擠壓模具課程設計.doc
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課 題 擠壓模具課程設計 學生姓名 孫天宇 1110121103 汪 浩 1110121104 王 朝 1110121105 王 青 1110121106 王 顯 1110121107 王業(yè)偉 1110121108 院 別 機械工程學院 專業(yè)班級 11材控（2）班 指導教師 張紅云、張金標、劉建 二0一四年十月 課 程 設 計 任 務 書 機械工程學院11材控班 指導教師：張紅云，張金標，劉建。 設計課題：擠壓模具設計 一、 設計條件：在19.6MN擠壓機的Φ200mm擠壓筒上生產(chǎn)出下列條件的合格型材，設計出相應的型材模具。 1.單模孔模具生產(chǎn)如下圖型材。（1,2，3組同學設計） 2.雙?？咨a(chǎn)ф12mm的圓棒材。（4,5,6組同學設計） 3.三?？咨a(chǎn)ф8mm的圓棒線材。（7,8,9組同學設計） 4.四?？咨a(chǎn)ф6mm的圓棒線材。（10,11,12組同學設計） 5.雙?？咨a(chǎn)3*5扁線材。（13,14,15組同學設計） 6.四?？咨a(chǎn)3*5扁線材。（16,17組同學設計） 二、 設計內(nèi)容： 1.模孔布置。2.設計工作帶長度。3.型材?？壮叽缭O計。 4．模子強度校核。5.畫出模具圖。 三、 設計時間：2014年12月27日至10月31日 四、 設計地點：實驗樓C樓501,502 五、 分組情況： 組號 學生安排情況 型材金屬種類 1 1110121001----1110121005，1010121113 銅及其合金 2 111012106-----1110121012 鋁及其合金 3 1110121015----1110121024 鎂及其合金 4 1110121025--- 1110121031 銅及其合金 5 1110121032----1110121039 鋁及其合金 6 1110121040----1110121048 鎂及其合金 7 1110121049----1110121056 銅及其合金 8 1110121058----1110121070 鋁及其合金 9 1110121071----1110121079 鎂及其合金 10 1110121080----1110121088 銅及其合金 11 1110121090----1110121095 鋁及其合金 12 1110121096----1110121101 鎂及其合金 13 1110121103----1110121108 銅及其合金 14 1110121109----1110121115 鋁及其合金 15 1110121116----1110121122 鎂及其合金 16 1110121124----1110121131 銅及其合金 17 1110121132----1110121137 鋁及其合金 目 錄 第一章概 述 5 第二章 坯料選擇 6 2.1坯料尺寸計算 6 2.2擠壓比的計算 6 2.3擠壓機的選擇 7 第三章 模孔布置 8 3.1?？椎牟贾?8 3.2工作帶長度的確定 9 3.3模孔尺寸的確定 9 3.4?？壮隹诔叽绱_定 10 第四章 模具外形尺寸設計 11 4.1模角 11 4.2模子的外形尺寸 11 4.3入口圓角半徑r 11 4.4擠壓模結(jié)構(gòu)形式與模具外形錐度b 12 4.5模具材質(zhì)的選取 12 第五章強度校核 14 第六章 繪制模具圖 15 設計小結(jié) 16 參考文獻 23 第1章 概 述 本次設計主要是在給定擠壓筒和擠壓機的條件下，設計擠壓出35mm的扁線材所用的雙?？啄＞摺Ｔ诖舜卧O計中，本組以黃銅為例，對?？椎牟贾茫ぷ鲙чL度，模孔的尺寸以及模具外形尺寸的進行確定的設計，并對模子的強度進行校核以及繪制各種模具圖；此次的課程設計是對我們所學的專業(yè)知識進行的一個總結(jié)，對我們以后的學習和工作具有一定的指導意義，同時通過對模具的設計還可以讓我們進一步了解擠壓模具的工藝過程，通過查閱更多的資料，能夠開闊我們的視野和見識，提高我們將理論運用于實踐的能力。 黃銅是銅與鋅的合金。