畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 徐旭

1、河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）板型觸頭冷精鍛成形技術(shù)及成型模擬分析摘 要本文主要講述板型觸頭冷精鍛模具設(shè)計(jì)及數(shù)值模擬。根據(jù)被加工板型觸頭零件的技術(shù)要求，通過(guò)對(duì)此零件進(jìn)行工藝性、經(jīng)濟(jì)性等方面的分析，確定完成該零件的設(shè)計(jì)與制造需要以下基本工序，即：下料，冷鍛，彎曲，校形。通過(guò)對(duì)可行性方案進(jìn)行比較，選擇該零件的加工工藝為：冷擠壓成形，彎曲，校形。本設(shè)計(jì)首先根據(jù)經(jīng)驗(yàn)法計(jì)算，確定設(shè)備分別為：630噸油壓機(jī)。擠壓工步為下料、冷擠壓、整形。然后設(shè)計(jì)模具結(jié)構(gòu)，確定模具尺寸、模具材料以及熱處理方案。接著運(yùn)用Deform-3D數(shù)值模擬軟件對(duì)冷擠壓過(guò)程進(jìn)行模擬，對(duì)成形過(guò)程中的溫度變化、應(yīng)力與應(yīng)變的分布、鍛件損傷狀態(tài)、

2、坯料充型狀態(tài)以及折疊情況進(jìn)行分析研究，檢驗(yàn)預(yù)設(shè)工藝的合理性，然后根據(jù)模擬的情況對(duì)模具的結(jié)構(gòu)和參數(shù)修改后再進(jìn)行模擬，直到模擬成功，并分析模擬成功后的數(shù)據(jù)，最終確定模具的結(jié)構(gòu)與參數(shù)。研究結(jié)果表明，應(yīng)用冷精鍛工藝數(shù)值模擬技術(shù)，可以更加充分地了解到鍛造成形過(guò)程的本質(zhì)，并最終獲得優(yōu)化的成形工藝和模具結(jié)構(gòu)。由于整個(gè)數(shù)值模擬在計(jì)算機(jī)中進(jìn)行，無(wú)需加工實(shí)際的模具和坯料，極大的縮短了模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工藝優(yōu)化的時(shí)間，使模具的生產(chǎn)效率得到非常大的提高，并且也使產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的成本得到了降低。關(guān)鍵詞：板型觸頭，冷擠壓，模具，成形，數(shù)值模擬The Technology of Cold Precision Forging for

3、Platelike Contact and Its Process Simulation AnalysisABSTRACTThis article focuses on the design of precision forging for platelike contact and process simulation analysis. According to the technical requirements of the processed platelike contact, economic analysis and manufacturability analysis, to

4、 complete the manufacture of the workpiece needs the following basic processes, namely: blanking, cold extruding, bending, and correction. Through the feasibility of the scheme comparison, select the parts processing technology for: cold extrusion forming, bending, and correction. According to the e

5、xperience method, forging equipment can be chosen as follows: 630 tons of hydraulic press. Processes of cold extruding consist of baiting, cold extruding and rectify. And then we should design the mould structure, determine the mold size, die materials and heat treatment methods. Using numerical sim

6、ulation software the Deform-3D to simulate the cold forging process. Based on the analysis of the variation in temperature, stress , the filling state of workpiece and strain state, damage distribution and folding condition of the cold forging process, we can figure it out whether the plan choose re

7、asonably. According to the simulation results, we could change the structure and parameters of the mold. Then we could simulate it for more times until the simulation is successful. Next we should analyze the data which was obtained in the simulation and finally we should determine the structure and

8、 parameters of the mold.Research result shows that the application of numerical simulation can help us understand the nature of forging process more fully. We can eventually optimize the forming technology and die structure Due to the numerical simulation is processing in computer, there is no need

9、to use actual die and billet. So the time for optimization of the mold structure and process could be reduced, the production efficiency could be improved.KEY WORDS: platelike contact, cold extrusion, numerical simulation, forming27目 錄板型觸頭冷精鍛成形技術(shù)及成型模擬分析I摘 要I目 錄IV符號(hào)說(shuō)明VI前 言1第一章 制件圖與設(shè)計(jì)任務(wù)3§1.1 設(shè)計(jì)任務(wù)

10、零件3§1.2 設(shè)計(jì)任務(wù)分析3第二章 冷擠壓加工工序的設(shè)計(jì)4§2.1 冷擠壓零件的分類(lèi)4§2.2 坯料的下料方法4§2.3 冷擠壓坯料的制備5§2.4 毛坯尺寸計(jì)算6§2.5 冷擠壓的變形程度8§2.6 冷擠壓力的計(jì)算8§2.7 冷擠壓設(shè)備的選擇8第三章 冷擠壓工藝制定9§3.1 工藝設(shè)計(jì)前的準(zhǔn)備工作9§3.2 冷擠壓工藝方案9第四章 板型觸頭冷擠壓數(shù)值模擬及分析11§4.1 觸頭成型過(guò)程參數(shù)的設(shè)定11§4.2 成形后鍛件的溫度變化11§4.3 成形后鍛件應(yīng)力應(yīng)變分

