课题名称

太阳能热水器支架挤压工艺及模具设计

学生姓名

 

专业班级

 

课题类型

工程设计

指导教师

 

职    称

 

课题来源

生产

1、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义

1.1 国内方面

经过几十年的发展，我国已建立起完整的大、中、小配套的挤压工业体系。2006我国原铝产量达到930万吨，连续四年雄踞世界榜首，同年，铝材产量超越美国，跃居全球第一.；该年铝挤压材产量超越美国并成为净出口国。目前我国已经成为名副其实的挤压大国，但还不是挤压强国，我国与世界先进水平还有较大差距，我们应该努力赶上并超越，成为真正的挤压强国。

目前国内的模具发展水平还不高，基本采用传统方法，开始研究和开发新理论、新方法，开始重视新结构模具研发与软件开发，有限元开始用于模具结构优化。正准备建立数据库和专家库，开发虚拟设计软件。我国已开发出简单形状的平面模和平面分流组合模二维实用软件正向三维推进。开始研发扁挤压工具和固定挤压垫及快速更换装置，反向挤压也开始改进。磨具材料方面以H13替代Cr2W8V钢，H13的冶金质量正在逐步提高，同时开始开发新型模具材料和陶瓷材料，但进展不大，模具寿命特别是复杂精密模具的使用寿命不高。在磨具加工技术方面推行机---电---热综合加工方法，传统的手加工方法仍然占据相当大的比重，机床的NC/CNC为50%左右，加工中心开始使用，复杂多腔，多孔空心模制造技术尚不过关。

1.2 国外方面

国外各方面发展较早，积累了雄厚的资本和经验，拥有大量的专业人才和技术人员，这不是我国段时间可以赶上的。也是从2006年我国在原铝产量以及铝材加工方面正式超越了一流国家，成为铝材大国。世界先进的模具设计理论和方法普遍采用动态热分析和热模拟及有限元和电子计算机分析技术，研发出了多种先进的新模具结构（如蝶形模、子母模、多孔空心模等）及设计软件，建立了巨型数据库和专家库，正在研发零试模技术。他们普遍采用了CAD/CAM技术，并已经从二维向三维发展，开发了大量平面模和组合模及其他模具结构的应用软件且商品化。广泛的采用了高比压、优质圆、扁挤压筒，固定挤压垫、快速换模装置及高效反挤压工具。模具材料方面以H13及改进型钢为主，采用电渣重熔、炉外在线精炼，冶金质量稳定可靠，并开始研制陶瓷高温和粉末合金等新型模具材料，与先进热处理工艺结合，可大大提高模具的使用寿命。在模具加工技术方面他们机加工、电加工和热加工水平很高，机床的NC/CNC程度达95%以上，加工中心基本普及实现全线自动化生产，可批量制造复杂多腔、多孔空心模。

1.3选题的依据和意义

据研究表明，铝的资源量非常丰富，约占地壳总质量的8.2%，是地壳中分布最广、储量最多的金属元素之一，远比铁和钛等丰富，由于其被发现的比较晚，所以没有得到广泛的使用，近些年由于发现了高效的冶炼方法——电解炼铝法，所以开始了广泛的使用。由于铝优良的性能，各种行业都开始大量地使用，产量与需求都在逐年递增，由此可见铝加工行业也将迎来空前的繁荣发展局面。挤压加工在铝加工当中占有着特殊的地位，在产量和用途上仅次于轧制材，由于挤压材废料率大，生产效率低，所以输给了轧制材，但由于挤压材各种优良的性能和特点，挤压加工仍是一种确保产品品质，综合效益最好的先进加工方法。而模具则在挤压加工中起着不可或缺的作用，可以说没有模具就没有各种型材的出现。模具的设计与制造质量是实现挤压生产高产、优质、低耗、高效低成本的关键技术与重要保证之一，模具的使用寿命是评价挤压方法或挤压工艺的决定性因素之一，因此，必须制造出耐用、多样的模具。挤压模具在铝合金挤压生产中起着十分重要的作用，挤压模具的设计是一门综合性很强的学科内容十分丰富、复杂，由于其重要作用，目前已经引起了学术界、企业界和政府的高度重视。随着铝合金挤压型材向着大型化、复杂化、精密化、多规格、多用途方向发展，对挤压模具提出了越来越高的要求。目前国内的水平与过节先进水平相比仍存在巨大的差距，仍需要我们不断努力去缩小差距，争取赶上并超越他们，成为真正的铝加工强国，成为模具强国。

