沖壓模具及設(shè)備第8章-冷擠壓課件

1、第八章冷擠壓第八章冷擠壓第一節(jié)冷擠壓概述 冷擠壓是在常溫下對模具型腔內(nèi)的金屬坯料施加強大壓力，迫使金屬從模具型孔或凸、凹模間隙中擠出，從而獲得所需零件的一種壓力加工方法。一、冷擠壓的分類根據(jù)金屬擠出時的流動方向與凸模運動方向之間的關(guān)系，冷擠壓可以分為軸向擠壓、徑向擠壓和鐓擠三類，其中軸向擠壓又可分為正擠壓、反擠壓、復(fù)合擠壓三種，見表81。第八章冷擠壓表8-1冷擠壓的分類第八章冷擠壓表8-1冷擠壓的分類第八章冷擠壓二、冷擠壓的特點及應(yīng)用1.冷擠壓的特點(1)擠壓件質(zhì)量高冷擠壓可以直接獲得尺寸精確、表面粗糙度Ra值小的零件。(2)生產(chǎn)率高冷擠壓是利用擠壓模具在壓力機上進行，一次沖壓行程即可完成一道

2、工序甚至一個工件。(3)節(jié)約原材料冷擠壓屬于少切削或無切削加工，材料利用率可達70%95%。第八章冷擠壓(4)降低了成本費用與傳統(tǒng)機械加工工藝相比，由于節(jié)省原材料，減少了零件的加工工序，提高了生產(chǎn)效率，使制件成本大為降低。(5)可擠壓形狀復(fù)雜的零件因冷擠壓時坯料處于很強的靜水壓力作用，有利于金屬的塑性變形，可產(chǎn)生較大的變形程度，因此可以擠壓出其他加工方法難以制造的復(fù)雜形狀零件。(6)冷擠壓坯料變形區(qū)變形抗力大，需要塑性變形力大，對模具強度、剛度要求高。第八章冷擠壓圖8-1冷擠壓件a)汽車活塞銷b)純鐵底座c)純鋁電容器2.冷擠壓的應(yīng)用第八章冷擠壓圖8-2純鋁儀表零件第八章冷擠壓三、冷擠壓中的主

3、要技術(shù)問題 冷擠壓坯料變形所需單位壓力很大，有時接近甚至超過某些模具材料的抗壓強度極限，為使冷擠壓工藝的順利進行，就必須合理解決擠壓時金屬需要強大的變形抗力和模具承載能力的矛盾。為此，必須對下列主要技術(shù)問題加以綜合考慮：1)設(shè)計合理的、工藝性良好的冷擠壓件結(jié)構(gòu)。2)合理地選擇冷擠壓金屬材料，正確確定坯料形狀尺寸及熱處理規(guī)范，要特別注意坯料的表面處理與潤滑。第八章冷擠壓3)制定合理的冷擠壓方案，合理選擇冷擠壓方式，適當控制冷擠壓變形程度。4)采取有效措施解決模具的強度、剛度和壽命問題。5)選用合適的擠壓設(shè)備。第八章冷擠壓第二節(jié)冷擠壓的變形程度一、冷擠壓變形程度的表示方法 冷擠壓變形程度是描述冷擠

4、壓時金屬塑性變形量的大小，它直接影響著冷擠壓工藝的順利進行和擠壓件的質(zhì)量。冷擠壓變形程度可以用以下幾種形式表示：(1)斷面變化率金屬擠壓前后橫截面積差與擠壓前坯料橫截面積之比的百分數(shù)。(2)擠壓比坯料的橫截面積與擠壓后橫截面積之比。(3)對數(shù)擠壓比又稱之為對數(shù)塑性變形，擠壓比用對數(shù)來表示。第八章冷擠壓二、極限變形程度 冷擠壓時，一次擠壓加工可能達到的最大變形程度稱為極限變形程度。擠壓時金屬坯料處于很強的靜水壓力作用，坯料的變形程度可能達到很大。但是，當一次變形程度過大時，由于單位擠壓力很大，會顯著降低模具的使用壽命；如果單位擠壓力超過模具強度所許可的范圍，則造成模具的早期破壞。所以，冷擠壓的極