11、析11§4.4 對(duì)凸模受力狀況分析12§4.5 成形結(jié)束時(shí)坯料金屬的流動(dòng)狀態(tài)13§4.6 成形結(jié)束時(shí)鍛件的表面損傷14§4.7 數(shù)值模擬總結(jié)14第五章 冷擠壓模具設(shè)計(jì)16§5.1 冷擠壓模具的設(shè)計(jì)要求16§5.2 冷擠壓模具凸模的設(shè)計(jì)16§5.3 冷擠壓模具凹模的設(shè)計(jì)17§5.4 冷擠壓模具的基本結(jié)構(gòu)19§5.5 冷擠壓模具的基本結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)21§5.5.1凸模固定架21§5.5.2 凹模的固定22§5.5.3 凸模的固定22§5.5.4 凹模的支撐23§5.

12、5.5頂出裝置和頂出力的計(jì)算23§5.5.6 其他部件25結(jié) 論26參考文獻(xiàn)27致 謝28符號(hào)說(shuō)明A凸模與毛坯直接接觸表面在水平面上的投影面積（平方毫米)b寬度h高度l芯棒長(zhǎng)度HRC布氏硬度值P單位擠壓力（kN)p平均單位擠壓力，習(xí)慣上稱為單位擠壓力（MPa)c安全系數(shù)M擠壓件的質(zhì)量d凸模工作部分直徑G液壓機(jī)噸位F頂桿所受壓力擠壓件斷面縮減率R圓角半徑錐頂角支承部分錐半角F坯原毛坯的截面面積D坯原毛坯的直徑L坯原毛坯的長(zhǎng)度V坯原毛坯的體積B模具寬度擠壓件材料的抗拉強(qiáng)度間隙值前 言精鍛全稱叫做精密鍛造，又叫冷擠壓、冷精鍛。是在常溫下以較大的擠壓力使金屬坯料達(dá)到塑性狀態(tài)，產(chǎn)生塑性流動(dòng)，并

13、通過(guò)凸模和凹模間的間隙或出口（?？祝D出（或者充滿型腔）。得到預(yù)先要求的表面形狀、尺寸并具有一定力學(xué)性能的擠壓制件的塑性加工方法。冷擠壓的毛坯不需要經(jīng)過(guò)加熱，所以生產(chǎn)出的零件精度較高。冷擠壓制件精度較高、表面粗糙度好。可以做到無(wú)切屑或者極少切屑，廢料少，是金屬塑性加工方法中較為先進(jìn)的方法之一。電觸頭應(yīng)用極為廣泛，是各種電器的主要部件之一。它被廣泛應(yīng)用于變電器、繼電器、接觸器、中低壓斷路器、負(fù)荷開(kāi)關(guān)中。觸頭還被家用電器、汽車(chē)電器、航空電器等開(kāi)關(guān)電器作為主要的導(dǎo)電和接觸材料。它直接決定著電器電流電壓回路是否通暢。在電器中的作用就相當(dāng)于心臟在人體中的作用，十分重要。板型觸頭作為觸頭眾多種類(lèi)的一種，不

14、僅要承擔(dān)電流電壓通斷的功能，還要在板上鉆孔承擔(dān)一定的力。由于觸頭需要進(jìn)行反復(fù)插拔，觸頭接觸工作帶需要耐磨、耐腐蝕和疲勞斷裂。所以采用冷擠壓對(duì)它的力學(xué)性能提高有幫助。冷擠壓作為鍛造的一種，它的歷史并不久。但是鍛造歷史悠久，在中國(guó)周朝開(kāi)始鍛造就被應(yīng)用于青銅器的打造。后來(lái)鐵器時(shí)代，鍛造工藝得到極大的發(fā)展，但這些都只是原始的鍛造。我國(guó)的現(xiàn)代化的鍛造或者冷擠壓起步都不久，建國(guó)初期鍛造工藝得到了蘇聯(lián)專(zhuān)家的指導(dǎo)，鍛造設(shè)備也依靠蘇聯(lián)援助。雖然起步艱難但是發(fā)展非常迅猛。冷擠壓略晚于鍛造起步，主要在改革開(kāi)放過(guò)后，在中國(guó)得到了發(fā)展?，F(xiàn)在冷擠壓工藝由于它的多方面優(yōu)點(diǎn)，也越來(lái)越被企業(yè)、科研院所、政府重視起來(lái)。近幾年，隨

