精品資料（2021-2022年收藏的）汽車蓋形螺母成形工藝及模具設(shè)計畢業(yè)設(shè)計

1、摘要蓋形螺母，包括螺母體和蓋帽，其技術(shù)解決方案是螺母體和蓋帽為分體結(jié)構(gòu)，兩者通過焊接連接。采用分體結(jié)構(gòu)后，螺母體可采用現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)螺母，加工時只需制造蓋帽并將蓋帽焊接在標(biāo)準(zhǔn)螺母上就可以了，大大降低了制造的難度。蓋形螺母廣泛應(yīng)用于汽車配件，機械設(shè)備，電子器材，通訊設(shè)備，五金燈飾，建筑橋梁，家具裝修等相關(guān)行業(yè)，其市場需求量巨大。采用冷擠壓工藝生產(chǎn)不但能降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率；而且提高了零件的精度和表面質(zhì)量，改善了強度和韌性，減少了切削加工量，也改善了零件的組織性能。所以，在此對汽車蓋形螺母的成形工藝及模具設(shè)計進行研究。在擠壓過程中一般采用有預(yù)成形的多道次擠壓工藝。其中的關(guān)鍵是如何合理分配材料變形

2、程度，控制材料流動，減少過度變形，從而得到合格的零件。本文探討了蓋形螺母擠壓的可行性，通過對產(chǎn)品零件圖的分析，制定了幾種工藝方案并進行分析比較，在選擇最優(yōu)方案的同時也制定了工藝流程。在此基礎(chǔ)上詳細地介紹了蓋形螺母擠壓模具的設(shè)計過程。關(guān)鍵詞：蓋形螺母，冷擠壓，模具設(shè)計，成形工藝ABSTRACTCap nut, including nut body and cap, the technical solution is the nut body and cap for fission structure, both through welding connection. After adopting

3、 fission structure, nut nut can adopt existing standards body, only when the processing manufacturing blocks and blocks of welding on the standard nut, greatly reduce the manufacturing difficulty.Cap nut is widely used in auto parts, machinery and equipment, electronic equipment, communications equi

4、pment, hardware lighting, bridge building, furniture decoration and other related industry, its market demand is huge. Not only can reduce the production cost was produced by cold extrusion technology, improve production efficiency; And improves the precision and surface quality of the parts, to imp

5、rove the strength and toughness, reduce the cutting processing capacity, and improve the organizational performance of the parts. So, in this for car cover nut forming technology and die design were studied. Preform is commonly used in the extrusion process of multi-channel extrusion process. The ke

6、y is how to distribute the material deformation degree, reasonable control of material flow, reduce excessive deformation, so as to get qualified parts. This paper discusses the feasibility of cap nut extrusion, through the analysis of the product detail drawings, make several process scheme and car

7、ries on the analysis comparison, in choosing the optimal plan is also made the process flow. On the basis of the cover nut were introduced in detail the design process of the extrusion die.Key words: cap nut, cold extrusion, die design and forming technology目錄第1章 冷擠壓技術(shù)的介紹11.1冷擠壓工藝的實質(zhì)11.2冷擠壓工藝的優(yōu)點11.3

8、冷擠壓工藝的缺點21.4冷擠壓工藝的應(yīng)用范圍31.5冷擠壓工藝的的發(fā)展方向3第2章 工藝分析及制定42.1產(chǎn)品零件的分析42.2工藝方案的分析4第3章 毛坯制備及處理83.1冷擠壓件毛坯的制備83.2冷擠壓件材料的軟化熱處理103.3冷擠壓件的表面處理與潤滑10第4章 冷擠壓力104.1影響冷擠壓壓力的主要因素114.2變形程度114.3冷擠壓力的計算12第5章 冷擠壓設(shè)備的選擇135.1冷擠壓設(shè)備的基本要求135.2冷擠壓設(shè)備的選擇13第6章 冷擠壓模具設(shè)計156.1冷擠壓模具特點156.2冷擠壓模架設(shè)計156.3凸、凹模設(shè)計166.3.1反擠壓凸模的設(shè)計166.3.2反擠壓凹模的設(shè)計176

9、.3.3反擠壓凸、凹模制造公差18第7章 模具結(jié)構(gòu)部件設(shè)計197.1上模具部分結(jié)構(gòu)設(shè)計197.2下模具部分結(jié)構(gòu)設(shè)計207.3模具結(jié)構(gòu)和工作原理217.4成形模具三維圖22第8章 冷擠壓模具材料的選擇258.1模具材料的基本要求268.2模具材料的選用原則268.3常用的冷擠壓模具材料26第9章 工藝卡片28結(jié) 論30考參文獻31致 謝32IV第1章 冷擠壓技術(shù)的介紹1.1冷擠壓工藝的實質(zhì)在金屬壓力的加工中，冷擠壓是一種非常先進的少、無切削加工的新工藝。冷擠壓是指在室溫下，利用壓力機的簡單往復(fù)運動，使放在冷擠壓模腔內(nèi)的金屬毛坯，在強大的壓力以及一定的速度作用下，迫使金屬產(chǎn)生塑性變形，從而獲得所需

10、形狀、尺寸并且具有一定力學(xué)性能的擠壓件。冷擠壓方法既可以用于生產(chǎn)成批的有色合金及黑色金屬的零件，也可以加工各種模具的型腔。根據(jù)擠壓時金屬流動的方向與凸模運動方向之間的關(guān)系，常用的擠壓方法可以分為正擠壓,反擠壓, 復(fù)合擠壓以及徑向擠壓。正擠壓就是擠壓時，金屬的流動方向與凸模的運動方向一致。正擠壓又可分為實心件正擠壓和空心件正擠壓兩種。正擠壓法可以制造各種形狀的實心件和空心件，如螺釘、心軸、管子和彈殼等。而反擠壓是擠壓時，金屬的流動方向與凸模的運動方向相反。反擠壓法是將圓形毛坯擠壓成筒形零件，可以制造出各種儀表罩殼、萬向節(jié)軸承套、連桿襯套等。復(fù)合擠壓是指擠壓時，金屬的流動方向朝凸模的運動方向和相反

