基于数值模拟研究铝合金管材挤压
过程中的金属流动规律及模具优化设计文献综述
1.铝合金分类及铝合金挤压现状
纯铝的密度为ρ=2.7g/cm3，约是铁的1/3，熔点为660℃，铝是面心立方结构，故具有很高的塑性（δ：32～40%，ψ：70～90%），易于加工，可制成各种型材、板材，并且具有极好的抗腐蚀性能；但是纯铝的强度很低，退火状态σ
b 值约为8kgf/mm2，故不宜作结构材料。通过长期的生产实践和科学实验，人们逐渐以加入合金元素及运用热处理等方法来强化铝，这就得到了一系列的铝合金。添加一定元素形成的合金在保持纯铝质轻等优点的同时还能具有较高的强度，σ
b 值分别可达24～60kgf/mm2。这样使得其“比强度”（强度与比重的比值σ
b
/
ρ）胜过很多合金钢，成为理想的结构材料，铝合金密度低，但强度比较高，接近或超过优质钢，塑性好，可加工成各种型材，具有优良的导电性、导热性和抗蚀性。近几十年来发展十分迅速，在国民经济和人民生活各领域获得了十分广泛的应用，成为仅次于钢材的第二大金属材料。
2002～2010年间，全国铝合金产量如表1所示。
表1 2002-2010年中国铝合金产量及增长速度统计
从表中可以看出，2002-2010年间，全国的铝合金产量呈上升趋势。随着加工技术，产品性能的提高，铝合金的产量将继续增大，其应用必定会更加广泛。
1.1铝合金的分类
铝合金分两大类：铸造铝合金，在铸态下使用；变形铝合金，能承受压力加工。可加工成各种形态、规格的铝合金材。主要用于制造航空器材、建筑用门窗
等。铝合金挤压所用的材料一般均为变形铝合金。
1.1.1铸造铝合金
铸造铝合金（cast aluminium alloy）是指适于熔融状态下充填铸型获得一定形状和尺寸铸件毛坯的铝合金，可按成分中铝以外的主要元素硅、铜、镁、锌分为四类，代号编码分别为100、200、300、400。
(1)铝硅系合金，也叫“硅铝明”或“矽铝明”。有良好铸造性能和耐磨性能，热胀系数小，在铸造铝合金中品种最多，用量最大的合金，含硅量在10％～25％。有时添加0.2％～0.6％镁的硅铝合金，广泛用于结构件，如壳体、缸体、箱体和框架等。有时添加适量的铜和镁，能提高合金的力学性能和耐热性。此类合金广泛用于制造活塞等部件。
(2)铝铜合金，含铜4.5％～5.3％合金强化效果最佳，适当加入锰和钛能显著提高室温、高温强度和铸造性能。主要用于制作承受大的动、静载荷和形状不复杂的砂型铸件。
(3)铝镁合金，密度最小(2.55g/cm3)，强度最高(355MPa左右)的铸造铝合金，含镁12％，强化效果最佳。合金在大气和海水中的抗腐蚀性能好，室温下有良好的综合力学性能和可切削性，可用于作雷达底座、飞机的发动机机匣、螺旋桨、起落架等零件，也可作装饰材料。
(4)铝锌系合金，为改善性能常加入硅、镁元素，常称为“锌硅铝明”。在铸造条件下，该合金有淬火作用，即“自行淬火”。不经热处理就可使用，以变质热处理后，铸件有较高的强度。经稳定化处理后，尺寸稳定，常用于制作模型、型板及设备支架等。
铸造铝合金具有与变形铝合金相同的合金体系，具有与变形铝合金相同的强化机理﹙除应变强化外﹚，他们主要的差别在于：铸造铝合金中合金化元素硅的最大含量超过多数变形铝合金中的硅含量。铸造铝合金除含有强化元素之外，还必须含有足够量的共晶型元素﹙通常是硅﹚，以使合金有相当的流动性，易与填充铸造时铸件的收缩缝。
为了获得各种形状与规格的优质精密铸件，用于铸造的铝合金一般具有以下特性。
（1）有填充狭槽窄缝部分的良好流动性；
（2）有比一般金属低的熔点，但能满足极大部分情况的要求；
（3）导热性能好，熔融铝的热量能快速向铸模传递，铸造周期较短；
（4）熔体中的氢气和其他有害气体可通过处理得到有效的控制；
（5）铝合金铸造时，没有热脆开裂和撕裂的倾向；
（6）化学稳定性好，抗蚀性能强；
（7）不易产生表面缺陷，铸件表面有良好的表面光洁度和光泽，而且易于进行表面处理；
（8）铸造铝合金的加工性能好，可用压模、硬模、生砂和干砂模、熔模石膏型铸造模进行铸造生产，也可用真空铸造、低压和高压铸造、挤压铸造、半固态铸造、离心铸造等方法成形，生产不同用途、不同品种规格、不同性能的各种铸件。
但是铝的化学性质比较活泼，熔炼过程中易与水气反应，氧化并吸氢。氢在铝合金中从液态到固态的饱和溶解度相差近17倍。因此，铝合金铸件易产生针孔和夹杂等缺陷[1]。使得产品的性能难以稳定。
1.1.2变形铝合金
变形铝合金可以按其特征进行一下几种分类：
（1）按照抗拉强度的高低分为：低强度（σ
b <294MPa）、中等强度（σ
b
=294～
441MPa）和高强度（σ
b
>441MPa）铝合金；
（2）按照热处理强化程度分为：热处理强化铝合金和热处理不强化铝合金；
（3）按照焊接性能分为：可焊铝合金，在熔化焊接是时，能够保持或者仅稍微改变其力学性能；不可焊铝合金，在熔化焊接时，合金的强度、力学性能显著降低；
（4）按照抗腐蚀性能分为：高抗蚀性（在大气条件下和海水中抗一般腐蚀性能和抗应力腐蚀性能高）、中等抗蚀性和滴抗蚀性铝合金。
几种典型挤压铝合金及其特性。
（1）1035合金。
1035合金是含0.7%以下杂质的工业纯铝，其中主要杂质是铁和硅。铁和硅以及某些其他金属杂质能略微提高强度，但显著的降低了合金的塑性和导电性能。随着杂质含量的减少，合金的抗蚀性逐渐提高。
（2）3A21合金。
3A21合金是Al-Mn二元系中的变形合金，具有极高的抗蚀性。3A21合金的半成品能够很好的进行气焊、氢原子焊、氩弧焊和接触焊，且焊缝的抗蚀性与基体金属相同。在冷状态和热状态下合金的变形性能好，热变形的温度范围很宽（320-470℃）。热处理方法不能强化，合金型材在退火或热挤压状态下供应。
（3）5A06合金。
5A06合金属于Al-Mg-Mn 系合金，在室温及高温下，都具有很高的塑性；在各种介质中，都具有很高的抗蚀性。其良好的抗蚀性和可焊性使它在造船工业中得到广泛的应用。该合金的焊缝具有高的强度及塑性性能。室温下，焊接接头的强度可达到基体金属强度的90%-95%。
（4）2A12合金。
2A12合金是应用最广泛的一种硬铝合金，属于Al-Cu-Mg-Mn 系四元合金。该合金可以用热处理的方法剧烈强化。主要强化相是S(Al 2CuMg)和CuAl 2。合金在热状态和冷状态下均能很好的变形。热变形可以在很宽的温度范围内进行
（350℃-450℃）进行。无论在退火还是淬火状态下，合金都能在室温下进行变形。
（5）6063合金。
6063合金是Al-Mg-Si 系合金中的典型代表，具有优良的可挤压性和可焊性，是建筑门窗型材的首选材料。在塑性加工的温度-速度条件下，塑性性能和抗蚀性高；没有应力腐蚀倾向。在焊接时，其抗蚀性实际上不降低。6063合金的主要强化相是Mg 2Si 和AlSiFe 。淬火及人工时效之间的间隔时间对6063合金的强
化程度有显著的影响。本论文将选用6063合金作为研究对象。
1.2变形铝合金的可挤压性
定性的评价金属的挤压能力可以用一综合指标——可挤压性指数来表示。可挤压性的含义是指合金以高流出速度、大变形程度和低单位挤压压力进行挤压的相对能力。其影响因素主要包括合金的特性和断面形状复杂程度[2]。
实用中一般采用以6063合金为一个单位，与其他的合金相比较。该方法往往由于挤压条件的不同，得出的结果也不一样。可挤压性指数Z 与挤压基本参数之间的关系式如下所示：
f k V f C
Z ln 1σ=
式中 C ——比例系数; V f ——制品流出速度，m/min;
σk ——合金的变形抗力，MPa ；
f 1——型材断面复杂程度系数。
若取6063合金的可挤压性指数为100，则按上式计算出的铝合金的可挤压性指数如表2所示[3]。按可挤压性指数的大小，铝合金可分为三组：易挤压合金，Z>100；中等可挤压合金，Z=100～50；难挤压合金，Z<50。
表2 部分工业铝合金的可挤压性指数（平均值）
可挤压性指数是一种相对值，其主要意义在于相对大小的比较，单纯考虑某一合金的可挤压性数值的大小并无多大实用意义。
比较不同铝合金材料挤压条件，可以确定出一个变形抗力与最大挤压流出速度之间的近似经验计算式：
2
1
k f k V σ=
式中，k 为经验系数。即合金的变形抗力越高，可达到的最大挤压流出速度就越小。
可挤压性除与合金的特性有关外，还与型材断面形状的复杂程度有关。型材断面形状越复杂，变形不均匀程度增加，会导致挤压力增大，流出速度减小。型材断面的复杂程度一般用型材断面的周长与断面积之比f 1来表征，此比值称为
形状系数或型材断面复杂程度系数[4]。
1.3铝合金管材的生产现状与发展趋势
1.3.1我国铝挤压材生产现状
中国铝挤压工业起步于上世纪50年代初,1956年东北101厂建成投产，
1968-1969年西北铝和西南铝建成投产，这三家工厂的挤压生产线都是按铝及铝合金管、棒、型、线材设计生产，主要用于航空和军工铝材生产。上世纪80年
代，我国快速建成建筑铝门窗型材生产体系，随着中国房地产行业的蓬勃发展,国内市场对建筑铝型材的需求呈逐年上升之势。进入2000年以来,随着中国汽车及轨道车辆制造业、电力、机械装备制造业、家电等行业的快速发展,对铝型材的需求也在不断增加,导致种类和应用领域繁多的工业用铝型材得到了国内外铝挤压材生产企业的大力开发,成为推动全行业继续向前健康发展的新的增长领域。目前，我国已成为全球铝挤压材生产最多的国家，也是铝挤压材消费最多的国家[5]。
近年来中国铝挤压材的产量、出口量和表观消费量均快速增长,2001年- 2007年间的年增长率分别为1719%、5318%和1416%。挤压材供应增长幅度略快于消费增长速度,出口持续稳定地高幅度增长,铝型材和铝管材分别在2001年和2004年实现净出口,铝挤压材产量从2001年开始位居全球首位。根据CRU的统计,2006年美国、加拿大和整个欧洲的铝挤压材总产量为467万t,中国为450
万t,中国在总产量方面远远高于西方各个国家。在消费方面,中国目前已经成为全球第一大铝挤压材消费国,2006年全球铝挤压材的总消费量约为1050万t,中国为39113万t,约占全球总消费量的3713%。
铝挤压材中型棒材占90%以上，其中通用型材以及中小型民用建筑型材占型棒材的90%以上，大中型型材和特种专用管材仅约占10%。管材约占铝合金挤压材的10%，而异型管材和特种专用管材约占管材的20%。由此可见，铝及铝合金挤压材中产销量最大，应用范围最广泛的是中小型民用建筑型材、通用型材和棒材、管材。
1.3.2铝合金管材的应用现状与发展趋势
