鋁合金課程設(shè)計

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p>　　第一章 概 述- 1 -</p><p>　　第二章 擠壓工藝參數(shù)設(shè)置- 2 -</p><p>　　2.1 坯料及模子材質(zhì)的確定- 2 -</p><p>　　2.2擠壓溫度的選取- 2 -</p><p>　　2.3擠

2、壓速度的確定- 2 -</p><p>　　2.4擠壓方式的選取- 2 -</p><p>　　第三章 ?？撞贾? 4 -</p><p>　　第四章 工作帶長度設(shè)計- 5 -</p><p>　　第五章 型材?？壮叽缭O(shè)計- 7 -</p><p>　　5.1?？椎耐庑纬叽? 7 -</p>

3、<p>　　5.2導(dǎo)流腔的設(shè)計- 8 -</p><p>　　5.3模子外形設(shè)計- 9 -</p><p>　　第六章 ?？讖?qiáng)度校核- 10 -</p><p>　　第七章 模具圖- 12 -</p><p>　　7.1型材?？壮叽鐖D- 12 -</p><p>　　7.2模具實體圖- 12 -&

4、lt;/p><p>　　總 結(jié)- 13 -</p><p>　　參考文獻(xiàn)- 14 -</p><p><b>　　第一章 概 述</b></p><p>　　鋁是一種具有面心立方晶格的金屬，具有12個滑移系，塑性很高，抗變形能力很小，可以冷擠壓成形。鐵鋁共存物是鋁中常見的雜質(zhì)。根據(jù)Al-Fe-Si三元相圖，鋁角部分除

5、和Si外，還形成和兩個三元相圖。鐵溶解在鋁中的量很少，室溫中僅能溶入0.002%，其余的鋁形成金屬化合物，它是硬脆的針狀化合物；硅溶解在鋁中的量比鐵要多一些，室溫中可溶入0.05%，多余的硅則可單獨存在于鋁中，稱為“自由硅”，所形成的，相為脆性化合物。這些化合物使純鋁的塑性下降，變形抗力增大，因此，工業(yè)用純鋁中的鐵、硅等雜質(zhì)都應(yīng)受到嚴(yán)格控制。</p><p>　　許多鋁合金包括鑄造鋁合金、變形鋁合金均可作為擠壓材

6、料，但是，生產(chǎn)上使用較多的還是一些易擠壓的鋁合金。與其他金屬相同，衡量可擠壓性的指標(biāo)仍是極限變形程度。但對鋁合金來說，可用鋁合金擠壓時的極限溫度范圍來說明鋁合金的可擠壓性，這一極限溫度范圍是由上限溫度（鋁合金出現(xiàn)擠壓撕裂的溫度）和下限溫度（鋁合金可以進(jìn)行塑性變形的溫度）來決定的。影響鋁合金可擠壓性的主要因素有：擠壓溫度、擠壓速度、合金性能與合金組織等。在國外，為了比較鋁合金的可擠壓性，提出了一個相對可擠壓性的概念，即將鋁合金的擠壓性指標(biāo)

7、定為100，而其他鋁合金以此合金為參照測量其擠壓特性指標(biāo)。</p><p>　　一般擠壓毛坯是鑄態(tài)組織，在擠壓之前應(yīng)進(jìn)行加熱保溫處理，也稱之為軟處理，再進(jìn)行擠壓生產(chǎn)。軟化處理后的鋁合金的高溫流動應(yīng)力可減小10%以上，最大出口溫度可升高15-30℃，并可克服鑄態(tài)毛坯在擠壓時容易出現(xiàn)的晶界開裂、流動應(yīng)力增加等問題，因此，熱擠壓生產(chǎn)可提高鋁合金的可擠壓性和產(chǎn)品的質(zhì)量。</p><p>　　為防止

