铝合金挤压工艺及模具设计【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 1 一  、 绪论  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。挤压加工特点是 处于强烈的三向压应力状态 ， 这 有利于提高金属的 塑性变形能力，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，生产灵活性大，工艺流程简单和 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。  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，许多铝加工企业都云集于此三大经济圈。在珠三角地区，主要集中在佛山地区，其中大沥更是全国，甚至世界地区铝 加工业的佼佼者 。  及铝合金的特点与应用  铝及铝合金 具有一系列 特性，在金属材料的应用中仅次于 钢 材而居第二位。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发展，人民生活水平的不断提高，中国的建筑行业发展迅速，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。  根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 ， 根据 据其成分和性能特点又分为防锈铝 ， 硬铝 ， 超硬铝 ， 锻铝和特殊铝等五种 。  铝合金比纯铝具有更好的物理力学性能：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、可买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 2 塑性好、变形量小、无污染、无毒、防火性强，使用寿命长（可达 50 100 年），回收性好，可回炉重炼。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内用了十多年。  表 1： 铝合金 化学成分 (: 3190 牌号  e n r i 其它元素  注  每种  合计  6063 量  005 量   6061 量  082 量   本设计选用 6063 铝合金 ,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 泛应用于基础性建筑行业以及一些机械制造业。  6063合金中的主要合金元素为镁与硅，具有加工性能极佳、优良的可焊接性、挤出性及电镀性、良好的抗腐蚀性、韧性，易于抛光、上色膜，阳极氧化效果优良，是典型的挤压合金。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。  表 2： 6063 室温下的 机械性能 （  : 合 金  状态  弹性   模量  E/ 剪切  模量  G/ 抗拉    强度  屈服  强度  伸长率   /% 泊松系数 u 布氏硬度  度 / 3/6063 淬火 自然 时效  7100 2700 145 186 12 073 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 3 表 3： 6063 铝合金随温度变化的力学性能  合金  状态  温度  T/  抗拉强度  屈服强度  伸长率   /% 6063 淬火 + 人工时效  150 142 133 20 205 62 45 40 260 31 24 75 315 23 17 80 370 16 14 105 从表 可以看出随着温度的升高抗拉强度和屈服强度逐渐变小，伸长率增大 。  表 4：常用挤压工具钢化学成分  钢号  (C)/% (% (% (% (% (W)/% (V)/% 5 5  3   设计选用模具材料为 4称 。钢中碳化物类型有623在钢中起回火时二次硬化作用； W、 V 能提高钢抗回火软化能力，保持高温下的强度、韧度； 硅提高钢的回火稳定性和抗热疲劳能力。 铬和硅还能提高抗氧化和抗烧蚀性。  买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 4 表 5： 常用挤压工具钢及其机械性能：  钢号  试验温度T/  b/  /%  /% 处理工艺  500 400 500 600 1150 1010 780 430 990 860 690 410 47 61 86 84 51 311 302 235 850 空淬，600 回火  300 400 450 500 600 - 1491 1520 1430 1280 - 1373 1363 1304 - - - - 15 - -   429 429 405 325 325 1100 在油中淬火，550 回火  400 450 500 550 600 1360 1300 1200 1050 825 1230 1135 1025 855 710 49 52 56 58 67 6 7 9 12 10 - - - - - 1050 油淬，625 回火在油中两小时  二、总设计过程概论  压工艺流程  金属制品是经若干个工序制作出来的，每个工序按一定顺序连接起来，就形成了工艺。工艺要在一定条件下完成，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 表面处理 包装入库  压工艺及工艺参数条件的确定  应考虑挤压温度、挤压速度、润滑、模具（ 种类 形状、形状等） 、 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  买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 5 6063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，表面质量，为了降低变形抗力，挤压时锭坯的加热温度不宜过高，应尽量降低挤压温度。