（1）办公机械用感光鼓铝合金管材
高纯、高精、高表面感光鼓用铝合金管材是打印机、复印机、扫描仪等办公机械的核心部件——感光鼓的基体材料，也可推广应于电子、光学仪器等不同领域，应用领域与应用前景十分广阔。近年来，办公机械产业向轻量化、小型化、高速化、清晰化、低成本等方向发展，用铝量大大增加。高速化、清晰化等对铝合金管材的尺寸精度和表面质量提出了更高的要求。
随着信息产业和电子产业的高速发展，办公机械耗材业的发展进入快车道，处于高速增长期。目前，全球OPC（有机光导体）精密铝管材年总需求量在30万吨左右，国内需求量在5万吨左右，且需求量的年增长率都在5%以上。OPC
专用精密铝合金管材可用6063合金生产，也可用3003合金生产，但对材质的成分、纯度和杂志含量要求特别严格，对产品的内外组织和表面质量要求特别高，
对尺寸公差也要求严格，因此，技术含量高，生产难度大，虽然国外已有成熟的工艺，但仍不能满足市场需求，国内的生产水平与国际先进水平相比仍有一定差距，急需加大力度研制开发，以满足我国国民经济的高速持续发展的要求[6]。
（2）铝合金经济断面管材
随着经济与科学技术的发展，简单的圆管已经不能满足要求，因此，经济断面管材的研制与开发便应运而生了。目前，国外铝合金经济断面管的品种数量、生产规模和质量水平都有了很大的发展。铝合金经济断面管主要分为异型断面管、变直径和变壁厚管、特薄壁管三种，其主要特点是能最大限度满足零件的强度及硬度要求，可按强度来设计各种零部件，不仅有可靠的安全性，而且能大大减轻零件的重量，降低金属损耗，减少加工工时和减轻劳动量，降低成本，提高社会效益和经济效益。
近年，美、日、德、俄罗斯等国用挤压-轧制-拉伸或挤压-变径旋压法制造的空心等壁厚或变壁厚的锥形电线杆、旗杆、灯杆，不仅符合等强度构件的要求，而且大大节约了金属材料，节省加工工作量，减少了运输、安装和维护费用，是一种典型的经济断面管。据不完全统计，全球年需求量在50万吨以上，国内也需要5万吨以上。工业发达国家虽然已研发出生产各种经济断面管材的生产方法和技术，但仍不能大批量稳定的生产。而且有些品种仍在研制之中。我国在制造大型复杂的经济断面铝合金管材方面尚处于起步阶段，需加大开发力度。
（3）铝合金钻探管材
铝合金钻探管杆具有质量轻、强度高、节能、容易制造和维护、便于运输、利于回收等一系列优点，特别在钻探井和海洋钻探方面，在国外已广泛推广应用，具有显著的经济效益和社会效益。生产实践表明，使用与目前所采用的钢钻探管强度相当的7075T6、2024T4等铝合金钻探管，可使重量减轻1/2～1/3，生产效率提高15%～20%，并能大大节约设备的制作和运输费用。因此，铝合金钻探管是一种较为理想的深井钻探材料，大有替代传统钢钻探杆的趋势。铝合金钻探管的生产工艺基本成熟，设备先进配套，技术水平相当高，生产效率和经济效益都很好，但由于需要大型挤压机和特殊的生产工具和工艺，所以仅分布于少数几个拥有先进制造技术的国家，我国几乎是空白。
目前，世界铝钻探管年产量为30万吨左右，随着深井钻探、大沙漠油田和海底油田的开发和地质矿床的深层钻探以及发展中国家钻具以铝代钢的发展，铝钻探杆需求量会日益增多，估计会以3%～5%的年增长率增加。
我国目前钻探杆的年需求量为14万吨左右，而且大部分依靠进口。石油和地质等部门多次强调国产化并主张以铝代钢。如果实现全铝化，年共需铝钻探管5万吨以上，市场前景是十分可观的。
（4）铝合金大型厚壁管、大径薄壁管及气液体输送管材
铝合金大型厚壁管是指直径大于250mm以上，壁厚5～100mm以上的管材，主要用于高压容器、高压液体与气体输送、液压与气压传动装置、输电管母线以及能源与动力、机械制造等领域以及制作炮筒外套等军事器械，也可用作进一步加工的管坯或旋压大径薄壁管的坯料，用途十分广泛。目前全球铝及铝合金大型厚壁管材的产量仅为50万吨左右，不能满足市场需求，而我国的大径厚壁管年产量为0.5万吨左右，需要从国外引进，特别是大型管母线和液化天然气罐体等铝合金管坯。
铝合金大径薄壁管材主要是指直径大于250mm，而壁厚小于2mm的管材，主要用于航空航天、导弹、火箭、机筒外壳以及气液体运送、各种保护外套等领域。全球年需量为10万吨左右，我国年需量在0.5万吨以上。由于大径薄壁铝及铝合金管材的生产工艺复杂、质量要求高而且需要大型的特殊的工艺设备，所以生产量不大，远远不能满足市场的需求。
铝及铝合金气液体输送管道系统较镀锌铁管、塑料管、不锈钢管和铜管有防锈、耐腐蚀、美观耐用、质轻、强度高、价格便宜等优越的特点，因此，近年来或得广泛应用。铝及铝合金气液体输送管主要包括铸造管、热挤压管、冷挤压管、冷压-拉拔管以及铝塑复合管等，主要用作建材管道、冷热自来水、酸碱盐各种液体、燃气、氧气、压缩空气等各种气体和石油、天然气等输送管道，在汽车、飞机、轮船等交通运输工具上也有广泛的应用，市场潜力非常巨大[7]。目前，全球铝及铝合金气液体输送管道系统用管材的产销量大约在20亿m左右，我国的产销量已达到1亿m以上。随着国民经济的高速持续发展和人民生活水平的大幅度提高，各种功能、性能和用途的铝及铝合金气液体输送管的需求量将会大幅度增加，其发展前景是十分可观的。
1.4
2.铝合金挤压工具及挤压金属流动特性
2.1概述
挤压工具可分为大型基本工具和模具。大型基本工具包括挤压筒、挤压轴、针支承、支承环、压型嘴和模架等。模具包括模子、穿孔针等直接参与金属变形且消耗比较大的工具。模具是最重要的挤压工具。在现代化的挤压生产活动中，工具和模具对实现整个挤压过程有着十分重要的意义。模具寿命是评价某一挤压
方法经济可行的决定因素，工模具的设计与制造质量是实现挤压生产高产、优质、低耗的最重要的保证之一。
2.2工模具在铝型材挤压中的重要作用
工具和模具对实现整个挤压过程有着十分重要的意义。具体来说，其重要地位和作用表现在以下几方面[8-11]。
(1)合理的工模具结构是实现任何一种挤压工艺过程的基础，因为它是使金属产生挤压变形和传递挤压力的关键部件。挤压过程中，依靠挤压油输出压力，由挤压筒盛熔铸锭并使之在强烈的三向压应力作用下产生变形。模具是使金属最后完成塑性变形或得所需形状的工具。在目前的条件下，还不能相象无挤压筒，无模具的挤压工艺。
(2)模具是保证产品成形，具有正确形状、尺寸和精度的基本工具。只有结构合理、精度和硬度合格的模具，才能实现产品的成形并具有精确的内外廓形状和断面尺寸。同时，合理的模具和工具设计能保证产品具有最小的翘曲和扭曲，最小的纵向弯曲和横向波浪度。
(3)模具是保证产品内外表面质量的重要因素之一。模具本身的表面光洁度、表面硬度对产品的内外表面光洁度有着决定性的影响，只有通过精磨抛光和氮化处理或表面硬化处理的模具才能挤压出表面光亮的制品。过度光滑、表面光洁的模后工具能保证挤压制品的光洁表面，使之经过表面处理后可获得色调美观、厚度均匀、附着牢固的表面氧化膜。
(4)合理的工模具结构、形状和尺寸，在一定程度上可控制产品的力学性能和内部组织，特别是在控制空心制品的焊缝组织和力学性能方面，分流孔的大小、数量和形状以及分布位置，焊合腔的形状和尺寸，模芯的结构等起着决定性的作用。挤压垫片、挤压筒和模子的结构形状与尺寸及表面质量，对控制产品的粗晶环和缩尾、成层等缺陷也有一定的作用。
(5)工模具的结构形状与尺寸对金属的流变、挤压温度-速度场、应力-应变场等有很大影响，从而对提高生产效率、产品质量和减少能耗有很大作用。
(6)合理的工模具设计对提高其装卸与更换速度，减少辅助时间，改善劳动条件和保证生产安全等方面有重要意义。
(7)新型的模具结构对于开发新产品、新工艺，研制新材料和新设备，不断提高挤压技术起着很大的作用。如扁挤压筒、舌型模、组合模、多层预紧应力模、变断面模等。
(8)高比压优质圆挤压筒和扁挤压筒及特种型材模和异形管材模的设计与制
造技术，是铝合金挤压生产的核心和关键技术，其技术含量在整个挤压技术中占有很大的比例[12]。
(9)对于中等批量的挤压产品，工模具的成本占总制造成本的30%左右。如将其使用寿命提高3～5倍，则产品的成本可大幅度下降[13]。
2.3铝合金挤压现状
挤压技术开始于18世纪末，经历了200余年的发展变化。挤压分为冷挤压、温挤压和热挤压[14]。铝型材挤压属于热挤压，是指将铝合金高温铸坯置于专用模具(机头)内，在挤压机提供的强大压力作用下，按给定的速度，将铝合金从模具型腔中挤出，从而获得所需形状、尺寸以及具有一定力学性能的铝合金挤压型材。
铝合金型材挤压技术在汽车、船舶、铁路、航空、航天等工业领域以及建筑等民用领域越来越显示出其重要地位。目前，国际上铝合金型材挤压技术发展迅速，世界各发达国家已装备了各种形式、各种结构、不同吨位的铝型材挤压机，铝型材挤压正在向大型化、复杂化、精密化、多品种、多规格、多用途方向发展，挤压生产也日趋连续化、自动化和专业化。目前，不仅发展了一些先进的特殊结构的大型挤压机，而且研制了多种类型的挤压结构的模具以及新的挤压工艺，并能挤压出各种外形复杂的实心、空心制品。我国的铝型材挤压技术起步较晚，尽管目前已有1000多家生产铝型材的国有企业，拥有2000多台挤压机，但无论从挤压产品的质量还是从挤压生产的效率和标准化程度来看，都与世界先进水平存在较大差距[15]。
日本自20世纪70年代以来，就开始研究了各种各样的挤压加工方法，如静水挤压、连续挤压等技术早已进入实用阶段。目前也在不断地开发研制出新的特殊挤压技术，如连续挤压拉拔技术、可变断面挤压技术、新材料新功能挤压技术、弯曲挤压技术以及精密挤压技术等。其挤压产品已大量应用到建筑、家电、汽车、船舶以及高速列车等行业中。在挤压领域，美国从基础理论到生产实践都走在世界的前列。俄罗斯在铝合金型材挤压方面也占据十分重要的地位，自1956年就开始了铝合金壁板的生产，我国有很多挤压技术到现在还仍然沿用前苏联的技术。英国、意大利、法国、挪威、瑞典、加拿大以及澳大利亚等国的铝合金型材挤压技术也发展到了相当高的程度。
我国的铝型材挤压技术的研究主要内容为改进现有模具结构、开发各种新的结构以及进行冷却系统和润滑系统的研究，以提高模具的寿命和产品的质量，研究金属流动规律以及模具和挤压加工过程的温度场、速度场、应力应变场及其变化规律；在计算机上用FEM对挤压过程进行数值模拟，以指导设计模具和制订工
艺规程工作。
2.4铝合金挤压工模具设计现状及发展趋势