5、限變形程度實際上是指在模具強度允許的條件下，能夠保持模具有一定壽命的一次擠壓變形程度。第八章冷擠壓圖8-3正擠壓碳素鋼實心件極限變形程度第八章冷擠壓圖8-4正擠壓碳素鋼空心件極限變形程度第八章冷擠壓圖8-5反擠壓碳素鋼空心件極限變形程度第八章冷擠壓表8-2有色金屬一次擠壓的極限變形程度第八章冷擠壓第三節(jié)冷擠壓材料與坯料準備一、冷擠壓材料1.冷擠壓工藝對金屬材料的要求2.可用于冷擠壓的金屬材料第八章冷擠壓二、冷擠壓坯料形狀與尺寸的確定 冷擠壓坯料形狀要根據(jù)擠壓件的橫截面形狀和擠壓方式來確定。坯料橫截面輪廓形狀盡量與擠壓件的輪廓形狀相同，并與擠壓模型腔吻合，便于坯料的定位。坯料的幾何形狀應(yīng)保持對稱

6、、規(guī)則、兩端面平行；坯料表面應(yīng)光滑，不能有裂紋、折疊等缺陷。圖8-6正擠壓用坯料形狀a)實心坯料b)、c)、d)空心坯料第八章冷擠壓表8-3旋轉(zhuǎn)體冷擠壓件高度修邊量表8-4大量生產(chǎn)鋁質(zhì)外殼所用的修邊余量第八章冷擠壓三、冷擠壓坯料的軟化處理 為了降低坯料的硬度和變形抗力，提高其塑性，消除內(nèi)應(yīng)力并得到良好的金相組織(晶粒度大小適中的球狀組織最好)，以降低單位擠壓力和提高模具壽命，通常在冷擠壓前或多道冷擠壓工序中間必須進行軟化處理。軟化處理時，一般要將材料處理到其塑性達到最高、硬度最低，使金屬在較小的冷擠壓力下成形。中間工序的軟化處理是為了消除冷作硬化和內(nèi)應(yīng)力，以恢復(fù)材料的塑性。對于黃銅和不銹鋼經(jīng)冷

7、擠壓后務(wù)必及時進行消除應(yīng)力的退火，否則會開裂。第八章冷擠壓四、冷擠壓坯料的表面處理與潤滑 對冷擠壓坯料進行表面處理與潤滑的目的是減少模具表面與金屬坯料之間的摩擦力。1.黑色金屬坯料的表面處理與潤滑(1)碳鋼和合金結(jié)構(gòu)鋼坯料的表面處理與潤滑目前，碳鋼和合金結(jié)構(gòu)鋼坯料冷擠壓前的表面處理和潤滑方法仍以磷化后皂化的效果為最佳。第八章冷擠壓(2)不銹鋼的表面處理與潤滑奧氏體不銹鋼(1Cr18Ni9Ti)和碳鋼不一樣，它與磷酸鹽溶液基本上不發(fā)生作用，因此，不銹鋼不能采用磷化處理，而應(yīng)采用草酸鹽進行表面處理，處理后的坯料表面呈綠黑色。2.有色金屬坯料的表面處理和潤滑1)汽油清洗，以去除油污。2)熱水(601

8、00)清洗。第八章冷擠壓3)流動冷水清洗。4)工業(yè)硝酸清洗，以除去氧化皮。5)流動冷水清洗兩遍。6)表面處理。7)潤滑處理。第八章冷擠壓第四節(jié)冷擠壓力與冷擠壓壓力機一、冷擠壓力曲線圖8-8冷擠壓力曲線第八章冷擠壓二、單位擠壓力及其影響因素圖8-9作用在模具上的壓力a)正擠壓b)反擠壓第八章冷擠壓三、冷擠壓力的確定 由于影響擠壓力的因素比較復(fù)雜，要準確地確定單位擠壓力和總的擠壓力目前還有困難。因此，在實際應(yīng)用中通常采用近似公式和圖算法確定。第八章冷擠壓四、冷擠壓壓力機及選用 由于冷擠壓時單位擠壓力和工作行程都很大，冷擠壓件的精度要求又很高，因此對冷擠壓使用的壓力機提出了一些特殊要求，如能量大、剛

