挤压铝型材课程设计剖析.docx
- 文档编号:6065831
- 上传时间:2023-01-03
- 格式:DOCX
- 页数:22
- 大小:49.99KB
挤压铝型材课程设计剖析.docx
《挤压铝型材课程设计剖析.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《挤压铝型材课程设计剖析.docx(22页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
挤压铝型材课程设计剖析
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
实心型材模零件图
空心型材模上模零件图
空心型材模下模零件图
空心型材模装配图
四. 设计完成期限:
2007 年 6 月 11 日------2007 年 6 月 22 日
指导老师_______签发日期___________
教研室主任_______批准日期___________
课程设计评语:
成绩:
设计指导教师_________
_____年_____月____日
1
一、绪论………………………………………………………4
二、总设计过程概论…………………………………………7
2.1 挤压工艺流程………………………………………7
2.2 挤压工艺条件………………………………………7
三、实心型材模设计…………………………………………9
3.1 所要设计的实心型材制品…………………………9
3.2 选坯和选设备………………………………………10
3.3 挤压力的计算………………………………………11
3.4 实心型材模具体结构设计…………………………12
3.5. 实心模尺寸数据设计……………………………13
四、 空心型材模设计…………………………………………18
4.1 所要设计的制品………………………………………18
4.2 选坯和选设备…………………………………………18
4.3 挤压力的计算…………………………………………19
4.4 模组及模子外形尺寸确定……………………………20
4.5 组合模相关参数的确定………………………………20
4.6 模子内形尺寸的确定…………………………………23
4.7 模孔工作带长度 hg 的确定……………………………24
4.8 模芯的设计……………………………………………24
2
4.9 上模凸台设计…………………………………………24
4.10 定位销,螺钉………………………………………24
4.11 模子强度校核………………………………………25
4.12 零件图装配图………………………………………26
五、总结与体会……………………………………………….26
参考文献………………………………………………… 26
一. 绪论
3
近 20 年来,随着建筑行业的高速发展,我国民用建筑铝型材工业也从无
到有,从弱到强地迅猛前进。
至今,广东省的建筑铝型材产品已约占全国的三
分之二左右,铝型材的生产能力超过社会的需求,如何提高产品质量,降低成
本是取得市场竞争胜利的关键环节。
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。
6063 合金中的主要合金元素为镁及硅,具有加工性能极佳,
优良的可焊性,挤出性及电镀性,良好的抗腐蚀性,韧性,易于抛光,上包膜,
阳极氧化效果优良,是典型的挤出合金,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。
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。
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,实心型材模采用
4
钢号
成分
(%)
试验温度
o C
σ b
/MPa
σ 0.2
/MPa
ψ
/%
δ
/%
HB
热处理工艺
5CrMnMo
0.55C
1.51Mn
0.67Cr
0.26Mo
300
400
500
600
1150
1010
780
430
990
860
690
410
47
61
86
84
11.0
11.1
17.5
26.7
351
311
302
235
850
o C
o
油淬 600 C
回火
牌号
Si
Fe
Cu
Mn
Mg
Cr
Zn
Ti
其它元素
每种
总量
6063
0.2
~0.
6
≤0.
35
0.10
0.10
0.45
~0.
9
0.10
0.10
0.10
0.05
0.15
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:
6063 机械性能:
(《铝合金及应用》)
表 3:
常用挤压工具钢及其机械性能:
5
3Cr2W8V
0.30C
0.23Cr
8.65W
0.29V
300
400
500
600
1520
1430
1280
1373
1363
15
5.6
8.3
429
429
405
325
1100
o C 在油中淬
o
火,550 C
回火
4Cr5MoSiV1
0.37C
4.74Cr
1.25Mo
1.05Si
1.11V
0.29Mn
400
450
500
550
600
1360
1300
1200
1050
825
1230
1135
1025
855
710
49
52
56
58
67
6
7
9
12
10
1050
o C
油淬第一次
o
回火 600 C
二.总设计过程概论
2.1 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
2.2 挤压工艺条件:
1).铸锭的加热温度
6
