铝合金挤压模设计
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（3）挤压加工灵活性大，只需要更换模具等挤压工具即可在一台设备上生产形状，规格和品种不同的制品，更换挤压模具的操作简便快捷，费时少，工效高。这种加工方法对订货批量小，品种规格多的轻合金材料加工生产厂最为经济。
（4）挤压制品的精度高，制品表面质量也好。随着工艺水平的提高和模具质量的改进，现已能生产壁厚为0.6 0.10mm，超薄，超高精度，高质量表面的型材。这不仅大大减少总工作量和简化后步工序，同时也提高了被挤压金属材料的综合利用率和成品率。
（2）挤压法不但可以生产截面形状较简单的棒，管，型，线产品，而且可生产截面变化形状极其复杂的型材和管材，如阶段变截面型材，逐渐变截面型材，带异性加强肋的整体壁板型材，形状极其复杂的空心型材和变截面管材等。这类产品用轧制法或其他压力加工方法生产是很困难的，甚至是不可能的。异形整体型材可简化冷成形，铆焊，切削，镗铣等复杂的工艺过程，这对于减少设备投资，节能，提高金属利用率，降低产品的总成本具有重大的社会经济效益。
（5）挤压过程对金属的力学性能也有良好的影响。特别是对某些具有挤压效应的铝合金来说，其挤压制品在淬火时效后，纵向强度性能远比其他方法加工的同类产品要高。这对挖掘铝合金材料潜力，满足特殊使用要求具有实际价值。
（6）工艺流程短，生产方便，一次挤压即可获得比热模锻或成形轧制等方法面积更大的整体结构零件，而且设备投资少，模具费用低，经济效益高。
摘 要
Abstract
2.5挤压工具总体设计..................................................................................................................9
4.5挤压垫的设计........................................................................................................................29
（2）根据市场化的优胜劣汰原则，将形成年产量大10万t/a以上的大型挤压集团若干家，有的做大做强，有的做专做特，统领全国铝挤压行业的发展。
（3）铝型材挤压工艺装备正在向大型化，专业化，现代化，标准化，装配式发展，大量的落后的中小型挤压机及其辅助设备，表面处理设备，熔铸和工模具制造舌设被淘汰或更新换代。
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9
＞25.00～38.00
0.30
第二章挤压产品的工艺分析
2.1计算产品
产品代号:PKC-4603
牌号及状态：6063 T5
密度：2.69g/cm3
壁厚：1.25mm
米重：0.711kg/m
技术标准：GB5237.1-2004
图2-1基本尺寸
2.2工艺性分析
2.2.1截面形状和尺寸分析
型材断面大小用外接圆来衡量，外接圆越大，所需要的挤压力就越大。一般来说，每台挤压机上能挤压出的最大外圆的型材不是固定不变的，她与挤压筒直径有关，如20MN挤压机的挤压筒直径一般为Φ170~Φ200mm，最大的可以为Φ200mm，挤压型材的最大外接圆一般比挤压筒直径小25~50mm，挤压空心型材时应该更小点。但用宽展挤压时，型材的最大外接圆可比挤压筒大15%~36%。由图2-2可知，该型材是一个空心型材，外侧长54mm，宽44mm，空心部分是一个长方形，其尺寸是36.5×41.5mm，壁厚为1.25mm,型材产品断面面积为264mm2，外接圆直径为69.5mm。
1.1.2我国建筑铝型材工业的发展趋势
自上世纪50年代，铝型材生产在中国落地生根。改革开放至今30年,中国的铝型材产业一直蓬勃发展。产品结构一直以建筑用材为主,但是随着中国工业水平和规模的不断提高,工业用材产量也逐年攀升。在汽车制造、轨道交通、电力、机械装备制造业、家电等行业,对铝型材的需求迅速增加,新产品、新工艺、新用途的铝型材不断出现,推动了技术进步和行业持续健康发展。
（7）轻金属及轻合金具有良好的挤压特性，特别适合于挤压加工，如铝及铝合金可以通过多种挤压工艺和多种模具结构进行加工。近年来，由于平面分流组合模的不断改进和发展，通过焊和挤压法来生产复杂的空心铝制品获得广泛的应用和推广。
1.3研究目的和意义