9、度好、導(dǎo)向精度高、合理的擠壓速度、具備頂出機構(gòu)和可靠的過載保護裝置等。第八章冷擠壓1.冷擠壓壓力機的類型及主要技術(shù)參數(shù)圖8-10黑色金屬正擠壓實心件擠壓力確定圖第八章冷擠壓圖8-11黑色金屬正擠壓空心件擠壓力確定圖第八章冷擠壓圖8-12黑色金屬反擠壓空心件擠壓力確定圖第八章冷擠壓圖8-13有色金屬正擠壓實心件單位擠壓力計算圖第八章冷擠壓圖8-14有色金屬正擠壓空心件單位擠壓力計算圖第八章冷擠壓圖8-15有色金屬反擠壓單位擠壓力計算圖第八章冷擠壓(1)偏心式冷擠壓力機(2)壓力肘桿式冷擠壓力機壓力肘桿式冷擠壓力機(圖8-16b)的特點是：滑塊在開始擠入時的速度較小，凸模對模具的沖擊較小，工作行程

10、中滑塊的速度變化較為平緩。(3)拉力肘桿式冷擠壓力機拉力肘桿式冷擠壓力機(圖8-16c)具有肘桿式冷擠壓力機的特點，并且滑塊速度在工作行程時更為均勻，對擠壓件的塑性變形極為有利。第八章冷擠壓圖8-16冷擠壓壓力機工作機構(gòu)的原理簡圖a)偏心式b)壓力肘桿式c)拉力肘桿式第八章冷擠壓圖8-17冷擠壓力機的行程-轉(zhuǎn)角曲線1偏心式2壓力肘桿式3拉力肘桿式冷擠壓力機的行程-轉(zhuǎn)角曲線第八章冷擠壓表8-5部分國產(chǎn)冷擠壓力機的主要技術(shù)參數(shù)第八章冷擠壓圖8-18J88100型拉力肘桿式冷擠壓力機的傳動原理1主電動機2小帶輪3離合器4飛輪5傳動軸6制動器7斜齒圓柱齒輪8滑塊9肘桿10擺桿11連桿12曲軸拉力肘桿式

11、冷擠壓力機的傳動原理第八章冷擠壓2.機械式冷擠壓力機結(jié)構(gòu)簡介3.冷擠壓力機的選用圖8-19J88100型拉力肘桿式冷擠壓力機的滑塊1模具夾塊2緊固螺釘3滑塊體4橫軸5滑塊外套6大螺母7大調(diào)節(jié)齒輪8小調(diào)節(jié)齒輪9緊固螺母10鎖緊塊11上推料桿12導(dǎo)軌第八章冷擠壓圖8-20J88100型冷擠壓力機的下頂料裝置1凸輪2曲桿3拉桿4彈簧5搖臂6調(diào)整螺母7下頂料桿冷擠壓力機的下頂料裝置第八章冷擠壓圖8-21J88100型冷擠壓力機的過載保護裝置1弓形板簧2頂桿3百分表4微動開關(guān)冷擠壓力機的過載保護裝置第八章冷擠壓圖8-22J87400型偏心式冷擠壓力機總圖1滑塊2連桿3伸長儀4偏心齒輪5機身6下頂料裝置偏