一般取 490 530。  2） 挤压筒预热  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 400 450。可采用通电自行预热。  3） 模子预热  避免 急 热，延长模具寿命， 应对模具进行预热。  4） 挤压温度  热挤压时，加热温度一般是合金熔点绝对温度的 压过程中温度最好控制在 500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能力限制，本设计的挤压速度取m .0 锭 ， m 060 流出 。  7）工模具的润滑  因本设计采用热挤压，故不采用润滑。  8）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 热 膨胀系数和良好的导热性，可加工性，及经济性，本设计采用 4为模具的材料，热处理的硬度为 52。  9） 切压余  本设计视挤压设备而定，一般 20 30控制质量，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行吹风来达到风淬（固溶强化）的目的， 或采用喷水雾的方法。  11）冷却  直接露置在空气中冷却，达到自然时效的目的。  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，需要进行切头尾的工  买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 6 作。切头尾的量可以是 300 50000 1000次设计头尾各切 300 13） 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；  人工时效对 680 240下保温 6 8h。  15）表面处理  为了提高制品的耐蚀性和抗疲劳性等，可以对其进行表面处理。表面处理一般有：阳极氧化、着色、喷粉、喷涂、电泳、抛光等。  16）包装入库  将铝合金成品进行包装入库。  三、实心型材模设计  要设计的实心型材制品  （ 1） 已知： 要求 本制品的形状和尺寸 及公差 如下  图 1  U 型材 截面  牌号    制品的截面积 22  31 3 4.1 制制品材料为 6063， 制品 挤一米的重量 3  模孔外接圆直径 2 外买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 7 (2)现有设备  表 6 设备吨位  500T 800T 1630T 挤压筒直 经0D(95 125 187 挤压截面积0F(7085 12266 27451 锭坯尺寸dD270/320 120 400/450 178 540/600/660 冷床长 (m) 26 32 44 填充系数 K 余厚 (20 25 30 最大挤压比2 工范围  最大外接圆直径  65 95 147 挤一根最小制品断面积  2 72 150 372 坯和选设备  选择挤压筒直径 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  C 1K （ C 为模孔距筒内表面的距离， 1K 为经验数据， 可取 15、 20、 30）  2）保证挤压模强度的原则  3）保证产品内在质量的原则  4）经济上的优化原则生产成本最低；成材率最大；产量最高  模孔外接圆直径外D=品的截面积制F  根据加工范围要求（制F=外D=所以 只 有 500T 可用， 按成才率最高的原则，进一步优化，计算如下 表 所示：  买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 8 序号  单重g) 填充系数K 填充后长度余厚 切压余后的有效长度  压比    制品长度L 制  (m) 切头尾后制品长度制L(m) 成品       数  m) 成品重制W(成材率  W 制/ ) 1 95 90 270 42 20 222 6  95 90 320 87 20 267 6 后选择成才率最高的 案 1 即： 选择 500挤压筒内径  95坯尺寸为：  90 270 =压力的计算  根据挤压力经验系数公式，  2)  P 挤压力 , N D 挤压筒内直径， mm d 制品的当量直径， （ 制）  b 材料在挤压温度下的变形抗力， 表 3，并由外推法得出 500时的变形抗力为 12 所以 d= 制 =2) 7   = 1295) 7    买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 9 =2564895N 换算成吨位：约 262T P=236T额定吨位 500T，设备选择符合要求，即理论技术可行  心型材模具体结构设计  模组的结构如下图  图 2 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 7 模组尺寸  设备吨位  500T 800T 1630T 1 2 H 160 180 190 210 250 240 310 350 340 0 30 30 0 90 90 100 110 150 0 60 50 60 60 80 挤压模具的尺寸如下表  表 8 挤压模具的尺寸  设备吨位  500T 800T 1630T d1/135/145 165/175 250/260买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 10 20 25 25 30 30 40 2 12 13 12 13 心模尺寸数据设计  （ 1） 选 坯和选择设备  根据前面的计算  选 500挤压筒内直径0D=95       锭坯尺寸：  90 320压比 = 2） 模组及模子尺寸外形的计算  图 3 模组主要结构尺寸标注  模组主 要结构尺寸 确定  根据前面计算，从表 7选取  H=190  1H =20 2H =80 3H=55 1 1601 180子外形尺寸的确定（如下图 4）      模子外形尺寸  买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 11 依据表 8的数据可以确定  1d = 135    2d = 145   1h =12    2h =25  （ 3） 模 孔 几何 尺寸的确定  挤压比 =故不需要多孔挤压 。   