1、推拉窗铝合金型材热挤压模设计摘 要模具工业在美国被认为是“工业的基石” ，在日本更被推崇到 “进入富裕社会的原始动力” ，在我国，国务院通过的 装备制造业调整和振兴计划中也把模具及其制造的装备的技术水平作为重点内容。模具由于其具有工序少、材料利用率高、低耗能、易生产等特点，在汽车、能源、机械、电子、信息、航空航天工业和日常生活中被广泛应用。本次设计的型材属于典型的民用建筑空心型材，采用平面分流组合模，根据型材断面积 551m2 和外接圆直径 115mm 选取 16.3MN 挤压机，确定挤压筒直径是 140mm。挤压轴总长 1020mm，外径尺寸 136mm。选用实心挤压垫外径是139mm，厚度
2、是 50mm。计算出模心、模孔等工模具的尺寸，然后通过强度校核和实际分析，得到合理可用的工模具。通过对铝合金推拉窗热挤压模具的设计，对模具的结构以及设计过程有了初步的认识。这次毕业设计是理论与实践的又一次结合，锻炼了设计者对参考文献的查阅能力、独立思考能力和创新能力。关键词：热挤压模具；铝合金空心型材；平面分流组合模Sliding 88822 aluminum alloy hot extrusion die designAbstractMold industry in the United States is considered to be “the cornerstone of indus
3、try“, in Japan even been respected to the “raw power into the affluent society“, in China, the State Council passed the “equipment manufacturing restructuring and revitalization plan,“ also the mold and manufacturing the technical level of equipment as the main focus. Because of its small mold proce
4、sses, material utilization, low energy consumption, easy to produce, etc., in the automotive, energy, machinery, electronics, information, aerospace industry and are widely used in daily life.The design of the profile is typical of civil hollow profiles, using the plane porthole die, according to th
5、e profiles basal area 551m2 and circumcircle diameter 115mm Select 16.3MN extruder, extrusion cylinder diameter is determined 140mm. Extrusion axis length 1020mm, diameter size 136mm. Extruded solid selection pad diameter is 139mm, thickness 50mm. Calculate the mold core, mold tooling holes and othe
6、r dimensions, and then through the strength check and the actual analysis, reasonably available tooling.By hot extrusion aluminum sliding mold design, mold structure and the design process have a preliminary understanding. The graduation project is yet another combination of theory and practice, exe
