铝型材设计说明书资料.docx

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铝型材设计说明书资料

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400℃～450℃。

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0.75～0.95倍，本设计挤压温度为450℃～500℃，挤压过程中温度控制在450℃左右

4）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0.7～0.8m/s

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4Cr5MoSiV1作为模具的材料，热处理的硬度为HRC45～50

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，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300mm

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XC111（L型）

制品的截面积F制＝116.4

模孔外接圆直径D外＝46.28mm

现有设备（如下表）：

设备吨位

500T

800T

1630T

挤压筒直径

Φ95

Φ125

Φ187

挤压截面积

7085

12266

27451

锭坯尺寸

Φ90x270/320

Φ120X400/450

Φ178X540/600/660

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

加工范围

最大外接圆直径

Φ65

Φ95

Φ147

挤一根最小制品断面积

F制min

72

150

372

2.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）只有500T的可用，按成才率最高的原则，进一步优化，计算列表

序号

（mm）

（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

λ

制品长

L制

（m）

成品数

nx6

（m）

成品重

W制（kg）

成材率

W制/Wd

（％）

1

Φ95

Φ90

270

4.64

1.114

242

20

222

54.65

13．51

2×6m

3．89

83．84％

2

Φ95

Φ90

320

5.50

1.114

287

20

267

54.65

16．25

2×6m

3．89

70．73％

最后选择成才率最高的83.84％对应的方案1

即：

500T的挤压机设备

锭坯尺寸为：

=Φ90X270mm

λ=54.65

3.挤压力的计算

根据经验系数公式：

，D为挤压筒内径，d为制品等面积直径，

为某温度下坯料的抗拉强度，450℃下6063的

≈12MPa

带入数据求得：

F＜额定吨位500T，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2

1.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

设备吨位

500T

800T

1630T

Φ1×Φ2×H

Φ160×Φ180×190

Φ210×Φ250×240

Φ310×Φ350×340

H1

20

30

30

H2

80～90

90～100

110～150

H3

50～60

50～60

60～80

挤压模具的尺寸如下表

设备吨位

500T

800T

1630T

Φd1/d2×h2

Φ135/Φ145×20～25

Φ165/Φ175×25～30

Φ250/Φ260×30～40

h1

12

12～13

12～13

5.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

=95㎜锭坯尺寸：

＝Φ90×270

挤压比λ=54.65

2）.模组及模子尺寸外形的计算

根据前面计算，从表5选取

H1=20H2=90H3=60

模子外形尺寸的确定（如下图）

依据表6的数据可以确定

d1=135㎜d2=145㎜h1=12㎜h2=25㎜

3）模子内形尺寸的确定

挤压比λ=54.65＜λMAX，故不需要多孔挤压

确定模孔尺寸：

由公式

外形尺寸

C为裕量系数△为尺寸公差

则A＝30（1＋0.0085）+0.6=30.855mm

壁后尺寸

＝0.05-0.15薄壁取上限，后壁取下限，本设计取0.1

则

＝2＋0.2+0.1＝2.3mm

型材的圆角及圆弧没有偏差要求，故可按名义尺寸设计

由于这种角材在挤压的过程中由并口现象，角度取91°

制造偏差为

mm，主要尺寸如下图

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，故型材的几何重心在置模子的中心）

压力中心的计算

（以左下端点为坐标原点）算得

x=8.47

y=8.47

5）工作带长度的确定

铝合金工作带一般最短可取2.5～3.0mm，最长可取8～10mm

由于是等壁厚型材，故工作带长度h定各处相等，本次设计取

h＝4㎜，如下图：

6）阻碍角

由于h定≤10～15㎜，故不采用阻碍角

7）模子强度的校核

本设计为L型薄壁型材，故模子的强度校核可以忽略

8）画图，如下图：

四.空心型材模设计

1.所要设计的制品

本设计制品的的牌号为I513回型管

具体参数为

B=50.8H=38.1T=1.4重量：

0.653Kg/m

具体如下图

图6

2.选坯核选设备

