铝型材设计说明书全解

铝合金型材挤压工艺及模具计算1二.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/s5)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HRC45～507）切压余根据所选的设备：500T,切压余厚为20mm；800T，切压余厚为25mm8)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铝合金型材挤压工艺及模具计算2图1牌号XC111（L型）制品的截面积F制＝116.42mm模孔外接圆直径D外＝46.28mm现有设备（如下表）：设备吨位500T800T1630T挤压筒直径0DΦ95Φ125Φ187挤压截面积0F70851226627451锭坯尺寸ddDLΦ90x270/320Φ120X400/450Φ178X540/600/660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Φ65Φ95Φ147挤一根最小制品断面积F制min72150372铝合金型材挤压工艺及模具计算32.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0DdD(mm)dL(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(％)1Φ95Φ902704.641.1142422022254.6513．512×6m3．8983．84％2Φ95Φ903205.501.1142872026754.6516．252×6m3．8970．73％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：ddDL=Φ90X270mmλ=54.653.挤压力的计算根据经验系数公式：211.7750.8bDPDd，D为挤压筒内径，d为制品等面积直径，b为某温度下坯料的抗拉强度，450℃下6063的b≈12MPa带入数据求得：29511.7750.89512253.812.2PT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铝合金型材挤压工艺及模具计算4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模组尺寸如下表设备吨位500T800T1630TΦ1×Φ2×HΦ160×Φ180×190Φ210×Φ250×240Φ310×Φ350×340H1203030H280～9090～100110～150H350～6050～6060～80挤压模具的尺寸如下表设备吨位500T800T1630TΦd1/d2×h2Φ135/Φ145×20～25Φ165/Φ175×25～30Φ250/Φ260×30～40h11212～1312～135.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0D=95㎜锭坯尺寸：ddDL＝Φ90×270挤压比λ=54.652).模组及模子尺寸外形的计算铝合金型材挤压工艺及模具计算5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）d2h1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0(1)AAC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2kSSC铝合金型材挤压工艺及模具计算62C＝0.05-0.15薄壁取上限，后壁取下限，本设计取0.1则kS＝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0.050.02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=8.47y=8.475)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：铝合金型材挤压工艺及模具计算76)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具体如下图铝合金型材挤压工艺及模具计算8图62.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(％)1Φ12512040012．201.0853692534450.917.52X67.8464.22Φ12512045013．731.0854152539050.919.83X611.7585.6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铝合金型材挤压工艺及模具计算9λ=50.903.挤压力的计算根据经验系数公式P=α*Kf(㏑λ+4υL/D)F=A*Pα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＝1.3P――为单位挤压力，MPaF――为最大挤压力,NA――挤压筒内孔的面积，mm2λ――挤压系数Kf－――材料在挤压温度下的变形抗力（查表），MPaυ――摩擦系数L――铸锭敦粗后额长度，mmKf查表取16υ取0.30故P=1.3×16(㏑50.90+4×0.30×415/125)=164.6MPaF=164.6×∏×1252/4=2.02MN换算成吨位：约202TF＜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=493.83).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=87.5②暂时先取其外接圆直径为100铝合金型材挤压工艺及模具计算10③确定a，α，β的大小如图图7βα依据经验a一般取2～5㎜，有的取8㎜.本设计取8㎜图8α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铝合金型材挤压工艺及模具计算11β4).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106).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铝合金型材挤压工艺及模具计算126.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铝合金型材挤压工艺及模具计算13按经验公式A=A0+KA0A--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＝6mm8.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铝合金型材挤压工艺及模具计算14P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]=1000PaP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