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課 題 擠壓模具課程設(shè)計(jì) 學(xué)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(jī)械工程學(xué)院 專業(yè)班級(jí) 11材控（2）班 指導(dǎo)教師 張紅云、張金標(biāo)、劉建 二0一四年十月 課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書 機(jī)械工程學(xué)院11材控班 指導(dǎo)教師：張紅云，張金標(biāo)，劉建。 設(shè)計(jì)課題：擠壓模具設(shè)計(jì) 一、 設(shè)計(jì)條件：在19.6MN擠壓機(jī)的Φ200mm擠壓筒上生產(chǎn)出下列條件的合格型材，設(shè)計(jì)出相應(yīng)的型材模具。 1.單?？啄＞呱a(chǎn)如下圖型材。（1,2，3組同學(xué)設(shè)計(jì)） 2.雙?？咨a(chǎn)ф12mm的圓棒材。（4,5,6組同學(xué)設(shè)計(jì)） 3.三模孔生產(chǎn)ф8mm的圓棒線材。（7,8,9組同學(xué)設(shè)計(jì)） 4.四?？咨a(chǎn)ф6mm的圓棒線材。（10,11,12組同學(xué)設(shè)計(jì)） 5.雙?？咨a(chǎn)3*5扁線材。（13,14,15組同學(xué)設(shè)計(jì)） 6.四?？咨a(chǎn)3*5扁線材。（16,17組同學(xué)設(shè)計(jì)） 二、 設(shè)計(jì)內(nèi)容： 1.?？撞贾?。2.設(shè)計(jì)工作帶長(zhǎng)度。3.型材模孔尺寸設(shè)計(jì)。 4．模子強(qiáng)度校核。5.畫出模具圖。 三、 設(shè)計(jì)時(shí)間：2014年12月27日至10月31日 四、 設(shè)計(jì)地點(diǎn)：實(shí)驗(yàn)樓C樓501,502 五、 分組情況： 組號(hào) 學(xué)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(jì)算 6 2.2擠壓比的計(jì)算 6 2.3擠壓機(jī)的選擇 7 第三章 ?？撞贾?8 3.1?？椎牟贾?8 3.2工作帶長(zhǎng)度的確定 9 3.3?？壮叽绲拇_定 9 3.4模孔出口尺寸確定 10 第四章 模具外形尺寸設(shè)計(jì) 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(qiáng)度校核 14 第六章 繪制模具圖 15 設(shè)計(jì)小結(jié) 16 參考文獻(xiàn) 23 第1章 概 述 本次設(shè)計(jì)主要是在給定擠壓筒和擠壓機(jī)的條件下，設(shè)計(jì)擠壓出35mm的扁線材所用的雙?？啄＞?。在此次設(shè)計(jì)中，本組以黃銅為例，對(duì)?？椎牟贾?，工作帶長(zhǎng)度，?？椎某叽缫约澳＞咄庑纬叽绲倪M(jìn)行確定的設(shè)計(jì)，并對(duì)模子的強(qiáng)度進(jìn)行校核以及繪制各種模具圖；此次的課程設(shè)計(jì)是對(duì)我們所學(xué)的專業(yè)知識(shí)進(jìn)行的一個(gè)總結(jié)，對(duì)我們以后的學(xué)習(xí)和工作具有一定的指導(dǎo)意義，同時(shí)通過對(duì)模具的設(shè)計(jì)還可以讓我們進(jìn)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(shí)，提高我們將理論運(yùn)用于實(shí)踐的能力。 黃銅是銅與鋅的合金。最簡(jiǎn)單的黃銅是銅-鋅二元合金，稱為簡(jiǎn)單黃銅或普通黃銅，改變黃銅中鋅的含量可以得到不同機(jī)械性能的黃銅。黃銅中鋅的含量越高，其強(qiáng)度也較高，塑性稍低。鉛黃銅即我們通常所說的易削國標(biāo)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(jiǎn)單黃銅。三元以上的黃銅稱特殊黃銅或稱復(fù)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(duì)金屬流動(dòng)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(duì)銅在擠壓筒中的流動(dòng)情況產(chǎn)生影響。對(duì)于塑性很差的低塑性銅合金，可以進(jìn)行二次擠壓成型的方法。銅合金的熱擠壓有時(shí)需要有潤(rùn)滑劑，潤(rùn)滑劑可以減少摩擦力和溫度損失，但要考慮到潤(rùn)滑劑對(duì)制品表面質(zhì)量的影響。銅合金的毛坯加熱溫度應(yīng)根據(jù)合金的性能、鑄錠和被擠壓制品的尺寸和擠壓設(shè)備能力來確定。 第二章 坯料選擇 2.1坯料尺寸計(jì)算 2.1.1錠坯直徑計(jì)算 計(jì)算錠坯直徑時(shí)，應(yīng)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(jìn)入筒內(nèi)等因素。由于本設(shè)計(jì)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(yīng)有一定間隙，此時(shí)，坯料直徑可用下式來預(yù)選： —擠壓筒直徑，—使錠坯順利進(jìn)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(jī) 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(jìn)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(zhǎng)度計(jì)算 長(zhǎng)度一般為直徑的2.5—3.5倍。 