挤压工具分为基本工具和模具。模具包括模子，穿针孔等直接参与金属变形且消耗比价大的工具，模具是最重要的挤压工具。在现代化大生产中，基本挤压工具和模具对现实整个挤压过程有着十分重要的意义。模具的寿命是评价某挤压方法经济可行的决定性因素。基本工具是由挤压筒，挤压垫，挤压轴，针支撑，支撑环，压型嘴和模架组成。采用模具加工成形金属构件，具有生产效率高，质量好，节省材料，成本低以及规格灵活多变等特点，近几年来，在国民经济建设的各个领域中，得到了广泛的应用。据资料统计，制造一辆汽车需要模具4000套左右，生产一个照相机需要模具400余套，一个系列的铝合金门窗产品需要挤压模具110套之多，在人们生产生活中所接触到的工业制品及零件产品，有70%以上是用模具加工而得的，故产品与模具是密不可分的，即“没有模具就没有产品”。
（4）经过几年强有力的结构调整，我国的建筑铝型材的合金品种，状态，产品规格范围，产品的品质将有大幅度的提高。
1.2挤压加工的工艺特点
近年来随着科学技术的不断进步和国民经济的飞速发展，使用部门对铝合金型材的尺寸精度，外观造型及表面粗糙度等质量指标提出了新要求，现在，挤压成型是铝型材的主要加工方法。归纳起来，挤压成形有下列特点。
模具是金属压力加工的基础，模具的设计与制造技术是金属压力加工的核心，而模具的质量和使用寿命是决定金属压力加工过程是否经济可行的关键。模具技术特别是设计制造精密，复杂，大型，寿命长的模具是衡量一个国家工业水平的重要标志之一，因此有“模具是工业之母”之说。本次设计主要针对挤压铝合金卷闸门（4603）产品所用的挤压模进行工艺设计和结构设计，设计的理论和过程对挤压模具行业发展具有一定的指导意义，同时通过对模具的设计不仅可以熟悉设计挤压模具的工艺过程，同时能够提高我的综合应用专业知识的能力。
（1）在挤压过程中，被挤压金属在变形区能获得比轧制锻造更为强烈和均匀的三向压缩应力状态，这就可充分发挥被加工金属本身的塑性。因此，用挤压法可加Biblioteka Baidu那些用轧制法或锻造法加工有困难，甚至无法加工的低塑性，难变形金属或合金。对于某些必须用轧制或锻造法进行加工的材料，也常用挤压法先对铸锭进行开坯，以改善其组织，提高其塑性。目前，挤压仍然是可以用铸锭直接生产产品的最优越的方法。
2.79
13
＞150.00～200.00
1.12
—
1.37
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2.51
3.05
3.56
14
＞200.00～250.00
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1.63
1.88
2.54
3.05
3.68
4.32
根据型材的断面形状可以把型材分成三大类，即实心型材、半空心型材、空心型材。
空心型材II级是除了空心部分是圆的，直径较小，断面形状是对称的，或者内径较小，外形是不对称的以外。外接圆不大于Φ130mm，只有一个空心部分，其空心部分是非圆形的。所以这里属于空心型材II级。
2.2.2直角部位的圆角半径
挤压制品拐角情况常见，多成直角形式。制品是凸形直角，则模孔便是凹形直角，总是与他对应相反的。这种部位不管是在模具上还是在制品上，挤压中都会出现应力集中的情况，而且易于磨损，影响非常不好。为了避免这类尖角，模具设计往往采用过渡圆角。
1.1.1我国建筑铝型材工业的发展现状
经过20余年的发展，我国建筑铝型材挤压工业从无到有，从小到大，年产量雄踞于世界第一，成为一个建筑铝型材生产大国，消费大国，净出口大国。正在向挤压强国进军。目前，我国共有建筑材铝合金企业650多家，用于生产建筑铝合金的挤压机约2000台，建筑型材表面处理能力基本上与建筑铝型材生产能力相匹配。约有70%建筑型材是用同水平热顶铸造系统生产的铸锭挤压的，全国圆锭铸造机的总生产能力达420万t/a以上，有近千套熔炼-静置炉，约有110台圆形熔炼炉，静置炉大多是矩形的，同水平热顶铸造机大部分是钢丝绳式的。建筑铝型材的产品结构调整取得了很大的进步，首先是合金状态由单一的6063T5/T6发展到6061,6082,6005,7005,6351等合金的T5，T6状态品种，规格范围大大增加，玻璃幕墙，铝板幕墙，扣板以及建筑桥梁等新产品的最大外接圆直径达300mm以上，长度达10m以上，可见应用范围大大拓展。各种新型的门窗型材不断涌现，如各种新型的断热冷桥铝门窗框型材，铝塑型材，铝-木-塑复合结构型材等已经大量使用。建筑铝型材的花色品种不断更新。各种新型的表面处理技术得到发展，目前，我国已能生产300多种颜色几十个品种的铝合金建筑材料，技术水平和品质已经达到国际高档水平，产品畅销欧美，东南亚，日本，成为了铝型材净出口国。
随着中国国民经济持续快速健康的发展,铝型材的需求将会越来越大,同时装备和技术水平也将越来越先进,相信中国铝型材产品将会有更大的发展空间。伴随着《有色金属产业调整和振兴规划》的实施,高附加值产品和技术创新将日益重要,随着产业链的不断整合,中国的铝型产业将更加快速、高质量的发展。