15、著汽車(chē)工業(yè)的進(jìn)步與發(fā)展。與汽車(chē)配件配套的零件要求越來(lái)越高。而傳統(tǒng)的機(jī)加工或者鍛造很難滿足需要，這時(shí)冷擠壓也充分顯示了它的優(yōu)點(diǎn)。在某些加工領(lǐng)域取代或減少了機(jī)加工工序。板型觸頭的冷擠壓就是一個(gè)很好的例子。板型觸頭經(jīng)過(guò)冷擠壓鍛造，力學(xué)性能大大提高，使用壽命和零件的可靠性也大大提升。作為電器設(shè)備的心臟一觸頭，可以使電器的功效可靠性盡可能發(fā)揮到最好。數(shù)值模擬技術(shù)隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，已經(jīng)在金屬塑性加工理論的研究和實(shí)際生產(chǎn)中顯現(xiàn)出其作用，金屬塑性成型過(guò)程的數(shù)值模擬技術(shù)正成為對(duì)塑性成型過(guò)程進(jìn)行科學(xué)預(yù)測(cè)、定量控制和工藝優(yōu)化的有效方法，在塑性加工領(lǐng)域獲得了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。數(shù)值成形模擬的商品軟件已在生產(chǎn)實(shí)際中大

16、量應(yīng)用，模擬技術(shù)是塑性加工虛擬制造系統(tǒng)中的一項(xiàng)重要技術(shù)。因此，掌握數(shù)值模擬技術(shù)已成為從事塑性成形加工和模具設(shè)計(jì)的技術(shù)人員所需具備的一項(xiàng)基本技能。板型觸頭的精鍛屬于三維非穩(wěn)態(tài)塑性成形過(guò)程，既存在材料的非線性，又存在幾何非線性，變形機(jī)制比較復(fù)雜，接觸邊界情況也不可能完全反映擠壓的真實(shí)情況，摩擦邊界也只是理論值。一旦金屬達(dá)到塑性流動(dòng)，傳統(tǒng)的分析方法分析觸頭的鍛造過(guò)程就非常困難。但是由于計(jì)算機(jī)的發(fā)展，產(chǎn)生了一種新的有限元模擬技術(shù)。由于借助計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的計(jì)算分析功能，可以對(duì)復(fù)雜的成形過(guò)程進(jìn)行有限元分析。這使得有限元模擬技術(shù)成為了金屬塑性加工行業(yè)必不可少的工具。通過(guò)對(duì)鍛件的有限元模擬仿真分析，可以得到金屬的

17、流動(dòng)狀態(tài)，應(yīng)力應(yīng)變分布情況，金屬表面的損傷和缺陷，幾何外形的變化，是否充滿型腔等。這些模擬分析的信息是制定和修改擠壓工藝方案的重要數(shù)據(jù)和依據(jù)。通過(guò)對(duì)冷擠壓過(guò)程的有限元模擬仿真，大大縮減了模具設(shè)計(jì)周期，通過(guò)它對(duì)模具的優(yōu)化，也使冷擠壓模具制造成本降低。當(dāng)前，國(guó)內(nèi)計(jì)算機(jī)技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)與制造方面的應(yīng)用和研究得到了政府及研究部門(mén)的高度重視；從國(guó)外引進(jìn)的先進(jìn)軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)也開(kāi)始具備了從事高水平的軟件開(kāi)發(fā)的能力；其次軟件開(kāi)發(fā)機(jī)構(gòu)和相關(guān)人才已經(jīng)展現(xiàn)出一定的水平，努力縮小機(jī)械設(shè)計(jì)與制造軟件和國(guó)外同類(lèi)軟件日益擴(kuò)大的差距。 基于計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)自動(dòng)化，國(guó)內(nèi)外軟件廠商把機(jī)械設(shè)計(jì)的新方法、新理論和計(jì)算機(jī)技術(shù)緊密結(jié)合在一起，產(chǎn)

18、生了日益豐富的設(shè)計(jì)應(yīng)用軟件，形成了以計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)輔助制造系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)、智能設(shè)計(jì)、虛擬設(shè)計(jì)與制造等為主的通用或?qū)Ｓ迷O(shè)計(jì)軟件。隨著有限元分析方法和計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)數(shù)值仿真技術(shù)也將被廣泛的應(yīng)用到觸頭精鍛中。第1章 制件圖與設(shè)計(jì)任務(wù)§1.1 設(shè)計(jì)任務(wù)零件圖1-1 板型觸頭結(jié)構(gòu)示意圖本次設(shè)計(jì)的零件為板型觸頭，材料為純銅，結(jié)構(gòu)示意圖如圖1-1所示。制件結(jié)構(gòu)特征說(shuō)明：板型觸頭一般由圓柱觸頭、觸頭連接板、陣列孔、接觸圓弧、前端孔和后端面等組成。§1.2 設(shè)計(jì)任務(wù)分析設(shè)計(jì)主要內(nèi)容：1、對(duì)板型觸頭鍛件進(jìn)行冷精鍛工藝分析，制定合理的成形工藝方案。2、計(jì)算擠

