挤压模具课程设计第三组

目录一、绪论....................................................................1二、设计工艺................................................................32.1坯料及模子材质的确定.................................................32.2挤压温度的选取.......................................................32.3挤压模具的预热.......................................................42.4挤压速度的确定.......................................................42.5挤压方式的选取.......................................................5三、工模具尺寸的设计........................................................63.1模孔位置设计.........................................................63.2工作带长度设计.......................................................63.3型材模孔尺寸设计.....................................................93.3.1模孔的外形尺寸.................................................93.3.2导流腔的设计..................................................103.3.3模子外形设计..................................................103.4模孔强度校核........................................................103.5模具图..............................................................11四、总结...................................................................13参考文献...............................................................19第1页共19页一、绪论镁是地壳中最丰富的金属元素之一，仅次于铝和铁。在金属结构中镁合金的密度是最小的，仅次铝的2/3，钢的1/4.镁合金具有比强度高、抗电磁屏蔽效果好、抗冲击、振动衰减能大、尺寸稳定性高、导热性好、切削性能好。且可以再生使用等众多优点。因此，镁合金被誉为21世纪最具开发和应用潜力的“绿色工程材料”。但是，镁合金的力学性能不高，耐腐蚀性较差。虽然通过挤压、锻造、流变和触变成形的方法可以制造各种镁合金壳体构件，却很难将其作为受力结构材料来使用。除航空航天军用领域应用外，在汽车等工业领域应用较少。这也表明变形镁合金的研究严重滞后，不能适应不同应用场合的要求。因此，开发镁合金的制造技术，研制高强度、高延性的镁合金是非常必要的。AZ系列镁合金，即在纯镁中添加不同含量的A1和少量的Zn，具有成本低应用广的特点。AZ61作为低成本的变形镁合金，其挤压和乳制制品已取得广泛的商业应用；众所周知，因所含合金元素种类和数量、工艺参数设定、模具设计等因素，以及挤压变形特有的在截面上变形分布不均匀的特点，热挤压合金微观组织通常是非均匀的。在铝、锌含量和比例对镁铝锌系合金铸态组织及合金相的影响方面，但到目前为止，合金化元素含量变化及挤压前均匀化退火处理，对商用AZ系列合金的变形组织及合金相的影响，鲜有系统的研究报道。热变形组织的再结晶晶粒尺寸大小均匀性和第二相的尺寸及位置分布等因素，即合金微观组织的均匀程度，直接影响合金的力学性能。温挤压工艺是在冷挤压工艺基础上发展起来的一种少无切削的成形技术。所谓温挤压，是指对坯料在室温以上，再结晶温度一下的某一温度区域进行挤压。温挤压成形的制件尺寸精度和表面粗糙度要明显优于热挤压，稍逊于冷挤压，具有加工硬化等特征。正是因为温挤压的这些特点，其适用范围要比冷挤压大得多，凡是冷挤压难以成形的大尺寸，高强度材料都可进行温挤压。温挤压自20世纪60年代问世以来，随着技术的不断完善，已被广泛用于各种机器零件的成形，是零件少无切削成形的有效手段之一.材料在挤压过程中，如挤压模具不是很好或模具挤压镁材过多，镁材表面会产生挤压痕，用手可能触摸到镁丝表面不光滑，因此，在现代化大生产中实施挤压加工技术，其成挤压模设计第2页共19页败的关键是模具，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。第3页共19页二、设计工艺2.1坯料及模子材质的确定AZ61镁合金中大部分为镁及铝，并含有不同比例的Zn、Mn及稀土元素，融化温度650℃，共晶温度436℃，再结晶温度在240℃左右。表2-1、AZ61镁合金的成分元素A1ZnSiFeCuMnNiMg含量/%6.110.870.0180.00490.00150.250.001余量2.2挤压温度的选取镁合金在室温中的塑形较差，所以不宜进行冷挤压成形，但镁合金丝的直径较小，综合分析宜釆用温挤压的成形方式。