挤压模具设计和制造技术是铝合金型材挤压技术的核心，是保证产品形状、尺寸和精度内外表面质量的最为重要的因素。目前，挤压模具材料经历了一个由碳素工具钢一低合金工具钢一高合金工具钢一高级合金模具材料的发展过程[16]。设计合理的工模具结构能够在一定程度上控制产品的内部组织和力学性能。合理的工模具设计和制造能大大提高模具的寿命，因而对于提高生产率、降低成本和能耗有重要意义。新型的模具结构，对于发展新品种、新工艺，不断提高挤压技术水平起着重要的作用。
工模具的设计一般包括设计理论和设计方法的选择、结构的设计计算、尺寸的确定、强度的校核和材料的选择以及经济技术指标的评价等。模子、穿孔针、挤压垫片、挤压筒内衬等直接参与金属变形的工具，其设计不同于一般的机械零件设计，而是介于机械加工与压力加工之间的一种工艺性设计。在热挤压条件下各种工艺因素，如铸锭的形状、尺寸与内外质量，产品的断面形状、尺寸与交货长度，被挤压合金的性能及挤压时的流动情况，挤压残料的形状与分离残料的方法，设备的能力及其结构特点，设备与模具的联接方式工模具的组装及加热温度，铸锭的加热温度，制品的流动速度，模子或铸锭的润滑情况，挤压力的大小，挤压筒的结构、形状与加热温度，模子出口的风冷或水冷情况，带牵引的情况，模具钢的高温性能等。
铝合金挤压时金属是在密闭的型腔中流动，因此模具设计者对挤压过程中的金属流动情况以及模具的应力、应变状况难以掌握。要想得到质量合格的产品，必须尽量保证制品断面上每个质点以相同的速度流出模孔。在实际生产中，模具设计人员往往通过反复试模和修模来实现这一目的，但这种方式不利于短周期低成本的产品开发要求。要设计出结构合理且经济实用的挤压模具是一件十分复杂而困难的工作，因此，世界各国的挤压工作者对模具设计理论和方法(特别对优化理论和方法)进行了大量的研究工作。在挤压技术发展的初期，一般根据机械设计原理，利用传统强度理论并结合设计者的实践经验来进行模具设计。
随着弹塑性理论和挤压理论的发展，许多新型的实验理论和方法、计算理论为和方法已开始用于挤压模具设计制作领域。如，工程计算法、金属流动坐标网格法、光弹光塑法、密栅纹云法、滑移线法、上限元理论和有限元理论等被广泛用于模具应变场的确定和各种强度的校核，进而优化其结构和工艺要素。随着计算机技术的发展，挤压模具的CAD/CAM技术在最近20～30年中得到迅速发展，
且很大一部分技术集中在模具设计的优化方面。何德林等人利用IDEF0方法开发出能对平面模和分流模进行优化设计的CAD/CAM系统；王孟君等人以AUTOCAD 1210为图形支撑环境，VISUAL BA2SIC410为开发工具，开发的CAD系统，可以有效地从事挤压平模的各项计算，从而对设计结果进行优化；闫洪[17-19]等人将CAE 概念引入模具设计过程，指出了优化设计的方向；刘汉武等人提出智能CAD概念，为模具设计智能化提供了一些思路。此外，国内外科研人员运用理论解析、物理模拟和数值模拟等方法，对铝型材挤压的变形过程、应力场和温度场分布及变化、摩擦与润滑等问题进行了大量的分析和实验，并根据其研究成果对挤压模具进行了优化。
其中在铝型材挤压工艺和模具开发过程中采用成型过程有限元模拟技术，可以在制模以前就对成形过程进行计算机仿真，从而获得挤压件形状、挤压件内部各种力学场量的分布等信息，便于及时发现挤压件中可能出现的缺陷，进而实行工艺和模具设计方案的及时修改，甚至能够达到零试模的目的，这是现代化生产发展的必然趋势。
2.5挤压时的金属流动特性
挤压时金属的流动情况一般分为三个阶段。
图1 平模正向填挤充过程
（a）开始挤压阶段（b）平流挤压阶段（c）紊流挤压阶段
Pic 1 The filling process of forward extrusion
(a)The beginning stage (b)Laminar flow stage (c)Turbulence flow stage
a阶段为开始挤压阶段，又称为填充挤压阶段。金属受挤压轴的压力后，首先充满挤压筒和模孔，挤压力上升直至最大值。b阶段为基本挤压阶段，也叫平流挤压阶段。当挤压力达到突破压力(高峰压力)时，金属从模孔流出瞬间即进入此阶段。一般来说，在此阶段中金属的流动相当于无数同心薄壁圆管的流动，即铸锭的内外层金属基本上不发生交错或反向的紊乱流动，锭坯上外层或中心层的金属流出模孔后仍处于制品的外层或中心层。在平流阶段，锭坯在同一横断面上的金属质点均以同一速度或保持一定的速度进入变形区压缩锥。靠近挤压垫片和模子角落处的金属不参与流动而形成难变形的阻滞区或死区，在此阶段中挤压力
随着锭坯的长度减少而下降。c阶段为终了挤压阶段，或称紊流挤压阶段。在此阶段中，随着挤压垫片(已进入变形区)与模子间距离的缩小，迫使变形区的金属向着挤压轴线方向由周围向中心发生剧烈的横向流动，同时，死区中的金属也向模孔流动，形成挤压加工特有的“挤压缩尾"等缺陷。在此阶段中，挤压力有重新回升的现象。此时应结束挤压操作过程。
挤压时金属流动坐标网格的变化如图2所示
图2. 正挤压圆棒材时坐标网格-金属流动示意图
从图中可以看出：
A、纵向网格线的变化
（1）变形前后均保持平行直线，间距仍相等。
（2）每条线（除中间一条外）发生了两次方向相反的弯曲。各条线的弯曲角度不同，外大内小。
（3）在挤压制品的最前端，除了中间一条外，其它线分别向外弯曲。
B、横向网格线变化
（1）靠近挤压垫一方部分横向线未变化；
（2）进入变形区后横向线向前发生弯曲，越靠近模孔，弯曲越大，出模孔后不再发生变化；
（3）出模孔后的横向线的弯曲程度由前向后逐渐增加，最后趋于稳定；
（4）横向线距离不等，前小后大，最后趋于稳定。
C、坐标网格的变化
（1）变形前为正方形，变形后横向压缩、纵向拉长为矩形或平行四边形；
（2）挤压制品中心部位近似矩形，边部为平行四边形。
2.6影响金属流动的主要因素
影响金属流动的主要因素有合金特性、挤压方法、摩擦润滑条件、工模具与铸锭的加热温度、工模具的结构与形状、变形程度等。
2.6.1接触摩擦与润滑的影响
挤压时流动的金属与工具间存在接触摩擦力，其中以挤压筒壁上的摩擦力对金属流动的影响最大。当挤压筒内壁上的摩擦力很小时，变形区范围小且集中在模孔附近，金属流动比较均匀，而当摩擦力很大时，变形区压缩锥和死区的高度增大，金属流动则很不均匀，以致促使锭坯外层金属过早地向中心流动形成较长的缩尾。可见，接触摩擦力对金属的流动均匀性产生不良的影响。但是，在某些情况下，可以有效地利用金属与工具之间接触摩擦作用来改善金属的流动，如在挤压管材时，由于锭坯中心部分的金属受到穿孔针摩擦作用和冷却作用，而使其流速减缓，从而使金属流动变得较为均匀，减短产生缩尾的长度；在挤压断面壁厚变化急剧的复杂异形型材时，在设计模孔时利用不同的工作带长度对金属产生不同的摩擦作用来调节型材断面上各部分的流速，从面减少型材的扭拧、弯曲度、提高产品的精度。
2.6.2合金特性的影响
合金的强度与塑性对流动也有很大的影响。一般来说，强度越高，粘性越小；挤压温度越低则金属流动越均匀。对于同一种金属或合金来说，铸锭在挤压前的加热条件对金属流动性也有一定的影响。当锭坯加热不均匀时会影响其横断面上变形抗力的均匀性，从而导致金属流动不均匀；当加热温度增高，金属的导热性下降，结果使锭坯断面温度分布不均匀，也会引起金属流动的不均匀。此外，温度的改变往往会引起摩擦系数的变化，从而影响到金属流动的均匀性。铝合金在挤压过程中最基本的工艺特点之一是对工具(挤压筒、穿孔针、模子、挤压垫片)的粘结作用十分强烈，会产生很大的接触摩擦应力，此应力接近于金属的剪切屈服强度，这使锭坯的表面层和中心层之间的剪切变形量产生很大的差异，从而加剧了金属流动的不均匀性。特别是对于挤压温度高，导热性差的合金来说，在热挤压过程中，由于铸锭横断面上和长度上存在较大的温度梯度，更增大了其流动的不均匀性。
2.6.3挤压方法的影响
一般来说，反向挤压比正向挤压流动均匀，润滑挤压比不润滑挤压流动均匀，冷挤压比热挤压流动均匀，有效摩擦挤压比其他挤压方法流动均匀。
2.6.4挤压工模具的影响
挤压工模具的结构形状，表面状态、模孔排列、加热温度对金属的流动有很大的影响，设法提高金属流动的均匀性，是设计、制造和使用挤压工模具中十分重要的问题。
（1)模具结构和形状的影响
挤压铝合金时，最常采用的模具主要有平面模和锥形模。模角越大，则金属流动越不均匀，用平面模挤压时，变形的不均匀程度最大。随着模角的增大，死区的高度逐渐增加。但是，当模角小于60度时，易于将铸锭表面的脏物、缺陷带入制品而影响产品的表面质量。为了保证产品质量，同时兼顾金属流动均匀和挤压力不过分增大，在挤压管材和中间毛料时，通常取锥形模的模角为60度～65度。而对于表面质量要求特别高的捧材和型材来说，一般采用平面模(模角90度)来进行挤压。
此外，在挤压管材和空心型材时，穿孔针的结构和形状及锥度，舌型模和平面分流组合模的结构、分流孔的大小和形状、焊合室的形状和尺寸、宽展模的宽展角、变断面模中过渡区的结构和形状等都对金属的流动有很大的影响。在设计模具时应特别注意选择合理的结构和形状，以获得较均匀的金属流动。
（2)模孔排列的影响
模孔的排列从两个方面来影响金属的流动特性。一是距离挤压筒中心的远近，接近中心的部分，金属流动快，而远离中心的部分由于受到挤压筒壁摩擦阻力的影响而使金属流速减慢；二是塑性变形区内供给各模孔或模孔各部分的金属量的分配，供应充足的部分流速较快，反之，供应不足的部分则金属流速减慢。因此，为了增加金属流动的均匀性，模孔应尽量对称地布置在模子平面上，在设计多孔模时，各模孔的中心应布置在距离中心某一合适距离的同心圆上。在设计异形型材时应使易流出的厚望部分远离中心，而把难于流动的薄壁部分靠近中心。
（3)表面状态的影响
工模具的表面粗糙度、圆滑度、表面硬度和表面润滑状态都是影响金属流动均匀性的重要因素之一。表面越光洁、过渡越圆滑、表面硬度越高、润滑条件越
好，则挤压时金属流动越均匀。
（4)加热温度的影响
在挤压时，铸锭横断面上的温度越均匀，则挤压时的流动也越均匀。因此，应尽量减少挤压筒、挤压垫片和穿孔针、模子与变形金属之间的温度差。在挤压过程中，挤压筒加热保温、工模具预热等措施是十分重要的。
2.6.5其它因素的影响
铸锭长度、变形程度、挤压速度等对金属的流动均匀性也有一定的影响，如铸锭前端长度约为1．1．5倍挤压筒直径的部分金属流动极不均匀；变形程度过大或过小时，金属流动都不均匀；金属的流速过快也会增大金属流动的不均匀性等。根据上面的分析可知，由于各种因素错综复杂的影响，使挤压过程金属的流动特性表现出多种多样的形式。
3数值模拟、模型建立及软件简介
