腐蝕性、韌性，易于拋光、上色膜，陽極氧化效果優(yōu)良，是典型的擠壓合金。廣泛應(yīng)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。二、擠壓產(chǎn)品工藝分析2.1 確定成型方式該產(chǎn)品鋁合金6063型材三維圖如11、截面圖如12.圖11 產(chǎn)品三維圖圖12 產(chǎn)品

6、二維圖由于該產(chǎn)品材料是鋁合金6063是一種高強度、質(zhì)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，具體成分見表13.表13 6063合金成分表牌號SiFeCuMnMgCrZnTi其它元素每種總量60630.20.60.350.100.100.450.90.100.100.100.050.15通過鋁材圖可以得知是一個空心的鋁型材，可以采用采用分流組合模，擠壓制品所有的材料是鋁合金6063。2.2 擠壓工藝參數(shù)確定(1)擠壓溫度的選擇選擇擠壓溫度是依據(jù)的理論是“三圖定溫法”1即相圖、塑性圖、在結(jié)晶圖。A、相圖根據(jù)合金相圖,選擇擠壓溫度

7、上、下限。為了防止坯料加熱時產(chǎn)生過燒,擠壓溫度的上限取(0.850.9)T固。擠壓溫度的下限對單相合金與有相變的合金是不同，對單相合金取(0.650.7)T固；對于在溫度降低時會產(chǎn)生相片的合金，擠壓溫度的下限取（T相變+5070），防止擠壓過程中由于溫度而產(chǎn)生相變，也就是說有相變合金在在單相區(qū)內(nèi)完成。B、塑性圖根據(jù)金屬及合金的塑性圖，選擇塑性最好的溫度區(qū)間作為擠壓溫度范圍。塑性圖是金屬及合金的塑性在高溫下隨變形狀態(tài)以及加載方式而變化的綜合曲線圖，它能給出金屬及合金的最高塑性溫度范圍，使選擇擠壓溫度主要依據(jù)，但是塑性圖不能完全反映擠壓后的制品的組織與性能。C、在結(jié)晶圖根據(jù)第二種在結(jié)晶圖（晶粒度加

8、工率終了溫度的關(guān)系圖），選擇晶粒小的溫度范圍為出口溫度，保證制品獲得最佳的力學(xué)性能。通過三相圖，可以確定擠壓溫度為450左右。（2）坯料溫度選擇為了使坯料合金成分均勻化、使擠壓速度高點、保證擠壓溫度在合理范圍等，坯料要選擇合理的溫度。用分流模、舌形模擠壓空心型材時，坯料的加熱到擠壓溫度上限或接近最高擠壓溫度。所以坯料溫度選為500。（3）擠壓筒的溫度選擇模具的成分多為合金鋼，由于導(dǎo)熱性差，為避免產(chǎn)生熱應(yīng)力，擠壓前擠壓筒要預(yù)熱，為保證擠壓制品的質(zhì)量，并且具有良好的擠壓效應(yīng)，擠壓筒溫度可400450。（4）擠壓速度的選擇擠壓速度有三種表示方法：擠壓軸移動速度、金屬流出模孔德速度和金屬變形速率。在實

9、際生產(chǎn)中常以金屬流出模孔速度表示擠壓速度。鋁合金型棒材擠壓速度平均速度規(guī)范如表241。表24 鋁合金型棒材擠壓速度平均速度規(guī)范合金擠壓制品擠壓溫度/平均流出速度/m/min坯料溫度擠壓筒溫度2A11一般型材330460360440136A01一般型材4805204505008506063一般型材370450360430151207A04變斷面型材3904403904400.516061裝飾型材32050048050012606063空心建筑型材48053046048020120所以擠壓速度選擇為80100m/min。 2.3 擠壓工藝流程鑄錠加熱擠壓切壓余淬火冷卻切頭尾或（切定尺）時

10、效表面處理包裝出廠 三、擠壓工藝計算3.1 選坯和選設(shè)備產(chǎn)品參數(shù)見圖22，經(jīng)過CAD軟件計算該產(chǎn)品截： F =3562.446mm模孔外接圓直徑：D外 110 根據(jù)金屬壓力加工車間設(shè)計表528、531初選35MN臥式擠壓機有內(nèi)徑為200mm、250mm、300mm、370mm、420mm、500mm幾種擠壓筒。為了使是鋁合金充分變形，提高產(chǎn)品性能均勻，提高生產(chǎn)率選擇450mm的擠壓筒。3.2 確定定坯料的直徑為了使加熱后的坯料順利的裝入擠壓筒中，坯料的外徑小于擠壓筒的直徑。坯料與擠壓筒的間隙大小與擠壓機的結(jié)構(gòu)形式、擠壓筒的直徑、坯料的種類、擠壓方法、變形金屬熱膨脹系數(shù)、擠壓溫度、坯料

