階梯方鋁罩模具畢業(yè)設計說明書

1、摘要階梯形零件是多種復雜形狀的組合，其成形工藝較難，在工藝設計和變形方案的制定上，有其獨自的特點。這類零件一般可采用板料多道拉深來成形。但是對于本設計中的階梯方鋁罩零件來說，其內(nèi)外都呈現(xiàn)階梯狀且形狀不一致辭，并且由于中間過渡部分形狀不規(guī)則，因此不可能用板材成形工藝成形，而只能采用擠壓等其他方法成形。對于復雜的階梯形零件,一次擠壓不容易達到預期成形效果。因此，一般采用有預成形的多道次擠壓工藝。其中的關鍵是如何合理分配材料變形程度，控制材料流動，減少過度變形，從而得到合格的零件。本文探討了階梯方鋁罩擠壓的可行性，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

2、工藝流程。在此基礎上詳細地介紹了階梯方鋁罩擠壓模具的設計過程。采用冷擠壓工藝加工后，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，節(jié)約了原材料，提高了生產(chǎn)效率，也改善了零件的組織性能。關鍵詞：階梯方鋁罩，成形工藝，冷擠壓，模具設計abstractmulti-step part is a combination, which is composed with various complicated shapes. its forming craft is more difficult. so it has its own characteristic in the techno

3、logical design and the distortion plan formulation. generally, this kind of components can be formed with the technology of multi-drawing the sheet. however, the product in this paper is not so regular. its shape has steps both in exterior and interior and the shape is irregular. at the same time, t

4、he middle transition part is so complex that it is impossible to adopt the drawing technology to form. therefore, we need to consider the cold extrusion and other way to get the shape. it is no easy to achieve the anticipated formed effect with only one extrusion, because the step-shape is so comple

5、x. it should use multi-extrusion craft with pre-form forging. so the key is how to distribute rationally the distortion degree, control material flow, reduce the excessive deformation and obtain the qualified components. the feasibility of extrusion forming of multi-step part was discussed in this a

6、rticle. with the analysis of several technological programs, the optimal plan was made and selected, the technological process was determined. based on the pre-discussion, the extrusion die was design and the design process is presented detailedly. by using the cold extrusion craft process, the prec

7、ision and the surface quality of the product is improved, the intensity and toughness is got better, the cutting process is reduced, the raw material is saved. not only does it enhanced the production efficiency, but also improve the organization of component.keywords: multi-step part，forming techni

8、que，cold extrusion，die design目錄第1章 冷擠壓技術的介紹11.1冷擠壓工藝的實質(zhì)11.2冷擠壓工藝的優(yōu)點11.3冷擠壓工藝的缺點21.4冷擠壓工藝的應用范圍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5第3章 毛坯制備及處理113.1冷擠壓件毛坯的制備113.2冷擠壓件材料的軟化熱處理143.3冷擠壓件的表面處理與潤滑14第4章 冷擠壓力164.1影響冷擠壓壓力的主要因素164.2變形程度164.3冷擠壓力的計算17第5章 冷擠壓設備的選擇185.1冷擠壓設備的基本要求185.2冷擠壓設備的選擇18第6章 冷擠

9、壓模具設計206.1冷擠壓模具特點206.2冷擠壓模架設計206.3凸、凹模設計216.3.1反擠壓凸模的設計216.3.2反擠壓凹模的設計236.3.3反擠壓凸、凹模制造公差25第7章 模具結構部件設計267.1上模具部分結構設計267.2卸件裝置設計277.3下模具部分結構設計297.4模具結構和工作原理307.5成形模具三維圖31第8章 冷擠壓模具材料的選擇338.1模具材料的基本要求338.2模具材料的選用原則348.3常用的冷擠壓模具材料34第9章 工藝卡片36結 論38考參文獻39致 謝40第1章 冷擠壓技術的介紹1.1冷擠壓工藝的實質(zhì)冷擠壓是精密塑性體積成形技術中的一個重要組成部

10、分。冷擠壓是指在冷態(tài)下將金屬毛坯放入模具模腔內(nèi)，在強大的壓力和一定的速度作用下，迫使金屬從模腔中擠出，從而獲得所需形狀、尺寸以及具有一定力學性能的擠壓件。顯然，冷擠壓加工是靠模具來控制金屬流動，靠金屬體積的大量轉(zhuǎn)移來成形零件的。根據(jù)擠壓時金屬流動方向與凸棋運動方向之間的關系，常用的擠壓方法可以分為正擠壓,反擠壓, 復合擠壓和徑向擠壓。正擠壓就是擠壓時，金屬的流動方向與凸模的運動方向相一致。正擠壓又分為實心件正擠壓空心件正擠壓兩種。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