铝型材挤压成形是属于三维流动、非线性、大变形问题。在挤压成形过程中，会不断的产生新的自由表面、产生新的热量，发生温度传递、大变形、复杂几何形体变化等各种交叉耦合现象；整个挤压过程可以分为非稳态开始、稳态成形、非稳态结束三个阶段，其材料的本构模型也非常复杂；同时，在高温状态下材料的粘度性能不符合常粘度定律，材料的应变速率及温度对变形的影响也不可忽视。针对大变形，几何非线性，材料非线性问题，主要有有限元法，有限体积法，任意拉格朗日欧拉法等几种处理方法。
3.1有限元法
有限元模拟技术最早应用于金属塑性加工成形领域始于上个世纪70年代，经过30多年的发展，有限元法(FEM)已经发展成为种类较为齐全、软件功能较为丰富、工程应用较为广泛的一种有效的分析工具。有限元分析方法通用性强，适用于任意速度边界条件，能够模拟整个会属成形过程的流动规律，获得变形过程任意时刻的力学信息和流动信息，如应力场、速度场、温度场以及预测缺陷的形成和扩展；可以方便地分析处理模具形状、工件与模具之问的摩擦、材料硬化效应和温度等多种因素对塑性加工过程的影响。
有限元法，它的基础是变分原理和加权余量法。它是把计算域划分为有限个
互不重叠的单元，在每个单元内，选择一些合适的节点作为求解函数的插值点，将微分方程中的变量改写成由各变量或其导数的节点值与所选用的插值函数组成的线性表达式，借助于变分原理或加权余量法，将微分方程离散求解[20]。于挤压成形的大变形问题，一般采用刚塑性或刚粘塑性有限元法，在分析中忽略变形材料的弹性变形，假设金属在成形过程中体积不变。
3.1.1 MSC
MSC．MENTAT是新一代非线性有限元分析的前后处理图形交互界面，与MSC．Marc求解器无缝连接。它具有以ASIC为内核的一流实体造型功能；全自动二维三角形和四边形、三维四面体和六面体网格自动划分建模能力；直观灵活的多种材料模型定义和边界条件的定义功能；分析过程控制定义和递交分析、自动检查分析模型完整性的功能：实时监控分析功能；方便的可视化处理计算结果能力；先进的光照、渲染、动画和电影制作等图形功能。并可直接访问常用的CAD／CAE系统，如：ACIS、AutoCAD、C—MOLD、IGES、MSC．NASTRAN、MSC．PATRAN、IDEAS、VDAFS、STL等等。
MSC．Marc AutoForge综合了MSC．MENTAT通用分析软件求解器和前后处理器的精髓，以及全自动二维四边形网格和三维六面体网格自适应和重划技术，实现对具有高度组合的非线性体成型过程的全自动数值模拟。MSC．Marc AutoForge 提供了大量实用材料数据以供选用，用户也能够自行创建材料数据库备用。MSC．Marc AutoForge除了可完成全2D或全3D的成型分析外，还可自动将2D 分析与3D分析无缝连接，大大提高对先2D后3D的多步加工过程的分析效率。利用MSC．Marc AutoForge提供的结构分析功能，可对加工后的包含残余应力的工件进行进一步的结构分析，模拟加工产品在后续的运行过程中的性能，有助于改进产品加工工艺。此外，作为体成型分析的专用软件，MSC．Marc AutoForge 为满足特殊用户的二次开发需求，提供了友好的用户开发环境。
3.1.2 DEFORM
DEFORM是国际上最著名的2D／3D成形加工和热处理工艺模拟分析软件，美国SFTC公司出品，转为生产实际应用而设计开发，使用起来特别简单。保证用户缩短设计、生产周期，优化最佳工艺，提高生产效率。DEFORM具有如下突出特色：
1．模拟范围广：材料流动，锻造负荷，模具应力，晶粒流动，缺陷成因等；
2．适用工艺广：(1)冷、热、温过程；(2)锻造，拉拔，挤压，镦头，礅粗，
轧制，摆碾，机加工车削，冲切等；(3)正火，退火，淬火，回火，时效，渗碳，蠕变，硬化处理等；
3．适用设备多：液压锻机，锻锤，摩擦压力机，机械压力机，轧机，摆碾机等；
4．材料库丰富：146种专用材料数据库；
5．与CAD系统自由交换数据，智能化成形过程模拟分析、工艺评价。
Deform-2D是一套基于工艺模拟系统的有限元系统(FEM)，专门设计用来分析各种金属成型过程中的二维(2D)流动，提供极有价值得工艺分析数据。Deform-2D几十年来一直被世界范围内的企业用于分析锻造、挤压、拉拔、镦头、镦粗和其它成形手段。Deform-2D提供了最现代化的工艺模拟技术。Deform-2D 强大的模拟引擎能够分析金属成形过程中，多个材料特性不同的关联对象耦合作用下的大变形和热特性。以此能够保证金属成形过程中的模拟精度，使得分析模型和模拟环境和实际生产环境高度一致，任何需要时，能够自行触发高级自动网格重划生成器，生成优秀的网格系统。
Deform-3D是在一个集成环境内综合建模、成形、热传导和成形设备特性进行模拟仿真分析，适用于冷、析数据。如：材料流动、模具填充、属微结构和缺陷产生发展情况等。热、温成形，提供极有价值得工艺分锻造负荷、模具应力、晶粒流动、金其特色如下：不需要人工干预，全自动网格剖分；前处理中自动生成边界条件，确保数据准确快速可靠；Deform-3D模型来自CAD系统的面或实体造型(STL／SLA)格式；集成有成形设备模型，如：液压压力机，锤锻机，螺旋压力机，机械压力机，轧机，摆碾机和用户自定义类型(如胀压成形)；表面压力边界条件处理功能适用于解决胀压成形工艺模拟；单步模具应力分析方便快捷，适用于多个变形体，组合模具，带有预应力环时的成形过程分析；材料模型有弹性、刚塑性、热弹塑性、热刚粘塑性。粉末材料、刚性材料以及自定义类型；实体之间或实体内部的热交换分析既可以单独求解，也可以耦合在成形模拟中进行分析：具有Flownet和点迹示踪、变形、云图、矢量图、力一行程曲线等后处理功能；具有2D切片功能，可以显示工件或模具剖面结果；程序具有多联变形体处理能力，能够分析多个塑性工件和组合模具应力；后处理中的镜面反射功能，为用户提供了高效处理具有对称面或周期对称面的机会，并且可以在后处理中显示整个模型；自定义过程可用于计算流动应力，冲压系统响应，断裂判据和一些特别的处理要求，如：金属微结构，冷却速率，机械性能等。
3.2有限体积法
有限体积法(Finite volume method)也称为Euler描述方法，控制容积积分法[21]。其基本思路是：将计算区域划分为一系列不重复的控制体积，并使每个网格点周围有一个控制体积；将待解的微分方程对每一个控制体积积分，便得出一组离散方程。其中的未知数是网格点上的因变量的数值。为了求出控制体积的积分，必须假定值在网格点之间的变化规律，即假设值的分段的分布剖面。
有限体积法能得出直接的物理解释。离散方程的物理意义，就是因变量在有限大小的控制体积中的守恒原理，如同微分方程表示因变量在无限小的控制体积中的守恒原理一样。有限体积法得出的离散方程，要求因变量的积分守恒对任意一组控制体积都得到满足，对整个计算区域，自然也得到满足。这是有限体积法吸引人的优点。有一些离散方法，例如有限差分法，仅当网格极其细密时，离散方程才满足积分守恒；而有限体积法即使在粗网格情况下，也能显示出准确的积分守恒。
MSC．SuperForge是享誉全球的工程校验、有限元分析和计算机仿真预测应用软件(CAE)供应商MSC．Software公司开发的体积成型工艺过程仿真的专用软件。采用基于有限容积法的材料流动模拟技术，突破了传统有限单元模拟极度大变形问题的障碍，无需单元重新划分，就能保证数值分析的精度和效率。可定义冷、热锻材料模型，能够描述包括加工硬化、应变率和温度效应的锻造专用材料特性。可模拟水压机、锻锤和曲柄压力机等锻造模式。MSC．SuperForge采用纯Windows风格的图形界面，易用性非常好。该模拟软件支持MSC．Nastran的Bulk Data文件格式；在模具表面自动定位工件，支持全自动多道次锻造；重定义好的工业锻造工艺过程中选择所需的锻造工艺；定义坯料、模具和周围环境的热交换；材料库：定义工件和模具之间的库仑摩擦或塑性剪切摩擦；模型稀化；锻造的横挤压效应；2D锻造仿真；高级结果可视化和动画处理；在线帮助系统。
3.3三维模型建立软件软件
UG（Unigraphics NX）是Siemens PLM Software公司出品的一个产品工程解决方案，它为用户的产品设计及加工过程提供了数字化造型和验证手段。Unigraphics NX针对用户的虚拟产品设计和工艺设计的需求，提供了经过实践验证的解决方案。它在诞生之初主要基于工作站，但随着PC硬件的发展和个人用户的迅速增长，在PC上的应用取得了迅猛的增长，目前已经成为模具行业三维设计的一个主流应用。NX包括了世界上最强大、最广泛的产品设计应用模块。
NX具有高性能的机械设计和制图功能，为制造设计提供了高性能和灵活性，以满足客户设计任何复杂产品的需要。NX允许制造商以数字化的方式仿真、确认和优化产品及其开发过程。通过在开发周期中较早地运用数字化仿真性能，制造商可以改善产品质量，同时减少或消除对于物理样机的昂贵耗时的设计、构建，以及对变更周期的依赖。
铝型材十二大挤压不良分析与预防处理 1 铝铸锭与挤压裂纹 铝铸锭在结晶过程凝固后，因铝铸锭形成的多种应力迭加超过铝铸锭本身抗拉强度引起铸锭内裂，导致挤压时裂 纹扩展成为废品。 铝铸锭裂纹有两种：一是热裂纹一般沿晶开裂，开裂处发黑，已被氧化，裂纹成锯齿状，形状不规则；一是冷裂 纹从晶内开裂，裂口未氧化，呈银色折线状发亮。 预防措施：科学合理和严格控制铝合金化学成分与杂质含量；避免铝液过热和在炉内停留过长时间；合理制订铸 造工艺，准确控制铸造温度和铸造速度；铝液供流和冷却应均匀；防止和避免外来夹杂物掉人铸造铝液等措施， 有效避免铝铸锭裂纹产生，为优质铝合金挤压制品创造先决条件。 挤压裂纹多发生铝制品棱角、尖角锐边或厚度较大的台阶附近产生的锯齿状开裂。因铝合金不纯，杂质超标，热 塑性差；坯料加热温度偏高，晶粒粗化，从而使金属破断抗力降低；控温仪表失灵，挤压温度偏高，挤压速度失 控，突然加快，增大了挤压热塑性变形应力，接近模壁外层的金属因承受过大拉应力被撕裂为锯齿状或皮下裂纹； 挤压热塑性变形不均，表层金属承受较大的摩擦力和附加拉应力：
当瞬时应力超过金属抗拉强度时产生挤压裂纹， 在外力作用下裂纹由表面向内扩展至断裂。 预防措施：加强铝合金材质检查，杂质含量超标和原始组织不合格不投产；生产中严格校验控温仪表，控温精度 必须达到±15℃； 针对不同牌号的铝合金坯料，制订相应的合理的加热温度，确保均匀加热；制订适合不同牌号铝合金的挤压速度和挤压变形量，使热塑性变形尽量均匀；改进模具结构设计，挤压件断面的棱角部位尽可能大些； 试验表明，铝锭预先均匀退火(540℃～560℃， 保温4—6h快冷)可降低挤压力 1 5％～25％，提高挤压速度1 0％-1 5％，显著增加热塑性等上述措施，可有效防止和避免挤压裂纹的产生 2 气泡起皮 因铝铸锭内部的气体和挤压过程中被卷人的空气，在挤压时与随后热处理时发生膨胀，致使表面鼓起形成的气泡起皮缺陷，失去商品表面美观和影响质量。因铝锭坯料组织疏松、缩松、气孔、砂眼、内裂、粗晶；挤压筒不清洁、有油、污物、冲蚀与鼓突变形；挤压筒预热温度过高；挤压筒与挤压垫磨损严重和压配不当；挤压速度失控，铝金属充填过快，排气不畅，铝金属粘附于铝制品等因素，均会导致铝制品起泡起皱。
