挤压模具设计1

1江西理工大学金属材料工程专业挤压模具课程设计班级：材料103班姓名：**********指导老师：**********设计时间2013年12月1日至2013年12月20日2目录一、绪论........................................41.1挤压加工方法......................................41.2铝加工行业的分布..................................41.3铝及铝合金的特点与应用............................4二、挤压产品工艺分析.............................62.1确定成型方式......................................62.2挤压工艺参数确定..................................72.3挤压工艺流程......................................9三、挤压工艺计算................................103.1选坯和选设备.....................................103.2确定定坯料的直径.................................103.3挤压时几个主要变形指数...........................113.4确定坯料的长度...................................113.5挤压力的计算以及挤压机的校核.....................13四、模具设计....................................144.1模组及模具的外形尺寸确定.........................144.2分流孔的个数以及分流孔的面积确定.................144.3上模的结构设计...................................164.4下模的结构、计算..................................174.5模孔和模芯尺寸计算...............................204.6模具强度校核.....................................2134.7模子其他标准件...................................22致谢..........................................23主要参考文献和书目：............................244一、绪论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。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。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，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。1.3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，5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。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。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。6二、挤压产品工艺分析2.1确定成型方式该产品铝合金6063型材三维图如1—1、截面图如1—2.图1—1产品三维图图1—2产品二维图7由于该产品材料是铝合金6063是一种高强度、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，具体成分见表1—3.表1—36063合金成分表牌号SiFeCuMnMgCrZnTi其它元素每种总量60630.2～0.6≤0.350.100.100.45～0.90.100.100.100.050.15通过铝材图可以得知是一个空心的铝型材，可以采用采用分流组合模，挤压制品所有的材料是铝合金6063。2.2挤压工艺参数确定(1)挤压温度的选择选择挤压温度是依据的理论是“三图定温法”[1]即相图、塑性图、在结晶图。A、相图根据合金相图,选择挤压温度上、下限。为了防止坯料加热时产生过烧,挤压温度的上限取(0.85～0.9)T固。挤压温度的下限对单相合金与有相变的合金是不同，对单相合金取(0.65～0.7)T固；对于在温度降低时会产生相片的合金，挤压温度的下限取（T相变+50C0～70C0），防止挤压过程中由于温度而产生相变，也就是说有相变合金在在单相区内完成。B、塑性图根据金属及合金的塑性图，选择塑性最好的温度区间作为挤压温度范围。塑性图是金属及合金的塑性在高温下随变形状态以及加载方式而变化的综合曲线图，它能给出金属及合金的最高塑性温度范围，使选择挤压温度主要依据，但是塑性图不能完全反映挤压后的制品的组织与性能。8C、在结晶图根据第二种在结晶图（晶粒度－加工率－终了温度的关系图），选择晶粒小的温度范围为出口温度，保证制品获得最佳的力学性能。通过三相图，可以确定挤压温度为450C0左右。（2）坯料温度选择为了使坯料合金成分均匀化、使挤压速度高点、保证挤压温度在合理范围等，坯料要选择合理的温度。用分流模、舌形模挤压空心型材时，坯料的加热到挤压温度上限或接近最高挤压温度。所以坯料温度选为500C0。（3）挤压筒的温度选择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400℃～450℃。（4）挤压速度的选择挤压速度有三种表示方法：挤压轴移动速度、金属流出模孔德速度和金属变形速率。在实际生产中常以金属流出模孔速度表示挤压速度。铝合金型棒材挤压速度－平均速度规范如表2－4[1]。表2－4铝合金型棒材挤压速度－平均速度规范合金挤压制品挤压温度/℃平均流出速度/m/min坯料温度挤压筒温度2A11一般型材330～460360～4401～36A01一般型材480～520450～5008～506063一般型材370～450360～43015～1207A04变断面型材390～440390～4400.5～160装饰型材320～500480～50012～609616063空心建筑型材480～530460～48020～120所以挤压速度选择为80～100m/min。2.3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10三、挤压工艺计算3.1选坯和选设备产品参数见图2—2，经过CAD软件计算该产品截：F=3562.446mm2模孔外接圆直径：D外＝110㎜根据《金属压力加工车间设计》表5—28、5—31初选35MN卧式挤压机有内径为200mm、250mm、300mm、370mm、420mm、500mm几种挤压筒。为了使是铝合金充分变形，提高产品性能均匀，提高生产率选择450mm的挤压筒。3.2确定定坯料的直径为了使加热后的坯料顺利的装入挤压筒中，坯料的外径小于挤压筒的直径。坯料与挤压筒的间隙大小与挤压机的结构形式、挤压筒的直径、坯料的种类、挤压方法、变形金属热膨胀系数、挤压温度、坯料直径偏差量、坯料的直线度、挤压制品的质量以及力学性能要求等有关。（1）按热膨胀计算实心坯料的直径DP=tDD10=436mm式中：DP——坯料的直径，mm；D0——挤压筒直径，mm；D——坯料与挤压筒的直径差，mm取15mm；t——坯料的加热温度，450C0;——挤压温度下金属线膨胀系数，um/(m.k);见表2—11.表2—1金属材料线膨胀系数金属材料铝镁钛铜镍线膨胀系数2531.51018.515.2113.3挤压时几个主要变形指数（1）挤压比=制筒FF=55符合要求的挤压比式中：筒F——挤压筒断面积，196250mm2；制F——制品断面积，3562.446mm2；（2）填充系数KK=锭筒FF=1.063式中：筒F——挤压筒断面积，196250mm2；锭F——坯料断面积，184651.62mm2；3.4确定坯料的长度坯料的长度选择是否合理，直接影响到挤压产品的生产效率、成品率以及挤压制品质量等经济技术指标。坯料越长，挤压制品越长，从而使切头、余料的几何废料所占的比例降低，提高成品率，提高生产效率。但是随着坯料的长度增加，摩擦力增大，使挤压力增加，易发生“闷车”事故，所以要选择合理的坯料的长度。（1）挤压型材、棒材定制片的挤压长度按下列公式确定：余速试头定出LLLLLL=9700mm式中：出L——制品的挤压长度，mm；定L——制品定尺长度，取8000mm，头L——切头尾长度（表2—2[1]），可知是1100mm；试L——取试样长度，对于不是100%检查力学性能的小规格制品，可不考12虑；速L——多孔挤压时流速差，mm，2孔取300mm，4孔取500mm，6孔取1000—1500mm；余L——工艺余量，取600mm；表2—2铝合金棒材，型材的切头尾长度制品种类棒材直径或型材壁厚切头长度/mm切尾长度/mm硬合金软合金型材4.01005005004.1—10.010060060010.0300800800（2）增大材料厚度（1H）按下式计算：/300-1）（正正LHH=167.5mm式中：正H——正常残料厚度（表2—3[1]），85mm；正L——正常切尾长度（表