8、擠壓鋁合金時容易出現(xiàn)的粘?；蛘承粳F(xiàn)象，需對鋁合金毛坯進(jìn)行潤滑處理，除選用適當(dāng)?shù)臐櫥瑒┩?，還需對鋁合金毛坯進(jìn)行適當(dāng)?shù)谋砻嫣幚恚缪趸幚?、氟硅化處理和磷化處理等。常用的潤滑劑有特種油脂、混油石墨、膠體石墨、混油+硫化鉬、軟皂、石蠟以及一些含鉛化合物等。</p><p>　　這次的設(shè)計任務(wù)是設(shè)計一個實心型材模，實心型材模采用單模，擠壓制品所有的材料是6063鋁合金。由于其強(qiáng)度高，質(zhì)量輕，加工性能好，在退火狀態(tài)下，該合

9、金有優(yōu)良的耐蝕性及物理機(jī)械性能，是一種可以時效強(qiáng)化的AL-Mg-Si系合金，廣泛應(yīng)用于基礎(chǔ)性建筑行業(yè)以及一些機(jī)械制造業(yè)。</p><p><b>　　擠壓工藝參數(shù)設(shè)置</b></p><p>　　2.1 坯料及模子材質(zhì)的確定</p><p>　　6063鋁合金是Al-Mg-Si系列中的典型代表，具有特別優(yōu)良的可擠壓性和可焊接性。它的特點是在壓力

10、加工的溫度-速度條件下，塑性性能和抗腐蝕性高，沒有應(yīng)力腐蝕現(xiàn)象；在焊接時，其抗腐蝕性實際上不降低。</p><p>　　6063鋁合金在熱處理時劇烈強(qiáng)化。合金中的主要強(qiáng)化相是Mg2Si和AlSiFe.如果6063鋁合金擠壓型材在退火狀態(tài)下的抗拉強(qiáng)度為98~117.6MPa，那么在淬火和自然時效后可提高到176.4~196MPa此時相對延長率下降不大，（由23%~25%下降到15%~20%）合金在160~170℃下

11、，經(jīng)過人工時效可以得到更大的強(qiáng)度效果，此時，抗拉強(qiáng)度可提高到269.5~285.2MPa。但是，在人工時效時，塑性性能急劇下降。淬火與人工時效之間的時間間隔對6063鋁合金的強(qiáng)化程度有顯著的影響，隨著間隔時間有15分鐘增加到4小時，抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度降低29.4~39.2MPa。人工時效的保溫時間對6063鋁合金半成品的力學(xué)性能沒有重大影響。</p><p>　　模子材料選3Cr2W8V鋼，這里選擇3Cr2W8V

12、鋼，該鋼在500℃時的許用彎曲應(yīng)力為650MPa。熱處理的硬度為HRC44～47。</p><p>　　2.2擠壓溫度的選取</p><p>　　擠壓按材料的溫度分為冷擠壓、溫擠壓和熱擠壓。</p><p>　　使用冷擠壓加工前要進(jìn)行預(yù)先軟化退火，并且需要的變形力比較大大，溫擠壓的溫度不好控制，產(chǎn)品尺寸精度與表面粗糙也比較低，所以不采用，但是熱擠壓就不同，擠壓所需要

13、的變形力相對較小，產(chǎn)品尺寸精度也較高，擠壓件加工余量小，所以綜合分析采用熱擠壓方法</p><p>　　擠壓溫度對熱加工狀態(tài)的組織、性能的影響極大，擠壓溫度越高，制品晶粒越粗大，擠制品的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和硬度的值下降，延伸率增大。熱擠壓中一般根據(jù)金屬材料的種類，化學(xué)成分，坯料的尺寸和產(chǎn)品零件圖的性能要求等確定金屬坯料的加熱溫度和擠壓溫度范圍。</p><p>　　6063鋁的最高允許加熱