12、心式冷擠壓力機總圖第八章冷擠壓圖8-23J87400型冷擠壓力機封閉高度調(diào)節(jié)機構(gòu)傳動示意圖冷擠壓力機封閉高度調(diào)節(jié)機構(gòu)傳動示意圖第八章冷擠壓圖8-24J87400型冷擠壓力機液氣緩沖及液壓過載保護裝置工作原理圖1液壓泵2溢流閥3壓力表4、7、8單向閥5充液筒6截止閥9節(jié)流閥10電磁換向閥11過載保護液壓缸12過載保護活塞13緩沖液壓缸14滑塊冷擠壓力機液氣緩沖及液壓過載保護裝置工作原理圖第八章冷擠壓第五節(jié)冷擠壓工藝方案的確定一、冷擠壓件的工藝性1.冷擠壓的尺寸精度與表面粗糙度2.冷擠壓件的結(jié)構(gòu)工藝性第八章冷擠壓表8-7正擠壓的合理尺寸第八章冷擠壓表8-8反擠壓的合理尺寸第八章冷擠壓表8-9復(fù)合擠

13、壓的合理尺寸第八章冷擠壓二、冷擠壓工藝方案的確定1.冷擠壓件的分類及其擠壓方式(1)杯形類冷擠壓件(圖8-25)這類零件一般采用反擠壓(圖8-25a圖8-25c)，或反擠壓制取坯料后再以正擠壓成形。圖8-25杯形類冷擠壓件第八章冷擠壓圖8-26管類、軸類冷擠壓件(2)管類、軸類冷擠壓件(圖8-26)這類零件一般采用正擠壓(圖8-26a圖8-26c)。第八章冷擠壓(3)杯桿類、雙杯類冷擠壓件(圖8-27)這類零件一般采用復(fù)合擠壓，也可用正擠壓和反擠壓兩次擠壓成形。圖8-27杯桿類、雙杯類冷擠壓件第八章冷擠壓圖8-28復(fù)雜形狀的冷擠壓件(4)復(fù)雜形狀的冷擠壓件(圖8-28)帶有齒形或花鍵等的軸對稱

14、零件可采用正擠壓、反擠壓、復(fù)合擠壓或徑向擠壓成形。第八章冷擠壓圖8-29典型零件的冷擠壓方案2.冷擠壓工藝方案的確定3.冷擠壓件圖的設(shè)計第八章冷擠壓三、冷擠壓工藝方案實例1.冷擠壓件圖的設(shè)計1)30與M221.5 直徑相差不大，可一律改為30，否則凸模壁容易碎裂(圖8-31)。2)螺紋、與軸線垂直的各環(huán)形凹槽和孔均應(yīng)在擠壓后用切削加工得到。3)考慮到坯料制造的誤差和壓力機行程控制的誤差，在長度上應(yīng)加修整量2mm。4)為改善正擠壓金屬變形的均勻形，減少單位擠壓力，取擠壓凹模中心錐角為90。第八章冷擠壓2.坯料形狀和尺寸的確定3.冷擠壓工藝過程的確定4.冷擠壓力的計算圖8-30導(dǎo)桿a)導(dǎo)桿零件圖b

15、)冷擠壓件圖c)坯料第八章冷擠壓圖8-31不合理的擠壓件形狀與凸模結(jié)構(gòu)不合理的擠壓件形狀與凸模結(jié)構(gòu)第八章冷擠壓1.冷擠壓坯料形狀和尺寸的確定2.冷擠壓工藝過程的確定(1)正、反擠壓的變形程度校核(2)擠壓工序數(shù)目的確定第八章冷擠壓第六節(jié)冷擠壓模具設(shè)計 冷擠壓模具必須適應(yīng)冷擠壓金屬變形特點和強大的冷擠壓力對模具提出的要求，如模具工作部分的形狀、尺寸參數(shù)及表面粗糙度值應(yīng)有利于金屬的塑性變形，有利于減小冷擠壓力；模具要有足夠的強度和剛度，工作部分有足夠的耐磨性；凸、凹模與上、下模座之間應(yīng)有足夠的支承面和一定厚度的淬硬墊板，上、下模有良好的導(dǎo)向裝置；模具在壓力機上安裝要緊固，易損零件的拆卸、更換、安裝

