機械與電氣工程 模具設(shè)計畢業(yè)設(shè)計(模具設(shè)計).doc

畢業(yè)設(shè)計 模具設(shè)計鋁型材熱擠壓模具*技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）題 目： 模具設(shè)計鋁型材熱擠壓模具 系 部： 機電工程系 專 業(yè)： 機電一體化 學(xué) 號： 學(xué)生姓名： 職 稱： 年 月 日9摘 要目前鋁合金型材在日常生活及生產(chǎn)領(lǐng)域應(yīng)用越來越廣泛，用擠壓的方法生產(chǎn)工業(yè)用鋁型材，既節(jié)約金屬又具有很高的生產(chǎn)效率。本文通過對鋁型材截面形狀的受力情況及廠里設(shè)備情況的正確分析，設(shè)計了一副熱擠壓分流模。結(jié)合鋁型材加工工藝特點，詳細(xì)敘述了上模（陽模）、下模（陰模）及其在上模上的分流孔、分流橋、模芯和在下模上的焊合室、?？仔颓?、工作帶、空刀的設(shè)計過程，并對模具的分流橋做了強度校核。最后介紹了型材擠壓模具的加工特點，并確定了模具的制造工藝流程。關(guān)鍵詞：鋁型材，擠壓模具，設(shè)計，制造AbstractFor the Present，the use of Aluminum alloy Profile becomes more and more popular. Extruding method is commonly used in the production，because it can not only save raw material, but also has high Productivity.A hot extrusion divergence mold has been designed based on the correct analysis of the profile sections stress situation and equipment situation of the factory in the paper. In view of the trait of Aluminum alloy Profiles machining process, the detailed narration has been given on the design of top die (force plug), the stamping die (mold cavity) and divergence hole on top die, the diverged bridge, the mold core and welded together room on stamping die, the nib die space, the work belt and the run-out, and intensity of molds diverged bridge was tested.In the end, machining traits of Profile extruding mold was introduced, manufacture procedure of the mold was presented.Key words：Aluminum alloy Profile, extruding mold, design, manufacture目 錄摘要2Abstract2目錄31引言41.1鋁型材擠壓技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀41.2擠壓模具技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀41.3本文的主要研究內(nèi)容52鋁型材擠壓模具設(shè)計72.1模具材料的選擇72.2擠壓型材材料及形狀72.3模具形式的選擇82.4平面分流模結(jié)構(gòu)要素設(shè)計92.4.1初步確定模具規(guī)格92.4.2分流比K值的選擇原則102.4.3分流孔的選擇102.4.4分流橋的選擇122.4.5橋墩的選擇122.4.6模芯（舌頭）結(jié)構(gòu)設(shè)計132.4.7焊合室形式及確定方法132.4.8?？