最簡單的黃銅是銅-鋅二元合金，稱為簡單黃銅或普通黃銅，改變黃銅中鋅的含量可以得到不同機械性能的黃銅。黃銅中鋅的含量越高，其強度也較高，塑性稍低。鉛黃銅即我們通常所說的易削國標銅。加鉛的主要目的是改善切削加工性和提高耐磨性， 黃銅以鋅作主要添加元素的銅合金，具有美觀的黃色，統(tǒng)稱黃銅。銅鋅二元合金稱普通黃銅或稱簡單黃銅。三元以上的黃銅稱特殊黃銅或稱復雜黃銅。含鋅低於36％的黃銅合金由固溶體組成，具有良好的冷加工性能，如含鋅30％的黃銅常用來制作彈殼，俗稱彈殼黃銅或七三黃銅。含鋅在36～42％之間的黃銅合金由和固溶體組成，其中最常用的是含鋅40％的六四黃銅。為了改善普通黃銅的性能，常添加其他元素，如鋁、鎳、錳、錫、硅、鉛等。 在銅合金的熱擠壓過程中，對金屬流動性的影響除擠壓溫度外，擠壓載荷、熱加工特性、合金的組織與性能都對銅在擠壓筒中的流動情況產(chǎn)生影響。對于塑性很差的低塑性銅合金，可以進行二次擠壓成型的方法。銅合金的熱擠壓有時需要有潤滑劑，潤滑劑可以減少摩擦力和溫度損失，但要考慮到潤滑劑對制品表面質(zhì)量的影響。銅合金的毛坯加熱溫度應根據(jù)合金的性能、鑄錠和被擠壓制品的尺寸和擠壓設備能力來確定。 第二章 坯料選擇 2.1坯料尺寸計算 2.1.1錠坯直徑計算 計算錠坯直徑時，應綜合考慮擠壓筒直徑、錠坯直徑偏差量、加熱膨脹后仍能順利進入筒內(nèi)等因素。由于本設計擠壓圓棒線材，所以坯料可選擇為圓錠。為使坯料加熱后能順利裝入擠壓筒內(nèi)，坯料直徑與擠壓筒內(nèi)徑應有一定間隙，此時，坯料直徑可用下式來預選： —擠壓筒直徑，—使錠坯順利進入又不產(chǎn)生縱向裂紋的間隙值。 表2.1筒、錠間隙選擇 金屬材料 擠壓機 擠壓筒直徑 mm 間隙值mm 類型 噸位 銅 臥式 — ≤100 1~3 100~300 5 ≤300 10 立式 6 75~120 1~2 由擠壓筒直徑為200mm，則，。 為保證加熱后順利進入筒內(nèi)，把擠壓筒截面積與錠坯截面積之比稱為填充系數(shù)。 ，則，在1.07—1.15之間，符合要求。 2.1.2錠坯長度計算 長度一般為直徑的2.5—3.5倍。 。 2.2擠壓比的計算 在擠壓生產(chǎn)中，金屬的變形量大小常用擠壓比或加工率()來表示。擠壓比甚至擠壓成形前錠坯充滿擠壓筒時的斷面積與擠壓成形后制品斷面積總和之比值，以表示： 式中n—?？讛?shù)； 。 設計原則有利于查資料可知，取10~400較為合適，而所求得的擠壓比大于標準值，故需要設計導流腔。導流腔的金屬預分配和調(diào)整金屬流速。一般來說，導流腔的輪廓尺寸應比型材外形輪廓尺寸大6~15mm，導流孔的深度可取15~25mm，導流孔的入口最好做成3~15導流角，導流模腔內(nèi)的各點應均勻圓滑過渡，表面應光潔，以減小摩擦阻力。故可選取導流腔的輪廓尺寸為1012mm，導流孔的深度可取20mm。 2.3擠壓機的選擇 臥式擠壓機按其擠壓方法又可分為正向擠壓機、反向擠壓機和聯(lián)合擠壓機三種類型。擠壓機的技術特性主要包括：擠壓力、穿孔力、擠壓桿的行程與速度、穿孔針的行程與速度和擠壓筒的尺寸等。最常用的臥式擠壓機的能力為8-50MN。 立式擠壓機的主要部件的運動方向和出料方向與地面垂直，所以占地面積小，單要求較高的廠房和較深的地坑。后者是為了保證擠出的管子平直和圓整，以便隨時的酸洗、冷軋或帶芯頭拉拔等。因運動部件垂直地面移動，所以磨損小，部件受熱膨脹后變形均勻，擠壓機中心不易失調(diào)，管子偏心很小。擠壓機的能力最大不超過15MN，常為6-10MN，主要用作生產(chǎn)尺寸不大的管材和空心制品。 由于本設計選用19.6MN的擠壓機，所以為臥式擠壓機。 第三章 ?？撞贾? 3.1?？椎牟贾? 采用多孔棒材模時，金屬流動要比單孔模均勻，故可以減少中心縮尾形成的幾率。但是，如果模孔排列不當，會使擠出的制品長短不齊，增加幾何廢料，惡化表面質(zhì)量；如果?？卓拷鼣D壓筒邊緣，也會使制品表面產(chǎn)生起皮、分層等缺陷。此外，多模孔過于靠近擠壓筒邊緣時由于內(nèi)側(cè)金屬供應量大、流動速度快，而外側(cè)由于金屬供應量不足，流動速度慢，會造成制品出現(xiàn)外側(cè)裂紋；當模孔太靠近擠壓筒中心時，外側(cè)金屬供應量大與內(nèi)側(cè)，則制品易出現(xiàn)內(nèi)側(cè)裂紋。