11、方向同時運動。復(fù)合擠壓可生產(chǎn)兩端直徑不同的筒形零件，也可生產(chǎn)雙杯形零件，如汽車的活塞銷，也可以制造杯桿形零件等等。徑向擠壓是指金屬的流動方向于凸模的運動方向相垂直。徑向擠壓又分為離心和向心擠壓兩種，主要用于制造帶凸肩的齒輪坯和十字軸類零件。1.2冷擠壓工藝的優(yōu)點擠壓加工有許多特點，主要表現(xiàn)在擠壓變形過程的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)、金屬流動行為、產(chǎn)品的綜合質(zhì)量、生產(chǎn)的靈活性與多樣性、成本與生產(chǎn)效率等方面。1）提高金屬的變形能力冷擠壓是一種金屬塑性成形加工先進方法。它在不破壞金屬的前提下使金屬體積作出塑性轉(zhuǎn)移，從而達到少切屑無切屑而使金屬成形，制得所需的形狀、尺寸的零件。這樣就避免了在切削加工時形成的大量金屬

12、廢屑，大大節(jié)約了各種有色金屬及鋼鐵原材料。2）提高勞動生產(chǎn)率冷擠壓零件是在壓力機上進行的，操作很方便，容易掌握，生產(chǎn)率也很高。同時也減少了一些中間工序的進行。3）可成形復(fù)雜形狀的零件。4）在冷擠壓過程中，金屬材料是處于三向不等的壓應(yīng)力作用下。擠壓變形后，金屬材料的晶粒組織會更加致密。同時冷擠壓利用了金屬材料冷變形的加工硬化特性。使冷擠壓件的強度大大提高。從而提供了低強度鋼代替高強度鋼的可能性。5）可獲得得較高尺寸精度及較小表面粗糙值的零件。經(jīng)冷擠壓成形的零件的表面質(zhì)量是非常好的。在冷擠壓過程中，金屬表面在高壓下會受到模具光滑表面的熨平，因此零件的表面粗糙度值很小，表面強度也大大提高。6）減少工

13、序，縮短生產(chǎn)周期。冷擠壓工藝是在閉式模具型腔中進行金屬塑性變形，所得到的擠壓件是沒有飛邊的，故不再需要切邊（或沖孔）等后續(xù)工序，從而縮短了和產(chǎn)周期。7）減少設(shè)備投資。與模鍛相比，因冷擠壓不會產(chǎn)生飛邊，故可省去切邊模及切邊壓力機，這樣就明顯地減少了設(shè)備投資。8）降低零件的生產(chǎn)成本。1.3冷擠壓工藝的缺點在長期的生產(chǎn)實踐中，與其他制造工藝相比，冷擠壓雖然表現(xiàn)出很多優(yōu)點，但是還是存在一些問題。冷擠壓工藝的缺點如下所述。1）變形抗力高冷擠壓時，被擠壓材料的變形抗力較高，其中最能說明的是鋼的冷擠壓，其變形抗力高達2000MPa以上。這樣的超高壓力，對模具材質(zhì)，結(jié)構(gòu)和加工制造等提出了更高的要求。2）模具壽

14、命短由于冷擠壓模具承受著很大的單位壓力作用，最高可達3000MPa，模具容易磨損、易破壞：雖然在模具材料以及模具結(jié)構(gòu)等方面采用了很多有效的措施，但與沖壓模具相比，其使用壽命還是偏低的。3）對毛坯的要求較高冷擠壓加工時對毛坯的要求會比其他金屬塑性成形加工工藝都要高，否則，會使模具易受到損壞。對于冷擠壓毛坯，除了要求毛坯具有準(zhǔn)確的幾何形狀以及較高的尺寸精度外，還要求在冷擠壓變形之前對毛坯進行一定的軟化退火處理以及表面潤滑處理。4）對冷擠壓設(shè)備要求較高當(dāng)實施冷擠壓工藝過程時，除了要求冷擠壓設(shè)備應(yīng)用較大的強度以外，還要求有較好的剛度。此外，還要求設(shè)備具有良好的精度并具有可靠的保險裝置。1.4冷擠壓工藝

15、的應(yīng)用范圍冷擠壓加工是一種“優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低消耗、低成本”的先進工藝。在技術(shù)上與經(jīng)濟上都有很高的應(yīng)用價值。目前冷擠壓技術(shù)在機械、汽車、般天般空、儀表、軍工、電子通信和輕工民用產(chǎn)品中（如鐘表、自行車、照相機等）都已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，已成為金屬塑性成形技術(shù)中不可缺少的一部分。冷擠壓作為一種少無切削的新型工藝，已經(jīng)成為先進制造技術(shù)中極具特色的一個門類。冷擠壓加工的缺點與優(yōu)點相比是次要的，是相對于當(dāng)前不是很先進的技術(shù)條件而言的，隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，模具鋼新材料的研究及開發(fā)，模具結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理化，缺點問題會被解決，優(yōu)越性將會得到充分發(fā)揮。1.5冷擠壓工藝的的發(fā)展方向由于冷擠壓技術(shù)具有目前最效節(jié)約材料