7、rcise designers references inspection, independent thinking and innovative ability.Keywords: hot extrusion dies; aluminum hollow profiles; plane Porthole Die目 录摘 要Abstract第一章 概述 .11.1 铝合金挤压技术的概况及发展趋势 .11.1.1 铝合金挤压技术的概况 .11.1.2 铝挤压技术的发展趋势 .11.2 铝合金门窗的特点和发展趋势 .11.2.1 铝合金门窗的特点 .11.2.2 铝合金门窗的发展趋势 .21.3
8、挤压模具种类和特点 .21.4 研究的目的和意义 .3第二章 挤压产品的工艺分析 .42.1 产品代号及设计要求 .42.2 产品形状及结构分析 .42.2.1 形状和尺寸分析 .42.2.2 尺寸偏差的选择 .52.2.3 产 品 材 料 分 析 .72.3 成形工艺分析与选择 .72.3.1 挤压方法的确定 .72.3.2 挤压工艺制度的确定 .82.4 模具总体结构分析 .9第三章 工艺计算 .113.1 坯料尺寸的计算 .113.1.1 坯料直径的计算 .113.1.2 坯料长度的计算 .123.2 挤压力的计算 .123.3 挤压机的选择 .153.4 压力中心的计算 .16第四章
9、挤压工模具结构设计 .174.1 模具结构设计 .174.1.1 分流孔的设计 .174.1.2 分 流 桥 的 选 择 .194.1.3 模芯的设计 .194.1.4 焊合室的选择 .204.1.5 模孔尺寸的确定 .204.1.6 模孔工作带长度的确定 .214.1.7 模孔空刀结构设计 .224.18 模具外径及厚度的确定 .224.2 模具的强度校核 .234.2.1 抗弯强度校核 .234.2.2 抗剪强度校核 .234.3 挤压筒的设计 .244.3.1 挤压筒的结构形式 .244.3.2 挤压筒的加热方式 .244.3.3 挤压筒工作内套的结构 .244.3.4 挤压筒与模具的配
10、合方式 .244.3.5 挤压筒结构尺寸的设计与强度校核 .254.4 挤压轴的设计 .274.4.1 挤压轴的结构形式 .274.4.2 挤压轴的尺寸确定 .274.4.3 挤压轴的强度校核 .284.5 挤压垫的结构设计 .294.5.1 挤压垫片尺寸的确定 .294.5.2 挤压垫的强度校核 .294.6 模具实体图 .30总 结 .32参考文献 .33致 谢 .34- 1 -第 1 章 概述1.1铝合金挤压技术的概况及发展趋势1.1.1 铝合金挤压技术的概况 随着科技和国民经济的不断发展，铝合金型材挤压所使用的工模具产业技术有了非常的进步过程。工模具的材料品质影响着铝合金的挤压技术的。
11、工模具的合理使用是实现挤压工艺过程的基础：模具是保证产品成型，具有正确尺寸、形状、精度的基本工具，工具和模具是保证产品内外表面质量的最重要的因素之一 1。合理的工模具结构、形状和尺寸，在一定程度上可影响产品的内部组织和力学性能。挤压筒、挤压轴、挤压垫片和模子的结构形状与尺寸对挤压时金属流动景象、挤压速度和挤压力都有很大的影响，合理的工模具设计对提高装卸与更换速度、减少辅助时间，改善劳动条件和保证生产安全等方面有重要的意义 1。挤压用工模具的发展实际上伴随挤压技术的发展而发展。 中国开始建立起独立的铝合金挤压工业开始于 1949 年，80 年代中期是中国铝型材挤压工业大发展的第一个时期，在 19
12、841986 年中期，生产企业由 69个增加到 175 个，年平均增长率为 61。据初步统计，中国的铝合金挤压型材产量为 15.29 万吨，2008 年铝加工材产量达 766 万 t/a，成为世界最大的挤压材料生产国。铝合金加工材由主要的为军工服务转为军民两用的方向，除航空航天工业外，建筑、交通和日常生活用品等部门对铝的需用量越来越大。与国外先进水平相比，我国铝型材挤压技术还有非常大的差距。1.1.2 铝挤压技术的发展趋势国内外铝挤压技术现状与发展趋势如下：(1)工艺装备向大型化、现代化、精密化和生产线自动化方向发展。挤压设备主要是指挤压机及其配套装置，是反应技术水平的重要指标，大型优质圆、扁