應將多孔模模孔的理論重心均勻的分布在距模具中心和擠壓邊緣有適當距離的同心圓周上。多孔模的同心圓直徑D心與擠壓筒直徑Dt之間的關系可以按以下的經(jīng)驗公式來確定。 式中：—多孔模?？讛嗝嬷匦姆植嫉耐膱A直徑； —擠壓筒內(nèi)徑，n—模孔數(shù)目，—經(jīng)驗系數(shù)，一般可取2.5～2.8，n值較大時取下限，擠壓筒內(nèi)徑大時取上限，一般取2.6。 代入數(shù)據(jù)，求得D心=200/[(2.5～2.8）-0.1(2-2)]=71.43～80，取=80mm。 為了延長模具的使用壽命，?？纂x模具外徑圓周的距離和模孔之見的距離都應保持一定的數(shù)值，這個數(shù)值與擠壓機的大小有關。對于49MN以下的擠壓機，這個距離可取15~50mm；對于大型擠壓機，應加大到30~80mm，如下表所例的經(jīng)驗數(shù)據(jù)，以供參考。 表3.1?？组g最小距離 擠壓筒直徑mm 80~95 115~130 150~200 220~280 300~500 最小距離mm 15 20 25 30 50 結(jié)合所給出的擠壓機為19.6MN，擠壓筒直徑為200mm，以及表3-1的數(shù)據(jù)可選?？组g距離為25mm<80mm。 表3.2?？着c擠壓筒壁間的最小間距 擠壓筒直徑mm 85~90 115~130 150~200 200~280 300~500 >500 最小間距mm 10~15 15~20 20~25 30~40 40~50 50~60 實際距離為（200-80）/2=60>(30~40),符合，則。 模孔布置如圖： 圖（a） 圖（b） 由于受重力的作用，圖（b）中下邊模孔擠出的制品長度比上邊的長，則選取圖（a）方式布置。 3.2工作帶長度的確定 工作帶又稱定徑帶，是模具中垂直模具工作端面并保證擠壓制品的形狀、尺寸和表面質(zhì)量的區(qū)段，也是模孔重要的組成成分。正確選擇工作帶長度h有利于提高擠壓制品質(zhì)量與金屬流動的均勻性。工作帶長度h的選擇應根據(jù)擠壓機的結(jié)構(gòu)形式(立式或臥式)、被擠壓的金屬材料、制品的形狀和尺寸等因素來確定。 若工作帶長度h太長，則擠壓金屬材料易粘結(jié)在工作帶表面，使制品表面出現(xiàn)劃傷、毛刺、麻面、搓衣板型波浪等缺陷，同時增大模具與被擠壓金屬的摩擦力，金屬流速變慢，增大擠壓力等現(xiàn)象；若工作帶長度h過短，則會加快模孔的磨損，使制品尺寸不穩(wěn)定，出現(xiàn)超差現(xiàn)象，且因金屬流速較快致使制品斷面各部分金屬流動不均勻而形成波浪、扭擰、彎曲等缺陷。 工作帶長度h的確定原則如下： 1）工作帶的最小長度，應按照擠壓時能保證制品斷面尺寸的穩(wěn)定性和工作帶的耐磨性來確定。一般最短1.5~3mm。 2）工作帶的最大長度，是按照擠壓時金屬與工作帶的最大有效接觸長度來確定。鋁及鋁合金一般最長不超過15~20mm。 3）擠壓型材的模具工作帶長度取值時，應視情況不同而有所區(qū)別。通常情況下，一些簡單斷面實心型材，如壁厚角形、丁字形、工字形之類，?？赘鞑课坏墓ぷ鲙чL度可以是相同的，一般取值為2~8mm；而對于建筑型材，因擠壓比大，擠壓速度快，制品長度較長，即使是等截面等壁厚的情況，模具工作帶取值也應不相同，要參照生產(chǎn)實際經(jīng)驗確定。 表4.1模孔工作帶長度 金屬種類 輕金屬 紫銅，青銅，黃銅 白銅，鎳合金 稀有金屬 鋼 工作帶長度 2~8 8~12 3~5 4~8 4~6 本設計為擠壓黃銅，因而?？坠ぷ鲙чL度h為8～12mm，取h=10mm。 3.3模孔尺寸的確定 模子工作帶直徑與實際所擠壓出制品直徑并不相等。在設計時應保證在冷狀態(tài)下不超過所規(guī)定的偏差范圍，同時又能最大限度的延長模子的使用期限。通常是用裕量系數(shù)來考慮各種因素對制品尺寸的影響。為擠壓不同金屬與合金時的模孔裕量系數(shù)的值。 