11、造各種儀表罩殼、萬向節(jié)軸承套、連桿襯套等。復合擠壓是指擠壓時，金屬的流動方向朝凸模的運動方向和相反方向同時運動。復合擠壓可生產(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，也可制造杯桿形零件等。1.2冷擠壓工藝的優(yōu)點目前，隨著計算機、快速造型及數(shù)字化等現(xiàn)代科學技術的迅速發(fā)展及應用，使冷擠壓工藝進一步得到開拓用采用。與其他制造方法相比，冷擠壓工藝已成為金屬塑性變形中最先進工藝之一，在技術上和經(jīng)濟上它都有很多的顯著優(yōu)點。1）顯著降低原材料的消耗冷擠壓是一種金屬塑性成形加工方法。它在不破壞金屬的前提下使金屬體積作出塑性轉(zhuǎn)移，達到少切屑無切屑而使金屬成形，制得所需的形狀及零件。這樣就避免

12、了在切削加工時而形成的大量金屬廢屑，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，操作方便，容易掌握，生產(chǎn)率很高。同時也減少了一些中間工序的進行。3）可成形復雜形狀的零件。4）在冷擠壓過程中，金屬材料處于三向不等的壓應力作用下。擠壓變形后，金屬材料的晶粒組織更加致密。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為提高。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)量是十分良好的。在冷擠壓過程中，金屬表面在高壓下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

13、也大為提高。6）減少工序，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）后續(xù)工序，從而縮短了和產(chǎn)周期。7）減少設備投資。與模鍛相比，因冷擠壓不產(chǎn)生飛邊，故可省去切邊模及切邊壓力機，明顯地減少了設備投資。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)出很多的優(yōu)點，但往往還存在一定的的問題。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，其中最有實用意義的是鋼的冷擠壓，其變形抗力高達2000mpa以上。這樣的超高壓力，對模具材質(zhì)，結構以及加工制造等提出

14、了更高的要求。2） 模具壽命短由于冷掠奪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：雖然在模具材料和模具結構等方面采用了很多有效的措施，但與沖壓模具相比，其使用壽命還是不高的。3）對毛坯的要求較高冷擠壓加工時對毛坯的要求比其他金屬塑性成形加工工藝都高，否則，會使模具受到損壞。對于冷擠壓毛坯，除了要求毛坯具有準確的幾何形狀和較高的尺寸精度外，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及表面潤滑處理。4） 對冷擠壓設備要求較高當實施冷擠壓工藝過程時，除了要求冷擠壓設備應用較大的強度以外，還要求有較好的剛度。此外，還要求設備具有良好的精度并具有可靠的保險裝置。

15、1.4冷擠壓工藝的應用范圍冷擠壓加工方法是一種“優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低消耗、低成本”的先進工藝。在技術上與經(jīng)濟上都有很高的應用價值。目前冷擠壓技術在機械、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）已經(jīng)得到了廣泛的應用，已成為金屬塑性成形技術中不可缺少的重要加工之一。冷擠壓作為一種少無切削的新工藝，已經(jīng)成為先進制造技術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，是相對于當前技術條件而言的，隨著科學技術的迅速發(fā)展，模具鋼新材料的研究及開發(fā)，模具結構設計的合理化，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具有最有效

16、的節(jié)約材料、提高生產(chǎn)效率、提高機械產(chǎn)品性能、適合大批量生產(chǎn)的優(yōu)點，所以進一步研究與推廣應用冷擠壓技術，在我國現(xiàn)代化建設中有著廣闊的前景。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用，在一定范圍內(nèi)逐步代替鑄造、鍛造、拉深、旋壓、擺輾及切削加工；2）除了應用于有色金屬和黑色金屬以外，進一步擴大可供冷擠壓用的材料種類；3）在合理許可的范圍內(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雜性，使之可以成形更復雜的，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)代技術在冷擠