16、、提高生產(chǎn)效率、提高機械產(chǎn)品性能、適合大批量生產(chǎn)等優(yōu)點，所以進一步研究與推廣應(yīng)用冷擠壓技術(shù)，在我國現(xiàn)代化建設(shè)中有著廣闊的前景。冷擠壓工藝的發(fā)展方向主要有以下幾個方面：1）進一步擴大冷擠壓的應(yīng)用，在一定范圍內(nèi)慢慢代替鑄造、鍛造、拉深、旋壓、擺輾和切削加工；2）除了應(yīng)用于有色金屬和黑色金屬以外，進一步增多可供冷擠壓用的材料種類；3）在合理的許可的范圍內(nèi)提高每次冷擠壓工序的變形量；4）滿足冷擠壓零件形狀的復(fù)雜性，使之可成形更復(fù)雜的，甚至外形不對稱的零件；5）延長冷擠壓模具的使用壽命；6）提高冷擠壓的生產(chǎn)率；7）在小批量生產(chǎn)中擴大冷擠壓的使用；8）先進的智能化、敏捷化與數(shù)字化等現(xiàn)代技術(shù)在冷擠壓生產(chǎn)中要

17、得到進一步應(yīng)用。第2章 工藝分析及制定2.1產(chǎn)品零件的分析本設(shè)計的產(chǎn)品為蓋形螺母，其產(chǎn)品示意圖與零件圖如圖2.1所示：圖2.1 蓋形螺母本零件屬于螺母類，其含有內(nèi)孔以及外六角。加工時應(yīng)注意保證零件所需的強度跟硬度。蓋形螺母應(yīng)用廣泛，采用擠壓技術(shù)可以大批量生產(chǎn)。從零件圖上可以直觀的看出，該零件屬于軸對稱圖形，頂部跟中部為圓弧過渡，還有內(nèi)孔。材料為15號剛。2.2工藝方案的分析主要根據(jù)產(chǎn)品零件圖，具體的生產(chǎn)條件、用途和相關(guān)資料進行工藝方案的設(shè)計。通過各種可行方案的制訂、分析、比較，選出合理的工藝方案。由此我們可以從這些方面來選擇最佳的工藝方案。對于金屬來說，成型工藝有多種選擇。例如直接機加工成型、

18、壓鑄成型、沖壓成型、擠壓成型等等。下面將分別對這四種成型工藝進行分析，從而得到最佳的工藝方案。1. 直接機加工成型機加工成型，即通過機床直接對坯料進行切削加工成型，機加工主要是對坯料進行形狀尺寸的加工，一般不會改變其內(nèi)部的物理性能。工藝過程：坯料機加工成品從零件圖上知道產(chǎn)品的形狀雖然比較規(guī)則，但是外部有六邊，底部有內(nèi)孔，內(nèi)孔還含有螺紋，且頭部與六邊結(jié)合部分為圓弧，這樣在進行機加工時操作不方便，同時本零件的尺寸較小，不便在普通機床上加工，并且在精度上無法保證。另外可考慮選用數(shù)控加工，這雖然能保證良好的加工精度。但是這種加工強度不夠，材料利用率極低，僅為12.2%，對于生產(chǎn)來說，生產(chǎn)效率低，經(jīng)濟效

19、益極差，故不采用。2壓鑄成型壓鑄成型即在高壓作用下，使液態(tài)或半液態(tài)金屬以較高的速度充填型腔，并在壓力下成形和凝固而獲得鑄件的方法。這種成型方法所獲得的尺寸精度高，且材料利用率高，加工量少。這種成型方法對于蓋形螺母說是可行的。但是由于螺母內(nèi)孔含有螺紋，所以成型的時候容易引起起皺等問題，所以不采用。3.冷擠壓成型冷擠壓是指在室溫下，利用壓力機的簡單往復(fù)運動，使放在冷擠壓模腔內(nèi)的金屬毛坯，在強大的壓力和一定的速度作用下，迫使金屬產(chǎn)生塑性變形，從而獲得所需形狀、尺寸并具有一定力學(xué)性能的擠壓件。從擠壓工藝分析來看，冷擠壓工藝又可分為幾種方案，現(xiàn)將各方案分析如下：1）成形工藝方案工藝過程：下料退火制坯表面

20、潤滑處理復(fù)合擠壓下料 復(fù)合擠壓2）成形工藝方案工藝過程：下料退火表面潤滑處理正擠壓擠六方反擠內(nèi)孔 下料 正擠壓 擠六方 反擠壓3）成形工藝方案工藝過程：下料退火表面潤滑處理正擠壓反擠壓下料 正擠壓 反擠壓4）成形工藝方案工藝過程：下料退火表面潤滑處理冷鐓預(yù)成形擠六方反擠壓 下料 冷鐓預(yù)成型 擠六方 反擠壓綜合選擇方案第3章 毛坯制備及處理3.1冷擠壓件毛坯的制備毛坯制備，是從毛坯的下料開始到制備出符合冷擠壓工藝要求的毛坯為止的過程。制備價廉、質(zhì)量良好的毛坯是關(guān)系到擠壓件質(zhì)量、生產(chǎn)率和成本的大問題。1冷擠壓成形尺寸的確定本設(shè)計中的擠壓件如圖2.1所示。成形尺寸如3.1所示圖3.1 零件的成形尺寸

21、2擠壓件坯料的形狀的確定及下料方法毛坯的形狀和尺寸不僅取決于擠壓件的形狀和尺寸，而且還取決于所設(shè)計的工藝方案。毛坯形狀和尺寸設(shè)計的合理與否，將會對金屬流動、擠壓件的形狀和尺寸，以及模具使用壽命等產(chǎn)生明顯的影響。冷擠壓毛坯的斷面形狀，可以根據(jù)擠壓件的相應(yīng)斷面形狀來確定。由本設(shè)計所采取的工藝方案可以知道，本設(shè)計采用直徑有28mm的鋁材進行剪切下料。3下料毛坯尺寸的確定坯料形狀和尺寸對冷擠壓件的充填性能和模具壽命影響很大，根據(jù)蓋形螺母的形狀和特點，同時為了便于送料以及有利于坯料的定位，坯料的直徑應(yīng)略小于凹模型腔內(nèi)六角部分的內(nèi)切圓直徑。毛坯體積4預(yù)成形冷鐓計算毛坯的內(nèi)外徑尺寸可根據(jù)凸模和凹模的相應(yīng)尺寸

