【文章內(nèi)容簡介】 .............................. 33 致 謝 ................................................................................................................. 34 1 第一章 概述 鋁合金擠壓技術(shù) 的概況 隨著科技和國民經(jīng)濟的 不斷 發(fā)展，鋁合金 型材 擠壓 所使用的 工模具產(chǎn)業(yè)技術(shù)有了 非常的進步過程 。 工模具的材料品質(zhì)影響著鋁合金的擠壓技術(shù)的 。工模具的合理使用 是實現(xiàn)擠壓工藝過程的基礎(chǔ) ： 模具是保證產(chǎn)品成型 ， 具有正確尺寸、形狀、精度的基本工具，工具和模具是保證產(chǎn)品內(nèi)外表面質(zhì)量的最重要的因素之一 [1]。合理的工模具結(jié)構(gòu)、形狀和尺寸，在一定程度上可 影響 產(chǎn)品的內(nèi)部組織和力學性能。擠壓筒、擠壓軸、擠壓墊片和模子的結(jié)構(gòu)形狀與尺寸對擠壓時金屬流動景象、擠壓速度和擠壓力都有很大的影響，合理的工模具設(shè)計對提高裝卸與更換速度 、減少輔助時間，改善勞動條件和保證生產(chǎn)安全等方面有重要的意義 [1]。擠壓用工模具的發(fā)展實際上伴隨擠壓技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展。 中國 開始建立起獨立的鋁合金擠壓工業(yè)開始于 1949 年 ， 80 年代中期是中國鋁型材擠壓工業(yè)大發(fā)展的第一個時期，在 1984~1986 年中期，生產(chǎn)企業(yè)由 69 個增加到 175 個，年平均增長率為 61％ 。據(jù)初步統(tǒng)計，中國的鋁合金擠壓型材產(chǎn)量為 萬噸， 2020 年鋁加工材產(chǎn)量達 766 萬 t/a，成為世界最大的擠壓材料生產(chǎn)國。鋁合金加工材由主要的為軍工服務(wù)轉(zhuǎn)為軍民兩用的方向，除航空航天工業(yè)外，建筑、 交通和日常 生活用品 等部門對鋁的需用量越來越大。 與國外先進水平相比，我國鋁型材擠壓技術(shù)還有非常大的差距。 鋁擠壓技術(shù)的發(fā)展趨勢 國內(nèi)外鋁擠壓技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢如下： (1)工藝裝備向大型化、現(xiàn)代化、精密化和生產(chǎn)線自動化方向發(fā)展。擠壓設(shè)備主要是指擠壓機及其配套裝置，是反應(yīng)技術(shù)水平的重要指標 ， 大型優(yōu)質(zhì)圓、扁擠壓筒與特種模具技術(shù)的突破性進展 [1]。 (2)電子計算機用于擠壓模具的設(shè)計和制造（ CAD/CAM 技術(shù)）， 可以增強擠壓鋁型材使用工模具的品質(zhì)和使用壽命。 (3)擠壓工藝的不斷改進和完善。 目前 出 現(xiàn)了 增強擠壓過程中新的好的工藝方法 ， 優(yōu)點有： 提高擠壓速度和 擠壓時的 生產(chǎn)效率、提高 產(chǎn)品質(zhì)量 、 節(jié)約資源和經(jīng)費使用等 。 (4)鋁擠壓材的產(chǎn)品 的材料 結(jié)構(gòu) 有了大的進步 。由于鋁合金擠壓材的產(chǎn)量、品質(zhì)和規(guī)格不斷擴大，其 使用愈來愈廣泛 ， 在國民經(jīng)濟和生產(chǎn)過程中有著重要的作用。 