（1）经过产品结构调整后，在激烈的市场竞争中，一大批设备落后，档次较低，经营不善的中，小型企业被淘汰或者被关，听，并，转，有生命力的建筑型铝型材生产企业已由1996年的1000余家减少到600家左右，估计到2015年前后可能只剩下300家左右。到时，中国的铝挤压企业将完成分散的小型的作坊式经营向集中的大型化的现代化企业转换。
4.6模具实体图............................................................................................................................30
第一章概述
1.1我国建筑铝型材工业发展现状及趋势
表2-1型材尺寸偏差
序号
指定部位尺寸/mm
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%的所有部位尺寸
3栏以外的所有尺寸
空心型材a包围面积不小于70mm2时的壁厚
测量点与基准边的距离L
>6～15
>15～30
>30～60
>60～100
>100～150
>150～200
这类过渡圆角的取值，对于6063合金挤压最小可取r=0.4mm,其他铝合金挤压可取r=0.6mm;对于难变形的其他有色金属，其过渡圆角的半径取值要适当增大一些。故这里取r=0.5mm。
2.2.3尺寸偏差
挤压件的尺寸及偏差是由模具、挤压设备和其它有关工艺因素决定的。其中受模具尺寸变化的影响很大，而影响模具尺寸变化的原因有模具的弹性变形、模具的温升、模具的材料以及模具的制造精度和模具磨损等。通过查询GB 5237.1 —2004知道，型材横截面尺寸的允许偏差分普通级、高精级和超高精级，型材的横截面尺寸允许偏差等级由供需双方商定，但采用6063、6063A铝合金的型材，对有装配关系的尺寸，其允许偏差应选用高精级或超高精级，这里选用高级精度，如表2-1所示
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0.58
0.66
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0.86
0.97
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1.45
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2.03
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0.14
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0.21
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（3）挤压加工灵活性大，只需要更换模具等挤压工具即可在一台设备上生产形状，规格和品种不同的制品，更换挤压模具的操作简便快捷，费时少，工效高。这种加工方法对订货批量小，品种规格多的轻合金材料加工生产厂最为经济。
（4）挤压制品的精度高，制品表面质量也好。随着工艺水平的提高和模具质量的改进，现已能生产壁厚为0.6 0.10mm，超薄，超高精度，高质量表面的型材。这不仅大大减少总工作量和简化后步工序，同时也提高了被挤压金属材料的综合利用率和成品率。
（2）挤压法不但可以生产截面形状较简单的棒，管，型，线产品，而且可生产截面变化形状极其复杂的型材和管材，如阶段变截面型材，逐渐变截面型材，带异性加强肋的整体壁板型材，形状极其复杂的空心型材和变截面管材等。这类产品用轧制法或其他压力加工方法生产是很困难的，甚至是不可能的。异形整体型材可简化冷成形，铆焊，切削，镗铣等复杂的工艺过程，这对于减少设备投资，节能，提高金属利用率，降低产品的总成本具有重大的社会经济效益。
（5）挤压过程对金属的力学性能也有良好的影响。特别是对某些具有挤压效应的铝合金来说，其挤压制品在淬火时效后，纵向强度性能远比其他方法加工的同类产品要高。这对挖掘铝合金材料潜力，满足特殊使用要求具有实际价值。
（6）工艺流程短，生产方便，一次挤压即可获得比热模锻或成形轧制等方法面积更大的整体结构零件，而且设备投资少，模具费用低，经济效益高。
摘 要
Abstract
2.5挤压工具总体设计..................................................................................................................9