22、決定。通常情況下，毛坯的外徑尺寸要接近成品零件的直徑。 為便于將毛坯自由地放入模具型腔內(nèi)，毛坯外徑應(yīng)比凹模型腔小0.1mm。因此根據(jù)毛坯放入冷擠壓模腔的要求，本設(shè)計取直徑為15.9 mm，經(jīng)計算后其尺寸如下圖所示。毛坯及毛坯預(yù)成形如圖3.2所示。(a)下料毛坯 (b)預(yù)成形毛坯圖3.2 毛坯及毛坯預(yù)成形圖因變形程度不大，故冷鐓變形是允許的，不會產(chǎn)生鐓裂。3.2冷擠壓件材料的軟化熱處理對坯料進行軟件熱處理的目的：一是為了達到降低材料的硬度，提高材料的塑性，得到良好的金相組織與消除內(nèi)應(yīng)力。二是為了達到降低單位擠壓力，提高模具的使用壽命，保證產(chǎn)品質(zhì)量。軟化熱處理，即把材料進行加熱到某一溫度，然后保溫

23、一段時間，最后隨爐冷卻，達到材料的軟化目的。15號鋼的熱處理軟化熱處理規(guī)范：加熱溫度為710730度，保溫時間為23個小時，退火后的硬度要求為，3.3冷擠壓件的表面處理與潤滑為了降低冷擠壓件與冷擠壓模工作部分的摩擦，降低冷擠壓的單位擠壓力，提高冷擠壓的表面質(zhì)量，減少模具的磨損，對冷擠壓毛坯進行潤滑與表面處理。本設(shè)計采用磷化處理。表面處理溶液的配方為：氧化鋅169g，磷酸283g，硝酸259g，水289g。在溫度為95-98的條件下處理20-30分鐘。常用的潤滑劑還有皂化液，磷化+皂化后用水，凡士林和樹脂中跳入二硫化鋁潤滑，高黏度高硫油、牛脂、棕櫚油、菜油等第4章 冷擠壓力由于在冷擠壓工藝中的單

24、位擠壓力P數(shù)值要比冷沖壓工藝和熱鍛工藝時的單位擠壓力大得多，因此，在進行冷擠壓工藝設(shè)計時,首先要分析單位冷擠壓力的大小及影響因素。4.1影響冷擠壓壓力的主要因素在冷擠壓過程中，影響冷擠壓壓力的主要因素有：材料性質(zhì)。被擠壓材料的化學(xué)成分、組織結(jié)構(gòu)及力學(xué)性能對單位擠壓力的影響很大，是決定單位擠壓力的基本因素。例如含碳量越高的鋼材，變形抗力大，不利于擠壓；冷擠壓前，對毛坯進行軟化處理可以降低變形抗力等。冷擠壓的變形方式。對于同種金屬材料來說，冷擠壓變形方式不同，所需的單位擠壓力也不同。冷擠壓變形程度大小。模具的幾何形狀。擠壓模的凸模和凹模形狀，對單位擠壓力有很大的影響。模具幾何形狀設(shè)計得合理，易使毛

25、坯在型腔中流動，可以改善摩擦情況，減少金屬流動阻力，不僅能顯著地提高模具的使用壽命，而且能減小單位擠壓力。擠壓毛坯的相對高度。毛坯高度的變化，影響到毛坯與凸模真實接觸率的改變，進而影響到摩擦阻力的變化，因此，毛坯的高度對單位擠壓力也有一定的影響。潤滑狀態(tài)。潤滑狀態(tài)對降低單位擠壓力影響較大，良好的潤滑狀態(tài)，可以使真實接觸面積率大大減小，摩擦阻力也大大減小，因此，單位擠壓力較低。4.2變形程度每道冷擠壓工序能擠出合格產(chǎn)品的最大變形程度稱為許用變形程度。在保證產(chǎn)品質(zhì)量、模具壽命的前提下，按照使冷擠壓工序數(shù)減少到最低限度的原則來選用冷擠壓的變形程度。在其他條件相同的的情況下，冷擠壓的變形程度不同，其單

26、位擠壓力是不同的。冷擠壓的變形程度越大，擠壓的變形抗力也就越大，它會引起凸、凹模等的破裂。因此對不同的材料，都應(yīng)選擇合適的變形程度。變形程度的表示方法常用斷面縮減率來表示。 （4.1）式中 冷擠壓變形前毛坯的橫截面積， 冷擠壓變形后工件的橫截面積，由此可以分別計算反擠壓成形時的斷面縮減率。反擠壓小孔時的斷面縮減率為：=（）/ =9.5/14 =46%由3表4.1可得15號在鋼正擠壓時的許用變形程度為85%88%，在反擠壓時的許用變形程度為72%82%。故本設(shè)計可行。4.3冷擠壓力的計算冷擠壓力即冷擠壓變形所需要的作用力。它是設(shè)計模具、選擇設(shè)備的依據(jù)，并可衡量冷擠壓變形的難易程度。例如，若冷擠壓