19、壓成形壓力，確定壓力中心，初選成形設(shè)備。3、進(jìn)行冷擠壓凸模、凹模型腔等模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，完成模具總裝圖和零件圖的繪制。4、對(duì)板型觸頭的冷擠壓過(guò)程進(jìn)行數(shù)值模擬。第二章 冷擠壓加工工序的設(shè)計(jì)§2.1 冷擠壓零件的分類(lèi)一、觸頭的作用與零件要求作為開(kāi)關(guān)電器上的重要部件之一的觸頭，它與觸頭座配合后將作用于高電流的電氣環(huán)境中。觸頭在工作時(shí)，受氣體電流腐蝕，一定力的作用，受力大而且受力復(fù)雜，同時(shí)，觸頭又是固定配合件，因此，要求觸頭具有足夠的耐磨性能、剛度和強(qiáng)度，具有良好的承受靜載荷的能力，耐腐蝕且電阻良好。觸頭在工作時(shí)，受氣體電流腐蝕，一定力的作用，受力大而且受力復(fù)雜，同時(shí)，觸頭又是固定配合件，因此，

20、要求觸頭具有足夠高的耐磨性能、剛度和強(qiáng)度，具有良好的承受靜載荷的能力，耐腐蝕且電阻良好。觸頭工作時(shí)要承受一定的轉(zhuǎn)矩及一定的彎曲應(yīng)力，容易產(chǎn)生扭振、折斷及軸頸磨損等缺陷，因此要求用材應(yīng)有一定的沖擊韌度、導(dǎo)電性、疲勞強(qiáng)度和耐磨性。常用材料有：一般觸頭有銅鎢合金、純銅、銀點(diǎn)觸頭等；對(duì)于耐磨性要求不高的情況下可采用銅材料。本課題采用純銅材料，應(yīng)為其具有較好的綜合力學(xué)性能和較高抗拉強(qiáng)度及疲勞強(qiáng)度，并且有較差的淬透性，切削加工性差，冷加工塑性良好。二、觸頭零件分類(lèi)板型觸頭屬于板狀帶圓柱階梯的冷擠壓件比較特殊。毛坯需要根據(jù)批量大小、尺寸、結(jié)構(gòu)及材料品種來(lái)決定。單件小批的觸頭采用冷擠壓的工藝方案生產(chǎn)。

21、7;2.2 坯料的下料方法選取下料方法。常用的下料方法有：剪切法、鋸切法、冷折法、氣割法、砂輪片切割法和車(chē)削法等。剪切法剪切坯料時(shí)，坯料局部被壓扁，端面會(huì)出現(xiàn)不平整，有時(shí)還會(huì)帶有毛刺和裂紋等缺陷。對(duì)于合金鋼、工具鋼和截面尺寸比較大的棒料，需要加熱才能剪切。而鋸切法也是下料常用的方法之一，鋸切能切斷橫截面較大的坯料，因?yàn)橄铝陷^準(zhǔn)確，切口較平整，對(duì)端面的質(zhì)量和長(zhǎng)度精度都能保證。而且適用于大多數(shù)金屬材料在常溫下切割，操作方便。其他切割方法大都需在特定的環(huán)境和條件下使用，有局限性。由于觸頭坯料為厚度在20mm，長(zhǎng)度為423mm，寬度為127mm。厚度較大，不宜剪切下料。綜合上述特點(diǎn)，述固選用鋸切下料的

22、方法。§2.3 冷擠壓坯料的制備根據(jù)零件的相應(yīng)區(qū)域的橫截?cái)嗝嫘螤顏?lái)選取冷擠壓毛坯的形狀。一般旋轉(zhuǎn)體以及軸向?qū)ΨQ多角類(lèi)零件可以選擇圓柱形坯料；而矩形橫斷面零件可以用矩形坯料。在擠壓塑性較好的有色金屬板料是，為了提高材料利用率，可采用六方體或其他和凹模內(nèi)腔形狀不一致的多邊形坯料。根據(jù)電觸頭的高精度要求，和純銅材料切削性能不好的特點(diǎn)，而且觸頭就頂端圓柱需要與觸頭座接觸配合，所以要求較高的力學(xué)性能，和耐磨性。坯料的形狀有兩種情況：一種是下一塊完整的長(zhǎng)條狀坯料。如圖2-1所示。這樣的坯料下料簡(jiǎn)單。這種形狀坯料在成形時(shí)固定在凹模中，靠凸模施加壓力使坯料達(dá)到塑性狀態(tài)，處于塑性狀態(tài)的坯料在凸模壓力下

23、，會(huì)往相對(duì)壓力小的位置流動(dòng)。所以中間要用一塊鑲塊壓住不不需要加工的位置。然后反擠壓。圖2-1 觸頭坯料結(jié)構(gòu)示意圖1但是坯料使用完整的長(zhǎng)條板狀坯料并采用反擠壓方法成型板型觸頭的觸頭柱，液壓機(jī)壓力將會(huì)非常的大而難以成形。特別是中間鑲塊的力量會(huì)非常大，以至于無(wú)法壓住塑性狀態(tài)下的坯料。但如果把坯料板切掉一塊之后，成形所需壓力大大減小，更有利于成形坯料的形狀如圖2-2所示。圖2-2 觸頭坯料結(jié)構(gòu)示意圖2§2.4 毛坯尺寸計(jì)算一、毛坯體積由于金屬流動(dòng)的不均勻，正擠壓件桿部的端面可能不是平面，需要加一點(diǎn)的機(jī)加工余量予以切除，所以計(jì)算坯料體積時(shí)還應(yīng)加上修邊余量：冷擠壓坯料體積根據(jù)金屬材料的塑性變形前