模孔的外形尺寸 （指型材的宽与高） 公式  11(1 ) C 式中： 型材的名义尺寸， C 裕量系数，见金属塑性加工学，冶金工业出版社，  5 1锻铝取 本设计取 型材外形尺寸的正偏差 ，  型材的 壁 厚的尺寸 22 C 式中： 型材壁厚的名义 尺寸， 型材壁厚的正偏差 ， C 裕量系数，对铝合金取 其中壁薄的取下限，厚 壁  取上限。 本设计 取  计算 得出几何尺寸 : 模孔外型尺寸 ：  长 度 方向 25  kB=+ 1C ） +1=32 （ 1 +度方向 13 kH=+ 1C ） +1=13 （ 1 +文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 12 壁 厚的尺寸    22 C =  型材的圆角及圆弧没有偏差要求，故可按名义尺寸设 计  由于这种 型 材在挤压的过程中有并口现象，角度取 91  制造偏差为  ，主要尺寸如下 图  图 5   模孔几何尺寸  （ 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，故型材的重心 与 模子的中心 重合。  模孔 重 心的计算 ， 如 下 图建立坐标系：  买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 13 图 6模孔 几何中心 确定  设压力中心为（0x，0y） 由于 图 6关于  所以0x=0 ， 则 压力中心为 （ 0，0y）  各边中心坐标为： 0,0, 111 222 13,33 444 , 555 666 13,777 888 各边长分 别为： 1l =252l =8l=13l=7l=4l =6l=l=y=876543218877665544332211 = =于制品对称， 所以 （0x，0y） =（ 0，  （ 5）工作 带长度的确定  工作带又称定径带，是 用以稳定制品尺寸和保证制品质量的关键部分。 由于是等壁厚型材，故定径带长度 一般可取 2 生产实践中对铝合金常用 3 8 ，  本 次设计取 4  买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 14 模角工作带与工作端面的连接都有一个尖棱角，挤压过程中易于出现裂纹和压秃、压塌 等现象从而会改变模孔尺寸，导致难以保证挤压制品的尺寸精度，因此，必须采用过渡圆角半径 r。  （ 6）出口直径  模子的出口直径一般应比工作带直径大 3 5防止划伤制品表面，本设计取 4作带与出口的过渡部分以圆角半径等于 4 5 做成 20 45的斜面。  （ 7）入口圆角半径  入口圆角半径 进入工作带时所产生的非接触变形，也是为了减轻在高温下挤压时模子的入口棱角被压颓而很快改变模孔尺寸用的，但挤压铝合金时不应有入口圆角，而要求保持锐利的角度，一般取r= （ 8） 阻碍角  由于 10 15，故不采用阻碍角  （ 1） 设备 能力的 校核  根据前面挤P=262采用凸台式。 由于本设计中的模芯宽度为 40于 20采用凸台式。 舌芯长度宜短，稍伸出工作带即可，过长则造成管子偏心，过短则形成椭圆型，对于小型挤压机， 一般伸出下模工作带 1设计取 3 腔外形按空心型材的空心部分确定。 成型部分以上的部分要造成圆角，这样有利于焊合质量提高  mm,t=下图所示：  图  12 上模凸台 高 取 下模 装配定位 ，用于装配定位 。而 下模的凸 台 高度为 5为 2置在下模的边缘部分，用于与上模装配定位。   螺钉 及搬运螺钉的选择  定位方面采用 固定销， 在上模做一个凸出 5 8的圆柱，下模作相应的孔来定位，而省去采用 定位销 ，固定销布置时应采用不对称布置 。  螺钉采用 内六角圆柱头螺钉 长度为 70 搬运螺钉 采用吊环螺钉，选用  组合模在使用过程中，常因受较高的压力而使桥被压塌和压断，根部还被拉断，而且在舌芯根部和分流孔周围也可能产生裂纹。因此在设计中应对强度进行校核。  孔道式组合模在 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买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 26 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 。  1)分流桥弯曲应力校核   2m 式中 : 分流桥的最小高度 ； mm l 分流桥 支座间中心距离； 由 图 7 算出  l = 2=p 作用在挤压垫片上的单位压力， p P/9255325N/27451=337 b 模具材料在 工作 温度下的许用应力 50500 下 ,对 4 b =900入数据得   2m =于上模厚度上H 80符合要求  2） 分流孔道抗剪强度的校核   Fn p  式中： 许用剪应力 =(b,在 450500 下 ,对于 4b=1200所以 600 720 分流桥端面上受的总压力， N N 分流孔的数目 :为 4 F 以分流孔间的最短距离为长度  2  由图 7测出分流孔间的最短距离  F=80=1096 2分流桥端面买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 27 上受的总压力为  5 6 2 0 8 77 6 0 3337 桥 =09642562087=584 600 720强度符合要求  （见图纸）  五、总结与体会  在袁老师的谆谆教导下，通过两个星期的课程设计，我对模具以及模具设计的一般步骤有了初步的了解。  原来以为专业知 识学得好就能做得好