制品的截面积：

F制＝241mm2

模孔外接圆直径D外＝63.5㎜

根据加工范围要求（F制≥F制min,及D外≤D外max）由表3知

只有800T的可用

按成才率最高的原则，在进一步计算优化，计算列表如下

表7

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

λ

制品长

L制

（m）

成品数

nx6

（m）

成品重

W制（kg）

成材率

W制/Wd

（％）

1

Φ125

120

400

12．20

1.085

369

25

344

50.9

17.5

2X6

7.84

64.2

2

Φ125

120

450

13．73

1.085

415

25

390

50.9

19.8

3X6

11.75

85.6

最后选择成才率最高的85.6％对应的方案2

即800T的挤压设备

锭坯尺寸为：

DdXLd=Φ120X450mm

λ=50.90

3.挤压力的计算

根据经验系数公式

P=α*Kf（㏑λ+4υL/D）

F=A*P

α表征挤压难易程度的经验系数，对于空心型材取α＝1.1～1.5,

本设计取α＝1.3

P――为单位挤压力，MPa

F――为最大挤压力,N

A――挤压筒内孔的面积，mm2

λ――挤压系数

Kf－――材料在挤压温度下的变形抗力（查表），MPa

υ――摩擦系数

L――铸锭敦粗后额长度，mm

Kf查表取16

υ取0.30

故P=1.3×16（㏑50.90+4×0.30×415/125）

=164.6MPa

F=164.6×∏×1252/4=2.02MN

换算成吨位：

约202T

F＜额定吨位800T，设备选择符合要求，即所选设备理论可行

4.模组及模子外形尺寸确定：

模组尺寸结构简图如前图3所示

根据前面计算，从表6选取

H1=30H2=100H3=50

模子外形尺寸简图如前图4依据表6的数据可以确定

d1=165㎜d2=175㎜h1=12㎜h2=88㎜

因为本设计采用孔道式分流组合模

故：

取H上＝48H下＝40模垫厚10㎜

5.组合模相关参数的确定：

1）.分流孔的个数取4个，形状为扇形

2）．扇形面积的确定：

因为分流孔面积与制品断面积的比值∑F分/F型＝K,K即为分流比，，一般K对于空心型材时，取K=10～30。

本设计取K=10

分流孔的面积∑F分＝K.F型=10×241=2410mm2

且分流孔面积的大小按Fmax/Fmin=fmax/fmin

其中,F---分流孔的面积,f----相应型材面积

∑F分＝Fmax＋Fmin

故Fmax＝711.2.Fmin=493.8

3）.分流孔位置的确定

①分流孔中心圆的直径D分＝0.7D0=0.7×125=87.5

②暂时先取其外接圆直径为100

③确定a，α，β的大小如图

图7

依据经验a一般取2～5㎜，有的取8㎜.本设计取8㎜

图8

关于α的计算，由上图知

h=H/2+8=38.1/2+8=27.05㎜

Fmax=f扇－f三角形得

α≈47.4°

同理

关于β的计算，由下图知

b=B/2+8=50.8/2+8=33.4㎜

Fmin=f扇－f三角形得

β≈42.8°

图9

4）.分流孔的形状

分流孔由一定的倾斜锥度，，这样可以改善焊缝的质量，孔道锥面与其轴线的夹角为2°～4°，本设计取4°

5）.分流桥

分流桥的宽窄和模具的强度以及金属的流量有关，从增大分流比，降低挤压力来考虑，分流桥的宽度B应该选择小些，但为了改善金属流动的均匀性，模孔最好受到分流桥的遮蔽，则B应该选择得宽些，一般取：

B=b+（3～20）㎜

本设计采用倒梯形结构，取B=26见下图

图10

6）.焊合室

焊合室的形状和大小对焊缝的质量有很大的影响。

按经验公式：

Φ95～130㎜h=10～15㎜

本设计取h=14，形状为碟形如图：

图11

6.模子内形尺寸的确定

工件及模具如图所示

图12

模具图如下

图13

按经验公式A=A0+KA0

A--制品外形的模孔尺寸

A0－制品外形的公称直径

K-经验系数，由于本设计争对6063合金，取K=0.012

得HK=38.1+0.5=38.6,BK=50.8+0.6=51.4

制品型材壁厚可由经验公式B=B0+△确定

由于B0=1.4㎜.本设计△＝0.1

故Tk=1.4+0.1=1.5㎜

7.模孔工作带长度hg的确定

由于本型材制品的对称性较好，外形相对较小，一般可取2～6㎜，生产实践中对铝合金常用6～15㎜

本设计取hg＝6mm

8.模芯的设计

一般伸出下模工作带3－5mm，本设计取4mm，模腔外形按空心型材的空心部分确定。

9.上模凸台长取21mm.用于装配定位

10.定位销，螺钉按GB标准选取标准件

定位销的直径取Φ8，螺钉采用M10,具体说明见装配图

11.模子强度校核：

这种模子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金属充满焊合室以后流出模孔之际，故强度的校核主要是争对模子的分流桥，模桥的弯曲应力和抗剪强度：

分流桥弯曲应力校核

Hmin=L√p/2*√[σb]

式中:

Hmin=分流桥的最小高度

L分流桥宽度,经计算L=20.6

P挤压机的最大的比压

[σb]模具材料在温度下的许用应力.在450~500℃下,对于3Cr2W8V取[σb]=1000Pa

代入数据得

Hmin≈7.0

由于上模厚度H上＝48＞7.0

故符合要求

②分流孔道抗剪强度的校核

τ=P/n*F≤[τ]有:

τ=（0.5~0.6）[σb],在450~500℃下,对于3Cr2W8V取[σb]=1000Pa

P挤压机的公称压力

n分流孔的数目:

F.以分流孔间的最短距离为长度.以模子厚度为高度所形成的面积

代入公式有:

τ=1.28÷4÷0.0206÷0.048=323.6≤500MPa

故强度符合要求

12．零件图装配图见图纸