2、研究的基本内容，拟解决的主要问题

   2.1 研究的基本内容：

这次设计的任务是太阳能热水器支架的挤压工艺及模具设计，并绘制出模具装配图、模具零件图及编写设计书明书。具体有以下几点：

    （1）分析零件的挤压工艺，制定合适的模具设计方案；

（2）计算零件的相关参数，确定正确的设计参数；

    （3）在零件的基础上设计合适的挤压模具；

    （4）绘制模具装配图和零件图；

    （5）编写设计书明书；

   2.2 拟解决的主要问题

（1）计算每道工序前毛坯件的尺寸；

（2）合理设计模具结构；

（3）选择合适的零件材料、热处理方式、尺寸精度和行为精度；

（4）正确使用手册和相关技术资料，运用标准和规范；

（5）编写技术文件和整理资料;

     3.研究步骤、方法及措施

    （1）查阅有关模具设计方面的资料，翻译与模具设计相关英文文献。查阅有关模具设计方面的资料查阅有关模具方面的资料，查阅15篇以上与题目相关的文献；

（2）确定模具及零件的材料和尺寸；

（3）确定加压力及选择挤压设备；

（4）对工件进行挤压成型工艺分析，选择合理的设计方案

（5）设计挤压模具（模具的结构、各工作部分、凸凹模的紧固等）；

（6）绘制零件图和装配图；

（7）查找错误，修改整理；

 

4、研究工作进度

(1) 1~2周，查阅相关资料，学习挤压模具的设计方法。

(2) 6~10周，根据任务书要求，对零件进行分析，确定模具的设计方案，按步骤进行设计计算，确定工艺参数，画出模具的装配结构草图，并确定草图中各零件的结构、尺寸、材料、公差和技术要求。

(3) 11~13周，书写设计说明书，用CAD画出模具装配图和所有零件的零件图，绘出主要零件的立体模型图，交指导教师审查。

(4) 14~15周，按指导教师的要求对设计说明书和图的电子稿进行修改，修改后交指导教师审核。

(5) 16周，指导教师审核通过后，打印、装订毕业设计，准备答辩。

(6) 17周，毕业答辩，根据答辩反馈意见进行毕业设计图纸和设计说明书的完善。

5. 主要参考文献

[1] 王树勋等. 实用模具设计与制造[M]. 长沙：国防科技大学出版社，1992

[2] 刘静安. 轻合金挤压工具与模具[M].上下册. 北京：冶金工业出版社，1990

[3] 杨长顺编著. 冷挤压模具设计[M]. 北京：国防工业出版社，1996

[4] 王祖唐．金属塑性成形理论[M]．北京：机械工业出版社，1989．

[5] 黄毅宏．模具制造工艺[M]．北京：机械工业出版社,1995．

    [6] 刘静安.铝型材挤压模具设计、制造、使用及维修。北京：冶金工业出版社，2002.

    [7] 刘静安，邵莲芬.铝合金挤压工模具典型图册。北京：化学工业出版社，2007.

[8] 李积彬，伍晓宇，毛大恒，马建哲.铝型材挤压模具3D设计CAD/CAE实用技术。北京：冶金工业出版社，2003.

 

    [9] 赵云路，刘静安，苏德权.铝型材挤压工艺。1998.

    [10] 陈泽中，包忠诩，刘和生，王美艳.铝型材挤压研究。金属成型工艺，2000.

    [11] 刘静安，黄凯.铝合金挤压工模具技术。北京冶金工业出版社，2009.

    [12] 濮良贵， 纪名刚. 机械设计。 北京：高等教育出版社，2006.

    [13] 谢家瀛. 机械制造技术概要。北京：机械工业出版社,2001.

    [14] 程培源.模具的寿命与材料。北京:机械工业出版社，1999. 

[15] 李凤平. 机械图学。沈阳：东北大学出版社，2003.

[16] 李晓 材挤压模的选材及其热处理。国外金属热处理,2001,