成形温度时温挤压工艺能否顺利进行的关键因素。确定温挤压成形温度是原则是：1)选择在金属材料的塑形好、变形抗力显著下降的范围。2)选择在金属材料发生剧烈氧化前的温度范围，以保证在非保护气氛中加热时氧化极微、无脱碳现象。3)选择在润滑剂能达到最小摩擦因数，不致因高温或低于其使用温度而失效。4)选择在金属材料成形后能强化和不改变其组织结构的温度范围。金属材料加热温度越高，加热时间越长，氧化越严重。被加热坯料表面若生成较厚的氧化皮，将直接影响到加压件的表面质量、尺寸精度及模具的使用寿命。温挤压时，由于挤压前模具需预热到150-250℃,加之高温坯料热量的传递和塑性变形时产生的热量，使模具的温度可升高到400-450℃，从而容易是模具材料产生回火软化，使模具强度降低，使模具磨损和局部变形加剧。所以在选择温挤压温度时，必须考虑到模具允许承受的单位挤压力不要超过2000-2200Mp。挤压模设计第4页共19页根据上述温挤压确定的原则及生产实践的经验，镁及镁合金的温挤压温度推荐在175-390℃进行温挤压。镁合金的再结晶温度为260℃以上，所以本设计所选的挤压温度区间为200℃。2.3挤压模具的预热挤压模在挤压前均要进行预热。预热温度一般在150-300℃，应按挤压坯料的温度作调整。本设计的预热温度应选择在150-200℃左右。模具预热的方法有三种：在模具上安装专门的电阻预热器；用喷灯进行预热；在模具上方烧红的钢块进行预热。预热的目的如下：①使挤压坯料放入模具时降温不致过大，以免使塑形降低，变形力增加；同时避免坯料表面和中心的温差过大，增加变形不均匀性，以致造成挤压件或模具损坏。②减小模具与坯料的接触温差。生产中，常因挤压前没有预热模具或模具预热不够，使模具与坯料的温差太大，造成模具表面温度迅速上升，使模具表层和中心层的温差过大，产生很大的内应力，加上挤压时变形力对模具造成的应力很大，从而使模具开裂破坏。2.4挤压速度的确定挤压速度对制品组织与性能的影响，主要通过改变金属热平衡来实现。挤压速度低，金属热量逸散较多，致使挤压制品尾部出现加工组织；挤压速度高，锭坯与工具内壁接触时间短，能量传递来不及，有可能形成变形区内的绝热挤压过程，使金属的速度越来越高，导致制品表面裂纹。而且在保证产品质量和设备能量允许的前提下尽可能提高挤压速度。挤压速度的影响因素如下：(1)铸锭质量的影响：铸锭质量指标主要是晶粒度一级，氢含量少，渣少粒细，金相组织均匀，无裂纹、疏松、气孔和元素偏析。这样铸锭的塑性和变形性好，型材挤压力下降,挤压速度提高。否则，会导致挤压速度慢，模具耗损也大。第5页共19页(2)挤压温度的影响：金属在挤压时，随着温度的升高，金属流动性的不均匀性会增加。在整个挤压过程中，铸锭在变形区的温度也逐渐升高，且挤压速度愈快，温度也愈高，温升可达100℃左右。当变形区金属温度超过最高许可的临界变形温度时，金属将进人热脆状态而形成挤压裂纹。因而，当铸锭温度很高时，在挤压过程中，必须逐渐降低挤压速度。(3)型材外形尺寸及形状的影响：型材的外形尺寸及几何形状对挤压制品金属流出速度的影响很明显。一般规律是制品的几何形状简单、对称性好、宽厚比小的制品相对可高一些相反，制品的几何尺寸复杂、宽厚比大、壁厚差悬殊、对称性差的制品挤压速度应相对慢一些。在相同条件下，制品壁厚越薄，制品沿截面变形越均匀，则产生挤压裂纹倾向性越小。因而，挤压速度可快些。(4)变形程度的影响：制品变形程度越大，所需挤压力越大，同时，金属变形热也越大，因而制品流出速度要慢一些反之，变形程度小，金属流动均匀，则挤压速度可快一些。综合上述条件，及经验选择AZ61镁合金的挤压速度为3m/min。2.5挤压方式的选取根据金属流动方向与挤压轴运动方向之间关系将挤压分正挤压和反挤压。正挤压是挤压生产中应用最广泛的一种方法，主要特点是挤压时金属流动方向与挤压轴的运动方向一致。在挤压过程中挤压筒固定不动，锭胚在挤压轴压力的作用下沿着挤压筒内壁向前移动，使得锭胚表面与挤压筒内壁发生激烈的摩擦并引起锭胚的温度升高。正向挤压又分实心件正向挤压和空心件正向挤压。反挤压是挤压时金属的流动方向与挤压轴的运动方向相反，使挤压过程中的锭胚表面与挤压筒内壁之间无相对运动，改变了金属在挤压筒内流动的力学条件，减少了所需的挤压力，降低了变形的不均匀性。本次设计选用正挤压方式。三、工模具尺寸的设计3.1模孔位置设计图3-1模孔的布置型材模孔设计时，主要是解决金属流动的不均匀性和模子的强度问题，按照课程设计任务书，本次模孔选择单孔模，为了使金属的流动均匀，这里将型材的重心布置在模子的中心上，因为型材为轴对称型材，具有一个对称轴，使型材的对称轴通过模子的一个坐标轴，使型材断面的重心位于另一个坐标轴上，利用CAD软件中的“面域/质量特征”命令,计算型材的重心坐标（0,8.3），模孔布置如图3-1所示。3.2工作带长度设计将型材大致分为五个区域，区域分布如图3-2-1所示。铜陵学院课程设计第7页共19页确定模孔工作带长度是，先以整个型材断面上金属最难流出处为基准点，该处的工作带长度一般可取该处型材壁厚的1.5〜2倍。这里以F1为整个型材的基准点，则F1段的工作带长度为h1=1.5×5=7.5mm。由表3-2-1得到镁合金模孔工作带最小长度范围为F=2.5〜5mm。表3-2-1模孔工作带最小长度数值/mm挤压机能力/MN122.54934.315.794-19.85.88-12.25模孔工作带最小长度/mm5〜104〜83〜62.5-51.5-3模孔空刀尺寸/mm32.521.5-20.5〜1.5按公式h1/h2=ZF1/ZF2计算其它段的工作带长度，其中ZF表示区域的比周长（面积与周长之比）计算结果如下：h2=zf2h1/zf1=18.3mmh3=zf3h1/zf2=15mmh4=zf4h1/