16、方便，模具結(jié)構(gòu)應(yīng)具有一定的通用性等。第八章冷擠壓一、冷擠壓模具的典型結(jié)構(gòu) 冷擠壓模的結(jié)構(gòu)形式很多，按冷擠壓方式有正擠壓模、反擠壓模、復(fù)合擠壓模及其他冷擠壓模；按通用性有專用冷擠壓模和通用冷擠壓模；按調(diào)整的可能性有可調(diào)式冷擠壓模和不可調(diào)冷擠壓模。為適用冷擠壓金屬成形的需要和降低模具制造成本，往往采用可調(diào)式和通用式冷擠壓模。第八章冷擠壓圖8-33正擠壓模具1定位銷2上模座3墊板4彈性夾頭5凸模固定圈6凸模7、8緊固圈9凹模10凹模固定圈11墊板12下模座13頂桿正擠壓模第八章冷擠壓圖8-34反擠壓模具1壓板2卸件器3卸件板4墊板5凸模6凹模7組合凹模中圈8組合凹模外圈9月牙形板10頂件器11墊塊1

17、2墊板反擠壓模第八章冷擠壓1)采用通用模架，通過更換凸、凹?？蓴D壓不同的冷擠壓件。2)以導(dǎo)柱導(dǎo)套導(dǎo)向，為了增加導(dǎo)柱的長度，特將導(dǎo)柱固定于上模。3)擠壓件留在凹模中，采用拉桿式頂出裝置通過頂桿13將擠壓件頂出，卸件工作可靠。4)上、下模座用中碳鋼制造，凸、凹模分別用較厚的淬硬墊板支承。第八章冷擠壓1)采用通用模架，通過更換凸模、組合凹模等零件，可擠壓不同的冷擠壓件。2)凸、凹模同軸度可以調(diào)整，即通過螺釘和月牙形板9調(diào)整凹模的位置，以保證凸、凹模的同軸度。3)凹模為預(yù)應(yīng)力組合凹模結(jié)構(gòu)，可承受較大的單位擠壓力。4)對于黑色金屬反擠壓，其擠壓件可能箍在凸模上，因而設(shè)置了卸件裝置，卸件板做成蝶形是為了減

18、少凸模長度。5)因黑色金屬擠壓力很大，所以凸模5上端和頂件器10下端做成錐形，以擴大支承面積，并加以厚墊板。第八章冷擠壓1)該模具是以導(dǎo)向套1與下模外圈3導(dǎo)向，模具在工作時處于封閉狀態(tài)，下設(shè)限位套4。2)上、下模均為預(yù)應(yīng)力組合結(jié)構(gòu)。3)為了保證六角頭部成形良好和提高模具壽命，坯料體積大于零件體積，多余金屬形成飛邊，冷鐓后切除。圖8-35徑向擠壓(冷鐓)模具1導(dǎo)向套2組合上模外圈3組合下模外圈4限位套第八章冷擠壓二、冷擠壓凸、凹模的設(shè)計1.冷擠壓凸模(1)正擠壓凸模正擠壓實心件的凸模結(jié)構(gòu)如圖8-36a所示，其結(jié)構(gòu)較簡單。 (2)反擠壓凸模黑色金屬反擠壓凸模結(jié)構(gòu)形式如圖8-37所示，其中圖a應(yīng)用較普遍；圖b擠壓力小，但容易受到坯料不平度的不良影響，造成擠壓件壁厚不均勻；圖c擠壓力較大，用于擠壓件為平底結(jié)構(gòu)或單位擠壓力不大的情況；圖d結(jié)構(gòu)有利于金屬流動，但制造較麻煩。第八章冷擠壓圖8-36正擠壓凸模第八章冷擠壓圖8-37黑色金屬反擠壓凸模第八章冷擠壓圖8-38反擠壓凸模工作端面的工藝槽形狀反擠壓