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1、2022年-2023年建筑工程管理行业文档 齐鲁斌创作建筑铝合金型材（窗用）的模具设计摘 要为了适应不同的地区、不同系列、不同用途的门窗结构以及其他的建筑结构需要，建筑铝合金型材的品种繁多，规格的范围也是十分的宽广。据不完全的统计，世界上已经出现了上万种建筑型材。建筑铝合金型材一般采用挤压的方法得到，而挤压工模具对于实现整个的挤压过程是有着十分重要意义的。 工具和模具结构的合理性是实现任何挤压的工艺过程的基础。因为工模具结构是传递挤压力以及使金属产生挤压变形的关键部件；模具是使产品成形，并保证正确的形状、尺寸以及精度的基本部分；同时模具是保证挤压产品的内外表面质量中最重要因素之一；并且在一定程
2、度上，模具可以控制产品的力学性能和内部组织。因此，合理的挤压模具设计可以说是实现挤压生产中高产、低耗、优质的最重要保证之一。本文论述了铝合金挤压模具设计的现状与发展趋势，介绍了挤压模具设计的步骤和关键点。结合型材的特点设计了模具的分流孔、分流桥、模芯、焊合室、模孔、工作带和空刀的结构与尺寸。关键词：建筑铝合金型材；挤压模具设计；平面分流模 Design of extrusion die for aluminum alloy section for windows of buildingsAbstractIn order to adapt to different regions, differ
3、ent series and different uses of doors ,windows and other architectural structures needs, architectural aluminum profiles and the range of specifications is very wide. According to incomplete statistics, the world has been out of the tens of thousands kind of building profiles. Architectural aluminu
4、m profiles generally are used by extrusion, and extrusion tooling is great significance to the whole of extrusion process. The consistency of tool and die structure is the basis of achieving any foundation extrusion process. Because the die structure is the key components of passing extrusion pressu
5、re and producing metal extrusion; Mold is the essential part of ensuring products correct shape, size and precision; The same time, mold is the most important factors to ensure the surface quality of the inner and outer of extrusion product ; The mold can control the mechanical properties and intern
6、al organization. Therefore, reasonable extrusion die design is one of the most important assurance of achieving extrusion production high yield, low cost and high quality.This paper discusses the situation and development trend of aluminum extrusion die design, and introduces the steps and key point
7、s of extrusion die design. The paper design the structure and size of mold sections diversion hole, split bridge, mold cores, welding chamber, the die hole, working part and empty knife.Key Words: Architectural aluminum profile；Design of extrusion die；Planar porthole die目 录摘 要IAbstractII第一章 绪论11.1 概
8、述11.2 模具在铝合金挤压生产中的重要作用与特殊地位11.3 国内外铝合金挤压模具技术的现状与发展趋势21.3.1铝合金挤压模具设计的现状2 1.3.2铝合金挤压模具技术的发展与趋势3 1.3.3国内外模具设计水平比较71.4 建筑型材的模具设计71.4.1铝合金民用建筑型材的特点81.4.2民用建筑型材模具设计特点81.4.3 建筑铝合金型材模具设计重点与难点8第二章 铝型材挤压工艺102.1 铝型材模具的设计原则102.1.1挤压模具设计时应考虑的因素102.1.2模具设计的原则与步骤102.1.3模具设计的技术条件及基本要求122.2 确定采用平面分流模的原则122.3 模具材料的选择
