铝合金型材挤压工艺及模具计算1课 程 设 计 任 务 书题目:铝合金型材挤压工艺及模具计算学院:材料与能源学院专业: 03 金属材料工程（ 1）学号:学生: 指导老师： 日期：2006 年 6 月 21 日铝合金型材挤压工艺及模具计算2课程设计任务书材料与能源学院金属材料工程专业 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 AUTOCAD 图空心型材模上模 AUTOCAD 图空心型材模下模 AUTOCAD 图 空心型材模上下模 AUTOCAD 装配图四. 设计完成期限:2005 年 6 月 14 日-2005 年 6 月 24 日指导老师_袁鸽成 签发日期_教研室主任_批准日期_铝合金型材挤压工艺及模具计算3课程设计评语:成绩:设计指导教师_年_月_日铝合金型材挤压工艺及模具计算4目录一: 绪论5二: 总设计过程概论 8三: 实心型材模设计 10四: 空心型材模设计 19五: 后记28铝合金型材挤压工艺及模具计算5一绪论铝被誉为仅次于钢铁的第二大金属，由于具有密度低、强度适中、加工性能好等一系列优点，被广泛应用于建筑、包装、交通运输等行业，铝及铝材的消费已经成为一个国家工业发展水平的重要标志。近年来工业铝型材应用于交通行业呈上升趋势。铝合金在国民经济中起着非常重要的作用。随着科学技术的进步和现代经济的高速发展，铝合金型材正向着大型整体化、薄壁扁宽化、尺寸高精化、形状复杂化、外廓美观化的方向发展，品种规格不断增多，应用范围不断拓展，已由民用建筑门窗型材为主体推广到了航天航空、汽车船舶、交通运输、电子电力、石油化工、机械制造、家用电器等各行各业和人民生活各个方面。据不完全统计，目前世界上每年需要的大型铝合金型材约4o万吨，而且增涨势头不减。为了适应这种市场需求趋势，各国都在加速建设重型挤压机或大型材挤压生产线。近年来，随着科技的进步和经济的发展，特别是交通运输的现代化、高速化和轻量化，需要大量的大型特种型材。为了实现大型材国产化，国家投入了大量的人力、物力和财力进行研究开发，除了将西南铝原有的80MN卧式水压机改造成一条具有现代化水平的油压机生产线外，辽源麦达斯公司于2001年又建成了一条75MN卧式油压挤压机生产线。此外，天津Corus公司的一台55MN卧式油压机生产线已于1999年投人生产。正在建设或计划建设60MN以上的卧式油压机铝合金型材挤压工艺及模具计算6生产线的有山东的丛材铝业、南山铝业，辽宁的忠旺铝业，广东的兴发铝业等，到2005年左右这些挤压生产线建成投产后，我国大型铝合金型材的生产能力可达10万吨年以上，完全可以满足国内市场的需求，并可部分出口。大型特种铝合金型材之所以能获得如此高速发展和广泛应用，主要是由于具有许多独特的优点，能满足市场的各种需求。然而，大型特种铝合金型材是一种高难度的高新技术产品，除了必需配备80MN 以上的重型挤压机外，尚需解决一系列关键技术问题。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）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，实心铝合金型材挤压工艺及模具计算7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其它元素牌号 Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti每种总量6063 0.20.60.350.10 0.1 0.450.90.10 0.1 0.10 0.05 0.156063 机械性能:表 2合金 状态 弹性模量E剪切模 量G屈服强度0.2抗拉强度b伸长率泊松系数u布氏硬度Kg/mm2密度g/ cm26063 淬火自然时效 7100 2700 12 22 22 0.31 65 2.69铝合金型材挤压工艺及模具计算8二 总设计过程概论1.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 时效表面处理包装出厂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 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）. 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） .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，挤压过程中温度控制在 500左右。4） .挤压速度挤压速度快虽然可以提高生产力，但挤压速度过快会影响材料铝合金型材挤压工艺及模具计算9的挤压性和使挤压温度过高，因此必须控制好挤压速度。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 4060m/min。