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1、AZ61镁合金丝的挤压模具设计 班级学号 姓名 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。 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73、挤压力的计算74、挤压温度 85、模具预热温度 96、挤压速度 97、润滑剂 98、模具材料109、凹模的确定与绘制1110、凸模设计 16四、设计感想 20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
2、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。 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
3、成分元素AlZnSiFeCuMnNiMg含量6.110.870.0180.00490.00150.250.001余量针对镁合金塑性差、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
4、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。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
5、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+t)式中D0室温时的毛坯直径，mm； 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/D5，取坯料长度40mm。 即坯料为9.940的圆柱形坯料2、挤压比 挤压
6、比G G=D/d=24.5 取G=253、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Pp=Cnb 拘束系数
7、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401.81.61.521.52602.62.61.72.21.72.2803.64.01.82.21.82.2断面收缩率A=（A0-A1）/A0=（9.99.9）-（22）/ （9.99.9）=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b=300MPa，则P=3003.62=2160MPa 则凸模所需要传递的力F=PA=21601069.9210-6/4=16.62KN, 由于挤压机能力有5.88MN、11.76MN、15.97MN、19.60MN、34.30MN等，故选择19.60M
8、N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300450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。由于采用等温挤压的工艺，装模之后的模具温度应与坯料相
9、同，为补偿装模过程中的温度降低，模具的加热温度要略高于坯料温度，这里加热到400C。6、挤压速度挤压速度对变形抗力及塑性有很大的影响 ，必须认真控制才能有利于金属的流动， 结合AZ61 镁合金对挤压速度敏感的特性和生产效率， 本实验将镁合金管材成形的挤压速度控制在2mm/s左右。7、润滑剂 采用热挤压法生产镁合金焊丝时，为了减轻坯料与挤压筒及凹模之间的摩擦，防止粘模，必须采用润滑剂，以利于金属流动，降低挤压力。而热挤压加工中的摩擦特点是模具在高温、高压工况下工作，润滑条件恶劣，摩擦机制多变而复杂。为此，必须寻找一种有效的润滑方法。目前，挤压工况下常用石墨做润滑剂 ，其一是因为石墨具有高温稳定性
10、 ，其二是因为石墨易形成薄的隔离层 ，并在模具表面有较好的吸附能力。8、模具材料温挤压模具在挤压成形过程中，要经受高压及变形热的作用，最大单位压力较高，生产时模具温度高达400多度。所以温挤压模具应具有以下特点，具有抗中温破坏的足够的硬度、强度、与韧性。在反复变形力和热的作用下，必须具有高的抗磨性、耐疲劳性.模具工作部分易损零件应装拆方便，固定可靠。在模具上应设计循环冷却系统，是凸模、凹模等模具工作零件充分冷却。所选的模具材料应具有良好的加工工艺性。表2-3 温挤压模具材料模具材料淬火温度/回火温度/使用硬度HRC温挤压温度/Cr12MoV1000-1050（空冷）450-55055-5820
11、0-400W18Cr4V1200-1240(油冷)550-70050-63200-800W6Mo5CrV21160-1270（油冷）550-68050-63200-8003Cr2W8V1150-1250（油冷）550-60048-52650-8505CrNiMo830-870（油冷）450-57048-52650-850 经过考虑度方面的因素，这里选择高速钢W18Cr4V。9、凹模的确定与绘制、模孔尺寸的确定对于管材和棒材模由公式：A=A0(1+k) 其中A0为所生产的线材的直径，k是模孔裕量系数，由表：不同金属模孔裕量系数金属种类模孔裕量系数/%紫铜1.5黄铜1.01.2青铜1.7L1L7，