壮叽邕x擇方法142.4.9模孔工作帶長度設(shè)計152.4.10?？卓盏督Y(jié)構(gòu)型式及選擇方法162.5平面分流模強度校核162.5.1抗彎強度校核172.5.2抗剪強度校核173模具的加工183.1型材擠壓模具的加工特點183.2上模生產(chǎn)工藝流程193.3下模生產(chǎn)工藝流程203.4模具組裝后生產(chǎn)工藝流程204總結(jié)22致謝23參考文獻241 引言1.1 鋁型材擠壓技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀鋁合金型材擠壓技術(shù)在汽車、船舶、鐵路、航空、航天等工業(yè)領(lǐng)域以及建筑等民用領(lǐng)域越來越顯示出其重要地位。目前，國際上鋁合金型材擠壓技術(shù)發(fā)展迅速，世界各發(fā)達國家已裝備了各種形式、各種結(jié)構(gòu)、不同噸位的鋁型材擠壓機，鋁型材擠壓正在向大型化、復(fù)雜化、精密化、多品種、多規(guī)格、多用途方向發(fā)展，擠壓生產(chǎn)也日趨連續(xù)化、自動化和專業(yè)化。目前，不僅發(fā)展了一些先進的特殊結(jié)構(gòu)的大型擠壓機，而且研制了多種類型的擠壓結(jié)構(gòu)的模具以及新的擠壓工藝，并能擠壓出各種外形復(fù)雜的實心、空心制品。我國的鋁型材擠壓技術(shù)起步較晚，盡管目前己有100多家生產(chǎn)鋁型材的國有企業(yè)，擁有2000多臺擠壓機，但無論從擠壓產(chǎn)品的質(zhì)量還是從擠壓生產(chǎn)的效率和標(biāo)準(zhǔn)化程度來看，都與世界先進水平存在較大差距。日本自20世紀(jì)70年代以來，就開始研究了各種各樣的擠壓加工方法，如靜水?dāng)D壓、連續(xù)擠壓等技術(shù)早已進入實用階段。目前也在不斷地開發(fā)研制出新的特殊擠壓技術(shù)，如連續(xù)擠壓拉拔技術(shù)、可變斷面擠壓技術(shù)、新材料新功能擠壓技術(shù)、彎曲擠壓技術(shù)以及精密擠壓技術(shù)等。其擠壓產(chǎn)品已大量應(yīng)用到建筑、家電、汽車、船舶以及高速列車等行業(yè)中。在擠壓領(lǐng)域，美國從基礎(chǔ)理論到生產(chǎn)實踐都走在世界的前列。俄羅斯在鋁合金型材擠壓方面也占據(jù)十分重要的地位，自1956年就開始了鋁合金壁板的生產(chǎn)，我國有很多擠壓技術(shù)到現(xiàn)在還仍然沿用前蘇聯(lián)的技術(shù)。英國、意大利、法國、挪威、瑞典、加拿大以及澳大利亞等國的鋁合金型材擠壓技術(shù)也發(fā)展到了相當(dāng)高的程度。我國的鋁型材擠壓技術(shù)的研究主要內(nèi)容為改進現(xiàn)有模具結(jié)構(gòu)、開發(fā)各種新的結(jié)構(gòu)以及進行冷卻系統(tǒng)和潤滑系統(tǒng)的研究，以提高模具的壽命和產(chǎn)品的質(zhì)量，研究金屬流動規(guī)律以及模具和擠壓加工過程的溫度場、速度場、應(yīng)力應(yīng)變場及其變化規(guī)律；在計算機上用FEM對擠壓過程進行數(shù)值模擬，以指導(dǎo)設(shè)計模具和制訂工藝規(guī)程工作。1.2 擠壓模具技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀模具是利用其特定形狀去成型具有一定的形狀和尺寸制品的工具。在各種材料加工工業(yè)中廣泛的使用著各種模具。例如金屬鑄造成型使用的砂型或壓鑄模具、金屬壓力加工使用的鍛壓模具、冷壓模具、熱擠壓模具等各種模具。我這次設(shè)計的是擠壓鋁型材的熱擠壓模。模具生產(chǎn)尤其是機械電子、家用電器、日用五金、民用建筑（門窗、幕墻等）、交通運輸?shù)裙I(yè)部門的產(chǎn)品用模呈逐年增長趨勢，電子計算機、宇航、通訊等尖端產(chǎn)品所需高精度模具越來越多，隨著產(chǎn)品的大型化，復(fù)雜化，大型復(fù)雜模具的用量也在增加。