27、變形時作用在模具單位面積上的壓力超過25003000 MPa/ mm時，模具就容易磨損或損壞，另一方面如果總變形力超過壓力機的許用載荷，就會使壓力機損壞。因此必須對冷擠壓的單位擠壓力和總變形力進行計算，以便為設(shè)計冷擠壓模具和選用冷擠壓設(shè)備提供依據(jù)。在冷擠壓過程中，由于一系列工藝因素的影響，擠壓力難以準(zhǔn)確計算，冷擠壓力的計算方法主要有：理論計算法、公式計算法、圖算法、查表法。本設(shè)計采用圖算法來求冷擠壓力。由實用冷擠壓技術(shù)P61頁可查得。最后的反擠壓成形擠壓力計算如下：由圖4.29知，從凸模直徑d=19mm，做水平線與毛坯直徑D=28mm曲線相交。從交點垂直向上投影向斷面縮減率=46%，有=46%

28、向上進入，先與毛坯高徑比為0.68的曲線相交，求得毛坯高度修正系數(shù)K=0.96。再向上投影與15號剛材料曲線相交，求得未經(jīng)修正的單位擠壓力=2050MPa，向左進入進行修正。經(jīng)毛坯高度修正系數(shù)K=0.96與毛坯外徑D=28mm修正后，得到修正后的單位擠壓力p=1400MPa，將p=1400MPa投影到中。與凸模直徑d=19在的投影相交，求得擠壓力390KN。第5章 冷擠壓設(shè)備的選擇5.1冷擠壓設(shè)備的基本要求擠壓設(shè)備的正確選擇及合理使用將決定擠壓生產(chǎn)能否順利進行，并與產(chǎn)品質(zhì)量、模具壽命、生產(chǎn)效率、產(chǎn)品成本等密切相關(guān)，所以必須合理選擇和正確地使用擠壓設(shè)備。選用擠壓設(shè)備時主要應(yīng)考慮下述因素。1）擠壓

29、設(shè)備的類型和工作形式是否適用于應(yīng)完成的工序；是否符合安全生產(chǎn)和環(huán)保的要求。2）擠壓設(shè)備的壓力和功率是否滿足應(yīng)完成工序的需要。3）擠壓設(shè)備的裝模高度、工作臺面尺寸、行程等是否適合應(yīng)完成工序所用的模具。4）擠壓設(shè)備的行程次數(shù)是否滿足生產(chǎn)率的要求等。5）備有可靠的超載保險裝置。在冷擠壓中，往往由于預(yù)先未能估計到的原因而使壓力機超載，如毛坯尺寸超差及材質(zhì)熱處理不合理等到。為了保證在超載時壓力機不致?lián)p壞，必須使壓力機具有非常可靠的超負荷保險裝置。6）能提供合適的擠壓速度。冷擠壓加工是將大斷面的毛坯壓縮成小斷面的擠壓件。因此在擠壓過程中會有沖擊作用；所以要求用于冷擠壓的壓力機能提供合適的擠壓速度。一般要求

30、壓力機有較高的空程向下和回程速度，在上模接觸金屬毛坯前，速度能迅速下降，在擠壓過程中，擠壓速度應(yīng)盡可能保持均勻。7）具有潤滑冷卻裝置。冷擠壓時單位擠壓力大，且在冷擠壓過程中又會產(chǎn)生大量熱量。因此要求壓力機有良好的潤滑冷卻裝置，從而延長模具的使用壽命。5.2冷擠壓設(shè)備的選擇通常用于擠壓生產(chǎn)的設(shè)備主要有專用的擠壓壓力機，通用的曲柄壓力機、摩擦壓力機和萬能液壓機。綜合考慮，本設(shè)計采用型號為YQ32-40的四柱式通用液壓機作為擠壓設(shè)備，其技術(shù)參數(shù)見表5.1所示。表5.1 YQ32-40四柱式通用液壓機的技術(shù)參數(shù)型號YQ32-40標(biāo)稱壓力KN400液壓機最大工作壓力MPa25頂出力KN120滑塊行程mm

31、450頂出行程mm150滑塊下平面到工作臺面最大距離mm700工作臺尺寸（左右×前后×高度）mm500×460滑塊行程速度空程mm /s80工作mm /s25回程mm /s80（資料來源于第6章 冷擠壓模具設(shè)計6.1冷擠壓模具特點冷擠壓是在常溫下對金屬材料進行塑性變形，其單位擠壓力相當(dāng)大，同時由于金屬材料的激烈流動所產(chǎn)生的熱效應(yīng)可例模具工作部分溫度高達200以上，加上劇烈的磨損和反復(fù)作用的載荷，模具的工作條件相當(dāng)惡劣。因此冷擠壓模具應(yīng)具有以下特點：1）模具應(yīng)有足夠的強度和剛度，要在冷熱交變應(yīng)力下正常工作。2）模具工作部分零件材料應(yīng)具有高強度、高硬度、高耐磨性，并有

32、一定的韌性。3）凸、凹模幾何形狀應(yīng)合理，過渡處盡量用較大的光滑圓弧過渡，避免應(yīng)力集中。4）模具易損部分應(yīng)更換方便，對不同的擠壓零件要有互換性和通用性。5）為提高工作部分強度，凹模一般采用預(yù)應(yīng)力組合形式。6）模具工作部分零件與上下模板之間一定要設(shè)置厚實的淬硬壓力墊板，以擴大承壓面積，減小上下模板的單位壓力，以防止壓壞上下模板。7）上下模板采用中碳鋼經(jīng)鍛造或直接用鋼板制成，應(yīng)有足夠的厚度，以保證模板具有較高的強度和剛度。6.2冷擠壓模架設(shè)計模架是模具的安裝基礎(chǔ)，又是承受較大載荷、傳遞壓力的重要組件，是擠壓模具的主要組成部分。擠壓工藝可以在專用的擠壓壓力機、通用液壓機、通用曲柄壓力機或摩擦壓力機上進