14、溫度為550℃，下限溫度為320℃，為了保證制品的組織，性能，擠壓時錠坯的加熱溫度不宜過高，應(yīng)盡量降低擠壓溫度。本次設(shè)計選擇擠壓溫度500℃-550℃，擠壓過程溫度控制在480℃左右。</p><p>　　2.3擠壓速度的確定</p><p>　　擠壓速度對制品組織與性能的影響，主要通過改變金屬熱平衡來實現(xiàn)。擠壓速度低，金屬熱量逸散較多，致使擠壓制品尾部出現(xiàn)加工組織；擠壓速度高，錠坯與工具

15、內(nèi)壁接觸時間短，能量傳遞來不及，有可能形成變形區(qū)內(nèi)的絕熱擠壓過程，使金屬的速度越來越高，導(dǎo)致制品表面裂紋。而且在保證產(chǎn)品質(zhì)量和設(shè)備能量允許的前提下盡可能提高擠壓速度。考慮金屬與合金的可擠壓性，制品質(zhì)量要求及設(shè)備的能力限制，本設(shè)計的擠壓速度取40～60m/min。</p><p>　　2.4擠壓方式的選取</p><p>　　根據(jù)金屬流動方向與擠壓軸運動方向之間關(guān)系將擠壓分正擠壓和反擠壓。&

16、lt;/p><p>　　正擠壓是擠壓生產(chǎn)中應(yīng)用最廣泛的一種方法，主要特點是擠壓時金屬流動方向與擠壓軸的運動方向一致。在擠壓過程中擠壓筒固定不動，錠胚在擠壓軸壓力的作用下沿著擠壓筒內(nèi)壁向前移動，使得錠胚表面與擠壓筒內(nèi)壁發(fā)生激烈的摩擦并引起錠胚的溫度升高。正向擠壓又分實心件正向擠壓和空心件正向擠壓。</p><p>　　反擠壓是擠壓時金屬的流動方向與擠壓軸的運動方向相反，使擠壓過程中的錠胚表面與擠

17、壓筒內(nèi)壁之間無相對運動，改變了金屬在擠壓筒內(nèi)流動的力學(xué)條件，減少了所需的擠壓力，降低了變形的不均勻性。本次設(shè)計選用正擠壓方式。</p><p><b>　　模孔布置</b></p><p>　　型材?？自O(shè)計時，主要是解決金屬流動的不均勻性和模子的強(qiáng)度問題，按照課程設(shè)計任務(wù)書，本次?？走x擇單孔模，為了使金屬的流動均勻，這里將型材的重心布置在模子的中心上，因為型材為軸對稱

18、型材，具有一個對稱軸，使型材的對稱軸通過模子的一個坐標(biāo)軸，使型材斷面的重心位于另一個坐標(biāo)軸上，得到重心坐標(biāo)（0,39.8），?？撞贾萌鐖D3-1所示。</p><p><b>　　工作帶長度設(shè)計</b></p><p>　　將型材大致分為五個區(qū)域，區(qū)域分布如圖4-1所示。</p><p>　　測得=159.3mm²，=65.1mm；=4

19、0mm²，=26mm；=310.3mm²，=81.9mm；=137.8mm²，=62.0mm；=234.8mm²，=67.5mm，其中為面積，為周長。</p><p>　　先以整個型材斷面上金屬最難流出處為基準(zhǔn)點，該處的工作帶長度一般可取該處型材壁厚的1.5 ~ 2倍。這里以F2作為整個型材的基準(zhǔn)點，因為該處壁厚最薄，且離擠壓中心也較遠(yuǎn)，由表4-1得到鋁合金?？坠ぷ鲙ё钚￠L

20、度范圍為2.5~5mm.</p><p>　　取段的工作帶長度為4.0mm。按公式計算其它段的工作帶長度，具體如下：</p><p><b>　　=6.4mm；</b></p><p><b>　　=15.3mm；</b></p><p><b>　　=5.8mm；</b>&l