鋁合金門窗的特點和發(fā)展趨勢 鋁合金門窗的特點 鋁合金門窗是鋁合金型材 經(jīng)過表面清潔處理等 ，經(jīng)下料、打孔、銑槽、攻絲、制作待加工工藝而制成的門窗框料構(gòu)件，再用連接件、密封材料和開閉五金配件一起組合裝配而成的 [2]。 鋁合金門窗適用于 對 密閉、保溫、隔聲要求 比 2 較高 的賓 館、辦公樓、圖書館以及居民所住房間等具有現(xiàn)代化特色建筑的門窗工程。其種類非常多，根據(jù)產(chǎn)品材料不同，分類有 推拉門窗、固定窗、平開門窗、百葉窗、紗窗等，其中以推拉門窗 等使用比較廣泛 。 和 普通木門窗相 對 比， 鋁合金門窗優(yōu)點顯著：門窗的 質(zhì)量非常輕便 、 強度比較高 、密閉性 也非常 好、 在 使用中 門窗 變形 很 小、 非常 美觀、 材料 耐腐蝕 性好 、使用維修 都比較 方便、便于 日常生活和 工業(yè)化生產(chǎn)。 鋁合金門窗的發(fā)展趨勢 中國的建筑門窗產(chǎn)業(yè)市場中，鋁門窗產(chǎn)品使用最為廣泛，占總體的一半以上。隨著近 些來建筑行業(yè)的不斷發(fā)展和壯大，鋁合金門窗生數(shù)量越來越多，據(jù)統(tǒng)計2020 年我國的鋁合金門窗產(chǎn)量為 億平方米， 2020 年 億平方米， 2020 年為 億平方米，因此中國是名副其實的門窗生產(chǎn)大國 [3]。盡管近年來鋁合金門窗在低檔次產(chǎn)品的沖擊下，市場表現(xiàn)疲軟，但未來在房地產(chǎn)業(yè)發(fā)展的帶動下，因鋁合金門窗的耐腐蝕性、變形量小、防火性強、使用壽命長、 環(huán)保 節(jié)能等特性，決定其仍是今后市場上的主流。鋁合金 門窗由于重量輕、強度高、使用性能好、裝飾強、經(jīng)濟耐用、無污染、能回收再利用而成為我國主要的建筑門窗產(chǎn)品，廣泛應(yīng)用于從高檔公共建筑到一般的民用住宅和工業(yè)廠房 [3]。未來的建筑門窗產(chǎn)業(yè)的主流必然是 鋁合金型材 類的門窗 。鋁合金門窗向高新技術(shù)、多功能 的方向 發(fā)展，首先 要求更新更好的鋁型材 ，來滿足 以后門窗 發(fā)展需 求 。 鋁合金門窗的發(fā)展趨勢 擠壓模具種類和 特點 擠壓鋁型材的模具可分為平面模和空心模?？招哪Ｓ挚煞譃槠矫娣至鹘M合模、星形組合模和舌型模等，其中平面分流組合模在日常生產(chǎn)中使用最為廣泛，占 95%以上 [2]。 平面模用于擠壓實心鋁型材，模子可以設(shè)計的很薄，在 以下的中小型擠壓機上適用的模子可以做到 20~25mm， ~ 擠壓機用的模子厚度可以取 30mm 左右。為了保證模子強度和制品尺寸的準確性、穩(wěn)定性，要增加模墊的厚度或者數(shù)目。 平面分流組合模多數(shù)情況下用于擠壓空心的型材，因為加工過程中需要二次加工，因此所需要的擠壓力會很大，要注意擠壓時別造成悶車。它的特點：材料的成品率比較高，模具容易加工制造，生產(chǎn)操作很方便，能生產(chǎn)各種高精度、高光潔表面的、形狀復雜的空心型材。缺點就比較明顯修理工模具 和清潔殘下廢料就相對困難一點。 星型組合模適用于外形尺寸較大的空心型材，但是擠壓力較分流組合模的小，型材成品率高，殘料清理比較容易，但是模子加工比較困難。 相比之舌形模由于剩余殘廢料很長，型材成品率很低，模具加工難度一般，但是擠壓阻力較小，清理殘料容易，修模方便，因此多用與需要擠壓力較大的品質(zhì)要求較高的薄壁空心型材。 