33、行，因此模架的結(jié)構(gòu)也有所不同。除應(yīng)根據(jù)擠壓件的批量、品種不同并滿足不同設(shè)備要求外，還應(yīng)該滿足以下幾點。1）承壓部分應(yīng)具有很好的剛性及強度，使框架精度穩(wěn)定。2）凸、凹模工作部分能簡便而可靠地固定在框架上，便于更換。3）坯料和擠壓件進出要方便，便于實現(xiàn)機械化、自動化。4）易損部分零件尺寸應(yīng)盡量統(tǒng)一，以便于制造和檢驗。5）保證操作人員安全。6）按擠壓件的不同精度選用制造精度不同的模架。7）在同噸位的壓力機上使用的反擠壓、正擠壓和復(fù)合擠壓的預(yù)應(yīng)力組合凹?？稍O(shè)計成互換的，從而簡化模具的制作。8）反擠壓通用模架可兼作正擠壓和復(fù)合擠壓模具使用。由于本設(shè)計中所選用壓力設(shè)備為液壓機，且擠壓力相對較小，綜合考慮選

34、用I級精度中間導(dǎo)柱圓形模架。在這種模架上，模板和模座靠導(dǎo)柱導(dǎo)套連接在一起，即凸、凹模的相對位置是不可調(diào)節(jié)的，它們的同軸度要求，完全靠安裝在模架上的導(dǎo)柱導(dǎo)套給以保證。同時為了保證模具安裝方便，需要在上模座上開一孔，以保證壓力中心的一致。由10 表5.1-7，可查得I級精度四導(dǎo)柱模架的相關(guān)尺寸，如下所示：模架400×315×305350 I GB/T2851.71990上模座450×270×50 GB/T2855.13 材料45鋼下模座450×270×50 GB/T2855.14 材料45鋼導(dǎo)柱 45×250 GB/T2861.

35、1 材料20鋼 數(shù)量為4導(dǎo)套45×130×58 GB/T2861.6 材料20鋼 數(shù)量為46.3凸、凹模設(shè)計6.3.1反擠壓凸模的設(shè)計反擠壓凸模一般由夾緊與成形兩部分組成。合理的反擠壓凸模成形部分形狀和尺寸，可以有利于金屬的流動，降低單位擠壓力，從而提高模具的使用壽命。反擠壓凸模的有效工作部分是圖中高度為的圓柱形表面，稱之為工作帶。工作帶的作用有以下三點：1）減小凸模與擠壓金屬的接觸面積，可大大降低摩擦阻力。2）防止擠壓結(jié)束時擠壓件粘在凸模上。3）擠壓時，不會由于凸模工作帶以上部分的彈性變形而產(chǎn)生直徑的增大影響擠壓件內(nèi)孔的尺寸精度。1.反擠壓凸模的結(jié)構(gòu)本設(shè)計選用的凸模作為反

36、擠壓凸模。如圖6.1所示。6.3.2反擠壓凹模的設(shè)計反擠壓凹模一般由成形與頂出部分組成。反擠壓黑色金屬薄壁零件時，雖然擠壓后工件不會卡在凹模內(nèi)，但是為了防止這種情況的出現(xiàn)給生產(chǎn)帶來不便，本設(shè)計中設(shè)計了下頂料機構(gòu)。1反擠壓凹模的結(jié)構(gòu)凹模結(jié)構(gòu)設(shè)計分為整體式和組合式兩種。凹模結(jié)構(gòu)整體式設(shè)計的特征是由一整塊金屬加工而成，結(jié)構(gòu)簡單、牢固。由于被擠壓零件材料較軟，凸模芯軸長徑比不大，所以本設(shè)計中的凹模采用整體式結(jié)構(gòu)，制造容易。由前面計算得單位擠壓力p=1400MPa，擠壓力較大。由3圖5.13可知，本設(shè)計可采用二層組合凹模， 。凹模結(jié)構(gòu)形狀如下，其特點結(jié)構(gòu)簡單，制造方便。2頂出桿設(shè)計頂出桿的形式有兩種，一

37、種是只起著將擠壓件頂出的作用，這種頂出桿只需要根據(jù)頂出桿載荷的具體情況進行設(shè)計，保證其縱向穩(wěn)定性。另外一種是兼作擠壓用的頂出桿，這相當(dāng)于下凸模，因此需要進行強度的校核。本設(shè)計采取的是兼有擠壓作用的頂出桿。頂出桿的結(jié)構(gòu)如圖6.3所示。圖6.3 頂出桿的結(jié)構(gòu)頂出桿和凸、凹模一樣，承愛著較大的單位壓力。因此，設(shè)計時應(yīng)注意如下問題：1）頂出桿上端面與凹模工作帶的直徑為基孔制間隙配合H7/h6或H7/g6。2）頂出桿端表面承受高壓時，中必處單位壓力最大。為了抵消單位壓力造成的彈性變形量和保證擠壓件底面得到平整的端表面，頂出桿不能做成平面，而應(yīng)做成圓錐面。3）為了防止頂出桿因彈性變形而產(chǎn)生的橫向加粗與凹模

38、內(nèi)孔表面碰，頂出桿在與凹模工作帶配合的配合面以下一部分應(yīng)設(shè)有一定的退讓量。頂出桿的具體結(jié)構(gòu)尺寸參見零件圖。由1式3-28可得頂出力的計算。F頂K頂×F擠 （6.1） 0.05×40000020000，式中，K頂頂件力系數(shù)，由5表3-11可得頂件力系數(shù)為0.05，查沖壓手冊知，45號鋼的許用壓應(yīng)力為145167MPa ,而F頂/A20000/（3.14×5×55×10）=155 MPa所以符合要求。6.3.3反擠壓凸、凹模制造公差反擠壓時，模具工作部分的間隙決定了擠壓件壁厚的大小。由于擠壓時模具工作部分的磨損，這個間隙就會越來越大，因此擠壓件的壁