9、132.3.1产品性能分析132.3.2挤压模具的工作条件142.3.3模具材料的合理选择15第三章 铝型材挤压模具设计173.1 制品的分析173.1.1 制品尺寸分析173.1.2 制品结构分析173.2 挤压设备的选择183.2.1 挤压系数183.2.2 填充系数193.2.3 挤压力的计算193.3 型材模具结构193.3.1 模具外径203.3.2 模具厚度203.4 上模设计203.4.1分流孔的设计203.4.2 分流桥的设计223.4.3 模芯的设计223.5 下模设计233.5.1焊合室的设计233.5.2模孔尺寸的设计253.5.3模孔工作带的长度确定283.5.4模孔空
10、刀结构设计293.6 定位的设计293.6.1凸台的设计293.6.2定位销的选择303.6.3螺钉的选择303.7 强度校核303.7.1分流桥弯曲应力校核303.7.2分流孔道抗剪应力校核31第四章 零件图和装配图324.1上模324.2下模334.3装配图34结 论35致 谢36参考文献37第一章 绪论1.1 概述铝型材的挤压是指使铝合金的高温铸坯通过专用模具（机头），在挤压机提供的强大压力的作用以及给定速度下，将铝合金从模腔中挤出，来获得所需要的形状、尺寸和具有一定力学性能的铝合金挤压型材1。铝合金型材挤压的成型过程是非常复杂的，除圆形截面的铝型材挤压是属于二维轴对称的问题外，一般而言
11、，其它形状铝型材挤压是属于三维流动的大变形问题。因此，挤压模具设计制作的质量及其使用寿命就变成了挤压过程是否经济可行的关键之一。合理的设计和制造是能大大的延长模具寿命的，同时对提高生产效率、降低成本及能耗具有重要的意义。合理的模具结构是实现任何一种挤压工艺过程的基础。目前，我国型材的挤压模具设计还基本上停留在依靠传统的工程类比及设计经验积累上，所设计制造的模具必需经过反复的试模与调整，才可以保证其投入使用的成功，造成了企业不定时的停工待模，影响正常的生产，与此同时会造成挤压产品的质量不高，模具的使用寿命不长等诸多的缺陷。因此，由于铝合金型材的产品不断的向着大型化、薄壁化、扁宽化、复杂化、高精化
12、和多功能、多用途、多品种、长寿命的方向发展，促使传统模具设计方法的改进成为了现在铝合金型材工业发展的需求。1.2 模具在铝合金挤压生产中的重要作用与特殊地位在现代化大生产中，工具和模具是对实现整个挤压的过程有十分重要意义的，工具和模具结构的合理性是实现任何挤压的工艺过程的基础，因为工模具结构是传递挤压力以及使金属产生挤压变形的关键部件；模具是使产品成形，并保证正确的形状、尺寸以及精度的基本部分；同时模具是保证挤压产品内外表面质量中最重要因素之一。工模具的结构、形状以及尺寸的合理性，可在一定程度上控制产品的内部组织和力学性能，尤其是在控制空心制品力学性能和焊缝组织的方面，分流孔大小、数量、形状以
13、及分布的位置，焊合腔形状及尺寸、模芯结构等等起着决定性作用；模子、挤压筒和挤压垫片的结构形状、尺寸和表面的质量，是对控制产品的缩尾和粗晶环、成层等等缺陷也会有一定作用；模具结构形状和尺寸是对金属的流变、应力一应变场、挤压温度一速度场等等都有很大的影响，从而对于提高生产效率、减少能耗以及产品质量是有重大作用的；工模具设计的合理性对于提高其装卸和更换速度，改善劳动条件，减少辅助时间以及保证生产的安全等方面有重大意义。新型的工模具结构，对开发新工艺、新产品，研制新设备和新材料，不断的提高挤压技术中起着很大作用。例如扁挤压筒、组合模、舌型模、变断面模、多层预紧应力模等，扁挤压筒，高比压的优质圆挤压筒以
14、及异形管材模、特种型材模设计与制造的技术等等是铝挤压生产中的关键技术和核心。其中的技术含量是在整个的挤压技术中占据有很大比例的。而对中等批量挤压产品来说，工模具的成本是占总成本30左右。如果将其使用的寿命提高510倍，则产品成本可以大幅度的下降。因此，模具是质量以及使用寿命可以说是评价某一种挤压方法或者挤压工艺的经济可行决定因素之一，合理的模具设计是实现铝合金挤压生产中高产、低耗、优质的最重要保证之一2。1.3 国内外铝合金挤压模具技术的现状与发展趋势1.3.1铝合金挤压模具设计的现状 工模具的设计一般是包括设计方法和设计理论的选择，模具的结构设计算以及尺寸确定，模具材料的选择，强度的校核和经
15、济的技术指标评价等等。模子、挤压垫片、挤压筒内衬、穿孔针等是直接参与到金属变形的工具，这种设计与一般的机械零件设计是不同，它是一种介于压力加工与机械加工之间的工艺性设计。不仅需要考虑机械设计应该遵循的原则，而且需要挤压条件下的各种工艺性因素。因此，模具的设计远远要比其它的工具设计复杂，要设计出经济并且合理的挤压工模具是一件非常困难的工作3。在挤压技术的发展初期，一般是根据机械的设计原理，采用古典的强度理论与设计者实践的经验结合来设计管材、棒材以及普通的实心型材的模子。随着挤压基础理论和弹性理论的发展,许多新的实践方法和理论已经开始用于挤压模具的设计及计算。例如工程计算法、光弹光塑法、金属流动的坐标网络法、滑移线法、上限理论和密栅纹云法等都被广泛的用来确定工模具的工艺要素、结构以及强度的校核。近些年以来，计算机虚拟设计、热挤压模拟法以及有限元法等发展的很快，同时也取得了良好的效果。由于电子计算机技术发展，挤压工模具的计算机辅助设计(CAD)的技术已经开始进入实用的阶段，促使挤压工模具的设计来到了一个崭新时代。现在，在工业发达的国家，挤压工模具的设计已经不再是只凭经验的手工操作，而是变成了连续进行的电子计算机自动控制优化设计的过程。在我国对于铝合金的挤压工模具