。 2.2擠壓比的計(jì)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(shí)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(shè)計(jì)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(biāo)準(zhǔn)值，故需要設(shè)計(jì)導(dǎo)流腔。導(dǎo)流腔的金屬預(yù)分配和調(diào)整金屬流速。一般來說，導(dǎo)流腔的輪廓尺寸應(yīng)比型材外形輪廓尺寸大6~15mm，導(dǎo)流孔的深度可取15~25mm，導(dǎo)流孔的入口最好做成3~15導(dǎo)流角，導(dǎo)流模腔內(nèi)的各點(diǎn)應(yīng)均勻圓滑過渡，表面應(yīng)光潔，以減小摩擦阻力。故可選取導(dǎo)流腔的輪廓尺寸為1012mm，導(dǎo)流孔的深度可取20mm。 2.3擠壓機(jī)的選擇 臥式擠壓機(jī)按其擠壓方法又可分為正向擠壓機(jī)、反向擠壓機(jī)和聯(lián)合擠壓機(jī)三種類型。擠壓機(jī)的技術(shù)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(jī)的能力為8-50MN。 立式擠壓機(jī)的主要部件的運(yùn)動(dòng)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(shí)的酸洗、冷軋或帶芯頭拉拔等。因運(yùn)動(dòng)部件垂直地面移動(dòng)，所以磨損小，部件受熱膨脹后變形均勻，擠壓機(jī)中心不易失調(diào)，管子偏心很小。擠壓機(jī)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(shè)計(jì)選用19.6MN的擠壓機(jī)，所以為臥式擠壓機(jī)。 第三章 模孔布置 3.1?？椎牟贾? 采用多孔棒材模時(shí)，金屬流動(dòng)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?？着帕胁划?dāng)，會(huì)使擠出的制品長(zhǎng)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(huì)使制品表面產(chǎn)生起皮、分層等缺陷。此外，多?？走^于靠近擠壓筒邊緣時(shí)由于內(nèi)側(cè)金屬供應(yīng)量大、流動(dòng)速度快，而外側(cè)由于金屬供應(yīng)量不足，流動(dòng)速度慢，會(huì)造成制品出現(xiàn)外側(cè)裂紋；當(dāng)模孔太靠近擠壓筒中心時(shí)，外側(cè)金屬供應(yīng)量大與內(nèi)側(cè)，則制品易出現(xiàn)內(nèi)側(cè)裂紋。應(yīng)將多孔模?？椎睦碚撝匦木鶆虻姆植荚诰嗄＞咧行暮蛿D壓邊緣有適當(dāng)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(guān)系可以按以下的經(jīng)驗(yàn)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—?？讛?shù)目，—經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，一般可取2.5～2.8，n值較大時(shí)取下限，擠壓筒內(nèi)徑大時(shí)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(zhǎng)模具的使用壽命，?？纂x模具外徑圓周的距離和?？字姷木嚯x都應(yīng)保持一定的數(shù)值，這個(gè)數(shù)值與擠壓機(jī)的大小有關(guān)。對(duì)于49MN以下的擠壓機(jī)，這個(gè)距離可取15~50mm；對(duì)于大型擠壓機(jī)，應(yīng)加大到30~80mm，如下表所例的經(jīng)驗(yàn)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(jī)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(shí)際距離為（200-80）/2=60>(30~40),符合，則。 ?？撞贾萌鐖D： 圖（a） 圖（b） 由于受重力的作用，圖（b）中下邊?？讛D出的制品長(zhǎng)度比上邊的長(zhǎng)，則選取圖（a）方式布置。 3.2工作帶長(zhǎng)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?？字匾慕M成成分。正確選擇工作帶長(zhǎng)度h有利于提高擠壓制品質(zhì)量與金屬流動(dòng)的均勻性。工作帶長(zhǎng)度h的選擇應(yīng)根據(jù)擠壓機(jī)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(zhǎng)度h太長(zhǎng)，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(shí)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(zhǎng)度h過短，則會(huì)加快?？