擠壓模具設(shè)計和制造技術(shù)是鋁合金型材擠壓技術(shù)的核心，是保證產(chǎn)品形狀、尺寸和精度內(nèi)外表面質(zhì)量的最為重要的因素。目前，擠壓模具材料經(jīng)歷了一個由碳素工具鋼，低合金工具鋼，高合金工具鋼，高級合金模具材料的發(fā)展過程。一般說來，擠壓鋁合金制品時，模具要承受長時間的高溫擠壓、激冷激熱、反復(fù)循環(huán)應(yīng)力的作用；承受偏心載荷和沖擊載荷作用;承受高溫高壓下的摩擦作用。選擇鋁擠壓模具材料時，應(yīng)考慮到以下因素：被擠壓的鋁合金的性能;產(chǎn)品品種、形狀和規(guī)格;擠壓方法、工藝條件和設(shè)備結(jié)構(gòu);擠壓模具的結(jié)構(gòu)形狀與尺寸;材料的價格等。近年來， 美國己經(jīng)用H13，而日本則采用SKD61代替了原來的模具鋼，采用電渣重熔爐外在線精煉，冶金質(zhì)量可靠，并開始研制陶瓷、高溫和粉末合金等新型模具材料，而我國的模具鋼仍在相當(dāng)大的程度上依靠3CrZWSV鋼。目前，我國鋁型材行業(yè)熱擠壓模的選材，從3CrZWSV鋼過渡到4Cr5MosiVI鋼，用量之大，十分驚人。近年來，世界各國投入了大量人力、物力和財力致力于擠壓模具優(yōu)化問題的研究。由于大型計算機的開發(fā)和應(yīng)用，CAD/CAM技術(shù)的迅速發(fā)展，有限元分析理論和實用技術(shù)的不斷完善以及各種數(shù)值模擬和物理模擬方法進一步實用化，為擠壓模具優(yōu)化設(shè)計的理論與技術(shù)的發(fā)展開辟了道路。目前，許多大型的、復(fù)雜的、重要的擠壓工模具(如大型圓擠壓筒、多層組裝式扁擠壓筒、多孔舌型模、大型空心壁板用平面分流組合模、異形空心型材的穿孔系統(tǒng)、流線模角等)的優(yōu)化設(shè)計已獲得了滿意的結(jié)果。擠壓模具優(yōu)化設(shè)計的理論研究與實用技術(shù)獲得了重大的突破，取得了一大批成果，有的己規(guī)范化和系統(tǒng)化。當(dāng)然，在熱處理和表面處理技術(shù)方面，我國與技術(shù)先進國家也存在著較大的差距.鋁型材擠壓模具設(shè)計合理的模具結(jié)構(gòu)能夠在一定程度上控制產(chǎn)品的內(nèi)部組織和力學(xué)性能。合理的模具設(shè)計和制造能大大提高模具的壽命，因而對于提高生產(chǎn)率、降低成本和能耗有重要意義。新型的模具結(jié)構(gòu)，對于發(fā)展新品種、新工藝，不斷提高擠壓技術(shù)水平起著重要的作用。1.3 本文的主要研究內(nèi)容鋁型材熱擠壓模具設(shè)計不同于一般的機械零件設(shè)計，而是介于機械加工與壓力加工之間的一種工藝性設(shè)計。除了應(yīng)參考機械設(shè)計所需遵循的原則以外，尚需考慮熱擠壓條件下的各種工藝因素，其中包括由設(shè)計者本身確定的因素、模子加工者確定的因素和擠壓生產(chǎn)者確定的因素。1）由模子設(shè)計者確定的因素。包括：擠壓機的結(jié)構(gòu)，壓型嘴的選擇或設(shè)計，模子的結(jié)構(gòu)和外形尺寸，模子材料，?？讛?shù)和擠壓系數(shù)，制品的形狀、尺寸及允許的公差，?？椎男螤?、方位和尺寸，?？椎氖湛s量、變形撓度、定徑帶與入料系統(tǒng)配合的確定，以及擠壓時的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)等。2）由模子加工者確定的因素，包括：模子尺寸和形狀的精度，定徑帶和入料系統(tǒng)的加工精度，表面粗糙度，表面滲碳、脫碳及表面硬度變化情況，端面平行度等。3）由擠壓生產(chǎn)者確定的因素。包括：模具的裝配及支承情況，鑄錠、模具和擠壓筒的加熱溫度，擠壓速度，工藝潤滑情況，產(chǎn)品品種及批量，合金及鑄錠質(zhì)量，牽引情況，拉矯力及拉伸量，被擠壓合金及鑄錠規(guī)格，產(chǎn)品出?？诘睦鋮s情況，工模具的對中性，擠壓機的控制與調(diào)整，導(dǎo)路的設(shè)置，滑出工作臺及矯直機的長度，擠壓機的噸位和擠壓筒的比壓，擠壓殘料長度等。