铝型材挤压原理 内容来源网络，由“深圳机械展（11万㎡，1100多家展商，超10万观众）”收集整理！ 更多cnc加工中心、车铣磨钻床、线切割、数控刀具工具、工业机器人、非标自动化、数字化无人工厂、精密测量、3D打印、激光切割、钣金冲压折弯、精密零件加工等展示，就在深圳机械展. 一、铝型材挤压原理 铝型材挤压机分为正向挤压和反向挤压两种，目前绝大部分用的是正向挤压机，科学原理是液压机原理，要从挤压机的构造来分析：我们通常把挤压机分为三部分：主缸、中板（挤压桶）、挤压杆。主缸是一个液压装置，液压油通过大活塞传压至小活塞，推进挤压杆，将经过加热的铝棒推进挤压桶，达到排气压力后挤压桶后退排气，再前进与模具腔体接合，达到出材压力后，挤压杆同时前进将挤压桶内的铝送入模具分流孔，铝合金通过模具慢慢流出成型。 铝型材挤压是对放在容器（挤压筒）内的金属坯料施加外力，使之从特定的模孔中流出，获得所需断面形状和尺寸的一种塑性加工方法。 二、铝型材挤压机的构成 铝型材挤压机由机座，前柱架，涨力柱，挤压筒，电气控制下的液压系统构成，另配备模座，顶针，刻度板，滑板等。 三、铝型材挤压方法的分类 根据铝型材挤压筒内金属的种类，应力应变状态，铝型材挤压方向，润滑状态，挤压温度，挤压速度，工模具的种类或结构，坯料的型状或数目，制品的型状或数目等的不同，可分为正向挤压法，反向挤压法，（包括平面变形挤压，轴对称变形挤压，一般三维变形挤压）侧向挤压法，玻璃润滑挤压法，静液挤压法，连续挤压法等等。 四、正向热变形挤压 绝大多数热变形铝材生产企业采用正向热变形挤压方法通过特定的模具（平模，锥模，分流模）来
获取所需断面形状相符的铝材，这是金浩淳铝业目前为止所釆取的唯一铝材生产方法！ 正向挤压工艺流程简单，设备要求不高，金属变形能力高，可生产范围广，铝材性能可控性强，生产灵活性大，工模具便于维护保养修正。 【铝型材挤压机工作流程】 1、检查油压系统是否漏油,空气压力是否正常。 2、检查传输带、冷床、储料台是否有破损和擦伤型材之处。 3、拉伸前要确认铝型材的长度，再预定拉伸率，确定拉伸长度，即主夹头移动位置，通常6063T5拉伸率为0.5%--1%，6061 T6拉伸率为0.8%--1.5%。 4、根据铝型材的形状确认夹持方法，大断面空心型材，可塞入拉伸垫块，但要尽量确保足够的夹持面积。 5、当铝型材冷却至50℃以下时，开能拉伸型材。 6、当型材同时存在弯曲和扭拧时，应先矫正扭拧后拉弯曲。 7、第一、二根进行试拉，确认预定拉伸率和夹持方法是否合适。目视弯曲、扭拧、检查型材的平面间隙、扩口、并口，如不合适，要适当调整拉伸率。 8、正常拉伸率仍不能消除弯曲、扭拧，或不能使几何尺寸合格时，应通知操作手停止挤压。 9、冷却台上的型材不能互相摩擦、碰撞、重叠堆放、防止擦花。 内容来源网络，由“深圳机械展（11万㎡，1100多家展商，超10万观众）”收集整理！ 更多cnc加工中心、车铣磨钻床、线切割、数控刀具工具、工业机器人、非标自动化、数字化无人工厂、精密测量、3D打印、激光切割、钣金冲压折弯、精密零件加工等展示，就在深圳机械展.
目录 摘要 Abstract 第一章概述.............................................................................................................................. - 1 - 1.1我国建筑铝型材工业发展现状及趋势.............................................................................. - 1 - 1.2挤压成行的工艺特点.......................................................................................................... - 2 - 1.3研究目的和意义.................................................................................................................. - 2 - 第二章挤压产品的工艺分析.................................................................................................. - 4 - 2.1计算产品.............................................................................................................................. - 4 - 2.2工艺性分析.......................................................................................................................... - 4 - 2.3生产方案.............................................................................................................................. - 7 - 2.4模具的总体结构分析.......................................................................................................... - 8 - 2.5 挤压工具总体设计 (9) 第三章工艺计算.................................................................................................................... - 11 - 3.1坯料尺寸计算.................................................................................................................... - 11 - 3.2挤压力的计算.................................................................................................................... - 12 - 3.3挤压机的选择.................................................................................................................... - 14 - 3.4压力中心的计算................................................................................................................ - 15 - 第四章挤压工模具结构设计................................................................................................ - 16 - 4.1模具结构设计.................................................................................................................... - 16 - 4.2模具强度校核.................................................................................................................... - 23 - 4.3挤压筒的设计.................................................................................................................... - 24 - 4.4挤压轴的设计.................................................................................................................... - 27 - 4.5挤压垫的设计 (29) 4.6模具实体图 (30) 总结.................................................................................................................................. - 34 - 参考文献.................................................................................................................................. - 35 - 致谢.................................................................................................................................. - 36 -
