挤压件正挤工艺模具设计.doc

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1、课 程 设 计资 料 袋 机 械 工 程 学 院 学院（系、部） 2013-2014 学年第 1 学期 课程名称挤压工艺与模具课程设计 指导教师 职称 学生姓名 专业班级 学号 题 目 挤压件正挤工艺模具设计 成 绩 起止日期 2013年 11 月 日 2013 年 11 月 日目 录 清 单序号材 料 名 称资料数量备 注1课程设计任务书共2页2课程设计说明书共 页3课程设计图纸 3张45月 日课程设计任务书2013 2014学年第 1 学期 机械工程 学院（系、部） 专业 班课程名称： 挤压工艺与模具课程设计 设计题目： 挤压件正挤工艺模具设计 完成期限：自 2013 年 11 月 日至

2、2013 年 11 月 日 共 1.5 周内容及任务一、 内容与目的挤压工艺及模具设计课程设计课是学生在修完本门课程后所进行的为培养学生获得实践动手能力而设置的一个重要的实践性、一次综合性实践教学环节。通过本课程设计训练，学生应在专业技术应用能力上达到培养目标的基本要求，在冲压成形工艺与冲压模具设计技术方面得到全面提高，并受到工程师的基本训练。二、任务与要求（1）运用所学的理论及生产实际知识，进行挤压模具设计的初步训练，培养学生的综合设计能力。（2）掌握挤压模具设计的方法和步骤。（3）使学生掌握挤压模具设计的基本技能，具有查阅和运用标准资料、手册等有关技术资料的能力。（4）熟练掌握绘图和编写技

3、术文件的能力。三、工作量构思总图（经指导教师检查确定）画出装配图完成模具零件明细表画出模具零件图（具体数量由指导老师确定）编写设计说明书进度安排时间安排工作内容0.5天熟悉设计题目，查阅资料，作准备工作：0.5天进行工艺方案分析，确定工艺方案1天工艺设计和工艺计算1天画装配图草图1.5天画正式图2天画零件图1.5天编写技术文件8天总计说明：全部图纸必须由指导老师检查后进行修改，夹订好才可正式提交。主要参考资料1 金仁钢 实用冷挤压技术 出版社：哈尔滨工业大学出版社2 洪深泽编 冷挤压工艺及模具设计出版社：安微科学技术出版社3 冲模设计手册编写组冲模设计手册（模具设计手册之四）4 金仁钢 挤压工

4、艺及模具课程设计指导书. 自编，2011年指导教师 ： 2013 年 11月 日系（教研室）主任： 2013 年 11月 日机 械 设 计 课 程 设 计设计说明书挤压件正挤工艺模具设计 起止日期： 2013年 11月 日 至 2013年 11 月 4日学生姓名班级学号成绩指导教师(签字)机械工程学院（部）2013年12月 日目录第一章 零件的工艺分析.3第二章 零件工艺方案的选定.5第三章 工序设计.6 3.1 毛坯的制备.6 3.2 毛坯的软化处理.6 3.3 毛坯表面处理与润滑.7 3.4 毛坯尺寸的确定.7第四章 工艺计算.8 4.1 许用变形程度计算.8 4.2 挤压力的计算.8 4

5、.3 压力机的选择.9第五章 冷挤压模具的机构设计.10 5.1 凹模的设计.10 5.2 凸模的设计.11 5.3 模具其他部分的设计.12 5.4 模具的固定.13第六章 模具装配及工作原理.14 6.1 加工要求.14 6.2 模具装配图及装配过程.15 6.3 加工路线.16第七章 工作零件材料的要求与使用注意事项.17第八章 总结心得.18第九章 参考文献.19第一章 零件的工艺性分析冷挤压工艺设计是在确定挤压件形状、尺寸、精度和材料之后，这首设计模具之前的一个阶段。在此阶段要拟定之间的冷挤压加工工艺和有关的工艺顺序和数量，并研究如何具体实现符合生产要求的零件质量控制、经济性等有关问