4.5挤压垫的设计........................................................................................................................29
（2）根据市场化的优胜劣汰原则，将形成年产量大10万t/a以上的大型挤压集团若干家，有的做大做强，有的做专做特，统领全国铝挤压行业的发展。
（3）铝型材挤压工艺装备正在向大型化，专业化，现代化，标准化，装配式发展，大量的落后的中小型挤压机及其辅助设备，表面处理设备，熔铸和工模具制造舌设被淘汰或更新换代。
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0.56
0.64
0.76
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9
＞25.00～38.00
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第二章挤压产品的工艺分析
2.1计算产品
产品代号:PKC-4603
牌号及状态：6063 T5
密度：2.69g/cm3
壁厚：1.25mm
米重：0.711kg/m
技术标准：GB5237.1-2004
图2-1基本尺寸
2.2工艺性分析
2.2.1截面形状和尺寸分析
型材断面大小用外接圆来衡量，外接圆越大，所需要的挤压力就越大。一般来说，每台挤压机上能挤压出的最大外圆的型材不是固定不变的，她与挤压筒直径有关，如20MN挤压机的挤压筒直径一般为Φ170~Φ200mm，最大的可以为Φ200mm，挤压型材的最大外接圆一般比挤压筒直径小25~50mm，挤压空心型材时应该更小点。但用宽展挤压时，型材的最大外接圆可比挤压筒大15%~36%。由图2-2可知，该型材是一个空心型材，外侧长54mm，宽44mm，空心部分是一个长方形，其尺寸是36.5×41.5mm，壁厚为1.25mm,型材产品断面面积为264mm2，外接圆直径为69.5mm。
1.1.2我国建筑铝型材工业的发展趋势
自上世纪50年代，铝型材生产在中国落地生根。改革开放至今30年,中国的铝型材产业一直蓬勃发展。产品结构一直以建筑用材为主,但是随着中国工业水平和规模的不断提高,工业用材产量也逐年攀升。在汽车制造、轨道交通、电力、机械装备制造业、家电等行业,对铝型材的需求迅速增加,新产品、新工艺、新用途的铝型材不断出现,推动了技术进步和行业持续健康发展。
（7）轻金属及轻合金具有良好的挤压特性，特别适合于挤压加工，如铝及铝合金可以通过多种挤压工艺和多种模具结构进行加工。近年来，由于平面分流组合模的不断改进和发展，通过焊和挤压法来生产复杂的空心铝制品获得广泛的应用和推广。
1.3研究目的和意义
挤压工具分为基本工具和模具。模具包括模子，穿针孔等直接参与金属变形且消耗比价大的工具，模具是最重要的挤压工具。在现代化大生产中，基本挤压工具和模具对现实整个挤压过程有着十分重要的意义。模具的寿命是评价某挤压方法经济可行的决定性因素。基本工具是由挤压筒，挤压垫，挤压轴，针支撑，支撑环，压型嘴和模架组成。采用模具加工成形金属构件，具有生产效率高，质量好，节省材料，成本低以及规格灵活多变等特点，近几年来，在国民经济建设的各个领域中，得到了广泛的应用。据资料统计，制造一辆汽车需要模具4000套左右，生产一个照相机需要模具400余套，一个系列的铝合金门窗产品需要挤压模具110套之多，在人们生产生活中所接触到的工业制品及零件产品，有70%以上是用模具加工而得的，故产品与模具是密不可分的，即“没有模具就没有产品”。
（4）经过几年强有力的结构调整，我国的建筑铝型材的合金品种，状态，产品规格范围，产品的品质将有大幅度的提高。
1.2挤压加工的工艺特点
近年来随着科学技术的不断进步和国民经济的飞速发展，使用部门对铝合金型材的尺寸精度，外观造型及表面粗糙度等质量指标提出了新要求，现在，挤压成型是铝型材的主要加工方法。归纳起来，挤压成形有下列特点。
模具是金属压力加工的基础，模具的设计与制造技术是金属压力加工的核心，而模具的质量和使用寿命是决定金属压力加工过程是否经济可行的关键。模具技术特别是设计制造精密，复杂，大型，寿命长的模具是衡量一个国家工业水平的重要标志之一，因此有“模具是工业之母”之说。本次设计主要针对挤压铝合金卷闸门（4603）产品所用的挤压模进行工艺设计和结构设计，设计的理论和过程对挤压模具行业发展具有一定的指导意义，同时通过对模具的设计不仅可以熟悉设计挤压模具的工艺过程，同时能够提高我的综合应用专业知识的能力。
（1）在挤压过程中，被挤压金属在变形区能获得比轧制锻造更为强烈和均匀的三向压缩应力状态，这就可充分发挥被加工金属本身的塑性。因此，用挤压法可加Biblioteka Baidu那些用轧制法或锻造法加工有困难，甚至无法加工的低塑性，难变形金属或合金。对于某些必须用轧制或锻造法进行加工的材料，也常用挤压法先对铸锭进行开坯，以改善其组织，提高其塑性。目前，挤压仍然是可以用铸锭直接生产产品的最优越的方法。