3 研究的目的和意義 與國際先進水平 相比我國所表現(xiàn)出的距離 ： （ 1） 擠壓 模具材料的 種類 、 品質(zhì) 和使用壽命 等特點 落后國際先進水平，與此相關(guān)的 材料 熱處理 技術(shù)和 表面處理技術(shù) 相比較也是比較落后的 ， 因此 導致我國 模具的使用壽命僅為國際先進水平 一下 ； （ 2） 模具 設(shè)計理論、 加工 方法和 材料 結(jié)構(gòu)選擇 等 方面 與國際先進水平也有很大距離 ， 比如德國 在熱擠壓模擬技術(shù)、虛擬設(shè)計及軟件開發(fā)等方面有了許多創(chuàng)新的亮點，基本上實現(xiàn)零試模或可大大減少試模次數(shù)，我國 目前情況還沒有 達到這種技術(shù)； （ 3） 在模具結(jié)構(gòu) 的高效 創(chuàng)新和精密 實用的 現(xiàn)代化加工 2 個方面 距離國際先進水平也有很大差距 ，國外已經(jīng) 研制 出 許 多先進的結(jié)構(gòu)模具，加工精度達到了 非常 高 的 水平， 結(jié)構(gòu)非常 復雜的多孔、多腔空心型材模和多孔超精密復雜模等 很早已經(jīng)投入 生產(chǎn)，產(chǎn)品 的品質(zhì)還 十分穩(wěn)定，我國 目前情 況尚處于 起步階段。本設(shè)計目的是熟悉所學的對擠壓模具工藝設(shè)計的知識，增 強 自身 實際 操作設(shè)計的經(jīng)驗，為以后從事模具設(shè)計 等 方面的工作和學習打下堅實的基礎(chǔ)。 由于 國內(nèi)擠壓模具技術(shù)水平還有待提高，這更需要我們這些模具專業(yè)方面的當代大學生努力學習、突破、創(chuàng)新。因此推拉窗 88822 鋁合金型材熱擠壓模設(shè)計正是一次展現(xiàn)自己所學知識，鍛煉自己能力的機會。 4 第二章 擠壓產(chǎn)品的工藝分析 產(chǎn)品代號及設(shè)計要求 產(chǎn)品代號： TLC88822 牌號及狀態(tài)： 6063 T5 密 度： 壁 厚： 米 重 ： 技術(shù)標準： 擠出長度： 50m 產(chǎn)品形狀如右圖 21 所示。 產(chǎn)品形狀及結(jié)構(gòu)分析 形 狀 和 尺 寸 分 析 圖 21型材尺寸圖 按形狀尺寸變化特征，型材分為橫斷面型材和變斷面型材。橫斷面型材可分為實 心型材、空心型材、壁板型材和建筑門窗型材，很明顯本次設(shè)計的屬于建筑門窗型材。型材斷面大小用外接圓來衡量，擠壓力的大小和外接圓的面積成正比關(guān)系。 根據(jù)型材斷面形狀可為實心型材，半空心型材和空心型材 ,如圖 22所示。 （ 1）實心型材，一般的角型、槽型等型材； （ 2）半空心型材，根據(jù)斷面形狀分為半空心型材 I 級、半空心型材 II 級，半空心型材 III 級。 （ 3）空心型材根據(jù)斷面形狀也可以分為三級：空心型材 I 級，空心的部分是圓形，直徑較小，斷面形狀是對稱的，或內(nèi)徑較小，外形是不對稱的；空心型材II 級，除 I 級以外的外接圓直徑不大于 130mm，只有一個非圓形空心部分；空心型材 III，除 I、 II 外的所有空心型材，壁厚是均勻的，其空心斷面是完整或多孔[2]。 經(jīng)測量本次設(shè)計型材斷面外接圓直徑是 Φ=115mm，只有一個不對稱的階梯形空心部分屬于典型的空心型材 II 級。型材斷面比較復雜，一般多采用平面分流組合模。 5 圖 22 型材按斷面分布圖 a— 實心型材； b— 半空心型材； c— 空心型材 尺寸偏差的選擇 圖 23 型材尺寸公差圖 6 由于鋁合金建筑型材是熱擠壓型材，其尺寸偏差有特殊性。