6、题。近年来，在机械制造工艺方面广泛应用采用冷挤压先进技术，取得了显著的成就，与其他制造工艺方法相比，冷挤压工艺已成为金属变形中最先进的工艺之一，在技术和经济上都有很多的显著优点。图1-1为本次设计的毛坯图和零件图，图1-2为零件的三维图。材料为15号钢，生产批量大，需要采用正挤工艺。 1.1 图1-1 毛坯图（左）和零件图 图1-2 零件三维图由于材料为15号钢，属于黑色金属，变形过程中变形抗力很大，所以在挤压的过程中单位挤压力很大，首先要保证模具寿命，其次还要考虑生产率的大小，最后还要结合生产过程中的经济性和产品强度、精度等。在设计过程中的工艺性分析包括：原材料的形态、冷挤压材料的软化热处理

7、、冷挤压件的润滑与表面处理、冷挤压力的计算、冷挤压设备的选择、凸凹模的结构设计、冷挤压模具材料的选择及其热加工工艺、模具的总装配等。第二章 挤压零件工艺方案的选定 先按一次正挤压工艺方案进行挤压，即进行下料软化退火磷化皂化正挤压一次成形。这时断面缩减率91%根据参考文献【1】图4.10进行校核，15号钢的许用变形程度的断面缩减率为。说明这个方案正挤压的断面缩减率过大，挤压力超过了模具钢的许用载荷，这是冷挤压模具发生碎裂的主要原因。所以一次正挤压这个方案是不合理的。为了使变形程度降低，故采用多次冷挤压的工艺方案，采用二次挤压成形，减小每道工序的单位挤压力的方法来解决模具的损坏问题。第三章 工序设

8、计3.1毛坯的制备毛坯的制备，是从毛坯下料开始到制备出符合冷挤压工艺要求的毛坯为止的过程。制备价廉、质量良好的毛坯是关系到挤压件质量、生产效率和成本的大问题。毛坯的制备的常用方法选择，应该考虑生产要求，说需设备条件和成本、工具盒维护费用、材料变为废屑的书号和加工费用、所需工序次数。以及其他因素。毛坯的尺寸、形状、材料，需要保持的精度和生产方法亦是影响下料方法选择的重要因素。冷挤压毛坯最常用的备料方法有：锯切、车切、冲裁、剪切。原材料的表面缺陷对冷挤压件的质量影响很大，这是由于冷挤压加工和切削加工不同，冷挤压时原材料的表面缺陷会保留或者扩大，成为冷挤压件的表面缺陷，所以选取毛坯的时，当表面缺陷的

9、深度大于0.1mm时，应当设法消除，使材料表面达到洁净、光滑，不应有发裂，气泡、划伤等。原材料的尺寸精度也很重要，原坯料的几何形状应对称，以保证冷挤压过程中均匀产生变形，坯料端面与轴线的垂直度最大不应超过0.1mm。综上所述，经过考虑生产要求，所需设备的条件和成本，模具维修费用，制件精度等，并且毛坯的直径较大，可采用锯切的方法进行下料，断面比较平整。3.2毛坯的软化处理 目的：为了达到降低材料的硬度和变形抗力，提高材料的塑性，消除内应力得到良好的晶相组织，提高模具寿命，保证产品质量，必须进行软化处理。根据资料表明：30号钢以下的低碳钢，应用完全退火，不用球化退火。本次设计的原材料为15号钢，所

10、以可以按照图3-1所示方法进行热处理退火。图3-13.3毛坯表面处理与润滑表面处理与润滑是钢零件挤压的关键问题，它对零件的表面质量及模具的寿命有很大的影响，比寻给于足够的重视。主要包括：1.去出表面缺陷2. 清洁、去脂、濯洗。3. 去除表面氧化层 4.磷酸盐处理与润滑处理。对于清洁、去脂、濯洗，一般按照国内工厂的方法，采用化学去油的配方与工艺，去油完成后，可用水直接淋在零件上进行检查，如果彻底去油，则水能浸润所有表面。对于去除表面氧化层可采用酸洗处理。磷酸盐处理在冷挤压中占有很重要的地位，将毛坯放在磷酸盐溶液中进行处理，其化学反应如下 润滑处理：在磷酸盐处理后，还要进行润滑处理，可使用皂化处理