24、后體積不變?cè)瓌t來(lái)確定。觸頭的圓柱軸向留有3mm加工余量。徑向留有2.5mm加工余量。冷擠壓時(shí)，為了能夠使坯料順利地放進(jìn)凹模型腔內(nèi)，坯料外徑尺寸應(yīng)該滿足下式要求：參考零件尺寸與上述公式得出坯料外形尺寸如圖3-2所示：圖3-2 觸頭坯料結(jié)構(gòu)尺寸圖板料厚度及形狀如圖3-3所示，坯料圓弧處與零件圓弧形狀保持一致。圖2-3 觸頭坯料厚度尺寸圖二、毛坯高度毛坯只有圓柱觸頭處有較大塑性變形，和截面積變化。所以高度只算圓柱觸頭處。毛坯體積及橫截面積確定以后，他的高度可以由以下公式求出：帶入公式：取h0=53mm§2.5 冷擠壓的變形程度銅的正擠壓許用變形程度為9095%銅的反擠壓許用變形程度為709

25、0%=可知銅的許用變形程度很高，此零件的冷擠壓完全符合條件§2.6 冷擠壓力的計(jì)算一、 總壓力的計(jì)算：按圖算法:得到單位擠壓力1600MPa，總擠壓力5640KN。§2.7 冷擠壓設(shè)備的選擇根據(jù)上述計(jì)算，可以粗選冷擠壓設(shè)備為標(biāo)稱壓力為630KN油壓機(jī)，更具零件高度，最大工作臺(tái)行程900mm，工作臺(tái)尺寸不小于1000800mm。第三章 冷擠壓工藝制定§3.1 工藝設(shè)計(jì)前的準(zhǔn)備工作冷擠壓件圖如圖3-1所示：圖3-1 觸頭冷擠壓鍛件圖§3.2 冷擠壓工藝方案觸頭許用變形程度，采用一次冷擠壓成形的方法生產(chǎn)。擠壓結(jié)束后還需要對(duì)觸頭圓柱進(jìn)行機(jī)加工，鉆孔。最后用通用彎

26、曲模具，將長(zhǎng)板形擠壓件彎曲成零件形狀。觸頭加工在實(shí)際生產(chǎn)中方法不多，常見(jiàn)的有以下幾種：1、下料機(jī)加工。2、下料反擠壓整形機(jī)加工。3、下料正擠壓整形機(jī)加工。觸頭是機(jī)器中的關(guān)鍵零件，工作中承受一定變化的彎曲和扭轉(zhuǎn)力矩，同時(shí)承受振動(dòng)附加應(yīng)力的作用，受力情況較為復(fù)雜，容易產(chǎn)生疲勞破壞磨損。所以對(duì)觸頭的強(qiáng)度、剛度、耐磨性等提出了較高的要求。銅是一種較貴的金屬材料加工過(guò)程要最大程度減少材料浪費(fèi)。而且銅材料本身切削性能較差，不利于機(jī)加工。冷精鍛鍛時(shí)液壓機(jī)的行程和速度都能實(shí)時(shí)控制，可以鍛造各種形狀復(fù)雜的鍛件。模腔形狀接近最終零件外形，后續(xù)加工少，減少了材料的損失。一次成形，效率大大提高，而且成形精度高。成本大

27、幅降低。第一種方法主要是機(jī)加工，機(jī)加工破壞了金屬的流線，在加工中容易出現(xiàn)裂紋缺陷，在強(qiáng)度和剛度上都不如冷精鍛，而且零件外形復(fù)雜，曲線多。機(jī)加工效率極低，而且材料浪費(fèi)嚴(yán)重。冷精鍛法主要優(yōu)點(diǎn)是產(chǎn)品生產(chǎn)速率、合格率、成形率和精度都非常高，曲拐金屬的流線非常良好，纖維組織致密，而且冷擠壓工時(shí)短，成本比機(jī)加工低，材料利用率也比機(jī)加工高。因此第一種方法不如第三鐘好。第二種方法主要是用冷擠壓模具進(jìn)行冷精鍛，下料時(shí)如第二章第三節(jié)的第一種下料方法，下一塊完整的坯料。采用反擠壓的方式將板料擠出觸頭柱的形狀。這種方法雖然也能成形，但是所需壓力非常龐大，成本高昂。第三種方法主要也是采用冷擠壓精鍛，但是將坯料剪掉一塊和