在設(shè)計前，擬訂合理的工藝流程和選擇最佳的工藝參數(shù)，綜合分析影響模具效果的各種因素，是合理設(shè)計擠壓模具的必要和充分條件。本文主要通過對鋁型材截面形狀的受力情況及廠里設(shè)備情況的正確分析，設(shè)計了一副熱擠壓分流模。具體內(nèi)容如下：1）選擇了合適的模具材料及結(jié)構(gòu)形式；2）根據(jù)工藝過程特點確定了上模（陽模）、下模（陰模）及其在上模上的分流孔、分流橋、模芯和下模上的焊合室、模孔型腔、工作帶、空刀的結(jié)構(gòu)形式；3）對分流橋和分流道作了強度校核；4）介紹了型材擠壓模具的加工特點，并確定了模具的制造工藝流程。2 鋁型材擠壓模具設(shè)計2.1 模具材料的選擇熱擠壓模的工作特點是加載速度較慢，因此，模腔受熱溫度較高，通?？蛇_500600。對這類鋼的使用性能要求應(yīng)以高的高溫強度（即高的回火穩(wěn)定性）和高的耐熱疲勞性能為主。對ak及淬透性的要求可適當(dāng)放低。一般的熱擠壓模尺寸較小，常小于 7090 mm。 常用的熱擠壓模有4CrW2Si、3Cr2W8V及4Cr5MoSiV1（相當(dāng)于美國的H13）等熱作模具鋼。我們這次設(shè)計采用強度高4Cr5MoSiV1鋼，目前4Cr5MoSiV1電渣鋼已經(jīng)很普遍，比3Cr2W8V鋼具有更好的熱處理特征，熱處理工藝穩(wěn)定，操作和控制質(zhì)量，而且有十分優(yōu)良的表面處理和化學(xué)熱處理性能。但易氧化和脫碳，因此，應(yīng)在真空爐或保護氣氛爐中熱處理。除強度略低于3Cr2W8V鋼外，其余均優(yōu)于鋼，而且其材質(zhì)組織均勻、性價高，并且價格低貨源充足，是模具的首選材料。2.2 擠壓型材材料及形狀擠壓型材材料為6063A，合金化學(xué)成分如下表。表2.1 6063A化學(xué)成分牌號質(zhì) 量 分 數(shù) / %SiFeCuMnMgCrZnTi其他Al單個合計6063A0.20.60.150.350.10.150.60.90.10.10.10.050.15余量型材截面圖如圖2.1所示。（詳細(xì)尺寸見附表1）圖2.1 型材截面圖2.3 模具形式的選擇根據(jù)型材形狀及尺寸，可確定運用平面分流組合模進行設(shè)計。平面分流組合模的工作原理與橋式舌型模一樣，是采用實心鑄錠，在擠壓機擠壓力的作用下，金屬在經(jīng)過分流孔時被劈成幾股金屬流，匯集于焊合室(模腔)，在高溫、高壓、高真空的模腔內(nèi)又重新被焊合，然后通過模芯與模子所形成的間隙流出，而形成符合一定尺寸要求的管材或空心型材。平面分流組合模是在橋式舌型模的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，實質(zhì)是橋式舌型模的一個變種，即把凸橋改成為平面橋，所以又稱為平刀式舌型模。這種形式的模子在近年來獲得了迅速的發(fā)展，并廣泛地用于在不帶獨立穿孔系統(tǒng)的擠壓機上生產(chǎn)各種規(guī)格和形狀的管材和空心型材，特別是民用建筑型材。平面分流模一般由陽模（上模）、陰模（下模）、定位銷、聯(lián)結(jié)螺釘四部分組成。有時為了擠出的型材變形量小，在模具后加一個后墊，見圖2.2所示。平面分流模的主要優(yōu)點：1）可以擠壓雙孔或多孔的內(nèi)腔十分復(fù)雜的空心型材或管材，也可以同時生產(chǎn)多根空心制品，所以生產(chǎn)率高，這一點是橋式舌型模很難實現(xiàn)甚至無法實現(xiàn)的。2）可以擠壓懸臂梁很大，用平面模很難生產(chǎn)的半空心型材。3）可拆換，易加工，成本較低。4）易于分離殘料，操作簡單，輔助時間短，可在普通的型棒擠壓機上用普通的工具完成擠壓周期，同時殘料短，成品率高。5）可以實現(xiàn)連續(xù)擠壓，根據(jù)需要截取任意長度的制品。6）可以改變分流孔的數(shù)目、大小和形狀，使斷面形狀比較復(fù)雜、壁厚差較大，難一用工作帶、阻礙角和促流角等調(diào)節(jié)流速的空心型材很好成型。7）可以用帶錐度的分流孔，實現(xiàn)在小擠壓機上擠壓外形較大的空心制品，而且能保證足夠的變形量。圖2.2 平面分離模的結(jié)構(gòu)一定缺