39、厚尺寸也越來越大，在設(shè)計模具工作部分的尺寸和公差時，必須考慮模具有一定的磨損量，同時又不影響擠壓件的尺寸精度要求。這樣即可以擠出合格的產(chǎn)品，又可以提高模具的使用壽命。本設(shè)計中最后成形部分對精度要求不高，故按自由公差制造。同時頂出桿與凹模工作部分按基孔制間隙配合H7/h6制造。具體零件尺寸參見零件圖。第7章 模具結(jié)構(gòu)部件設(shè)計7.1上模具部分結(jié)構(gòu)設(shè)計上模具部分結(jié)構(gòu)的設(shè)計主要取決于模板結(jié)構(gòu)與凸模的緊固方法。采用合理的緊固方法，可以確保冷擠壓件的擠壓精度，延長模具的使用壽命，并便于模具的安裝、調(diào)整及迅速地更換零件。本設(shè)計中的上模部分主要由以下零件組成：上模座1、凸模固定圈2、錐形緊固圈3、凸模4、凸模

40、墊塊5和特形螺母6。凸模利用凸模固定圈和特形螺母緊固在上模座中，并用凸模墊塊進行支撐。這樣就可達到方便迅速地進行凸模的拆換、安裝的目的。1凸模固定圈凸模固定圈是將凸模緊固在模座上的重要輔助零件。本設(shè)計中選用外部有階梯形狀，而內(nèi)部為通孔的固定圈。設(shè)計時壓圈的平面尺寸，主要由結(jié)構(gòu)決定。固定圈的厚度不能過薄，否則就不能充分滿足凸模的功能要求（凸模位置精度、凸模垂直度、故障時的強度），對模具壽命有一定影響。故通常規(guī)定其厚度在13mm以上。本設(shè)計其厚度為16mm。（具體結(jié)構(gòu)參見零件圖）2錐形緊固圈錐形緊固圈的尺寸與結(jié)構(gòu)由是凸模決定的，在加工時，需要與凸模的錐面配作，其貼合面積需要達到75以上。同時，安裝

41、以后，須留有一定的空間使其與特形螺母相接觸，從而達到緊定的作用。（具體結(jié)構(gòu)參見零件圖）3墊塊由于擠壓時，凸模的工作壓力較大，且承受極大的摩擦力和溫度變化的作用。為了把凸模工作壓力均勻分散傳遞給模板和壓力機機架，緩和由加工壓力引起的接觸壓力，防止模座產(chǎn)生局部的凹陷或變形，改善凸模的工作條件，必須在凸模的底部端面與模板之間，設(shè)有一工具鋼淬硬的墊塊。本設(shè)計中凸模墊塊的尺寸為81×17mm。下模具的結(jié)構(gòu)圖如圖7.1。圖7.11-凸模固定圈 2-錐形緊固圈 3-凸模墊塊 4凸模 5-特型螺母 6-下模板7.2下模具部分結(jié)構(gòu)設(shè)計下模具部分結(jié)構(gòu)的設(shè)計主要取決于模板結(jié)構(gòu)與凹模的緊固方法。將凹模牢固、

42、精確地固定在模座上，對確保擠壓工作的正常進行和提高模具壽命十分重要。同時合理的緊固方法，還可以使模具結(jié)構(gòu)簡化，便于安裝、調(diào)整和更換零件。本設(shè)計中的上模部分由于以下主要零件組成：下模座1、凹模墊塊2、推桿3、頂出桿4、凹模5、壓板6、凹模固定圈7。凹模放在凹模墊塊上，利用壓板緊固在凹模固定圈上，并將凹模固定圈鎖緊在下模座上。下頂出裝置是通過推桿帶動頂出桿的運動，將擠壓件頂出。除此之外，還有螺釘與定位銷等。本設(shè)計中凹模的固定采用壓板與凹模固定圈進行緊固。壓板除具有緊固作用外，還起到模座襯套和相互配合的作用，成為凹模與模座之間重要的過渡和配合零件。在加工過和中，壓板的圓錐面必須與凹模的圓錐面進行配作

43、，其貼合面積要達75%以上。為了加強下模座的承受強度，本在凹模下端面與模座接觸部分加一墊板。這樣擠壓時凹模作用于墊板表面上單位擠壓力均勻分布在凹模支承面內(nèi)，墊板厚度增加時，受壓面的傳遞直徑增加，傳遞壓力隨之減小，因此應(yīng)盡量加大墊板厚度。壓板、凹模固定圈、凹模墊塊的具體結(jié)構(gòu)尺寸參見零件圖。圖7.21-上模板 2-凹模固定板 3-凹模墊塊 4-推桿 5-壓板7.3模具結(jié)構(gòu)和工作原理綜上所述，蓋形螺母最終的成形擠壓模具的整個結(jié)構(gòu)如圖所示，在四柱式通用液壓機上進行冷擠壓，由導(dǎo)柱導(dǎo)套進行導(dǎo)向；上下模座均采用圓柱銷定位，并用螺釘緊固；凸模采用特形螺母與錐形緊固圈緊固，不僅裝拆方便，且對中準(zhǔn)確；而凹模則靠壓

44、板與凹模固定圈緊固。上模下行時，由導(dǎo)柱與導(dǎo)套進行導(dǎo)向，凸模向下運動至擠壓面，在凸模的壓力作用下，開始對凹模的定位坑內(nèi)的毛坯進行擠壓，至下死點時工件反擠壓成形。成形后，由液壓機上的頂出裝置帶動推桿運動，使頂出桿（兼作凹模型腔底部）將工件頂出凹模，同時隨著下模的回程，凸模離開凹模。取走工件后，再將毛坯放在凹模的定位坑內(nèi)，依此反復(fù)進行。圖7.31.上模板 2.導(dǎo)套 3.導(dǎo)柱 4,11,16,19螺釘 5.凸模固定圈 6.凸模墊板 7.凸模 8.錐形緊固圈 9.特型螺母 10.銷 12.凹模內(nèi)圈 13.凹模外圈 14.壓板 15.頂桿 17.凹模緊固圈 18.凹模墊板 20.下模板7.4成形模具三維圖