28、零件觸頭柱之間大小一樣的料，再用正擠壓方法成形。因?yàn)槿绻髁鲜褂猛暾拈L(zhǎng)條板料采用反擠壓方法成型板型觸頭的觸頭柱，液壓機(jī)壓力將會(huì)非常的大而難以成形。但如果把坯料板切掉一塊之后，成形所需壓力大大減小，更有利于成形。綜上所述，第三種方法明顯更好。第四章 板型觸頭冷擠壓數(shù)值模擬及分析§4.1 觸頭成型過(guò)程參數(shù)的設(shè)定數(shù)值模擬使用的是鍛壓行業(yè)非常常用的DEFORM-3D軟件。坯料選用的是純銅。由于本次擠壓為冷擠壓。所以模具和坯料以及外界溫度都是設(shè)定為常溫25攝氏度。坯料與模具摩擦系數(shù)為0.1，摩擦方式為庫(kù)倫摩擦。上模運(yùn)動(dòng)速率60毫米/秒，步長(zhǎng)為0.1毫米。每1一步存儲(chǔ)一次數(shù)據(jù)。網(wǎng)格劃分為428

29、64格。網(wǎng)格最小長(zhǎng)度2.01718mm。在成形觸頭圓柱的坯料處，適當(dāng)減小網(wǎng)格最小長(zhǎng)度。減小到1.012mm。當(dāng)然網(wǎng)格劃分越小越精確，但是綜合效率與精度，此網(wǎng)格劃分比較合適。步數(shù)設(shè)定為201步。坯料的屬性設(shè)為塑性狀態(tài)，而模具的屬性設(shè)為剛性狀態(tài)。§4.2 成形后鍛件的溫度變化由于此次模擬冷擠壓，整個(gè)變形過(guò)程幾乎沒(méi)有溫度變化。擠壓完成溫度略有升高，但是也不是十分顯著。此模擬溫度影響甚小，幾乎可以忽略不計(jì)。所以溫度分析可以省略。§4.3 成形后鍛件應(yīng)力應(yīng)變分析DEFORM-3D模擬后應(yīng)力分析圖如圖4-1所示：結(jié)果分析：由圖可以看出，坯料上部分顏色更淺，應(yīng)力更大。下部分應(yīng)力更加小。上

30、部分變形劇烈，是主要變形區(qū)域。特別是銳角過(guò)渡處，更加高。坯料與上部分與模具接觸區(qū)域應(yīng)力也明顯高于其他區(qū)域。165步充滿型腔。通過(guò)應(yīng)力應(yīng)變圖可以看出，圓柱觸頭的單位擠壓力為498MPa。圖4-1 鍛件模擬應(yīng)力圖§4.4 對(duì)凸模受力狀況分析由于鍛件是軸對(duì)稱件，所以可以選取坯料的1/4進(jìn)行模擬。這樣可以減少運(yùn)算量，運(yùn)算時(shí)間。根據(jù)圖4-2所示，可以根據(jù)模擬對(duì)上模和鑲塊的力進(jìn)行檢驗(yàn)。由圖可以看出凸模力為1330KN，約133噸。由于用的是1/4模擬，在結(jié)果上乘上4倍。結(jié)果為532噸。與經(jīng)驗(yàn)法、圖算法非常接近。說(shuō)明液壓機(jī)選擇正確。凸模鑲塊1/4的受力為772KN，整個(gè)凸模鑲塊受力308.8噸，設(shè)

31、計(jì)的液壓缸提供的壓力力可以滿足。圖4-2 鍛件凸模受力圖§4.5 成形結(jié)束時(shí)坯料金屬的流動(dòng)狀態(tài)成形結(jié)束時(shí)坯料上部分的金屬流動(dòng)狀態(tài)如圖4-3、4-4所示：圖4-3 鍛件金屬上部流動(dòng)狀態(tài)圖結(jié)過(guò)分析，金屬在凸模的作用下向下流動(dòng)充滿凹模型腔，直到充滿。而板料中間金屬在兩邊凸模的壓力下向中間流動(dòng)并合流向下運(yùn)動(dòng)。這是因?yàn)樯厦姹煌鼓ｈ倝K頂住，金屬無(wú)法流動(dòng)，導(dǎo)致金屬向壓力更小的地方流動(dòng)。而圓柱頭由于金屬即將充滿型腔。坯料下部壓力有急劇升高的趨勢(shì)，所以金屬流動(dòng)也已經(jīng)有了向上流動(dòng)的趨勢(shì)。圖4-4 鍛件金屬下部流動(dòng)狀態(tài)圖下部金屬流動(dòng)狀態(tài)非常好，中間金屬在向下流動(dòng)過(guò)程中，由于坯料下部有頂料桿支撐，金屬無(wú)法流