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1.88
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4.32
根据型材的断面形状可以把型材分成三大类，即实心型材、半空心型材、空心型材。
空心型材II级是除了空心部分是圆的，直径较小，断面形状是对称的，或者内径较小，外形是不对称的以外。外接圆不大于Φ130mm，只有一个空心部分，其空心部分是非圆形的。所以这里属于空心型材II级。
2.2.2直角部位的圆角半径
挤压制品拐角情况常见，多成直角形式。制品是凸形直角，则模孔便是凹形直角，总是与他对应相反的。这种部位不管是在模具上还是在制品上，挤压中都会出现应力集中的情况，而且易于磨损，影响非常不好。为了避免这类尖角，模具设计往往采用过渡圆角。
1.1.1我国建筑铝型材工业的发展现状
经过20余年的发展，我国建筑铝型材挤压工业从无到有，从小到大，年产量雄踞于世界第一，成为一个建筑铝型材生产大国，消费大国，净出口大国。正在向挤压强国进军。目前，我国共有建筑材铝合金企业650多家，用于生产建筑铝合金的挤压机约2000台，建筑型材表面处理能力基本上与建筑铝型材生产能力相匹配。约有70%建筑型材是用同水平热顶铸造系统生产的铸锭挤压的，全国圆锭铸造机的总生产能力达420万t/a以上，有近千套熔炼-静置炉，约有110台圆形熔炼炉，静置炉大多是矩形的，同水平热顶铸造机大部分是钢丝绳式的。建筑铝型材的产品结构调整取得了很大的进步，首先是合金状态由单一的6063T5/T6发展到6061,6082,6005,7005,6351等合金的T5，T6状态品种，规格范围大大增加，玻璃幕墙，铝板幕墙，扣板以及建筑桥梁等新产品的最大外接圆直径达300mm以上，长度达10m以上，可见应用范围大大拓展。各种新型的门窗型材不断涌现，如各种新型的断热冷桥铝门窗框型材，铝塑型材，铝-木-塑复合结构型材等已经大量使用。建筑铝型材的花色品种不断更新。各种新型的表面处理技术得到发展，目前，我国已能生产300多种颜色几十个品种的铝合金建筑材料，技术水平和品质已经达到国际高档水平，产品畅销欧美，东南亚，日本，成为了铝型材净出口国。
随着中国国民经济持续快速健康的发展,铝型材的需求将会越来越大,同时装备和技术水平也将越来越先进,相信中国铝型材产品将会有更大的发展空间。伴随着《有色金属产业调整和振兴规划》的实施,高附加值产品和技术创新将日益重要,随着产业链的不断整合,中国的铝型产业将更加快速、高质量的发展。
（1）经过产品结构调整后，在激烈的市场竞争中，一大批设备落后，档次较低，经营不善的中，小型企业被淘汰或者被关，听，并，转，有生命力的建筑型铝型材生产企业已由1996年的1000余家减少到600家左右，估计到2015年前后可能只剩下300家左右。到时，中国的铝挤压企业将完成分散的小型的作坊式经营向集中的大型化的现代化企业转换。
4.6模具实体图............................................................................................................................30
第一章概述
1.1我国建筑铝型材工业发展现状及趋势
表2-1型材尺寸偏差
序号
指定部位尺寸/mm
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%的所有部位尺寸
3栏以外的所有尺寸
空心型材a包围面积不小于70mm2时的壁厚
测量点与基准边的距离L
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>100～150
>150～200
这类过渡圆角的取值，对于6063合金挤压最小可取r=0.4mm,其他铝合金挤压可取r=0.6mm;对于难变形的其他有色金属，其过渡圆角的半径取值要适当增大一些。故这里取r=0.5mm。
2.2.3尺寸偏差
挤压件的尺寸及偏差是由模具、挤压设备和其它有关工艺因素决定的。其中受模具尺寸变化的影响很大，而影响模具尺寸变化的原因有模具的弹性变形、模具的温升、模具的材料以及模具的制造精度和模具磨损等。通过查询GB 5237.1 —2004知道，型材横截面尺寸的允许偏差分普通级、高精级和超高精级，型材的横截面尺寸允许偏差等级由供需双方商定，但采用6063、6063A铝合金的型材，对有装配关系的尺寸，其允许偏差应选用高精级或超高精级，这里选用高级精度，如表2-1所示