21、t;/p><p><b>　　=9.1mm。</b></p><p>　　按上述計算方法確定了不同壁厚處的工作帶長度后，還需按同心圓規(guī)則進(jìn)行修正，最終確定距離模子中心不同部位的工作帶長度。</p><p><b>　　同心圓規(guī)則如下：</b></p><p>　　a、先以整個型材斷面上金屬最難流出處為基

22、準(zhǔn)點，該處的工作帶長度一般可取該處型材壁厚的1.5 ~ 2倍。</p><p>　　b、與基準(zhǔn)點相鄰區(qū)段的工作帶長度可為基準(zhǔn)點的工作帶長度加上1mm。</p><p>　　c、當(dāng)型材壁厚相同時，與模子中心距離相等處其工作帶長度相同；由模子中心起，每相距10㎜（同心圓半徑）工作帶長度的增減數(shù)值可按下表進(jìn)行確定。</p><p>　　d、當(dāng)型材壁厚不相同時，?？坠ぷ鲙чL

23、度的確定除應(yīng)遵循上述規(guī)則外，還需依靠設(shè)計者的經(jīng)驗進(jìn)行恰當(dāng)確定。</p><p>　　?？坠ぷ鲙чL度增減值如下表所示。</p><p>　　依據(jù)復(fù)合同心圓規(guī)則，結(jié)合上述計算，設(shè)計型材?？赘鞑课还ぷ鲙чL度。</p><p>　　取=4mm，=7mm，=16mm，=8mm，=10 mm.</p><p>　　第五章 型材?？壮叽缭O(shè)計</p&g

24、t;<p>　　5.1?？椎耐庑纬叽?lt;/p><p>　　模孔尺寸設(shè)計時要考慮下列因素影響：</p><p><b>　　a、合金牌號；</b></p><p>　　b、產(chǎn)品的形狀、尺寸及允許偏差；</p><p>　　c、擠壓溫度及在此溫度下模具材料與被擠壓金屬的線膨脹系數(shù)；</p><

25、;p>　　d、產(chǎn)品斷面的幾何特點及在擠壓和拉伸矯直時的變化；</p><p>　　e、擠壓力大小及模具的彈塑性變形。</p><p>　　普通型材?？壮叽缈砂聪率龉皆O(shè)計?？椎耐庑?</p><p>　　式中：Δ—型材外形尺寸的正偏差；</p><p>　　k—綜合經(jīng)驗系數(shù)，由表5-1可知取值為0.010~0.012，這里選取，&

26、lt;/p><p>　　表5-1不同金屬?？自Ａ肯禂?shù)k/%</p><p>　　則相應(yīng)?？淄庑纬叽缬嬎闳缦拢?lt;/p><p>　?、偻庑?1±0.30的?？壮叽鐬?.30+（1+0.01）×61=61.91，取62.0mm。 </p><p>　　②外形28.5±0.2的?？壮叽鐬?.20+（1+0.01）×

27、;28.5=28.985取29.0mm。 </p><p>　?、弁庑?3±0.30的?？壮叽鐬?.30+（1+0.01）×63=63.93，取64.0mm。 </p><p>　　④外形91±0.30的?？壮叽鐬?.30+（1+0.01）×91=92.21，取92.3mm。 </p><p>　　⑤外形74±0.3

28、0的?？壮叽鐬?.30+（1+0.01）×74=75.04，取75.0mm。 </p><p>　　⑥外形103±0.30的?？壮叽鐬?.30+（1+0.01）×103=104.33，取104.3mm。 </p><p>　?、咄庑?1±0.30的?？壮叽鐬?.30+（1+0.01）×71=72.01，取72.0mm。</p>

29、<p>　?、嗤庑?2±0.30的?？壮叽鐬?.30+（1+0.01）×62=62.92，取63.0mm。</p><p>　?、嵬庑?2±0.30的?？壮叽鐬?.30+（1+0.011）×72=73.02，取73.0mm。</p><p>　　⑩外形26±0.20的模孔尺寸為0.20+（1+0.011）×26=26.