2.1铝合金型材挤压工艺 铝及铝合金型材被广泛应用于建筑、交通运输、电子、航天航空等部门。近年来，由于对汽车空调设备小型化、轻量化的要求，热交换器用管材及空心型材中铝挤压制品的比例迅速增加。据资料介绍，挤压加工制品中铝及铝合金制品约占70%以上。铝合金型材挤压技术发展也因此带动了现代挤压技术的发展。 2.1.1挤压工艺概述 （1）挤压工艺原理 挤压工艺是将金属毛坯放入装在塑性成形设备上的模具型腔内，在一定的压力和速度作用下，迫使金属毛坯产生塑性流动，从型腔中特定的模孔挤出，从而获得所需断面形状及尺寸，并具有一定力学性能挤压件的工艺技术，如图2.1所示。 图2.1 金属挤压的基本原理 （2）挤压工艺特点 挤压作为零件少、无切削加工工艺之一，是近代金属塑性加工中一种先进的加工方法。挤压工艺是利用模具来控制金属流动，靠软化金属体积的大量转移来成形所需的零件。因此，挤压工艺的成败与模具结构设计、模具材料以及金属毛坯的软化处理等密切相关。挤压工艺既可用于生产成批的有色合金及黑色金属的零件，也可加工各种模具的型腔。挤压加工的成形速度范围很广，可以在专用的挤压压力机上进行，也可以在一般的曲柄压力机（如冲床）或液压机、摩擦压力机以及高速锤上进行。 挤压加工具有许多特点，主要表现在挤压变形过程的应力应变状态、金属流动行为、产品的综合质量、生产的灵活性与多样性、生产效率与成本等一些方面。 挤压加工的优点如下： 1）提高金属的变形能力。金属在挤压变形区中处于强烈的三向压应力状态，可以充分发挥其塑性，获得大变形量。例如，纯铝的挤压比（挤压筒断面积与制品断面积之比）可以达到500，纯铜的挤压比可达400，钢的挤压比可达40-50。对于一些采用轧制、锻压等其他方法加工困难乃至不能加工的低塑性难变形金属和合金，甚至有如铸铁一类脆性材料，也可采用挤压法进行加工。
铝型材十二大挤压不良分析与预防处理1铝铸锭与挤压裂纹 铝铸锭在结晶过程凝固后，因铝铸锭形成的多种应力迭加超过铝铸锭本身抗拉强度引起铸锭内裂，导致挤压时裂 纹扩展成为废品。 铝铸锭裂纹有两种：一是热裂纹一般沿晶开裂，开裂处发黑，已被氧化，裂纹成锯齿状，形状不规则；一是冷裂 纹从晶内开裂，裂口未氧化，呈银色折线状发亮。 预防措施：科学合理和严格控制铝合金化学成分与杂质含量；避免铝液过热和在炉内停留过长时间；合理制订铸 造工艺，准确控制铸造温度和铸造速度；铝液供流和冷却应均匀；防止和避免外来夹杂物掉人铸造铝液等措施， 有效避免铝铸锭裂纹产生，为优质铝合金挤压制品创造先决条件。 挤压裂纹多发生铝制品棱角、尖角锐边或厚度较大的台阶附近产生的锯齿状开裂。因铝合金不纯，杂质超标，热 塑性差；坯料加热温度偏高，晶粒粗化，从而使金属破断抗力降低；控温仪表失灵，挤压温度偏高，挤压速度失 控，突然加快，增大了挤压热塑性变形应力，接近模壁外层的金属因承受过大拉应力被撕裂为锯齿状或皮下裂纹； 挤压热塑性变形不均，表层金属承受较大的摩擦力和附加拉应
力： 当瞬时应力超过金属抗拉强度时产生挤压裂纹， 在外力作用下裂纹由表面向内扩展至断裂。 预防措施：加强铝合金材质检查，杂质含量超标和原始组织不合格不投产；生产中严格校验控温仪表，控温精度 必须达到±15℃； 针对不同牌号的铝合金坯料，制订相应的合理的加热温度，确保均匀加热；制订适合不同牌号铝合金的挤压速度和挤压变形量，使热塑性变形尽量均匀；改进模具结构设计，挤压件断面的棱角部位尽可能大些； 试验表明，铝锭预先均匀退火(540℃～560℃， 保温4—6h快冷)可降低挤压力15％～25％，提高挤压速度10％-15％，显著增加热塑性等上述措施，可有效防止和避免挤压裂纹的产生 2 气泡起皮 因铝铸锭内部的气体和挤压过程中被卷人的空气，在挤压时与随后热处理时发生膨胀，致使表面鼓起形成的气泡起皮缺陷，失去商品表面美观和影响质量。因铝锭坯料组织疏松、缩松、气孔、砂眼、内裂、粗晶；挤压筒不清洁、有油、污物、冲蚀与鼓突变形；挤压筒预热温度过高；挤压筒与挤压垫磨损严重和压配不当；挤压速度失控，铝金属充填过快，排气不畅，铝
挤压铝型材表面颗粒状毛刺的形成原因与对策 在铝型材的挤压生产中，型材表面不同程度的存在一些小颗粒吸附在型材表面上，这种的缺陷，仅有轻微手感，不仔细观察或手摸较难发现。但它严重影响氧化、电泳涂漆及喷涂型材的表面美观，降低了生产效率和成品率，更是高档装饰型材的致命缺陷。因此，对其形成机理进行分析，同时在挤压生产实践中不断地观察分析，总结其成因，及时采取措施，是减少或杜绝这种缺陷的出现的有效手段。 一、颗粒吸附成因分析 1、挤压型材表面出现的颗粒状毛刺分为四种： 1)空气尘埃吸附，燃煤铝棒加热炉产生的灰尘、铝屑、油污及水份凝结成颗粒附着在热的型材表面。 2)铝棒中的杂质，如：精炼不充分遗留的金属夹杂物和非金属夹杂物。 3)时效炉内的灰尘附着。 4)铝棒中的缺陷及成分中的β相AlFeSi在高温下析出，使金属塑性降低，抗拉强度降低，产生颗粒状毛刺。 “吸附颗粒”的形成 2、原因 1)铝棒质量的影响 由于高温铸造，铸造速度快，冷却强度大，造成合金中的β相AlFeSi不能及时转变为球状α相AlFeSi，由于β相AlFeSi在合金中呈现针状组织，硬度高、塑性差，抗拉强度很低，在高温挤压时不仅会诱发挤压裂纹，而且会产生颗粒状毛刺，这种毛刺不易清理，手感强烈，颗粒附近常伴随有蝌蚪状拖尾，在金相显微镜下观察，呈现灰褐色，成分中富含铁元素。 铝棒中的杂质影响，铝棒在熔铸过程中，精炼不充分，泥土、精炼剂、覆盖剂以及粉末涂料和氧化膜夹杂等混入棒中，这些物质在挤压过程中，使金属的塑性和抗拉强度显著降低，极易产生颗粒状毛刺。 棒的组织缺陷常见的有疏松、晶粒粗大、偏析、光亮晶粒等，所有这些铸棒缺陷有一个共同点，就是与铸棒基体焊合不好，造成了基体流动的不连续性，在挤压过程中，夹渣极易从基体中分离出来，通过模具的工作带时，粘附在入口端，形成粘铝，并不断被流动的金属拉出，极易产生颗粒状毛刺。 2)模具的影响 在挤压生产中，模具是在高温高压的状态下工作的，受压力和温度的影响，模具产生弹性变形。模具工作带由开始平行于挤压方向，受到压力后，工作带变形成为喇叭状，只有工作带的刃口部分接触型材形成的粘铝，类似于车刀的刀屑瘤。在粘铝的形成过程中，不断有颗粒被型材带出，粘附在型材表面上，造成了"吸附颗粒"。随着粘铝的不断增大，模具产生瞬间回弹，就会形成咬痕缺陷。若粘铝堆积较多，不能被型材拉出，模具瞬间回弹时粘铝不脱落，就会形成型材的表面粗糙、亮条、型材撕裂、堵模等问题。模具的粘铝现象见图1。我们现在使用的挤压模具基本是平面模，在铸棒不剥皮的情况下，铸棒表面及内在的杂质堆积在模具内金属流动的死区，随着挤压铸棒的推进及挤压根数的增多，死区的杂质也在不断的变化，有一部分被正常流动的金属带出，堆积在工作带变形后的空间内。 有的被型材拉脱，形成了颗粒状毛刺。因此，模具是造成颗粒状毛刺的关键因素。
铝型材 铝型材的含义：铝型材就是铝棒通过热熔,挤压.从而得到不同截面形状的铝材料. 铝型材分类方法： 一、按用途可以分为以下几类： 1. 门窗的建筑用门窗铝型材（分为门窗和幕墙二种）. 2. CPU散热器的专用散热器铝型材 3. 铝合金货架铝型材,他们的区别在于截面形状的不同.但都是通过热熔挤压生产出来的. 二、按合金成分类： 可分为1024、2011、6063、6061、6082、7075等合金牌号铝型材，其中6系的最为常见.不同的牌号区别在于各种金属成分的配比是不一样的，除了常用的门窗铝型材如60系列、70系列、80系列、90系列、幕墙系列等建筑铝型材之外，工业铝型材没有明确的型号区分，大多数生产厂都是按照客户的实际图纸加工的. 三、按表面处理要求分类： 1. 阳极氧化铝材 2. 电泳涂装铝材 3. 粉末喷涂铝材 3. 木纹转印铝材 4. 刨光铝材(分为机械刨光与化学抛光二种，其中化学抛光成本最高，价格也最贵) 铝型材生产流程: 主要包括熔铸、挤压和上色(上色主要包括：氧化、电泳涂装、氟炭喷涂、粉末喷涂、木纹转印等)三个过程。 1、熔铸是铝材生产的首道工序。 主要过程为： （1）配料：根据需要生产的具体合金牌号，计算出各种合金成分的添加量，合理搭配各种原材料。 （2）熔炼：将配好的原材料按工艺要求加入熔炼炉内熔化，并通过除气、除渣精炼手段将熔体内的杂渣、气体有效除去。 （3）铸造：熔炼好的铝液在一定的铸造工艺条件下，通过深井铸造系统，冷却铸造成各种规格的圆铸棒。 2、挤压：挤压是型材成形的手段。先根据型材产品断面设计、制造出模具，利用挤压机将加热好的圆铸棒从模具中挤出成形。常用的牌号6063合金，在挤压时还用一个风冷淬火过程及其后的人工时效过程，以完成热处理强化。不同牌号的可热处理强化合金，其热处理制度不同。 3、上色(此处先主要讲氧化的过程) 氧化：挤压好的铝合金型材，其表面耐蚀性不强，须通过阳极氧化进行表面处理以增加铝材的抗蚀性、耐磨性及外表的美观度。 其主要过程为： （1）表面预处理：用化学或物理的方法对型材表面进行清洗，裸露出纯净的基体，以利于获得完整、致密的人工氧化膜。还可以通过机械手段获得镜面或无光（亚光）表面。 （2）阳极氧化：经表面预处理的型材，在一定的工艺条件下，基体表面发生阳极氧化，生成一层致密、多孔、强吸附力的AL203膜层。 （3）封孔：将阳极氧化后生成的多孔氧化膜的膜孔孔隙封闭，使氧化膜防污染、抗蚀和耐磨性能增强。氧化膜是无色透明的，利用封孔前氧化膜的强吸附性，在膜孔内吸附沉积
一、铝合金的挤压生产 1．挤压时金属的变形过程分为几个阶段？ 分为：⑴填充挤压阶段；⑵平流压出阶段；⑶紊流压出阶段。 2、什么是挤压比（λ）？挤压6063型材时，挤压比（λ）在什么范围内最合适？ 挤压筒内铝棒的截面积与挤出型材的截面积之比，称为挤压比（λ）或挤压系数（λ）。 挤压系数是挤压工艺最重要的内容，根据制品外形和截面面积选择挤压筒的直径。挤压系数一般＞9。平模当λ＝9～40时使用寿命较长，分流模的挤压系数应在20～70范围内。系数过小会产生焊接不良。所以挤压空心型材的挤压系数比实心型材的大。如挤压Φ101×25管材，当λ=15时焊合不好，选择λ=38时管材焊合良好。挤压系数太大，挤压困难，而且因铝棒较短造成产品的成品率太低，影响经济技术指标。 3．生产过程中如何控制挤压温度？ 铝棒温度应保持在440～520℃之间（以6063为例），加热时间均在6小时以上。挤压筒加热到400～440℃。模具温度为400～510℃，保温时间1～4小时。 4、选择挤压温度应遵循哪些原则？ 6063合金铝棒的挤压温度通常在470～510之间，有时也可在较低温度下挤压。选择铝棒温度的原则：⑴为获得较高的机械性能，应选择较高的挤压温度；⑵当挤压机能力不足，可通过提高铝棒温度来提高挤压速度；⑶当模具悬臂过大时，可提高铝棒温度，以减小