13、挤压筒与特种模具技术的突破性进展 1。(2)电子计算机用于挤压模具的设计和制造（CAD/CAM 技术） ，可以增强挤压铝型材使用工模具的品质和使用寿命。(3)挤压工艺的不断改进和完善。目前出现了增强挤压过程中新的好的工艺方法，优点有：提高挤压速度和挤压时的生产效率、提高产品质量、节约资源和经费使用等。(4)铝挤压材的产品 的材料结构有了大的进步。由于铝合金挤压材的产量、品质和规格不断扩大，其使用愈来愈广泛，在国民经济和生产过程中有着重要的作用。1.2 铝合金门窗的特点和发展趋势1.2.1 铝合金门窗的特点铝合金门窗是铝合金型材经过表面清洁处理等，经下料、打孔、铣槽、攻丝、制作待加工工艺而制成的
14、门窗框料构件，再用连接件、密封材料和开闭五金配件一起组合装配而成的 2。铝合金门窗适用于对密闭、保温、隔声要求比- 2 -较高的宾馆、办公楼、图书馆以及居民所住房间等具有现代化特色建筑的门窗工程。其种类非常多，根据产品材料不同，分类有推拉门窗、固定窗、平开门窗、百叶窗、纱窗等，其中以推拉门窗等使用比较广泛。 和普通木门窗相对比，铝合金门窗优点显著：门窗的质量非常轻便、强度比较高、密闭性也非常好、在使用中门窗变形很小、非常美观、材料耐腐蚀性好、使用维修都比较方便、便于日常生活和工业化生产。1.2.2 铝合金门窗的发展趋势中国的建筑门窗产业市场中，铝门窗产品使用最为广泛，占总体的一半以上。随着近些
15、来建筑行业的不断发展和壮大，铝合金门窗生数量越来越多，据统计 2003 年我国的铝合金门窗产量为 2.8 亿平方米，2005 年 3.2 亿平方米，2007 年为 3.65 亿平方米，因此中国是名副其实的门窗生产大国 3。尽管近年来铝合金门窗在低档次产品的冲击下，市场表现疲软，但未来在房地产业发展的带动下，因铝合金门窗的耐腐蚀性、变形量小、防火性强、使用寿命长、环保节能等特性，决定其仍是今后市场上的主流。铝合金门窗由于重量轻、强度高、使用性能好、装饰强、经济耐用、无污染、能回收再利用而成为我国主要的建筑门窗产品，广泛应用于从高档公共建筑到一般的民用住宅和工业厂房 3。未来的建筑门窗产业的主流必
16、然是铝合金型材类的门窗。铝合金门窗向高新技术、多功能的方向发展，首先要求更新更好的铝型材，来满足以后门窗发展需求。1.2.2 铝合金门窗的发展趋势1.3 挤压模具种类和特点挤压铝型材的模具可分为平面模和空心模。空心模又可分为平面分流组合模、星形组合模和舌型模等，其中平面分流组合模在日常生产中使用最为广泛，占 95%以上 2。平面模用于挤压实心铝型材，模子可以设计的很薄，在 15.0MN 以下的中小型挤压机上适用的模子可以做到 2025mm，15.034.3MN 挤压机用的模子厚度可以取 30mm 左右。为了保证模子强度和制品尺寸的准确性、稳定性，要增加模垫的厚度或者数目。平面分流组合模多数情况
17、下用于挤压空心的型材，因为加工过程中需要二次加工，因此所需要的挤压力会很大，要注意挤压时别造成闷车。它的特点：材料的成品率比较高，模具容易加工制造，生产操作很方便，能生产各种高精度、高光洁表面的、形状复杂的空心型材。缺点就比较明显修理工模具和清洁残下废料就相对困难一点。星型组合模适用于外形尺寸较大的空心型材，但是挤压力较分流组合模的小，型材成品率高，残料清理比较容易，但是模子加工比较困难。相比之舌形模由于剩余残废料很长，型材成品率很低，模具加工难度一般，但是挤压阻力较小，清理残料容易，修模方便，因此多用与需要挤压力较大的品质要求较高的薄壁空心型材。- 3 -1.4 研究的目的和意义与国际先进水
18、平相比我国所表现出的距离：（1）挤压模具材料的种类、品质和使用寿命等特点落后国际先进水平，与此相关的材料热处理技术和表面处理技术相比较也是比较落后的，因此导致我国模具的使用寿命仅为国际先进水平一下；（2）模具设计理论、加工方法和材料结构选择等方面与国际先进水平也有很大距离，比如德国在热挤压模拟技术、虚拟设计及软件开发等方面有了许多创新的亮点，基本上实现零试模或可大大减少试模次数，我国目前情况还没有达到这种技术；（3）在模具结构的高效创新和精密实用的现代化加工 2 个方面距离国际先进水平也有很大差距，国外已经研制出许多先进的结构模具，加工精度达到了非常高的水平，结构非常复杂的多孔、多腔空心型材模