11、直徑偏差量、坯料的直線度、擠壓制品的質(zhì)量以及力學(xué)性能要求等有關(guān)。（1） 按熱膨脹計算實心坯料的直徑D=436mm式中：D坯料的直徑，mm； D擠壓筒直徑，mm； 坯料與擠壓筒的直徑差，mm取15mm； t坯料的加熱溫度，450; 擠壓溫度下金屬線膨脹系數(shù)，um/(m.k);見表211 鄧小民.金屬擠壓加工實用技術(shù)手冊.合肥:合肥工業(yè)大學(xué)出版社,2013年.2 劉力.機械制圖.北京：高等教育出版社，2008年.3 林峰.UG NX6.0三維造型技術(shù)教程.北京：清華大學(xué)工業(yè)出版社，2010年.4 趙國増.計算機輔助繪圖與設(shè)計-AutoCAD2007.北京：機械工業(yè)出版社,2009年.5 馬懷憲.金

12、屬屬性加工學(xué)擠壓、拉撥與管材冷軋.北京:北京冶金工業(yè)出版社.6 葉宏.金屬材料與熱處理.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2011.7 劉靜安.鋁合金擠壓工模具技術(shù).北京:冶金工業(yè)出版社,2009.表21 金屬材料線膨脹系數(shù)金屬材料鋁鎂鈦銅鎳線膨脹系數(shù)2531.51018.515.23.3 擠壓時幾個主要變形指數(shù)（1） 擠壓比 =55符合要求的擠壓比式中： 擠壓筒斷面積， mm；制品斷面積，3562.446mm；（2） 填充系數(shù)K K=1.063式中：擠壓筒斷面積，mm；坯料斷面積，.62 mm；3.4 確定坯料的長度坯料的長度選擇是否合理，直接影響到擠壓產(chǎn)品的生產(chǎn)效率、成品率以及擠壓制品質(zhì)量等經(jīng)濟(jì)技術(shù)指

13、標(biāo)。坯料越長，擠壓制品越長，從而使切頭、余料的幾何廢料所占的比例降低，提高成品率，提高生產(chǎn)效率。但是隨著坯料的長度增加，摩擦力增大，使擠壓力增加，易發(fā)生“悶車”事故，所以要選擇合理的坯料的長度。（1）擠壓型材、棒材定制片的擠壓長度按下列公式確定： =9700mm式中：制品的擠壓長度，mm； 制品定尺長度，取8000mm， 切頭尾長度（表221），可知是1100mm； 取試樣長度，對于不是100%檢查力學(xué)性能的小規(guī)格制品，可不考慮； 多孔擠壓時流速差，mm，2孔取300mm，4孔取500mm， 6孔取10001500mm； 工藝余量，取600mm；表22 鋁合金棒材，型材的切頭尾長度制品種類棒材

14、直徑或型材壁厚切頭長度/mm切尾長度/mm硬合金軟合金型材<4.01005005004.110.0100600600>10.0300800800（2）增大材料厚度（）按下式計算： =167.5mm式中：正常殘料厚度（表231），85mm； 正常切尾長度（表221），1100mm；表23擠壓鋁合金時的正常殘料厚度擠壓筒直徑/mm正常材料厚度/mm一般型材、棒材純鋁排材85、952015115、1302520170、2004025300、3606555420、5008565（3）擠壓型材坯料長度計算： =524mm式中：坯料的長度，mm； 增加殘料厚度，167.5mm；3.5 擠壓力的

15、計算以及擠壓機的校核(1)、擠壓力的計算根據(jù)經(jīng)驗系數(shù)公式 P=*Kf(+4L/D) F=A*P=0.195x1.5x16(ln55+4x0.3x800/500)=20.8MN式中：表征擠壓難易程度的經(jīng)驗系數(shù)，對于空心型材取1.11.5,本設(shè)計取1.5P為單位擠壓力，MPaF為最大擠壓力, NA擠壓筒內(nèi)孔的面積，mm2擠壓系數(shù)，55Kf材料在擠壓溫度下的變形抗力（查表），16MPa摩擦系數(shù),0.30L鑄錠敦粗后額長度，850mm（2）、擠壓機校核F=20.8MN額定噸位35MN，設(shè)備選擇符合要求，即所選設(shè)備理論可行.四、模具設(shè)計4.1 模組及模具的外形尺寸確定模子的外圓直徑和厚度主要依據(jù)其強度和