铝棒对模具的压力及摩擦力；⑷挤压温度过高会使产生气泡、撕裂及由于模具工作带粘铝造成表面划痕严重；⑸为了获得高表面质量的产品，宜在较低温度下挤压 5、如何控制挤压速度？ 挤压速度是影响生产率的一个重要指标。挤压速度取决于合金种类、几何形状、尺寸和表面状态，同时也与铸锭质量息息相关。要提高挤压速度，必需合理控制铝棒温度、模具温度、挤压筒温度。6063铝合金挤压速度范围为：9～80M/min，其中实心型材为：20～80M/min，空心型材的挤压速度一般为实心型材挤压速度的0．5～0．8倍。 6、什么是均匀化？ 通常将6063铝棒在560℃保温6～8小时，使合金的Mg2si相以细小质点均匀分布在整个金属基体中，且消除铸造应力，铸锭出炉后以较高速度冷却（水冷或风冷），这种热处理工艺称作均匀化。 7、在挤压生产中，均匀化有什么作用？ ⑴能提高型材的机械性能；⑵降低挤压力约10～15％；⑶大大提高挤压速度；⑷降低合金的挤压摩擦，提高模具寿命；⑸减少型材的挤压痕，改善型材的氧化着色质量。 8、怎样计算挤压机每小时产量？ 挤压机每小时产量按下面公式计算： As=3600×F×P［1Vi÷tf/（Ld-1）］ 其中：As-挤压机每小时产能（t/h） F-铸锭截面积（㎡）
铝合金挤压型材 发布：2010-01-31 2010-03-01实施
1、主题内容与适用对象 本标准规定了铝合金挤压型材外观技术要求、检验方法。 2、概念定义 装饰面：指型材加工成门窗、幕墙后，不论门窗等开启关闭，仍可以看到的面。 非装饰面：指型材加工成门窗、幕墙后，不论门窗等开启关闭，均看不到的面。 3、技术规范 3.1阳极氧化型材的技术要求（如：金属搁架型材、背板等） 3.1.1 氧化膜的外观质量要求不允许有灼伤、氧化膜脱落、严重色差等缺陷。 3.1.2型材端头60mm 以内允许有局部灼伤和无膜现象。 3.1.3装饰面允许存在深度不大于0.03mm 的挤压机械纹路。 3.1.4 同批型材装饰面允许有可接受的色差，△E*ab允许±2，非装饰面上允许有可接受的 颜色不均。 3.1.5型材表面允许存在没有手感、微小的划痕擦伤，但擦伤划痕长度不能超过3mm ，且 划伤擦伤处数量每500mm 不可多于两处（以常人在0.5m 处观察无明显缺陷为准）3.2电泳涂漆型材的要求（如隔断门型材、欧式隔断门型材等） 3.2.1复合膜的外观质量要求不允许有皱纹、裂纹、气泡、流痕、夹杂、发粘、膜脱落、严 重色差等。复合膜外观质量的检查采用目视和手摸的方法进行，对流痕、皱纹和夹杂物的检查应用正常视力，在自然散射光条件下0.5m 远的距离进行观察。 3.2.2型材端头60mm 以内允许有局部灼伤和无膜现象。 3.2.3装饰面允许存在深度不大于0.03mm 的挤压机械纹路。 3.2.4同批型材装饰面允许有可接受的色差，浅色调允许△E*ab 色差±1.5，深色调允许△ E*ab 色差±1.0，非装饰面上允许有可接受的颜色不均。 3.2.5 型材表面允许存在没有手感的划痕，但划痕长度不能超过3mm ，且划伤擦伤处数量 每500mm 不可多于两处（以常人在0.5m 处观察无明显缺陷为准）；竖框为在装饰面上为每2.5米内不能超过2条以上的划伤。 3.3粉末喷涂型材的技术要求（如壁柜门中横框型材） 3.3.1用正常视力，在自然散射光条件下进行观察涂层表面，涂层在装饰面上外观质量要求 平滑、均匀，不允许有皱纹、裂纹、鼓泡、流痕、发粘，影响外观的缺陷。一些内角横沟等非装饰表面允许有轻微的流痕、夹杂缺陷，允许有轻微的桔皮现象。 3.3.2同一批产品之间的色差使用仪器测定时△E*ab≤1.5，不同批产品之间的色差使用仪 器测定时△E*ab≤2。 3.3.3 以正常视力目视不低于500mm处检验，装饰面小于0.2mm2 点状缺陷，每500mm 不 多于5;装饰面小于0.3mm2 点状缺陷，每500mm 不多于3处;装饰面大于0.3mm2点状缺陷不允许存在。 3.3.4由于喷粉造成的绑料痕迹允许距型材端头60mm 以内。 3.4型材表面共同的技术要求 3.4.1型材表面是哪个允许有轻微的压坑、碰伤、擦伤其允许深度见表1，模具挤压痕的深 度见表2：
铝型材挤压加工全过程（图文） 铝合金挤压过程实际是从产品设计开始的，因为产品的设计是基于给定的使用要求，使用要求决定了产品的许多最终参数。如产品的机械加工性能、表面处理性能以及使用环境要求，这些性能和要求实际就决定了被挤压铝合金种类的选择。而同一中铝合金挤压出来的铝型材性能则取决于产品的设计形状。而产品的形状决定了挤压模具的形状。设计的问题一旦解决了，则实际的挤压过程就是从挤压用铝铸棒开始，铝铸棒在挤压前必须加热使其软化，加热好的铝铸棒放入挤压机的盛锭筒内，然后由大功率的油压缸推动挤压杆，挤压杆的前端有挤压垫，这样被加热变软的铝合金在挤压垫的强大压力作用下从模具精密成型孔挤出成型。这就是模具的作用：生产所需要产品的形状。 该图为：典型卧式液压挤压机简图挤压方向为由左向右 这就是对现在使用最为广泛的直接挤压的简单描述，间接挤压是一个相似过程，但是也有些非常重要的不同处，在直接挤压过程，模具是不动的，由挤压杆压力推动铝合金通过模具孔。在间接挤压过程。模具被安装在中空的挤压杆上，使模具向不动的铝棒坯进行挤压，迫使铝合金通过模具向中空的挤压杆挤出。 其实挤压过程类似于挤牙膏，当压力作用于牙膏封闭端时，圆柱状的牙膏就从圆形的开口处被挤出来。如果开口是扁平的，则挤压出来的牙膏就是带状了。当然复杂的形状也能在相同形状的的开口处被挤出来。例如，蛋糕师使用特殊形状的管子挤压冰淇淋来做各种修饰花边，他们所做的其实就是挤压成型。虽然你不能用牙膏或冰淇淋生产很多很有用的产品，你也不能用手指就将铝合金挤压成铝管。但是你能依靠大功率的液压机将铝合金从一定形状的模孔处挤压出来生产种类繁多、很有用的几乎任何形状的产品。 下图（左）挤压开始时第一根型材刚刚被挤出一段，（右）为铝型材生产过程中。
《铝及铝合金挤压型材尺寸偏差》国家标准编制说明 （送审稿），2007-06-25 1 工作简况 1.1 任务来源 随着我国国民经济的发展，我国的铝及铝合金挤压型材正在飞速发展，并出口到美国、欧洲等世界各国。为适应国外市场的需要，本标准是为了配合《一般工业型材生产许可证》评审的要求和需要，在修订GB/T6892-2000《一般工业用铝及铝合金挤压型材》的同时于2004年11月2～5号在长沙由全国有色标准化技术委员会年会上提出修订的，以便与新修订的GB/T6892《一般工业用铝及铝合金挤压型材》国家标准相配套。全国有色金属标准化技术委员会以有色标委（2006）13号文下达了本标准的起草任务，由西南铝业（集团）有限责任公司任主编单位。本标准主要在原GB/T14846-93的基础上，参照欧共体EN755.9-1998《铝及铝合金棒、管、型----型材的尺寸及外形允许偏差》、EN12020.2-2001《6060及6063铝合金精密型材第2部分：尺寸及外形允许偏差》和ANSIH35.2M-1993《铝加工产品的尺寸偏差》标准制订。 1.2 编制组情况 本标准在2004年11月2～5号在长沙由全国有色标准化技术委员会年会上成立编制组，主编单位为西南铝业（集团）有限责任公司，参加单位为中国有色金属工业标准计量质量研究所、东北轻合金加工有限责任公司等。 1.3 主要工作过程 1.3.1 本标准于2005年9月提出《初稿》，于2005年9月23日在成都召开标准讨论会，根据成都讨论会精神，提出标准的《征求意见稿》。 1.3.2 本标准于2006年4月8日～10日，由全国有色金属标准化技术委员会主持，在广州市召开了本标准的预审会，参加会议的有70个单位，130名代表，与会代表对《征求意见稿》进行了认真的讨论。现根据广州预审会精神和对《征求意见稿》的讨论意见，提出本标准的《送审稿》。 2 标准主要内容 2.1 定义 根据广州预审会精神，为了确切理解和解释型材的外接圆直径，因此，增加“外接圆直径”的定义。 2.2 分类及分级 2.2.1 合金分类 2.2.1.1 原GB/T 14846-93将型材分为A、B、C、D四类，由于C类精密型材主要是建筑型材，而建筑型材的尺寸偏差在GB/T5237.1《铝合金建筑型材第1部分基材》中已规定了尺寸偏差，因此本标准在修订中，删除了此类型材的分类。 2.2.1.2 原标准将型材按合金分为高镁型材、硬合金型材和软合金型材三类，而美国将型材按合金分为高镁合金型材（镁含量≥3%）和非高镁合金型材两类，欧共体将型材按合金分为硬合金型材和软合金型材两类，将镁含量≥2.5%的高镁合金型材和2XXX、7XXX系合金型材划为硬合金型材。 2.2.1.3 为了既适应美国，又适应欧洲市场的需要，因此，本标准将型材划分为硬合金型材和软合金型材两类，其中，将镁含量≥ 3.0%的高镁合金型材和2XXX、7XXX系合金型材划为硬合金型材，其他为软合金型材。 2.2.2 指标分级 本标准与原标准一样，仍将横截面尺寸、弯曲度、波浪度、扭拧度、切斜度指标分为普通级、高
一. 题目: 铝合金型材挤压工艺及模具设计 二. 设计基本内容: 设计一件实心型材制品和一件空心型材制品的工艺工艺过程及模具设计,包括挤压工艺参数,模具结构,制造工艺等要求 三. 完成后应缴的资料: 课程设计说明书一份 实心型材模零件图 空心型材模上模零件图 空心型材模下模零件图 空心型材模装配图 四. 设计完成期限: 2007年6月11日------2007年6月22日 指导老师_______签发日期___________ 教研室主任_______批准日期___________ 课程设计评语: 成绩: 设计指导教师_________ _____年_____月____日
目录 一、绪论 (4) 二、总设计过程概论 (7) 2.1挤压工艺流程 (7) 2.2挤压工艺条件 (7) 三、实心型材模设计 (9) 3.1所要设计的实心型材制品 (9) 3.2选坯和选设备 (10) 3.3挤压力的计算 (11) 3.4实心型材模具体结构设计 (12) 3.5.实心模尺寸数据设计 (13) 四、空心型材模设计 (18) 4.1所要设计的制品 (18) 4.2选坯和选设备 (18) 4.3挤压力的计算 (19) 4.4模组及模子外形尺寸确定 (20) 4.5组合模相关参数的确定 (20) 4.6 模子内形尺寸的确定 (23) 4.7模孔工作带长度h g的确定 (24) 4.8模芯的设计 (24)