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℃,挤压过程温度控制在 470℃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 HRC40~47。
7).切压余
根据所选的设备而定。
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。
7
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
因头尾组织性能不均匀,为保证产品质量,本工艺过程统一去头尾各
300mm。
三.实心型材模设计
3.1 所要设计的实心型材制品:
本制品的形状和尺寸如下
图 1:
8
牌号(XC311)
制品的截面积 F 制=212.9mm2
型材外接圆直径 D 外=43.86mm
现有设备:
表 4:
9
设备吨位
500T
800T
1630T
挤压筒直径 D0
Φ95
Φ125
Φ187
挤压截面积 F0
7085
12266
27451
锭坯尺寸
DdⅹLd
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
3.2 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)有 500T、800T 可选,按成材
率最高的原则,进一步优化,计算列表:
表 5:
10
序
号
D0
(F0
)
Dd
(mm)
Ld
(mm)
单重
wd(k
g/根)
填充
系数
K
填充
后长
度
Ld’
压
余
厚
hy
(mm
)
切压
余后
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
Φ
95
90
270
4.62
1.114
242
20
222
33.29
7.39
1X6
3.44
74.40%
2
Φ
95
90
320
5.47
1.114
287
20
267
33.29
8.89
1X6
3.44
62.77%
3
Φ
125
120
400
12.20
1.085
369
25
344
57.61
19.82
3X6
10.3
2
84.95%
4
Φ
125
120
450
13.73
1.085
415
25
390
57.61
22.47
3X6
10.3
2
75.38%
最后选择成材率最高的 84.95%对应的方案 3
3.3 挤压力的计算:
根据挤压力公式:
P = 11.775×[(D/d)1/2-0.8 ]×D2×σb
P——为单位挤压力,N
D——挤压筒内直径,mm
d——制品的当量直径,mm
σb——某一挤压温度下材料的抗拉强度,MPa
故 P=11.775×[(125/16.46)1/2-0.8 ] ×1252×16.2
=5829.21KN
换算成吨位:
约 595T
P<额定吨位 800T,设备选择符合要求,即理论技术可行。
11
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
3.4 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:
表 6:
挤压模具的尺寸如下表:
12
设备吨位
500T
800T
1630T
Φd1/d2
Φ135/Φ145
×20~25
Φ165/Φ175
×25~30
Φ250/Φ260
×30~40
h1
12
12~13
12~13
表 7:
3.5. 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=125mm锭坯尺寸:
Dd × Ld=Φ120×400
挤压比 λ=57.61
2).模组及模子尺寸外形的计算
图 3:
根据前面计算,从表 6 选取
H2=100H3=60H1=30
模子外形尺寸的确定(如下图 4)
图 4:
13
依据表 7 的数据可以确定
d1=165㎜d2=175㎜ h1=12㎜ h2=30㎜
3)模子内形尺寸的确定
挤压比 λ=57.61<λMAX=82,故不需要多孔挤压
确定模孔尺寸:
型材外形尺寸公式:
Ak=Am+(1+C1)+
Ak——模孔的实际尺寸
Am——型材的名义尺寸
C1——欲量系数(对于 6063 合金,C1=0.017~0.010,本设计 C1 取
0.010)
——型材外形尺寸的正偏差值
计算得到:
Bk=40(1+0.010)+0.60=41.00mm
Hk=18(1+0.010)+0.45=18.63mm
型材壁厚尺寸公式:
Sk=Sm+
+ C2
14
Sk——模孔的实际壁厚处尺寸
Sm——型材壁厚的名义尺寸
C2——欲量系数,对铝合金一般取 0.05~0.15,本设计取 0.10
——型材壁厚的正偏差
计算得到:
Sk=3+0.25+0.10=3.35mm
模孔主要尺寸如下图 5
图 5:
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(如下图示)
X0=0
(x 3,y 3)
Y0=(l1y1+l2y2+l3y3+l4y4 +l5y5)×2/(l1+l2+l3+l4+l5)×2
Y0=(20×0+18×9+3×18(x 17×10.5+8.5×3)
×2/(21+4+17+32+17+4+21+40)×2=6.32
压力中心为 X0=0,Y0=6.32
(x 1,y 15)
5).工作带长度的确定
由于是等壁厚型材,故定径带长度 hg 各处相等,本次设计取
hg=5mm
6).阻碍角
由于 hg≤10~15㎜,故不采用阻碍角
7).模子强度的校核
型材模的强度较核主要是其悬臂梁部分,取型材上端 AB 为危险端面,进行
强度校核.