11、，可以得到有效的硬脂酸锌润滑层，这层润滑层牢固的连接于磷酸盐覆盖层的表面并渗入磷酸盐覆盖层中。3.4毛坯尺寸的确定 如图3-2，毛坯的尺寸D=40mm，h=60mm，则毛坯的体积, 第一次挤压挤压件的外径 ，挤压部分的高度为,=根据体积不变原理，挤压件的体积也为，由体积不变，第二次挤压挤压件的外径 ，挤压部分的高度为，所以挤压后零件的总高度，h=205.5mm. 图3-2第四章 工艺计算4.1许用变形程度的计算 正挤的断面缩减率第一次挤压断面缩减率：第二次挤压断面缩减率：根据参考文献【1】图4.10进行校核，15号钢的许用变形程度的断面缩减率为在许用范围之内。4.2挤压力的计算 理论公式计算法

12、，由于计算方法复杂，准确性差。因此用的不广，而图算法由于试验条件及材料的种类的局限性，也影响到了它的应用范围。因此采用经验公式计算 ，式中： 总挤压力；N； p单位挤压力，Mpa; Z模具的形状系数；参考文献【1】（图4.34） n挤压方式及变形程度修正系数；参考文献【1】（见表4.2） 挤压钱材料的抗拉强度，Mpa，查有关手册可以找到，对碳钢而言可以近似取=1/3HB F凸模工作部分横切面面积， 其中Z取0.9，n=5,， 所以单位挤压力，总压力为了安全起见，并考虑到生产上可能出现的意外情况（如退火软化质量较差，润滑层脱落等），应按计算应力值乘上安全系数1.3.因此4.3压力机的选择正确选择

13、压力机与模具寿命，制件精度有直接关系，因此设备的选取，必须与冷挤压工艺性质和特点相适应，压力机必须要有足够的刚性；同时具备顶出装置；合适的挤压速度；较大的工作行程和能量，滑块应有良好的导向精度，而且还要有超载保险装置。根据冷挤压压力的大小，应选取公称压力大于或等于2749KN的压力机,并且还要保证模具的封闭高度（在最低位置时的高度）应小于压力机的最大装模高度。根据参考文献【2】附录1-8，选取公称压力为3000KN的四柱万能液压机第五章 冷挤压模具的结构设计冷挤压的最大的特点就是单位挤压力大，因此挤压件的质量与挤压模具的设计有直接关系，合理的模具结构是生产出合格优质产品的关键之一，必须根据具体

14、零件的结构、材质设计出正确的模具结构。冷挤压模最重要的部分是凹模和凸模，其他部分则与冷冲压模大致相同。挤压生产工作的稳定性、安全性和可靠性，是模具设计的关键，是开始设计之前必须解决的问题。5.1凸模的设计正挤压凸模对成形的影响不太大。它的主要作用是传递压力。因此，为了延长模具的实用寿命，过渡部分应做成圆角或者倒角，凸模的径向尺寸不要做成单一尺寸的圆柱体，最好采用类似于反挤凸模那样的减压结构。凸模工作部分直径的名义尺寸等于凹模内径。 R 图5-1 5.2凹模设计 正挤压凹模是正挤压成形的关键零件，对成形的影响很大。正挤压凹模一般都做成锥形，入口。本次的入口角度=，模腔的直径D一般比毛坯的外径大0

15、.050.10mm，其高度h根据毛坯接触钱至少已进入凹模10mm。挤压凹模工作时内壁承受着较大的单位压力，特别是正挤压黑色金属时工作内压高达2000MPa，因此，为了提高凹模的强度，一般应采用组合式凹模。根据冷挤压的单位压力P的大小决定，在p较大的情况下，取三层组合凹模，在p较小的情况下选取；两层组合凹模。两层组合凹模的许用单位挤压力为 三层组合凹模的许用单位挤压力为 根据本次设计的单位挤压力，再结合参考文献【1】图5.13决定选取三层组合凹模，才能满足要求，如图5-2 图5-2 凹模各圈直径的决定在决定了组合凹模的层数以后，合理的确定各圈直径是充分发挥组合凹模特点，以保证强度。凹模的总直径比