30、46，取26.5mm。 </p><p>　?、贤庑?±0.20的模孔尺寸為0.20+（1+0.011）×8=8.28，取8.3mm。 </p><p>　?、型庑?±0.20的模孔尺寸為0.20+（1+0.011）×6=6.26，取6.3mm。 </p><p>　?、淹庑?±0.10的模孔尺寸為0.10+（1+0

31、.011）×5=5.15，取5.2mm。</p><p>　?、倚筒闹兴邪霃綖镽3的圓角的模孔尺寸為0.20+（1+0.011）×3=3.23，取3.2mm。 </p><p>　?、有筒闹兴邪霃綖镽1.5的圓角的?？壮叽鐬?.20+（1+0.011）×1.5=1.715取1.7mm。</p><p>　　得到型材?？壮叽缛缦聢D（括

32、號內(nèi)為?？壮叽纾?lt;/p><p><b>　　5.2導(dǎo)流腔的設(shè)計</b></p><p>　　在型材模孔入口處設(shè)計一個與型材斷面形狀相似的導(dǎo)流腔。導(dǎo)流腔的輪廓尺寸比型材的外形輪廓尺寸大6~15mm，這里取10mm；導(dǎo)流腔的深度按照擠壓筒大小不同一般取10~30mm；這里取15mm，導(dǎo)流腔的入口做成3°~15°的角度，這里取10°；導(dǎo)流腔各

33、部位采用圓滑過渡。</p><p><b>　　5.3模子外形設(shè)計</b></p><p>　　模子厚度主要是根據(jù)強(qiáng)度要求及擠壓機(jī)噸位來確定，在保證模具組件（模子+模墊+墊環(huán)）有足夠強(qiáng)度的條件下，模子的厚度應(yīng)盡量薄。一般H=25~80mm，模子的厚度在近年來趨于減薄，其強(qiáng)度主要靠模墊和其他支撐環(huán)來保證，但是，從提高模子剛度和減輕彈性變形方面考慮，厚度又應(yīng)增大，根據(jù)導(dǎo)流

34、腔的厚度為10mm，最長工作帶長度為13.5mm，為了使懸臂梁有很好的強(qiáng)度，初選模子厚度為40mm。</p><p>　　模子外圓直徑主要依據(jù)擠壓機(jī)噸位和擠壓筒大小、模孔的合理布置及制品尺寸來確定，并考慮模具外形尺寸的系列化，便于更換、管理，一般一臺擠壓機(jī)上最好只有1~2種規(guī)格。一般所擠壓的型材的外接圓最大直徑等于擠壓筒內(nèi)徑的0.8~0.85倍，根據(jù)經(jīng)驗，對棒材、管材、帶板和簡單的型材，模子的外徑；對于比較復(fù)雜的

35、型材，包括薄壁的或者難擠壓合金型材，，所以本次設(shè)計的模子外徑：</p><p><b>　　mm。</b></p><p><b>　　模孔強(qiáng)度校核</b></p><p>　　在設(shè)計型材模時，強(qiáng)度問題是一個非常重要的問題，尤其是帶有懸臂部分的半空心型材模具，在生產(chǎn)中往往由于強(qiáng)度或剛度不夠，懸臂根部在擠壓時受到很大壓力而易

36、發(fā)生彎曲，引起模孔變形或損壞，需要進(jìn)行強(qiáng)度校核。另外，用平面模擠壓雙孔扁條類型材時，模子易從兩個危險截面發(fā)生剪切變形而破壞，也需要對其進(jìn)行強(qiáng)度校核。</p><p><b>　　根據(jù)公式：</b></p><p>　　其中—擠壓力，MN；</p><p>　　—懸臂梁長度，mm；</p><p>　　—懸梁臂根部界面出口