型 材斷面積的尺寸偏差由 技術(shù)標準： 可得 允許偏差分普通級、高精級和超高精級 。本次 由于本設(shè)計產(chǎn)品沒有標注尺寸偏差值，則公差按普精級，尺寸偏差可查表21。 產(chǎn)品厚度 達到要求，壁厚尺寸偏差為 177。擠壓件截面的過渡處應(yīng)避免尖角，因為銳角處金屬流動困難，阻力升高，模具轉(zhuǎn)角處容易磨損和開裂。因此本設(shè)計的擠壓型材有過渡圓角，這樣比較適合擠壓生產(chǎn)。其各部分尺寸如圖23 所示 。 表 21 普通級 型材 截面 尺寸 允許 偏差 （ ） 序號 指定部位尺寸 /mm 允許偏差（ 177。） /mm 金屬實體不小于 75%的部位尺寸 空間大于 25%，即金屬實體小于 75%的所有部位尺寸 3 欄以外的所有尺寸 空心型材包圍面積不小于 70mm2 時的壁厚 測量點與基準邊的距離 L 6 ～ 15 15～ 30 30～ 60 60～ 100 100～ 150 150～ 200 1 欄 2 欄 3 欄 4 欄 5 欄 6 欄 7 欄 8 欄 9 欄 1 ≤ — — — — — 2 ＞ ～ 2.00 — — — — 3 ＞ ～ 3.00 — — — — 4 ＞ ～ 4.00 — — — 5 ＞ ～ 6.00 — — — 6 ＞ ～ 1 — — 7 ＞ ～ — — — 8 ＞ ～ — — 9 ＞ ～ — — 10 ＞ ～ — 11 ＞ ～ — 12 ＞ 0～ — 注：表中指定部位尺寸為 ～ 的型材壁厚偏差要求是強制性的。 a 除另有說明本標準提到的空心型材包括通孔未完全封閉且空心部分面積大于開口寬度平方數(shù) 2 倍的型材。 7 6063鋁合金 在生產(chǎn) 建筑鋁門窗 中使用較多， 它的優(yōu)點有：材料 加工性能很好 、可焊接性 很優(yōu)良 、電鍍性 很好 、抗腐蝕性 非常好 、 有 韌性， 容易進行 拋光處理 、 陽極氧化效果 很好 ，是典型的擠壓合金。其主要的力學性能為 抗拉強度不小于 150MPa； 伸長應(yīng)力不小于 110MPa； 伸長率 不小于 7%， 注：棒材室溫縱向力學性能 ,試樣尺寸：直徑 ≤。 6063 鋁合金是 ALMgSi 系中具有中等強度的可熱處理強化合金， Mg 和 Si是主要合金元素， 合金中 Mg 和 Si 的含量變化直接影響了材料的品質(zhì) 。 Mg 的作用和影響是 Mg 和 Si 組成 一種熱處理強化的化合物 Mg2Si， Mg 的含量 越少 ，Mg2Si 的數(shù)量就 越少 ，熱處理強化效果 相應(yīng)減少 ，型材 材料 的抗拉強度 降低 ， 因此變形抗力相應(yīng)變大 ，合金的塑性 上升 ，加工性能變 的容易 ， 材料 耐蝕性 能變好 。Si 的作用和影響是 Si 的數(shù) 量應(yīng)使合金中所有的 Mg 都能以 Mg2Si 相的形式存在，以確保 Mg 的作用得到充分的發(fā)揮。隨著 Si 含量增加，合金的晶粒變細，金屬流動性增大，鑄造性能變好，熱處理強化效果增加，型材的抗拉強度提高而塑性降低，耐蝕性變壞 [4]。 T5 的意思就是在 高溫成型 的 過程 中受到 冷卻， 再 進行人工 的 時效狀態(tài)。適用于由高溫成型過程冷卻后，可進行矯直、矯平，但不影響力學性能極限，予以人工時效的產(chǎn)品 [4]。 6063 合金在 T5 狀態(tài)下，融化溫度為 615~655℃ ，相對腐蝕敏感性為 1，擠壓性能、抗蝕性、可焊接性和抗應(yīng)力腐蝕開裂性都很優(yōu)良，切 削性能和成型性能一般。 成形工藝分