16、標(biāo)準(zhǔn)系列化來考慮的。它與所擠壓的型材類型、難擠壓的程度以及合金的性質(zhì)有關(guān)。一般擠壓擠壓型材的外接圓D等于擠壓筒內(nèi)徑D的0.80.85倍，這里D為480mm。模子的厚度H在近年來趨于減薄，其強度主要靠模墊和其他支撐環(huán)來保證的。但是，從提高模子剛度和減輕變形方面考慮，H有應(yīng)該增大。一般根據(jù)擠壓機能力大小來選取。上模高度H為75mm，上模高度H為85mm，如圖41。圖41 模具外形尺寸4.2 分流孔的個數(shù)以及分流孔的面積確定分流空的形狀、大小以及排列方式等影響到擠壓制品的質(zhì)量，擠壓力和模具的候命。（1）分流比K分流比是確定分流空面積的主要依據(jù)。分流比的大小直接影響到擠壓阻力的大小，制品的行成和焊合質(zhì)

17、量。K值越大，擠壓變形阻力越大，這對模具和擠壓生產(chǎn)都不利的。為了提高焊縫的質(zhì)量，保證這場正常的擠壓情況下，對型材一般K 取1030.在本次設(shè)計中K取11。 K=11式中：F分流孔的面積；（2）分流空數(shù)目、形狀確定分流孔的數(shù)目由二孔、三孔、四孔、六孔、多孔等，分流孔的形狀有半圓形、扇形、腰子形、異性。分流空的數(shù)目和形狀主要依據(jù)產(chǎn)品的形狀、斷面大小、一次擠壓的根數(shù)以及不同的擠壓條件。在本次設(shè)計中采用采用四個扇形的分流孔，如圖42。圖42 分流孔分布和形狀（3）分流孔面積的確定：因為分流孔面積與制品斷面積的比值F分/F制K,K即為分流比，一般K對于空心型材時，取K=1030。本設(shè)計取K=11分流孔面

18、積的大小相等 F= 11×F制 3562.446×10=39181.096mm² F=9795.274 mm²4.3 上模的結(jié)構(gòu)設(shè)計上模上有分流孔、分流橋、模芯。分流孔是金屬通往型孔的通。分流孔腔是入口小出口大的喇叭形，以減少金屬流動的阻力。分流橋是支撐模芯用的。模芯是用來成型型材內(nèi)腔。上模結(jié)構(gòu)如圖43.圖43 上摸三維結(jié)構(gòu)（1）、分流橋是直接影響到擠壓金屬的流動快慢、焊合質(zhì)量、擠壓力大小、模具強度等。分流橋的寬度B，從加大分流比，降低擠壓力來考慮，B可以選擇小些，但從改善金屬的流動來考慮，模孔最好背分流橋擋住，B可以選擇大寫。根據(jù)經(jīng)驗公式根據(jù)經(jīng)驗公式B

19、：B=b+（310）=45式中：b型腔的寬帶;（2）模芯 模芯的結(jié)構(gòu)形式有錐形、錐臺形、凸臺形三類。當(dāng)型腔的寬度b小于10就采用錐式，強度和剛度高，但不易加工。當(dāng)型腔的寬度10<b<20就采用錐臺，強度和剛度比錐式的低點，但加工容易些。當(dāng)型材型腔的寬度b>20采用凸臺式，強度和剛度低，但加工容易。在本模具設(shè)計中可知b>20，故采用凸臺式。上摸具體詳細(xì)結(jié)構(gòu)尺寸見上模圖紙。4.4下模的結(jié)構(gòu)、計算下模上有焊合室、型孔。焊合室是把被分流空分開的金屬重新焊合起來，以形成圍繞模芯的整體。型孔確定型材的外部尺寸。在模芯和型孔上做有工作帶和和空刀。利用工作帶的長度來調(diào)整金屬的流速。做空