32、動(dòng)，所以金屬在向下流動(dòng)過(guò)程中也開(kāi)始向坯料與模具接觸面流動(dòng)。金屬流動(dòng)符合預(yù)想規(guī)律，這樣的流動(dòng)狀態(tài)也有利于金屬充滿型腔。§4.6 成形結(jié)束時(shí)鍛件的表面損傷由于此擠壓件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，坯料擠壓過(guò)程中表面幾乎沒(méi)有損傷，只有在銳角過(guò)渡處有輕微損傷。而圓柱觸頭頂部在結(jié)束時(shí)也有輕微損傷。這是因?yàn)閴毫眲∩?，金屬有向上流?dòng)的趨勢(shì)。所以損傷出現(xiàn)也比較合理。表面狀態(tài)如圖4-5所示：圖4-5 鍛件金屬表面損傷狀態(tài)圖由圖可以看到整體幾乎無(wú)表面損失狀態(tài)。最大值也控制在2.38以下。零件的表面質(zhì)量達(dá)到了較為理想的狀態(tài)。因?yàn)榇肆慵?duì)表面要求和精度要求都比較高所以這樣的表面損失狀態(tài)是非常好的，非常合乎要求的。只有鍛件達(dá)

33、到這種表面質(zhì)量才是符合要求的。§4.7 數(shù)值模擬總結(jié)通過(guò)數(shù)值模擬對(duì)先前擠壓工藝制定進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)。數(shù)值模擬的結(jié)果顯示，我們制定的擠壓工藝方案三是合理的。凸模所需提供的壓力為532噸，比較合理，與圖算法經(jīng)驗(yàn)法算得的結(jié)果非常接近，說(shuō)明我們的計(jì)算過(guò)程工藝設(shè)計(jì)都是合理的。模具的單位擠壓力也在合理范圍之類(lèi)。鍛件成形過(guò)程金屬流動(dòng)合理，流向符合擠壓件流動(dòng)規(guī)律。表面損傷集中的地方也加有較大的加工余量，在后續(xù)的機(jī)加工工序中予以切除，所以對(duì)零件最后并成形沒(méi)有影響。而其他沒(méi)有后續(xù)加工的地方，表面質(zhì)量非常完好。達(dá)到了精鍛所要求的精度質(zhì)量。當(dāng)然我們也對(duì)其他不合理的工藝方案進(jìn)行了模擬，由于篇幅限制。就不一一展示

34、。第五章 冷擠壓模具設(shè)計(jì)§5.1 冷擠壓模具的設(shè)計(jì)要求1) 要保證模具可以在惡劣工作條件下工作，選用材料時(shí)，要選用具有足夠強(qiáng)度、剛度和高耐磨性的材料。使用正確的加工方法和熱處理工藝規(guī)范。模具工作部分（凸模、凹模）的幾何形狀要設(shè)計(jì)的合計(jì)，使用的材料要有一定的強(qiáng)韌性。2) 模具的工作部分（凸模、凹模等部分）固定在模架上面要方便可靠，模具能夠達(dá)到較高的對(duì)中性。3) 模具的導(dǎo)向性能要高工作要可靠而且穩(wěn)定，特別是對(duì)于某些要求精度較高的擠壓件，更需要保證。4) 模具的卸料裝置要簡(jiǎn)單實(shí)用，卸料過(guò)程方便能便于零件的取出。5) 在大批量生產(chǎn)時(shí)，模具工作部分極易磨損，或者損壞，需要保證具有良好的通用性和

35、互換性。方便受損部分的拆換。6) 盡量使模具制造簡(jiǎn)單，成本低廉§5.2 冷擠壓模具凸模的設(shè)計(jì)由于制件特殊，所以凸模不同于其他冷擠壓件凸模的設(shè)計(jì)。凸模工作面不設(shè)置錐度，以方便凸模下壓時(shí)坯料能充滿型腔。凸模襯套也由凸模固定架凸臺(tái)代替。三維圖如下5-1所示：圖5-1 凸模三維圖二維圖如圖5-2所示：圖5-2 凸模二維圖§5.3 冷擠壓模具凹模的設(shè)計(jì)組合凹模形式的選擇：?jiǎn)挝粩D壓力MPa時(shí)選用整體凹模，單位擠壓力MPa時(shí)選用二層組合凹模，單位擠壓力MPa時(shí)三層組合凹模, 根據(jù)擠壓件單位擠壓力為1540MPa，所以選擇三層組合凹模，組合凹模結(jié)構(gòu)示意圖如5-3所示：圖5-3 組合凹模圖根

36、據(jù)擠壓模具設(shè)計(jì)中對(duì)組合凹模的要求：；角度凹模三維圖如5-4所示：圖5-4 凹模三維圖根據(jù)上述公式：凹模二維圖如5-5所示：圖5-5 凹模二維圖組合凹模三維圖如5-6所示：圖5-6 組合凹模三維圖組合凹模二維圖如圖5-7所示：圖5-7 組合凹模二維圖§5.4 冷擠壓模具的基本結(jié)構(gòu)模具力求簡(jiǎn)單實(shí)用，但由于自身水平有限，和缺乏實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，難免產(chǎn)生錯(cuò)誤。下面是我設(shè)計(jì)的方案：模具裝配圖三維圖如圖5-8所示：圖5-8 裝配圖三維圖模具裝配圖二維圖如圖5-9所示：圖5-9模具裝配圖1、 下模板2、凹模固定架3、下模墊4、內(nèi)應(yīng)力圈5、外預(yù)應(yīng)力圈6、導(dǎo)柱7、壓板8、導(dǎo)套9、上模板10、液壓缸缸體11