19、和多孔超精密复杂模等很早已经投入生产，产品的品质还十分稳定，我国目前情况尚处于起步阶段。本设计目的是熟悉所学的对挤压模具工艺设计的知识，增强自身实际操作设计的经验，为以后从事模具设计等方面的工作和学习打下坚实的基础。由于国内挤压模具技术水平还有待提高，这更需要我们这些模具专业方面的当代大学生努力学习、突破、创新。因此推拉窗 88822 铝合金型材热挤压模设计正是一次展现自己所学知识，锻炼自己能力的机会。- 4 -第二章 挤压产品的工艺分析2.1 产品代号及设计要求产品代号：TLC-88822 牌号及状态：6063 T5 密 度：2.69g/cm3壁 厚：1.2mm米 重：1.261kg/m技术
20、标准：GB5237.1-2004挤出长度：50m产品形状如右图 2-1 所示。2.2 产品形状及结构分析2.2.1 形状和尺寸分析 图 2-1 型材尺寸图 按形状尺寸变化特征，型材分为横断面型材和变断面型材。横断面型材可分为实心型材、空心型材、壁板型材和建筑门窗型材，很明显本次设计的属于建筑门窗型材。型材断面大小用外接圆来衡量，挤压力的大小和外接圆的面积成正比关系。根据型材断面形状可为实心型材，半空心型材和空心型材,如图2-2所示。 （1）实心型材，一般的角型、槽型等型材；（2）半空心型材，根据断面形状分为半空心型材 I 级、半空心型材 II 级，半空心型材 III 级。（3）空心型材根据断面
21、形状也可以分为三级：空心型材 I 级，空心的部分是圆形，直径较小，断面形状是对称的，或内径较小，外形是不对称的；空心型材 II 级，除 I 级以外的外接圆直径不大于 130mm，只有一个非圆形空心部分；空心型材 III，除 I、II 外的所有空心型材，壁厚是均匀的，其空心断面是完整或多孔 2。经测量本次设计型材断面外接圆直径是 =115mm，只有一个不对称的阶梯形空心部分属于典型的空心型材 II 级。型材断面比较复杂，一般多采用平面分流组合模。- 5 -图2-2 型材按断面分布图a实心型材；b半空心型材；c空心型材2.2.2 尺寸偏差的选择图 2-3 型材尺寸公差图- 6 -由于铝合金建筑型材
22、是热挤压型材，其尺寸偏差有特殊性。型材断面积的尺寸偏差由技术标准：GB5237.1-2004 可得允许偏差分普通级、高精级和超高精级。本次由于本设计产品没有标注尺寸偏差值，则公差按普精级，尺寸偏差可查表 2-1。 产品厚度 1.2mm 达到要求，壁厚尺寸偏差为0.3。挤压件截面的过渡处应避免尖角，因为锐角处金属流动困难，阻力升高，模具转角处容易磨损和开裂。因此本设计的挤压型材有过渡圆角，这样比较适合挤压生产。其各部分尺寸如图 2-3 所示。表 2-1 普通级型材截面尺寸允许偏差（GB5237.1-2004）允许偏差（）/mm金属实体不小于 75%的部位尺寸空间大于 25%，即金属实体小于 75
23、%的所有部位尺寸测量点与基准边的距离 L指定部位尺寸/mm3 栏以外的所有尺寸空心型材包围面积不小于 70mm2 时的壁厚6 1515303060 60100100150150200序号1 栏 2 栏 3 栏 4 栏 5 栏 6 栏 7 栏 8 栏 9 栏1 1.00 0.13 0.18 0.18 2 1.002.000.15 0.23 0.22 0.26 3 2.003.000.18 0.28 0.26 0.30 4 3.004.000.20 0.38 0.30 0.35 0.42 5 4.006.000.23 0.53 0.35 0.40 0.47 6 6.0012.000.25 0.75
24、 0.41 0.46 0.52 0.56 7 12.0019.000.29 0.47 0.52 0.58 0.62 8 19.0025.000.32 0.53 0.58 0.63 0.71 0.83 9 25.0038.000.38 0.61 0.66 0.75 0.84 0.95 10 38.0050.000.45 0.7 0.75 0.89 1.01 1.14 1.3411 50.00100.000.77 0.98 1.09 1.36 1.58 1.87 2.1712 100.00150.001.08 1.31 1.44 1.82 2.19 2.60 3.00注：表中指定部位尺寸为 1.20mm2.00mm 的型材壁厚偏差要求是强制性的。a 除另有说明本标准提到的空心型材包括通孔未完全封闭且空心部分面积大于开口宽度平方数 2 倍的型材。2.2.3产 品 材 料 分 析