模孔尺寸的確定可按下式計算： 式中： 裕量系數(shù)；型材的名義外形尺寸（指型材的寬高）； 表4.2裕量系數(shù) 合金 的值 含銅量不超過65%的黃銅 0.014~0.016 紫銅，青銅及含銅量大于65%的黃銅 0.017~0.020 純鋁、鎂合金 0.015~0.020 硬鋁及鍛鋁 0.007~0.010 本設計中為擠壓黃銅圓棒材，故取為0.015。 則?？椎膶扐=5=5.08mm，取5.1mm。 模孔的高A=3=3.05mm，取3.1mm。 3.4?？壮隹诔叽? 為了防止劃傷制品表面，一般出口端尺寸比工作帶尺寸大3~5mm，本設計取4mm。 出口端尺寸為：寬A=5.1+4=9.1mm，高A=3.1+4=7.1mm。 第四章 模具外形尺寸設計 4.1模角 根據(jù)擠壓機的結(jié)構(gòu)，用途以及所生產(chǎn)的制品類別的不同，擠壓工具的組成和結(jié)構(gòu)形式也不同。擠壓工具一般包括：擠壓模、擠壓墊、擠壓桿和擠壓筒。模角是模子的基本參數(shù)之一，它指模子的軸線與其工作斷面間所構(gòu)成的夾角。當模角α=90。擠壓時，可以，形成較大的死區(qū)，從而獲得優(yōu)良的制品表面。但是，倘若死區(qū)發(fā)生斷裂時，則會在制品表面發(fā)生起皮或分層。擠壓力較大，特別在較高溫度和高強度的合金是，模孔會因塑性變形而變小。應用：擠壓鋁合金型材、棒材，鎳合金、銅合金管、棒材。本實驗設計中采用模角為90的平模。 4.2模子的外形尺寸 4.2.1模具外徑D 為了便于制造和更換，模具外徑可標準化與系列化。模具外徑尺寸標準化、系列化的必要性有三個方面：①減少模具設計與制造的工作量，降低產(chǎn)品成本，縮短生產(chǎn)周期，提高生產(chǎn)效率；②通用性大，互換性強，只需要配備幾種規(guī)格的模支撐和模架，可節(jié)約模具鋼材，容易備料，便于維修和管理；③標準化有利于提高產(chǎn)品的尺寸精度。因此，對于一臺擠壓機來說，模具外徑最好根據(jù)擠壓機配備各種規(guī)格的擠壓筒，有1~3種規(guī)格為宜。因設計條件為在19.6MN擠壓機的200mm擠壓筒上生產(chǎn)，所以取模具的外圓直徑為198mm。 表4-1 棒材模具外形標準尺寸 擠壓機能力/MN 擠壓筒直徑/mm D1/mm H/mm b 7.35 11.76~14.7 19.6 34.3 49 122.5 196 f85，f95 f115，f130 f170，f200 f270，f320，f370 f300，f360，f420，f500 f420，f500，f650，f800 f650，f800，f1100 113，132 148 198 230，330 270，306，360，420 300，420，570，670，880 570，670，900，1000 16，32 32，50，70 40，60，80 60，80 60，80 60，80，120，150 80，120，150，200 3 3 3 3 6 6，10 10，15 4.2.2模具厚度H 一般H=25~80mm，80MN以上噸位擠壓機取80~150mm?？紤]標準化及強度等因素，將H放大，取H=80mm。 4.3入口圓角半徑r 在工作帶?？兹肟谠O有圓角半徑r，可以防止低塑性合金在擠壓時產(chǎn)生表面裂紋和減輕金屬在進入工作帶時所產(chǎn)生的非接觸變形，同時也是為了減輕在高溫下擠壓時模子的入口棱角被壓頹而很快改變模孔尺寸用的，以保證制品尺寸精度。 入口圓角半徑的選用與被擠壓金屬的強度、擠壓溫度、制品斷面尺寸有關。根據(jù)表，本設計中的入口圓角半徑取值為r=4mm。 表4-2模具入口處圓角半徑/mm 金屬種類 鋁合金 紫銅、黃 銅 白銅 鎳合金 鎂合金 鋼、鈦合金 入口圓角半徑 0.40~0.75 2~5 4~8 10~15 1~3 3~8 4.4擠壓模結(jié)構(gòu)形式與模具外形錐度b 擠壓模具的外形結(jié)構(gòu)根據(jù)其安裝方式的不同可以有不同的結(jié)構(gòu)形式，臥式擠壓機上用的擠壓模有圓柱形、帶正錐和帶倒錐三種形式。帶正錐的擠壓模在操作時逆著擠壓方向放到模支承中，為了便于裝卸，錐度不能太小，否則，人工取模困難；但如果錐度過大，則可能出現(xiàn)在模座靠緊擠壓筒時，擠壓模容易從模支承中脫落出來，故正錐的錐度在130~4