铝型材设计说明书讲解.docx
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铝型材设计说明书讲解
二.总设计过程概论
1.挤压工艺流程:
铸锭加热一挤压一切压余一淬火一冷却一切头尾T切定尺一时效一表面处理一包装—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550C,下限温度为320C,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400C〜450°C。
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450C〜500C,挤压过程中温度控制在450C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HRC4〜50
7)切压余
根据所选的设备:
500T,切压余厚为20mm800T,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=116.4mm2
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D。
①95
①125
①187
挤压截面积Fo
7085
12266
27451
锭坯尺寸
D^Ld
①90x270/320
①120X400/450
①178X540/600/660
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
①65
①95
①147
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wD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
D。
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
入
品y制长LL伸
成品数
nx6
(m)
成品
重
W制(kg)
成材率
W制/Wd(%)
1
①9
5
①9
0
270
4.64
1.1
14
242
20
222
54.
65
13.
51
2x
6m
3.89
83.8
4%
2
①9
5
①9
0
320
5.50
1.1
14
287
20
267
54.
65
16.
25
2x
6m
3.89
70.7
3%
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:
DdLd=①90X270mm
入=54.65
3.挤压力的计算
根据经验系数公式:
P=11.775」智叵-0.8D29b,D为挤压筒内径,d为制品等面积直径,ab为
某温度下坯料的抗拉强度,450C下6063的二b〜12MPa带入数据求得:
P=11.775澆—0.8952汇12=253.8T
Fv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
①1X①2XH
①160X①180
①210X①250
①310X①350
X190
X240
X340
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
①d1/d2Xh2
①135/①145
①165/①175
①250/①260
X20〜25
X25〜30
X30〜40
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D0=95伽锭坯尺寸:
DdLd二①90X270
挤压比入=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)
—
h1.
依据表6的数据可以确定
d1=135mmd2=145mmh1=12mmh2=25mm
3)模子内形尺寸的确定
挤压比入=54.65V入MAX故不需要多孔挤压确定模孔尺寸:
由公式
外形尺寸A二人(1•C),厶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S^C2:
C2=0.05-0.15薄壁取上限,后壁取下限,本设计取0.1
则Sk=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_0.05mm主要尺寸如下图
-0.02
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=4mm,如下图:
6)阻碍角
由于h定W10〜15伽,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1513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
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伽
根据加工范围要求(F制》F制min,及D外wD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
入
制品长
L制
(m)
成品数
nx6
(m)
成品重
W制(kg
)
成材率
W制/Wd(%)
1
①1
25
120
400
12.
20
1.0
85
369
25
344
50.
9
17.
5
2X6
7.8
4
64.2
2
①1
25
120
450
13.
73
1.0
85
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=①120X450mm
入=50.90
3.挤压力的计算根据经验系数公式
P=a*Kf(Ink+4uL/D)
F=A*P
a表征挤压难易程度的经验系数,对于空心型材取a=1.1〜1.5,
本设计取口=1.3
P――为单位挤压力,MPaF为最大挤压力,N
A挤压筒内孔的面积,mm2
入一一挤压系数
Kf-――材料在挤压温度下的变形抗力(查表),MPau——摩擦系数
L铸锭敦粗后额长度,mm
Kf查表取16
u取0.30
故P=1.3X16(n50.90+4X0.30X415/125)
=164.6MPa
F=164.6xnx1252/4=2.02MN
换算成吨位:
约202TFv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=165mmd2=175mmh1=12mmh2=88mm
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10m
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刀F分/F型二K,K即为分流比,,一般K对于空心型材时,取K=1(〜30。
本设计取K=10
分流孔的面积刀F分=K.F型=10X24仁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----相应型材面积刀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=0.7X125=87.5
2暂时先取其外接圆直径为100
③确定a,a,B的大小如图
图7
a
依据经验a一般取2〜5mm,有的取8mm.本设计取8mm
图8
\
关于a的
计算,由上图知
h=H/2+8=38.1/2+8=27.05m
Fmax=f扇一f三角形得
a"47.4°
同理
关于B的计算,由下图知
b=B/2+8=50.8/2+8=33.4m
Fmin=f扇一f三角形得
B"42.8°
图9
3
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)mm
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:
①95〜130mh=10〜15m
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=AO+KAO
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=1.4mm.本设计△=0.1
故Tk=1.4+0.1=1.5m
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伽,生产实践中
对铝合金常用6〜15伽
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①8,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=LVp/2*V[cb]
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
[(Tb]模具材料在温度下的许用应力•在450~500C下,对于3Cr2W8V取[c
b]=1000Pa
代入数据得
Hmin~7.0
由于上模厚度H上二48>7.0
故符合要求
②分流孔道抗剪强度的校核
t=P/n*F<[t]有:
t=(0.5~0.6)[cb],在450~500C下,对于3Cr2W8V取[cb]=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:
t=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
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