AZ61镁合金课程设计

AZ61镁合金丝的挤压模具设计

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一、题目：

镁合金丝挤压模具设计

二、设计基本内容：

设计成品直径为2.0mm的镁合金丝挤压件的模具设计并

绘制A2模具结构简图和下模口的零件图。

三、完成后应交材料：

课程设计说明书一份；

挤压模具结构简图一份；

挤压凹模零件图一张；

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目录

目录 (2)

前言 (3)

一、材料性能分析 (4)

二、工艺分析与选择 (5)

三、设计过程 (6)

1、坯料尺寸 (6)

2、挤压 (7)

3、挤压力的计算 (7)

4、挤压温度 (8)

5、模具预热温度 (9)

6、挤压速度 (9)

7、润滑剂 (9)

8、模具材料 (10)

9、凹模的确定与绘制 (11)

10、凸模设计 (16)

四、设计感想 (20)

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前言

镁合金具有质量轻、污染小、导热性能高、电磁屏蔽性好、具有很高的比强度和比刚度、优良的阻尼减震性能、电磁屏蔽性、机械加工性能和铸造性能等一系列优点。所有的这些优点使镁合金的产品在航空、汽车、电子等领域获得了越来越广泛的应用。是一类具有发展前途的材料。但因镁是密排六方结构，镁合金的室温塑性较差，大多数镁合金制品都是用铸造(多为压铸) 方法成形，较少采用锻压、轧制、挤压等塑性成形方法加工，这就大大限制了镁合金的应用。然而，采用挤压、锻造、轧制等工艺生产出的镁合金产品比铸造产品具有更高的强度和更好的力学性能，可以满足更多结构材料的不同性能要求。

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一、材料性能分析

AZ 系列镁合金，即在纯镁中添加不同含量的Al 和少量的Zn ，具有成本低、应用广的特点。AZ61，作为低成本的变形镁合金，其挤压和轧制制品已取得广泛的商业应用

AZ61镁合金的成分 针对镁合金塑性差、变形难度较大，与钢的亲和力大等特点，其生产时主要有铸造和挤压，采用热挤压技术加工的镁合金具有力学性能好、丝表面均匀光洁等优点。而热变形组织的再结晶晶粒尺寸大小均匀性和第二相的尺寸及位置分布等因素，即合金微观组织的均匀程度，直接影响合金的力学性能。

镁合金在常温下容易断裂，难以进行塑性成形加工但在200度以上温度时其塑性增加。当镁合金在400度以上温度挤压，挤压合金已发生再结晶。而在再结晶以下温度挤压，可使挤压制品获得更好的力学性能。

二、工艺分析与选择

AZ61镁合金中大部分为镁及铝，并含有不同比例的Zn 、Mn 及稀土元素，融化温度650℃，共晶温度436℃，再结晶温度在240℃左右。根据其加工性质，选择温挤压比较合适。所谓温挤压，是指对坯料在室温以上，再结晶温度一下的某一温度区域进行挤压。温挤压成形的制件尺寸精度和表面粗糙度要明显优于热挤压，稍逊于冷挤压，具有加工硬化等特征。

材料在挤压过程中，坯料温度、挤压速度、摩擦系数、模具锥角和工作带长度等工艺参数均对镁合金成品有很大的关系而模具是其中的一个重点。

元素

Al Zn Si Fe Cu Mn Ni Mg 含量 6.11 0.87 0.018 0.0049 0.0015 0.25 <0.001 余量

材料在挤压过程中，如挤压模具不是很好或挤压时镁材过多，镁材表面会产生挤压痕，用手触摸可能感到镁丝表面不光滑，因此，在现代化大生产中实施挤压加工技术，其成败的关键是模具，模具设计以及其质量，事关产品的质量，成本。

三、设计过程

1、坯料尺寸

坯料的体积可按照零件变形前后体积不变的原则来计算。为了保证挤压件的质量和模具寿命，坯料的直径尺寸基本上要接近凹模模腔直径的尺寸，但要考虑到坯料加热后直径会因膨胀而增加，否则坯料在加热后可能会放不进凹模模腔。

坯料加热后的直径Dt可按下列公式计算：

Dt=D0(1+αt)

式中D0——室温时的毛坯直径，mm；

α——材料的线膨胀系数，1/℃；

t——坯料高于室温的温差，℃。

经过计算选择直径为9.9mm的坯料，而正挤压时，毛坯长径比过大，会加大摩擦阻力，增大挤压力，一般应限制h/D<5，取坯料长度40mm。

即坯料为Φ9.9×40的圆柱形坯料

2、挤压比

挤压比G

G=D²/d²=24.5 取G=25

3、挤压力的计算

挤压力过大导致出丝过快，会造成丝材表面粗糙，甚至在表面会出现微裂纹、竹节状等缺陷;挤压力太小就会导致出丝困难，甚至使挤压无法顺利进行。当然，挤压力的大小受坯料所处状态和润滑等条件影响。丝材挤出时，影响挤压力的主要因素是挤压坯料的变形抗力及坯料与挤压筒、挤压模之间的摩擦力。塑性变形和摩擦都会使变形区的温度上升导致变形抗力显著下降。当挤压力突破一定

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值后，挤压速率会很快增加，之后挤压力有所下降并保持在一定值。经过他人的研究，挤压力过大会导致挤压丝尺寸粗细不均、易发生拧曲等现象，因而挤压力不宜过大。

正挤压时凸模单位挤压力为

P p =Cn σb 拘束系数C 和硬花系数n

断面收速率（%） 拘束系数C 硬化系数n 正挤压 反挤压 正挤压 反挤压 40 1.8 1.6 1.5～2 1.5～2 60 2.6 2.6 1.7～2.2 1.7～2.2 80 3.6 4.0 1.8～2.2 1.8～2.2 断面收缩率εA =（A 0-A 1）/A 0=[（9.9×9.9）-（2×2）]/ （9.9×9.9）

=95.9%，

这里可取拘束系数为3.6，硬化系数为2，而AZ61镁合金抗拉强度σb =300MPa ，则P=300×3.6×2=2160MPa 则凸模所需要传递的力F=PA=2160×106×π9.92×10-6/4=16.62KN,

由于挤压机能力有5.88MN 、11.76MN 、15.97MN 、19.60MN 、34.30MN 等，故选择19.60MN 的挤压机。

4、挤压温度

镁具有密排六方晶格，塑性较差，成形性能远不如其他金属及合金。由于挤压时金属处于强烈的三向应力状态，有利于提高金属的塑性，因此，可对镁合金进行挤压成形。镁合金室温下塑性很低，只有4%~5%，难以进行塑性加工。在200℃以上塑性明显提高，225℃以上塑性提高的幅度很大，故易在200℃以上成形。但挤压温度过高时很容易产生腐蚀和氧化， 因此， 镁合金的加工范围较窄， 一般在300℃~450℃之间，这里选用380℃进行挤压。

5、模具预热温度

在挤压过程中当镁合金与模具接触时， 若坯料的温度降低过多， 制品容易出现裂纹，所以必须对挤压模具进行预热。由于采