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1、铝合金型材挤压工艺及模具计算课 程 设 计 任 务 书题目:铝合金型材挤压工艺及模具计算学院:材料与能源学院专业: 03金属材料工程（1）学号:学生: 指导老师： 日期：2006年6月21日 课程设计任务书材料与能源学院金属材料工程专业 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AUTOCAD图 空心型材模上模AUTOCAD图空心型材模下模AUTOCAD图 空心型材模上下模AUTOCAD装配图四. 设计完成期限:200
2、5年6月14日-2005年6月24日指导老师_袁鸽成 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_日目录一: 绪论5二: 总设计过程概论8三: 实心型材模设计10四: 空心型材模设计19五: 后记28一绪论铝被誉为仅次于钢铁的第二大金属，由于具有密度低、强度适中、加工性能好等一系列优点，被广泛应用于建筑、包装、交通运输等行业，铝及铝材的消费已经成为一个国家工业发展水平的重要标志。近年来工业铝型材应用于交通行业呈上升趋势。铝合金在国民经济中起着非常重要的作用。随着科学技术的进步和现代经济的高速发展，铝合金型材正向着大型整体化、薄壁扁宽化、尺寸高精化、形状复杂化
3、、外廓美观化的方向发展，品种规格不断增多，应用范围不断拓展，已由民用建筑门窗型材为主体推广到了航天航空、汽车船舶、交通运输、电子电力、石油化工、机械制造、家用电器等各行各业和人民生活各个方面。据不完全统计，目前世界上每年需要的大型铝合金型材约4o万吨，而且增涨势头不减。为了适应这种市场需求趋势，各国都在加速建设重型挤压机或大型材挤压生产线。近年来，随着科技的进步和经济的发展，特别是交通运输的现代化、高速化和轻量化，需要大量的大型特种型材。为了实现大型材国产化，国家投入了大量的人力、物力和财力进行研究开发，除了将西南铝原有的80MN卧式水压机改造成一条具有现代化水平的油压机生产线外，辽源麦达斯公
4、司于2001年又建成了一条75MN卧式油压挤压机生产线。此外，天津Corus公司的一台55MN卧式油压机生产线已于1999年投人生产。正在建设或计划建设60MN以上的卧式油压机生产线的有山东的丛材铝业、南山铝业，辽宁的忠旺铝业，广东的兴发铝业等，到2005年左右这些挤压生产线建成投产后，我国大型铝合金型材的生产能力可达10万吨年以上，完全可以满足国内市场的需求，并可部分出口。大型特种铝合金型材之所以能获得如此高速发展和广泛应用，主要是由于具有许多独特的优点，能满足市场的各种需求。然而，大型特种铝合金型材是一种高难度的高新技术产品，除了必需配备80MN以上的重型挤压机外，尚需解决一系列关键技术问
5、题。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
6、材模采用单模，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牌号SiFeCuMnMgCrZnTi其它元素每种总量60630.20.60.350.100.10.450.90.100.10.100.050.156063机械性能:表2合金状态弹性模量E剪切模 量G屈服强度0.2抗拉强度b伸长率泊松系数u布氏硬度Kg/mm2密度g/ cm26063淬
7、火自然时效710027001222220.31652.69二 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400450。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0.750.95倍，挤压过程中温度控制在500左右。
8、4）.挤压速度挤压速度快虽然可以提高生产力，但挤压速度过快会影响材料的挤压性和使挤压温度过高，因此必须控制好挤压速度。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4060m/min。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3Cr2W8V作为模具的材料，热处理的硬度为HRC4447。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，采用在线淬火，制品挤出
9、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300mm500mm。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（XC311-20）用CAD计算得: 制品的截面积F制= 655.1294 mm2 以型材的底部为X轴,以型材纵向的对称轴为Y轴,得出重心的位置（0，19.7476） 模孔外接圆直径D外71.45mm 现有设备表3设备吨位500T800T1630T挤压筒直径D095125187挤压截面积F070851226627451锭坯尺寸Dd|Ld90x270/320120X4
10、00/450178X540/600/660冷床长26m32m44m填充系数1.1141.0851.104压余厚202530最大挤压比97.48273.6加工范 围最大外接圆直径6595147挤一根最小制品断面积F制min721503722.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800T和1630T的设备可用，按成才率最高的原则，进一步优化，计算列表表4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挤压比制品长L制(m)成品数nx6(m)成品重W制(kg)成材率W制/Wd()1125/12040012.
11、201.0853692534418.7236.440002125/12045013.731.0854152539018.7237.30110.5776.693187/17854036.301.1044853045541.9019.06331.7287.384187/17860040.301.1045443051441.9021.53331.7278.715187/17866044.401.1045983056841.9023.80331.7271.44最后选择成才率最高的87.38对应的方案3锭坯尺寸为：Dd * Ld=178*540mm =41.90 903.挤压力的计算根据经验系数公式P=
12、*Kf(+4L/D)F=A*P表征挤压难易程度的经验系数，对于实心型材取1.01.1,本设计取1.1P为单位挤压力，MPaF为最大挤压力, NA挤压筒内孔的面积，mm2挤压系数Kf材料在挤压温度下的变形抗力（查表），MPa摩擦系数L铸锭敦粗后额长度，mm,即填充后长度LeKf查表取16取0.30故P=1.116(41.90+40.30485/187)=120.3175MPa F=120.3175*187*187/4=3308285.52N换算成吨位：约337.58TF=337.58T额定吨位1630T，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21.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5设备吨位500T800T1630T12H160180190210250240310350340H2809090100110