37、空刀尺寸，這里取mm；</p><p>　　—懸臂根部斷面寬度，mm；</p><p>　　—懸臂根部斷面出口寬度，mm；</p><p>　　—懸臂梁的厚度，這里選取最小厚度mm。</p><p>　　將上述數(shù)值帶入公式得MPaMPa。所以懸梁臂的強(qiáng)度符合要求。</p><p><b>　　模具的最小厚度：

38、</b></p><p>　　其中—擠壓力，MN；</p><p>　　—懸臂梁長度，mm；</p><p>　　—懸臂根部斷面寬度，mm；</p><p>　　—懸臂根部斷面出口寬度，mm；</p><p>　　將上述數(shù)值帶入公式得mm，所以模子的厚度滿足要求。</p><p>　

39、?、軕冶哿憾瞬繐隙圈膍ax計算</p><p>　　式中：q—懸臂梁單位長度上的壓力，q=Q/l，N/mm；</p><p>　　E—模具材料彈性模量，對于3Cr2W8V鋼，取E=2.2×Mpa；</p><p>　　J—懸臂梁截面的慣性矩J=bH3/12，mm4；</p><p>　　只有當(dāng)懸臂前端的撓度δmax <1mm時

40、，才能保證型材的精度。</p><p>　　將數(shù)據(jù)帶入上式計算可得：最大=0.015mm<1mm.</p><p>　　通過以上計算校核可得出所設(shè)計的模具符合要求。但如果按照上式計算出的模具厚度進(jìn)行設(shè)計，可以保證模子的懸臂部分在發(fā)生彎曲變形的情況下，基本不會發(fā)生斷裂。但是，當(dāng)彎曲較大時，會導(dǎo)致?？壮叽绨l(fā)生變化而影響型材的精度。所以選取模具的高度H=40mm。</p>&

41、lt;p><b>　　模具圖</b></p><p>　　7.1型材?？壮叽鐖D</p><p><b>　　7.2模具實體圖</b></p><p><b>　　總 結(jié)</b></p><p>　　本次課程設(shè)計是對熱擠壓模具設(shè)計，在19.6MN擠壓機(jī)的Φ200mm擠壓筒

42、上生產(chǎn)出滿足條件的合格型材，設(shè)計出單?？仔筒哪＞?。通過對?？撞贾?、設(shè)計工作帶長度、型材?？壮叽缭O(shè)計、模子強(qiáng)度校核、畫出模具圖，得出以下結(jié)論：（1）模子材料應(yīng)選3Cr2W8V鋼，由于該鋼在500℃時的許用彎曲應(yīng)力為650MPa，滿足條件；（2）擠壓時錠坯的加熱溫度不宜過高，應(yīng)盡量降低擠壓溫度；（3）在保證產(chǎn)品質(zhì)量和設(shè)備能量允許的前提下盡可能提高擠壓速度；（4）由于要考慮擠壓力和變形的不均勻性。本次設(shè)計選用了正擠壓方式；（5）?？椎耐庑纬叽?/p>

43、設(shè)計時要考慮多重因素；（6）模子厚度主要是根據(jù)強(qiáng)度要求及擠壓機(jī)噸位來確定。</p><p>　　本次課程設(shè)計用了一周時間，在這一周的時間里，加深對熱擠壓模具設(shè)計與制造基礎(chǔ)這門課的知識的理解和消化。總的來說此次課程設(shè)計是對我所學(xué)知識的一次實踐應(yīng)用，在發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的過程中也對自己的一些對知識理解薄弱的環(huán)節(jié)進(jìn)行強(qiáng)化記憶和理解。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b&g

44、t;</p><p>　　[1] 樊綱.熱擠壓模具設(shè)計與制造基礎(chǔ)[M].重慶：重慶大學(xué)出版社，2001</p><p>　　[2] 賈憲安.熱擠壓工藝及模具設(shè)計[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1986</p><p>　　[3] 馬懷憲.金屬塑性加工[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2010</p><p>　　[4] 楊守山.有色金屬塑性加工學(xué)[