椎哪p，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(dòng)不均勻而形成波浪、扭擰、彎曲等缺陷。 工作帶長(zhǎng)度h的確定原則如下： 1）工作帶的最小長(zhǎng)度，應(yīng)按照擠壓時(shí)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(zhǎng)度，是按照擠壓時(shí)金屬與工作帶的最大有效接觸長(zhǎng)度來確定。鋁及鋁合金一般最長(zhǎng)不超過15~20mm。 3）擠壓型材的模具工作帶長(zhǎng)度取值時(shí)，應(yīng)視情況不同而有所區(qū)別。通常情況下，一些簡(jiǎn)單斷面實(shí)心型材，如壁厚角形、丁字形、工字形之類，?？赘鞑课坏墓ぷ鲙чL(zhǎng)度可以是相同的，一般取值為2~8mm；而對(duì)于建筑型材，因擠壓比大，擠壓速度快，制品長(zhǎng)度較長(zhǎng)，即使是等截面等壁厚的情況，模具工作帶取值也應(yīng)不相同，要參照生產(chǎn)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)確定。 表4.1模孔工作帶長(zhǎng)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(zhǎng)度 2~8 8~12 3~5 4~8 4~6 本設(shè)計(jì)為擠壓黃銅，因而?？坠ぷ鲙чL(zhǎng)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(shí)際所擠壓出制品直徑并不相等。在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)保證在冷狀態(tài)下不超過所規(guī)定的偏差范圍，同時(shí)又能最大限度的延長(zhǎng)模子的使用期限。通常是用裕量系數(shù)來考慮各種因素對(duì)制品尺寸的影響。為擠壓不同金屬與合金時(shí)的?？自Ａ肯禂?shù)的值。 ?？壮叽绲拇_定可按下式計(jì)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(shè)計(jì)中為擠壓黃銅圓棒材，故取為0.015。 則?？椎膶扐=5=5.08mm，取5.1mm。 ?？椎母逜=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(shè)計(jì)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(shè)計(jì) 4.1模角 根據(jù)擠壓機(jī)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(dāng)模角α=90。擠壓時(shí)，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(shí)，則會(huì)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(qiáng)度的合金是，模孔會(huì)因塑性變形而變小。應(yīng)用：擠壓鋁合金型材、棒材，鎳合金、銅合金管、棒材。本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)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(biāo)準(zhǔn)化與系列化。模具外徑尺寸標(biāo)準(zhǔn)化、系列化的必要性有三個(gè)方面：①減少模具設(shè)計(jì)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(qiáng)，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(biāo)準(zhǔn)化有利于提高產(chǎn)品的尺寸精度。因此，對(duì)于一臺(tái)擠壓機(jī)來說，模具外徑最好根據(jù)擠壓機(jī)配備各種規(guī)格的擠壓筒，有1~3種規(guī)格為宜。因設(shè)計(jì)條件為在19.6MN擠壓機(jī)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(biāo)準(zhǔn)尺寸 擠壓機(jī)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(jī)取80~150mm?？紤]標(biāo)準(zhǔn)化及強(qiáng)度等因素，將H放大，取H=80mm。 4.3入口圓角半徑r 在工作帶模孔入口設(shè)有圓角半徑r，可以防止低塑性合金在擠壓時(shí)產(chǎn)生表面裂紋和減輕金屬在進(jìn)入工作帶時(shí)所產(chǎn)生的非接觸變形，同時(shí)也是為了減輕在高溫下擠壓時(shí)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(qiáng)度、擠壓溫度、制品斷面尺寸有關(guān)。根據(jù)表，本設(shè)計(jì)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(jī)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(shí)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(shí)，擠壓模容易從模支承中脫落出來，故正錐的錐度在130~4