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，本设计采用 3Cr2W8V 作为模具的材料，热处理的硬度为HRC4447。7） .切压余根据所选的设备：500T,切压余厚为 20mm；800T，切压余厚为25mm。8).淬火本工艺过程中，采用在线淬火，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） .切头尾本工艺过程统一去头尾各 300mm500mm。铝合金型材挤压工艺及模具计算10三.实心型材模设计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（XC311-20）用 CAD 计算得: 制品的截面积 F 制= 655.1294 m m2 以型材的底部为 X 轴,以型材纵向的对称轴为 Y 轴,得出重心的位置（0，19.7476）模孔外接圆直径 D 外71.45mm 现有设备表 3设备吨位 500T 800T 1630T铝合金型材挤压工艺及模具计算11挤压筒直径 D0 95 125 187挤压截面积 F0 7085 12266 27451锭坯尺寸Dd|Ld 90x270/320 120X400/450 178X540/600/660冷床长 26m 32m 44m填充系数 1.114 1.085 1.104压余厚 20 25 30最大挤压比 97.4 82 73.6最大外接圆直径65 95 147加工范 围挤一根最小制品断面积F 制 min 72 150 3722.选坯和选设备根据加工范围要求（F 制F 制 min,及 D 外D 外 max）有 800T 和1630T 的设备可用，按成才率最高的原则，进一步优化，计算列表表 4序号D0(F0)Dd(mm)Ld(mm)单重wd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挤压比制品长L 制(m)成品数nx6(m)成品重W 制(kg)成材率W 制/Wd()1 125/ 120 400 12.20 1.085 369 25 344 18.723 6.44 0 0 02 125/ 120 450 13.73 1.085 415 25 390 18.723 7.30 1 10.57 76.69铝合金型材挤压工艺及模具计算123 187/ 178 540 36.30 1.104 485 30 455 41.90 19.06 3 31.72 87.384 187/ 178 600 40.30 1.104 544 30 514 41.90 21.53 3 31.72 78.715 187/ 178 660 44.40 1.104 598 30 568 41.90 23.80 3 31.72 71.44最后选择成才率最高的 87.38对应的方案 3锭坯尺寸为：Dd * Ld=178*540mm=41.90903.挤压力的计算根据经验系数公式P=*KF(+4L/D)F=A*P 表征挤压难易程度的经验系数，对于实心型材取1.01.1,本设计取 1.1P为单位挤压力，MPaF为最大挤压力 , NA挤压筒内孔的面积，mm 2挤压系数Kf材料在挤压温度下的变形抗力（查表） ，MPa摩擦系数L 铸锭敦粗后额长度，mm,即填充后长度 LeKf 查表取 16 取 0.30铝合金型材挤压工艺及模具计算13故 P=1.116(41.90+40.30485/187)=120.3175MPaF=120.3175*187*187/4=.52N换算成吨位：约 337.58TF=337.58T额定吨位 1630T，设备选择符合要求，即理论技术可行4.实心型材模具体结构设计模组的结构如下图图 21.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 5设备吨位 500T 800T 1630T铝合金型材挤压工艺及模具计算1412H 160180190210250240310350340H2 8090 90100 110150H3 5060 5060 6080挤压模具的尺寸如下表表 6设备吨位 500T 800T 1630Td1/d2 135/1452025165/1752530250/2603040h1 12 1213 12135. 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=187 锭坯尺寸：Dd X Ld178 mm540mm挤压比 =41.90mm 902).模组及模子尺寸外形的计算铝合金型材挤压工艺及模具计算15根据前面计算，从表 5 选取H2=100 H3=60 H1=30模子外形尺寸的确定（如下图 4）图 4 dh依据表 6 的数据可以确定d1=250 d2=260 h1=12 h2=403)模子内形尺寸的确定挤压比 =41.90 MAX=73.6,所以不需要多孔挤压确定模孔尺寸：由公式A=A0+M+( +KT)A0nt