45、通過三維軟件Pro-Engineer的繪制，獲得模具在閉合狀態(tài)時的三維形狀如圖7.4所示，而其三維爆炸圖如圖16所示圖7.4 三維裝配圖圖7.5 三維爆炸圖第8章 冷擠壓模具材料的選擇8.1模具材料的基本要求冷擠壓加工時，模具工作部分零件要承受金屬變形的巨大壓力，此壓力高達20002500MPa，還要經(jīng)受極高的摩擦力和溫度變化的作用，可見冷擠壓模具的工作條件極其惡劣。因此，模具材料必須具備下列幾個方面的要求。1）高硬度。硬度是研究和檢驗?zāi)＞咦畛Ｓ玫男阅苤笜?biāo)。高的硬度可保證模具耐磨損，但過高則會導(dǎo)致模具的脆性和缺口敏感性的增大。因此，冷擠模工作零件在保持一定韌性的條件下，要盡可能選用較高的硬度，

46、凸模熱處理后，要求硬度在61HRC以上，凹模在5862HRC之間，對韌性要求較高時可采用HRC5860較低的硬度。2）高強度。冷擠壓模具材料要求具有很高的強度，以滿足承載能力的要求，并且防止由于載荷過高而引起的模具損壞。影響材料強度的因素很多，主要有鋼中碳和合金元素的含量，碳化物顆粒的大小及頒的均勻性，晶粒的大小等。3）高韌度模具材料必須具有高的韌性和動載強度。這對于由于沖擊、偏心彎曲載荷、疲勞應(yīng)力集中而引起的折斷和開裂破壞是十分生要的。控制鋼的含碳量、淬透性和晶粒度，能有效的提高材料的韌性。任何降低硬度來嗇韌性的作法，都是不適宜的。應(yīng)尋求改進模具的結(jié)構(gòu)，以降低對韌性的要求。4）高的耐壓能力冷

47、擠模在相當(dāng)大的壓力下工作，要求它在這樣大的壓力下擠壓高強度材料時，能夠保持模具開腔的形狀和尺寸不變，承受很高軸向壓力作用的零件，不鐓粗、不彎曲，即模具材料應(yīng)具有極好的耐壓能力。5）高的耐磨性。模具材料須具有較高的抗磨損性能，以獲得高模具壽命。磨損是擠壓模在使用過程中常見的一種失效方式。一般來說，硬度越高，耐磨性越好。為得到高的耐磨性，須使鋼材在高硬度的基體上有大量的、細小的、堅硬的碳化物。6）足夠的耐熱性能。在擠壓時，工件和模具的局部溫升可達300度左右，甚至更高，使模具材料內(nèi)部受到拉伸和壓縮的交變應(yīng)力，從而使金屬晶粒產(chǎn)生晶隙和局部的變形，結(jié)果產(chǎn)生裂紋，即熱裂紋。因而要求模具材料在工作溫度下的

48、硬度不變，即具有良好的熱硬性和高溫硬度。7）良好的工藝性能。模具材料的加工工藝是獲得高質(zhì)量模具的重要因素。因此，要求材料的脫碳敏感性小，熱塑性高，鍛造容易，切削加工和磨削性能良好。8.2模具材料的選用原則冷擠壓模具的材料，應(yīng)根據(jù)被擠材料的種類、擠壓方式以及模具的實際工作條件，力求達到較好的經(jīng)濟效益為原則來選擇。選用模具材料時應(yīng)注意下列問題。1）擠壓純鋁、純銅等有色金屬可選較差的模具材料。2）用于大批量生產(chǎn)的模具應(yīng)選用較好的模具材料；對于試制或小批量生產(chǎn)的模具，可選用使用壽命短、加工方便、費用低廉的模具材料。3）大批量生產(chǎn)形狀簡單的圓形零件一般選用硬度高、耐磨性好的模具材料。對于形狀復(fù)雜的零件由

49、于過渡部分應(yīng)力集中較大，且在模具熱處理時，該部分會產(chǎn)生較大內(nèi)應(yīng)力，且外表部分的摩擦面積顯著增加，故一般不采用高碳合金工具鋼作模具材料，宜用中碳合金工具鋼作模具材料，以保證良好的強韌度。4）冷擠壓凹模在擠壓過程中受到很大的切向拉應(yīng)力。因此，要求模具材料有較好的抗拉強度。而冷擠壓凸模在擠壓時受著強烈的反復(fù)壓縮作用，因此，要求模具材料有足夠的抗壓強度和耐熱疲勞性。5）較小零件的模具成本較低，一般可用較好的模具材料；尺寸較大的零件所用的模具也較大，大模具造價較高，一般選價廉的模具材料。6）反擠壓時，凸模是成形的關(guān)鍵零件，極易磨損；而正擠壓時，凹模是成形的關(guān)鍵零件，極易磨損。因此，反擠壓凸?；蛘龜D壓凹模應(yīng)選擇磨耐性高的模具材料。8.3常用的冷擠壓模具材料冷擠壓模具零件，由于擠壓件材料、尺寸、形狀、精度、變形量的不同，模具結(jié)構(gòu)、功能作用以及使用設(shè)備、作業(yè)條件和生產(chǎn)批量的不同，所用的材料應(yīng)有不同。冷擠壓模具工作部分所使用的材料種類是很多的，對于純鋁來說，常用的冷擠壓模具材料如下表所示。表8.1 常用的冷擠壓模具材料模具零件擠壓材料模具材料牌號熱處理硬度凸模有色金屬及其合金W