37、、活塞桿12、封油圈13、液壓缸封口14、聯(lián)結(jié)法蘭15、上墊板16、凸模固定架17、凸模鑲塊18、凸模19、凹模20、頂料桿21、頂桿22、下墊板模具的運(yùn)動(dòng)構(gòu)造:坯料放進(jìn)三層組合凹模，下面由頂料桿頂住。上模板固定的凸模加上凸模鑲塊緩慢向下移動(dòng)，在凹模型腔內(nèi)將坯料擠壓成為制件。然后通過(guò)液壓機(jī)頂桿將頂料桿推動(dòng)。使成形好的制件被頂料桿推出凹模。此模具不需要卸料裝置，在凸模與鑲塊之間間隙配合。因?yàn)橥鼓Ｏ蛳逻\(yùn)動(dòng)擠壓坯料的兩個(gè)圓柱時(shí)，坯料上部塑性流動(dòng)，容易出現(xiàn)缺陷，不平整。所以設(shè)計(jì)鑲塊頂住方形凹口。鑲塊設(shè)計(jì)了單獨(dú)的25MPa液壓缸為它提供力量頂住坯料。上模板要鉆孔為液壓缸活塞桿的放入做準(zhǔn)備。下面頂出，由于

38、頂出行程很長(zhǎng)頂出力也很大。對(duì)頂料桿，頂桿強(qiáng)度要求都比較高。而且下墊板要受力所以也需要一定的強(qiáng)度。§5.5 冷擠壓模具的基本結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)模具的基本結(jié)構(gòu)和原理在上面已經(jīng)有所論述。下面介紹一些重點(diǎn)部件：§5.5.1凸模固定架由于模具頂出高度和開(kāi)合高度都特別大，所以如果導(dǎo)柱導(dǎo)套做在上模板和下模板之間，導(dǎo)柱導(dǎo)套將十分長(zhǎng)，而且導(dǎo)柱導(dǎo)套也要非常粗，導(dǎo)向也十分不精準(zhǔn)。所以我在設(shè)計(jì)的時(shí)候?qū)?dǎo)柱孔直接設(shè)計(jì)在凹模固定架上，這樣大大減少了導(dǎo)柱導(dǎo)套的導(dǎo)向行程，減小了它們的長(zhǎng)度，導(dǎo)向性能大大提高。導(dǎo)柱導(dǎo)套的大小也可以適當(dāng)減少。凹模固定架如圖5-10所示：圖5-10 組合凹模二維圖§5.5.2 凹

39、模的固定凹模的固定如圖5-11所示：圖5-11 凹模固定通過(guò)臺(tái)階，和凹模外圈配合，然后用四個(gè)螺釘將壓板擰在凹模固定架上。使凹模固定。§5.5.3 凸模的固定凸模的固定如圖5-12所示：圖5-12 凸模固定凸模先通過(guò)凸模固定架的階梯孔將凸模安裝定位好，然后通過(guò)螺釘將其擰在上模板上固定。§5.5.4 凹模的支撐凹模的支撐如圖5-13所示：將凹模和預(yù)應(yīng)力圈放在下模墊上面，下模墊其一個(gè)支承傳力的作用，所以強(qiáng)度剛度要求不是太高。下模墊放在下墊板上。而頂桿直接掛在下墊板的孔中，下墊板既要導(dǎo)向也要支撐受力。由于下墊板的頂桿要受力，所以下墊板要求比較高的強(qiáng)度剛度。圖5-13 凹模的支撐&#

40、167;5.5.5頂出裝置和頂出力的計(jì)算頂料桿的三維圖如圖5-14所示：圖5-13 頂料桿頂料桿的設(shè)計(jì)，上端形狀和凹模型腔一致，這樣可以方便坯料的頂出，然后，下端的圓柱狀臺(tái)階直徑略大于上端尺寸。既便于擠壓時(shí)受力傳遞，達(dá)到良好的剛度強(qiáng)度。而且節(jié)約了空間，可以使凹模墊孔徑達(dá)到最小。頂出行程為480mm。頂桿的零件圖如圖5-14所示：圖5-14 頂出桿頂出力量的計(jì)算：頂出力=正擠壓力×摩擦系數(shù)×面積摩擦系數(shù)取0.1，面積為127mm×370mm×2。正擠壓力由模擬數(shù)據(jù)得到大約為170000N。在凸模未施加壓力時(shí)正擠壓力為凸模施壓的1/10.最終算得頂出力為15.98噸。強(qiáng)度校核：查資料得T12鋼的抗拉強(qiáng)度許用應(yīng)力為410MPa,受力159800N，受力面積為40×40×3.14平方毫米。最后得到應(yīng)力