4.9上模凸台设计 (24) 4.10定位销，螺钉 (24) 4.11模子强度校核 (25) 4.12零件图装配图 (26) 五、总结与体会 (26) 参考文献 (26) 一. 绪论
铝型材挤压机用途：适用于铝，镁，铅，等金属及铝合金的挤压加工，能生产各种建筑型材，工业型材，铝合金门窗，卷帘门，车辆及航空等型板材制品。 挤压需要多大的吨位呢？其是有一计算公式的： 挤压吨位=额定压力*柱塞面积 在这里要说明的是，挤压吨位也可以说是公称压力，额定压力也就是主泵溢流阀压力。此外，如果有边缸的话，那么还要加上边缸压力，不能漏掉了。 对于一个铝合金型材产品，铝型材挤压机，针对铝棒的直径规格来判定用多少吨的挤压机进行加工出适合的型材 首先是根据其断面形状尺寸，来决定挤压模具的尺寸大小，然后是决定是用平面模还是分流模，最后，再来决定挤压机的吨位大小。 铝型材挤压机所使用的铝棒，其重量可以用等体积法或是等质量法来进行计算，不过使用等质量法比较多，其具体的计算公式为：铝棒重量：铝材米重*米数+压余 其最大的确定，一般是采用体积恒定来进行计算，也就是等体积法，来确定长度直径及挤压比等。不过，这要在挤压机挤压力大于材料变形抗力的情况下才行，否则就无法计算和确定。下面就是挤压机挤压型材吨位参数值 挤压机吨位铝棒直径规格 550吨80-85mm 630吨90mm 800吨120mm 1000吨127mm 1250吨152mm 1650吨178mm 1850吨203mm 2500吨254mm 3600吨305mm 铝型材挤压机分为正向挤压和反向挤压两种，目前绝大部分用的是正向挤压机，原理是液压原理. 我们通常把挤压机分为三部分：主缸、中板（挤压桶）、挤压杆。主缸是一个液压装置，液压油通过大活塞传压至小活塞，推进挤压杆，将经过加热的铝棒推进挤压桶，达到排气压力后挤压桶后退排气，再前进与模具腔体接合，达到出材压力后，挤压杆同时前进将挤压桶内的铝送入模具分流孔，铝合金通过模具慢慢流出成型。 1、日常护理一定要跟上，机械要保持一定的清洁。 2、定时清洗油泵的滤网，保护油泵划盘和泵体。适当用测温计检查油泵的温度与新油泵的差别，这样就能知道油泵的相对泄漏情况。不管吸油管密封条件多好，油泵都有一定的吸空情况所以自己要特别注意油箱的油。 3、维修是要经验积累的，平常多上机台用手感应机台阀体的温度。 4、多与机台开机的班长交流因为他们每天对着机台操作机台，对机台快慢有一定的感知这样能避免大修的可能性。 5、一定要保持液压油的清洁，邮箱表面有孔的话要修不好。特备是回油管穿入油箱的管表面的孔一定要用胶皮封好孔 铝型材挤压机的结构原理及操作规程 一.铝型材挤压机主机 可分为以下几部分：
铝合金挤压模具加工合同 篇一：铝合金压铸模具制造技术协议 铝合金压铸模具制造技术协议 甲方：乙方： 本协议经过甲、乙双方协商讨论，同意按以下条款对铝合金压铸模的设计、制造进行验收。 1. 压铸件的名称及图号: 2. 压铸件技术要求铸件尺寸 加工余量:见甲方提供的加工图及毛坯图，如仅提供产品图，则由乙方出毛坯图，甲方产品毛坯图确认需在两个工作日内回复，逾期不能答复则制造周期相应后延。其余铸件尺寸和形状应符合图纸要求。 铸件表面质量:铸件表面应成形良好,无冷隔、裂纹、严重拉伤及起皮、气泡等缺陷。铸件内在质量：铸件各热节部位尤其是加工螺纹处应无缩孔、气孔等缺陷。特殊要求：铸件标识：按甲方提供的产品加工图纸要求，在相应位置刻上商标、生产批次标识（年、月、产品图号）。 模具标识：模具编号（零件号/YM1）、制造年月份、供应商信息。填写模具履历书。 3. 甲方提供铸件生产用压铸机的型号及其相关参数: 表一 4．压铸模具技术要求 模具零件材料、热处理等应符合表二规定：表二
成型零件必须经（真空）淬火工艺处理，对动、定模镶块、浇口套、分流锥除经（真空）淬火工艺处理外，还应进行软氮化处理（氮化深度为、硬度HV≥600）。所有模具零件不得存在裂纹，成型零件表面不允许有划伤、压伤、锈蚀、补焊等缺陷，成型零件表面及浇注系统表面粗糙度不得大于μm。尺寸限制 模具零件的几何形状、尺寸、表面粗糙应符合模具图纸（模具图由乙方设计）要求，同时应满足下表三规定（附图）。 型腔成型部位尺寸及精度要求必须按甲方提供的产品图纸规定设计制造，其中：孔类成型部位尺寸（包括凹圆弧）按中下公差设计制造，轴类成型部位尺寸（包括凸圆弧）按中上公差设计制造。以便尽可能减轻铸件的重量及方便模具的修改。 表三 注：表中尺寸为模具刚性足够时允许的最小尺寸。结构限制 模具动、定模套板均须采用整体式结构。 模具动、定座板（或模脚）必须按所选用的压铸机安装槽尺寸做出安装槽。模具零件非工作部位棱边均应倒角或倒圆，型腔面与分型面或型芯、推杆等相结合的交接边缘不允许倒角或倒圆。 模具细长推杆必须采用非配合段加粗型推杆，确保其强
6063铝合金挤压型材常见缺陷及其解决办法 6063铝合金型材以其良好的塑性、适中的热处理强度、良好的焊接性能以及阳极氧化处理后表面华丽的色泽等诸多优点而被广泛应用。但在生产过程中经常会出现一些缺陷而致使产品质量低下，成品率降低，生产成本增加，效益下降，最终导致企业的市场竞争能力下降。因此，从根源上着手解决6063铝合金挤压型材的缺陷问题是企业提高自身竞争力的一个重要方面。 1 划、擦、碰伤 划伤、擦伤、碰伤是当型材从模孔流出以及在随后工序中与工具、设备等相接触时导致的表面损伤。 1．1 主要原因 ①铸锭表面附着有杂物或铸锭成分偏析。铸锭表面存在大量偏析浮出物而铸锭又未进行均匀化处理或均匀化处理效果不好时，铸锭内存在一定数量的坚硬的金属颗粒，在挤压过程中金属流经工作带时，这些偏析浮出物或坚硬的金属颗粒附着在工作带表面或对工作带造成损伤，最终对型材表面造成划伤； ②模具型腔或工作带上有杂物，模具工作带硬度较低，使工作带表面在挤压时受伤而划伤型材； ③出料轨道或摆床上有裸露的金属或石墨条内有较硬的夹杂物，当其与型材接触时对型材表面造成划伤； ④在叉料杆将型材从出料轨道上送到摆床上时，由于速度过快造成型材碰伤； ⑤在摆床上人为拖动型材造成擦伤； ⑥在运输过程中型材之间相互摩擦或挤压造成损伤。 1．2 解决办法 ①加强对铸锭质量的控制； ②提高修模质量，模具定期氮化并严格执行氮化工艺； ③用软质毛毡将型材与辅具隔离，尽量减少型材与辅具的接触损伤； ④生产中要轻拿轻放，尽量避免随意拖动或翻动型材； ⑤在料框中合理摆放型材，尽量避免相互摩擦。 2机械性能不合格 2．1 主要原因 ①挤压时温度过低，挤压速度太慢，型材在挤压机的出口温度达不到固溶温度，起不到固溶强化作用； ②型材出口处风机少，风量不够，导致冷却速度慢，不能使型材在最短的时间内降到200℃以下，使粗大的Mg2Si过早析出，从而使固溶相减少，影响了型材热处理后的机械性能； ③铸锭成分不合格，铸锭中的Mg、Si含量达不到标准要求； ④铸锭未均匀化处理，使铸锭组织中析出的Mg2Si相无法在挤压的较短时间内重新固溶，造成固溶不充分而影响了产品性能； ⑤时效工艺不当、热风循环不畅或热电偶安装位置不正确，导致时效不充分或过时效。 2．2 解决办法 ①合理控制挤压温度和挤压速度，使型材在挤压机的出口温度保持在最低固溶温度以上； ②强化风冷条件，有条件的工厂可安装雾化冷却装置，以期达到6063合金冷却梯度的最低要求； ③加强铸锭的质量管理； ④对铸锭进行均匀化处理； ⑤合理确定时效工艺，正确安装热电偶，正确摆放型材以保证热风循环通畅。 3几何尺寸超差 3．1 主要原因 ①由于模具设计不合理或制造有误、挤压工艺不当、模具与挤压筒不对中、不合理润滑等，导致金属流动中各点流速相差过大，从而产生内应力致使型材变形；
铝型材挤压机操作步骤及方法 1、挤压套、挤压簧、挤压模以及顶压头必须配套，不得与其它厂家产品 混用。 2、挤压模安装后，检验顶压头与挤压模的对中是否良好：空载状态下缓 慢伸出活塞使顶压头进入挤压模内孔，停机检查对中性。 3、挤压用钢绞线在切断时断面应齐整，不得歪斜，且应磨去断面的毛刺 或劈峰。 4、挤压簧在安装时应进行现场自检：正常的情况应该是手掰可断——其 脆性和硬度比较大。 5、挤压前，应清洗钢绞线端部挤压部位表面污物并且必须涂一薄层退锚 灵于挤压模内孔表面。同时应先清除顶压头内孔的残留弹簧丝，避免挤压后包在挤压套内的钢绞线长度不够（钢绞线断面至少应平齐挤压套端面、宜外露2~5mm，否则可能会出现握裹力不足而引发滑脱事故）。 6、预先将挤压簧旋转着套入钢绞线，然后钢绞线连同挤压簧穿过挤压模 内孔；其次，挤压套轻轻地旋转着套入钢绞线和挤压簧（挤压簧应全部被包在挤压套两端头内，允许外露两端各不超过2mm）。 7、为了便于对中，摆正挤压机使其纵向中心线处于钢绞线的延长线上， 将组装体（挤压套、挤压簧和钢绞线）扶正紧贴顶压头后，开启机器进行顶压。顶压头带着组装体行进直至挤压套被夹紧在顶压头与挤压模之间的整个过程中，务必手扶着挤压套使之与顶压头保持对中，同时，在挤压机体外扶正钢绞线保持对中并施力使钢绞线端头顶紧顶压头。挤压过程应持续一次完成、中间不宜停顿。 8、当出现包在挤压套内的钢绞线长度不够（内凹陷）、或者挤压力小于 280KN时，应切除挤压体后重新挤压，避免滑脱事故隐患。 9、使用过程中，必须经常在挤压模内孔表面涂上一薄层退锚灵以保护挤 压模正常使用。挤压力正常情况下为281～342KN。 10、挤压过后油压降到0后应马上卸压回程，防止顶压头顶到挤压模，损 坏挤压机。 11、应定期做挤压体抗拉力（握裹力）试验，验证其挤压效果，以确保挤 压后挤压体的质量。 12、挤压模及挤压顶杆是易损件，挤压模更是挤压质量关键。若有磨损 使挤压压力过大或过小应该立即更换。施工中应采取措施保护挤压模： （1）、挤压模、顶压头必须对中（同轴）。 （2）、使用时，必须保持挤压模内表面的清洁与润滑。 （3）、当挤压力出现超常时，应检查分析，不可野蛮操作。 （4）、操作时，必须避免顶压头顶到挤压模。 （5）、若长时间连续挤压作业时，挤压模温度会很高。因此应注意停机休息、散热，防止挤压模过热易损，降低正常使用寿命。 铝型材挤压机的操作步骤与要点 铝型材挤压机的使用包括安装、调整、试车、操作、维护和修理等一系列环节，虽然看似繁琐，实际上只需要按照说明上的操作即可。但是作为操作人员必须熟悉自己所操作的铝型材挤压机的结构特点，来正确地掌握挤压工艺条件，正确地操作机器。挤压机的种类很多，尽管操作的要点各不相同的，但也有其相同之处。今天我们就来详细介绍一下铝型材挤压机的操作步骤与要点。