16、，对于三层组合凹模的中间直径比及合理数值由参考文献【1】图5.15决定，取总直径比为4. =1.4 =1.66 由此可以得到，过盈量与轴向压合量的计算再由参考文献【1】图5.21决定轴向系数 ，由参考文献【1】图5.20决定过盈量 由此可算出轴向压合量为 式中 中层预应力圈料为：外层预应力圈料最好为： 这里用室温预压对组合凹模内腔施加预应力，压合角取5.3模具其它部分的设计 模具其它部分的设计，如上模板，下模板，垫块，压圈，销钉，弹簧，卸料板，顶出装置，导柱导套等在满足单位挤压力的情况下都采用标准件。要求如下：1、 导向装置采用四导柱导套结构；2、 顶出杆直径与凹模工作带的直径为基孔制间隙配合

17、H7/h6或H7/g6;3、 卸料板采用固定卸料板。5.4 模具的固定 模具安装固定的基本要求是：（1）凸凹模或上下模互相对正，且间隙均匀；（2）模具压力中心与压力机滑块中心线吻合；（3）闭合高度适当；（4）能顺利卸退料；（5）紧固可靠，模具在使用过程中毫无松动。模板的固定：在模板前后左右四个对称的位置开槽，与滑块上的槽相吻合一致。模座的固定：采用下图6-1方法 图6-1凹模的固定：采用压板和下模座一起固定，在压板和下模座上设计螺孔。凸模的固定：利用螺栓将凸模固定圈、垫块、锥形套直接紧固在上模板上。第六章 模具装配过程及工作原理6.1加工要求1）模具配合加工零件在允许间隙内加工,落料凸凹模,冲

18、孔凸模与固定板配合后,底部磨平。2）图样中未注明公差的一般尺寸其极限偏差按14级精度加工,未注粗糙度的按Ra6.3um处理。3）模具中各垫板的两承压面的平行度公差按GB1184 为5级。4）模具中安装镙钉（镙栓）之螺纹孔及其通孔的位置公差不大于 2mm，或相应各孔配作。5）模具、模架及其零件的工件表面，不应有碰伤、凹痕、裂纹、毛刺、锈蚀等缺陷。6）经热处理后的零件，硬度应均匀，不允许有脱碳、软点、氧化斑点及裂纹等缺陷。热处理后应清除氧化皮，脏物油污。7）配通用模架模具，装配后两侧面应进行同时磨削加工，以保证模具能顺利装入模架。6.2模具装备图及装配过程 图7-11-螺钉2-圆销 3-淬硬垫板4

19、-凸模固定圈 5-螺帽 6-锥形紧圈 7-导套 8-紧固圈 9-螺钉10-凸模 11-组合凹模中圈 12-组合凹模外圈13-导柱 14-螺钉 15上模板 16-卸料螺钉17-卸料板18-弹簧19-制件20-垫块21-顶出件 22-螺钉 23-淬硬地板24-顶出杆 25-下模板冷挤压模具与冷冲压模具颇为相似，但是由于冷挤压与冷冲压比较的显著不同是单位挤压力很高，有时候单位挤压力会高达2000MPa以上，在这样的单位挤压力作用下，使冷挤压模具极易损坏。因此对于冷挤压模具结构强度、刚度、精度等方面的要求皆应比冷冲模具高。图7-1为正挤压圆柱形件的模具总装图，采用通用的模架，模架具有四根导柱13，以保

20、证它有良好的导向。对于它的凸模，因为单位挤压力很高，为了它的支撑面积扩大，把凸模10的上端制成锥体，这样做也可以达到拆换的目的。为了不使上模板15压塌，因此在凸模上垫凸模垫板3。为了便于反挤压件从凹模内圈9中取出，设计了间接顶出装置，正挤压的压力在下模部分完全由顶出器承受。由于采用了间接顶出方案，因此顶出器承压面积得到了扩大，它适用于单位挤压力较高的情况。顶出力通过顶出杆传给顶出器，将工件顶出。由于在反挤压中可能出现工件粘结在凸模上，因此在该模具上采用卸料板、弹簧（采用弹簧的目的在于对于不同尺寸的工件只要更换弹簧而不需要改变其它部分，就可以使用，增加了模具的使用适应性）把工件从凹模中卸下来。该