求单位压力 p:
p=P / F0(P 为挤压力,F0 为挤压筒断面积)
舌部弯曲应力 σw 计算:
σw=Mw / W
1
P=800 吨,p=800×1000×9.8/12266=639.17Mpa
舌部载荷 Q=pFsh(Fsh 为舌部即阴影部分面积)
Q=639.17×32×15=306801.6N
2
式中 Mw——弯矩,Mw=Qe(e 为阴影部分重心到危险断面处的距离);
W——截面模数,W=bshH2/6(H 为模子厚度)。
bsh=34mm
Mw=306801.6×7.5=2301Nm
16
剪应力 τ 的计算:
τ=Q / bsh×H
等效应力 σe 的计算:
σe=[σw2+(1.73τ) 2]1/2
W=34×302/6=5.1cm3
σw=2301/5.1=451.2MPa
3
τ=306801.6/(34×30)=300.79MPa
4
σe=[451.22+(1.73×300.79)2] 1/2=688.74MPa
500°C 时 4Cr5MoSiV1 的屈服强度为 1025MPa,远大于 σe,所以模子强度
合格。
8).作图
(见图纸)
四.空心型材模设计
4.1 所要设计的制品:
本设计制品的的牌号为 I529 系列回型管
17
序
号
Do
(Fo
)
Dd
(mm
)
Ld
(mm
)
单重
wd(kg/
根)
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
Φ
187
178
540
36.15
1.10
491
30
461
67.01
30.9
5X6
33.06
91.5
表 8
18
具体参数为
B=92mm,H=25.4mm,T=1.8mm,重量:
1.09Kg/m
具体如下图
图 6
4.2 选坯和选设备:
制品的截面积:
F 制=409.68 mm2
模孔外接圆直径 D 外= 95.44 ㎜
根据加工范围要求(F 制≥F 制 min,及 D 外≤D 外 max)由表 4 知
只有 1630T 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
2
Φ
187
178
600
40.16
1.10
545
30
515
67.01
34.5
5X6
33.06
82.3
3
Φ
187
178
660
44.18
1.10
600
30
570
67.01
38.2
6X6
39.67
89.8
最后选择成才率最高的 91.5%对应的方案 1
即 1630T 的挤压设备
锭坯尺寸为:
Dd X Ld=Φ178×540mm
挤压比 λ=67.01
4.3 挤压力的计算:
根据挤压力公式:
P = 11.775×[(D/d)1/2-0.8 ]×D2×σb
P——为单位挤压力,N
D——挤压筒内直径,mm
d——制品的当量直径,mm
σb——某一挤压温度下材料的抗拉强度,MPa
故 P=11.775×[(187/22.84)1/2-0.8 ] ×1872×16.2
=13750.3KN
换算成吨位:
约 1403.1T
P<额定吨位 1630T,设备选择符合要求,即所选设备理论可行
4.4 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
H2=150H3=70H1=30
模子外形尺寸简图如前图 4 依据表 7 的数据可以确定
19
d1=250㎜d2=260㎜ h1=13㎜ h2=150㎜
因为本设计采用孔道式分流组合模
故:
取 H 上=80㎜H 下=70㎜
4.5 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,应等于 λ1/2。
本设计取 K=8..19
分流孔的面积∑F 分=K. F 型=8.19×409.68=3355.28 mm2
且分流孔面积的大小按 F 大/F 小=f 大/f 小
其中,F---分流孔的面积, f----相应型材面积
∑F 分=2X(F 大+F 小)
故 F 大=1329.58 mm2F 小=348.06 mm2
3).分流孔位置的确定
①分流孔中心圆的直径 D 分=0.7D0=0.7×187=130.9mm
②应保证分流孔最大外接圆直径比设备可加工范围的孔最大外接圆直径小
5mm。
本设计设备的可加工最大外接圆直径为 Φ147,故分流孔最大外接圆直径
≤Φ142mm
③综合各因素考虑,暂时先取其外接圆直径为 Φ132mm
④确定 a,α,β 的大小如图
图 7
α
20
其中 a,b 为模孔与模腔的最小距离,依据经验 a,b 一般取 3~8㎜,本设计
取 a=8㎜,b=7.5.
图 8
α
由 h=25.4/2+8=20.7,H=132/2=66,由几何知识可得方程式:
a/360H-22
⨯ tan aF
大
,用代入相关数据可得出 α≈40°,
同理,得出 β≈30°,由 AutoCAD 菜单栏“工具”→“查询”→“面积”功
能验算得出结果基本正确。
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
22
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=45 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:
当 D0=Φ190~200㎜时,h=20㎜,焊合室直径比分流孔出口
处约小 5mm,本设计取 h=20mm,形状为圆形如图:
图 11:
4.6 模子内形尺寸的确定:
工件如图所示:
23
图 12:
模具图如下:
图 13:
按经验公式 A=A0+K A0
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=0.010
得 BK=92(1+0.010)+0.95=93.88, HK=25.4(1+0.010)+0.7=26.36
制品型材壁厚可由经验公式 B=B
+确定
由于 B
=1.8㎜.本设计=0.1
故 Tk=1.8+0.1=1.9㎜
24
4.7 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㎜。
本设计取 hg=5mm
4.8 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。
4.9 上模凸台设计:
上模凸台高取 7mm,直径为 Φ256mm,用于装配定位
4.10 定位销,螺钉(按 GB 标准选取标准件):
定位销的直径取两个:
Φ8x75,螺钉采用 M10x85,具体说明见装配图
4.11 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针对模子的分流
桥,模桥的弯曲应力和抗剪强度:
① 分流桥弯曲应力校核
Hmin=L[P/(2× [σb])]1/2,
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 挤压 铝型材 课程设计 剖析