12、LF2，LF3，LF21，LD2，LD31等1.01.2LF5，LY11，LY12，LD5，LD8，LC40.71.0MB1，MB2，MB151.01.2高镁合金1.01.2这里取值为1.1%，则A=A0(1+k)=21.011=2.022mm：、工作带h的确定 工作带太长，挤压时金属残料容易粘接到工作带表面，导致表面出现划伤、毛刺、麻面、搓衣板型波浪等缺陷。同时模具与被挤压金属间的摩擦力增大，金属流速变慢，挤压力增大；工作带过短，模孔的磨损加快，制品尺寸不稳定，出现超差现象，且因金属流速较快导致制品断面各部分金属流动不均匀而形成波浪、扭曲、弯曲等缺陷。这里取h=3mm。 、模具出口部位结构尺
13、寸模具的出口部分是保证制品顺利通过模具并确保表面质量的重要通道。模具出口部位又称为模口空刀，也是指模具出口尺寸大于模具工作带对应的模孔部分。温挤压时D2=d1+(0.20.4mm) 其中d1为定径带尺寸。这里取D2 = d1 + 0.4mm = 2.022 + 0.4 = 2.422mm.模口空刀的高度h3=（0.51.0）Dt，这里可取h3=7mm。 模具入口处圆角半径（r）模具入口处圆角是指被挤压金属进入工作带时，模具工作端面与工作带表面间形成的拐角。这个拐角若尖棱角时，挤压过程中则易开裂、压堆，从而改变模孔尺寸，难以保证挤压制品的尺寸精度，因此必须采用过渡圆角。制作入口圆角半径，还可以防
14、止低塑性合金在挤压时；表面产生裂纹，减小金属流入模孔时的非接触变形。但圆角增大接触摩擦面积，引起挤压力增加。模具入口处圆角半径金属种类铝合金紫铜、黄铜白铜镍合金镁合金铜钛合金入口圆角处0.400.75254810151338这里取2mm。、挤压筒尺寸由于镁合金的挤压比取=25，由=Ft/f 其中Ft为挤压筒内腔断面积，f为挤压制品断面积，产品的直径为2mm，则可得挤压筒内径Dt=10mm。坯料直径应略小于挤压筒直径，但由于挤压前加热且镁合金的线膨胀率较大，这里坯料直径为h0 = 9.9mm，由有公式h/D坯5，因此可取h=40mm。挤压筒高度h2 = h0+R+r+（310） =40+2+3+
15、5=50mm、凹模类型的选择和外部尺寸的确定 此模具是镁丝挤压模具，可设计成平模； 由于对此模具所施加的挤压力较大，达到2000Mp以上，这里采用三层预应力组合凹模。 凹模的总直径比a一般为46，这里取5，即a41=d4/d1=5,可得d4=50mm，又有公式a21=0.07a41+1.15 = d2/d1和 a32=0.1a41+1.2=d3/d2,由此可算出d2=15mm，d3=25.5mm 组合凹模需要一定的径向过盈量，当凹模的总直径比为5时，查图标可得径向过盈量系数2=0.0105，,3=0.0046，由公式2=2d2=0.010515=0.16mm3=3d3=0.004625.5=0
16、.12mm 加工时应严格保证过盈量。、凹模厚度H的确定 凹模厚度是由挤压筒的高度h2、定径带的高度h、模孔空刀的高度h3三部分组成的。即H=h2+h+h3=50+3+7=60mm其图形如下：10、凸模设计正挤压凸模的形式主要有五种，最常见的4种形式如下：a、凸模工作部分直径的确定正挤压凸模的作用主要是传递挤压力，设计时应考虑其强度。在凸模和凹模之间应具有合适的间隙，这是因为：a要避免在挤压后零件上形成毛刺，这就要求较小的间隙，这一点在挤压比较软的有色金属材料时特别重要；b为必须保证挤压时由于凸模弹性变形而产生的直径增大，凸、凹模之间仍要有一定的间隙。有公式d=D-(0.10.15)=9.9mm
17、b、凸模工作部分高度的确定 此高度是由挤压工作行程+卸料板厚+10mm左右确定，同时考虑到工作时凸模的工作强度，此高度应小于7d，取H=60mmc、凸模工作断面形状的确定平底的圆柱形凸模，是正挤压凸模中最基本、最简单的，常用语实心件的正挤压，有时为了达到适宜的金属流动和较小的压力要求，是润滑剂得到良好的分配，提高凸模的稳定性和防止发生纵向裂纹，可将凸模的工作端面稍稍隆起使之带有很小的锥度。锥度一般在120o180o，这里选择150o其它相关尺寸见下表 正挤压凸模尺寸计算简表图示说明：D为凹模内腔直径参数dd1d2h公式D-（0.10.15）（1.21.7）d（1.82.0）d（11.5）d11
18、5o参数HRrh2公式7d120o180o（0.10.2d）0.51.5（0.20.3）d因此：d1=1.29.881.79.88=14mm，d2=18mm，h=16mm，=15o， R=1mm，r=1mm，h2=3mm。绘制的凸模如下 四、设计感想 在这次课程设计作业的过程中由于在设计方面我们没有经验，理论基础知识把握得不牢固，在设计中难免会出现这样那样的题目，如：在计算方面出现的误差，找不到设计的重点等，幸好得到了金老师的指点，找到了方法，把题目解决了；再次，在工艺方面也比较薄弱，工艺的选择及分析等方面都碰到了困难，在网络的帮助下都一一解决了。这些都暴露出了我在这些方面知识的欠缺和经验的不足。对于我来说，收获最大的是方法和能力；那些分析和解决题目的能力。在整个课程设计的过程中，我发现我们学生在经验方面十分缺乏，空有理论知识，没有理性的知识；有些东西可能与实际脱节。总体来说，我觉得像课程设计这种类型的作业对我们的帮助还是很大的，它需要我们将学过的相关知识系统地联系起来，从中暴露出自身的不足，以待改进！