21、模具凹模位置可以调整，它采用了下模座和压板把凹模的内圈、中圈、外圈压紧，这样使工作中凹模不容易产生走动。在设计中应注意凹模的中、外圈应缩短2-3mm,以防止在使用过程中中外圈往上爬，引起的组合凹模预紧力的下降；下模座用螺钉紧固在下模板上，可保证上下模同心度，这副模具只要将凸模、凹模，顶出器、垫块、垫板加以更换，就能适应不同形状和尺寸的工作挤压要求。这副模架可使用反挤压、正挤压与复合挤压，只要更换一下工作部分就可，因此很适宜于实验研究用。6.3加工工艺路线：1备料2 把导柱安装在下模座上。3 把凸凹模放在下模座上面，按中心线装上凸凹模固定板，用螺钉把凸凹模固定在下模座上。4 通过卸料螺钉把橡皮和

22、卸料板固定好，在卸料板上装好导料销和挡料销。5 把导套安装在上模座上。6 把个冲孔凸模通过凸模固定板和垫板一起固定到上模座上，连同凹模一起用螺钉和销钉紧固。7 把模柄装在上模座上，用螺钉紧固，装上打杆。8把组装好的上模座和下模座通过导柱导套组装起来，中间装上材料。9试模10调整到合格11入库第七章 工作零件材料的要求与使用注意事项 冷挤压的模具材料应具有较高的热强度、热硬性和耐疲劳性能，同时具有良好的韧性，并且易于切削加工和来源充足。采取高鉻工具钢淬火后多次回火后至HRC6062作为凸模材料，采用淬火后多次回火至HRC6064作为凹模材料。冷挤压技术应用中的几个问题： 1. 凸凹模材料应进行贝

23、氏体热处理，而不能采用一般刀具的热处理方法，使模具的使用寿命得到有效提高。 2. 凸凹模材料的碳化物偏析应控制在2级以内，使模具能达到要求的使用寿命。 3. 组合凹模外圈硬度应进行严格检查，硬度控制在3842HRC，如果超过44HRC则不能使用，否则会引起预应力凹模外圈开裂。 4. 组合凹模内圈与中圈，中圈与外圈应有一定的过盈量，这样凹模模块在工作过程中才不会相互移动。 5. 各层组合圈之间的配合面接触应大于75%以上，以保证模具良好的工作状态。 第八章 总结心得通过这次课程设计发现我们所学的课程很多都是相通的，要学会把我们所学的各种知识融会贯通。模具设计是一个很精密的过程，我们所用的数据一定

24、要准确，一个小小的差错就可能导致整套模具不能使用。对于画图问题，我觉得我有待提高，应该多加练习，习惯用PRO/E画图，对CAD生疏了好多，对于以后的工作，应该熟练的使用各种软件。这次的课程设计是我们一组三人共同设计的，在课程设计中间有过很多分歧，但最终通过共同努力，我们完成了课程设计，也明白了团队合作的重要性。第九章 参考文献1 金仁刚实用冷挤压技术.哈尔滨.哈尔滨工业大学出版社，2005，12.2洪慎章.冷挤压实用技术.北京.机械工业出版社.2004.9.3杨长顺.冷挤压模具设计.北京.国防工业大学出版社.1996.重印.4王芳.冷冲压模具设计指导.北京.机械工业出版社.1999.10.5胡成武，胡泽豪.冲压工艺与模具设计.长沙.中南大学出版社.2012.7.6王巍.机械制图.北京.高等教育出版社.2009.6.7王秀凤，万良辉.冷冲压模具设计与制造.北京.北京航空航天大学出版社.2005.48杨光，席伟光机械设计课程设计.北京，高等教育出版社.2010.6（2011.重印）。