20、刀的目的是使流動的金屬在流動中不受阻礙，不劃傷制品。空刀的形式不同，課直接影響模工作帶的強度，下模結(jié)構(gòu)，如圖44。圖 44 下模三維結(jié)構(gòu)（1）焊合室的選擇焊合室的高度、形狀和入口形式均影響焊合質(zhì)量和擠壓室的阻力。焊合室高度h大，有利于焊合，但太高會影響模芯的穩(wěn)定性，使壁材出現(xiàn)壁厚不均勻的現(xiàn)象。焊合室的高度一般以擠壓筒內(nèi)徑而定，見表411，所以焊合室高度h為40mm。焊合室形狀一般為蝶形，為了清除死區(qū)，取焊合室的傾斜度為15度，室底的圓角過度取R為15mm，同時對著分流橋根部做成相應(yīng)的凸臺，以消除橋跟金屬流動死區(qū)。焊合室的形狀見圖45.圖45 焊合室三維圖表41 焊合室的高度擠壓筒內(nèi)徑/mm焊合

21、室高度/mm1151301015170200202522028030300以上40（2）工作帶的計算工作帶又稱定經(jīng)帶，是以用來穩(wěn)定制品尺寸和保證制品表面質(zhì)量的關(guān)鍵部分。如果工作帶過短，則模子易磨損，同時會壓傷制品表面導(dǎo)致出現(xiàn)壓痕和橢圓等缺陷。但是，如果工作帶過長，又極易在其上粘接金屬，使制品表面劃傷，毛刺、麻面等缺陷，而且擠壓力將提高。實際上對鋁合金工作帶長度最短可取2.53.0mm，最長可取810mm。對型材壁厚不相同的型材，各部分工作帶的長度可按壁厚加以確定。公式:=先確定先確定為3mm，可以算出、的尺寸。圖42。圖42 各厚度示意圖（3）模孔入孔圓角、出孔半徑模孔入口半徑r，在工作帶模孔

22、入口前設(shè)有圓角半徑r，可以防止低塑性合金在擠壓時產(chǎn)生裂紋和減少金屬非接觸變形；也可防止在高溫下模子棱角被壓禿或壓堆，以保證制品尺寸精度。r值得選用與被擠壓金屬強度，擠壓溫度、制品斷面尺寸有關(guān)。r值見表431，可以得出本模具設(shè)計模孔入口半徑為0.5。表43 各種合金擠壓模圓角半徑r值被擠壓合金材料r值/mm鋁及其鋁合金0.400.75銅及其銅合金2.05.0鎂及其鎂合金4.08.0鎳及其鎳合金1.03.0模孔的出口直徑，一般比工作帶直徑大4mm5mm。對于鋁型材來說，為了保證工作帶部分抗剪強度、系列化以及節(jié)約鋼材等因素考慮，工作帶模孔與出口處的過度部分可以采用圓弧連接，半徑為1mm 。4.5 模

23、孔和模芯尺寸計算在確定模孔的實際尺寸應(yīng)考慮到型材和模子的冷卻作用；工作帶在載荷作用下的畸變；由于不均勻變形引起的拉縮變形；因金屬在流入模孔時不能急轉(zhuǎn)彎而引起的非接觸變形；型材在拉伸矯直時斷面尺寸的收縮。同時，還注意到型材拉伸矯直時，不論在長度上，還是在斷面上，各部分的變化是不相同的。因此，在保證型材所需的模孔實際尺寸應(yīng)該是：（1）型材的外形尺寸按經(jīng)驗公式:A=A（1+C）+式中: C裕量系數(shù)，取0.018見表32； 型材外形尺寸的正偏差；經(jīng)過計算得出結(jié)果如圖43。圖45型材外形尺寸（2）型材的壁厚尺寸公式：S=S+計算出來的結(jié)果見圖46式中：S型材壁厚的名義尺寸； 型材壁厚的正公差； 裕量系數(shù)表421，對于鋁合金為0.018；表42 裕量系數(shù)表C合金C值含銅量不超過65%的黃銅0.0140.016紫銅、青銅以及含銅量大于65的黃銅0.0170.020純鋁、防銹鋁及鎂合金0.0150.020硬鋁和鍛鋁0.0070.10（4）型材的圓角、弧度與角度 對于沒有偏差要求的圓角和圓弧，模孔尺寸可以按名義尺寸；對于有偏差要求的可以按上面給的公式計算。在本設(shè)計中由于沒有偏差要