17、壓生產(chǎn)中得到進一步應用。第2章 工藝分析及制定2.1產(chǎn)品零件的分析本設計的產(chǎn)品為階梯方鋁罩，其產(chǎn)品示意圖與零件圖如圖2.1所示：圖2.1 階梯方鋁罩本零件屬于階梯形空心件，做為零件罩來說，其主要起保護作用，所以需要一定的強度。對此產(chǎn)品的要求來說，其表面不允許破裂、起皺且無拉掛傷痕。在實際生產(chǎn)中為小批量生產(chǎn)。從零件圖上，我們可以直觀地看出此零件為一個外形和內(nèi)孔都有階梯的零件。形狀比較規(guī)則，呈軸對稱圖形，上部分方形尖頂處用半徑為3mm的圓弧連接。下部分為長圓形，上下部分由圓弧過渡。產(chǎn)品壁厚為0.5mm，相對比較薄。上方開口，下部分有厚度為0.5mm的底部。產(chǎn)品的材料為純鋁l3，其牌號為1050a。

18、純鋁l3是有色金屬，也是輕金屬。在尺寸方面上看，零件精度要求比較高。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、用途和相關資料進行工藝方案的設計。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、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

19、，但是其內(nèi)外形都有階梯，上下部分的形狀不一致，且上下部分是由圓形過渡而成，零件厚度極薄，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。但是由于產(chǎn)品的材料是鋁材，費時費勁，生產(chǎn)周期長，成本高。同時這種加工強度不夠，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。對于階梯鋁罩來說，用壓鑄成型方法是

20、最為簡單容易的，材料利用率高。但是注意到本零件采用的材料是純鋁，其鑄造性能差，容易氧化，在壓鑄過程中容易發(fā)生粘?，F(xiàn)像，給壓鑄工藝帶來一定程度的不便。同時本產(chǎn)品的生產(chǎn)為小批量生產(chǎn)，由于壓鑄機和壓鑄模費用昂貴，對小批量生產(chǎn)來說不經(jīng)濟。另外本產(chǎn)品的壁厚只有0.5mm，壁厚太小，在鑄造過程中存在凝固收縮，對于鋁來說有相當大的體收縮率，易在最后凝固處生成大的集中縮孔，并且可能存在夾雜等現(xiàn)象。故不采用。3沖壓成型沖壓成型即利用安裝在壓力機上的沖模對材料施加壓力，使其產(chǎn)生分離或塑性變形，從而獲得所需零件的一種壓力加工方法。從零件圖上看出，該零件的壁厚只有0.5mm。從沖壓工藝上看，可直接采用平板材料進行拉深

21、成型。首先分析零件特征，本零件為階梯方盒形，盒形件是由圓角和直邊兩部分組成的。盒形件的拉深，在變形性質(zhì)上與圓筒形零件相同。但是，盒形件在拉深時受直邊的影響，其周邊變形是不均勻的。盒形件在拉深過程中兩個部分是聯(lián)在一起的整體，在拉深過程中必然會產(chǎn)生相互作用與影響。另外從拉深高度大于工件的直徑較多，從拉深工藝知道必須進行多次拉深并進行整形，使圓角減小，從而得到零件，工序較多。在確定多次拉深工序件的形狀與尺寸之前，應先確定盒形件的拉深次數(shù)。易求得毛坯的體積為，由于采用不變薄拉深工藝，可計算得其厚度為0.5mm的毛坯，其直徑為44.2mm。其毛坯的相對厚度（即毛坯厚度與直徑的比值為0.5/44.2，即0

22、.013。而盒形件多次拉深能達到的最大相對高度（零件高度與最小直徑比）為21.5/7，即3.07。查1表5-15可初步確定拉深次數(shù)為5次。拉深工藝過程：落料5次拉深整形從這可以看來，要獲得所需產(chǎn)品，采用沖壓工藝需要7道工序。對于生產(chǎn)來說模具成本高，同時由于在生產(chǎn)過程中由于產(chǎn)品上下部分的連接處因為有兩邊的圓角較大，如圖2.1所示。在拉深時容易拉破。總的來說方形四邊，變形不一致，金屬流動不均勻，容易產(chǎn)生拉破、起皺現(xiàn)象。且廢品率比較高。故本零件不適合采用拉深工藝。4冷擠壓成型冷擠壓成型即在室溫下，利用壓力機的簡單往復運動，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

23、變形，從而獲得所需要尺寸、形狀并具有一定機械性能的零件。與沖壓工藝相比來說，冷擠壓工藝的優(yōu)點之一是可以用少量的冷擠壓工藝來代替多道的拉深工序。從金屬塑性成形原理中知道，由于不同的工藝方法，金屬在成形過程中其應力狀態(tài)是不同的，由于冷擠壓加工中處于接近三向應力狀態(tài)，因而大大提高了金屬的塑性。而在拉深過程中，我們知道在拉深件凸緣處的應力狀態(tài)是兩向壓縮（壓邊力產(chǎn)生的壓力小，可以忽略），即切向受壓縮，而徑向受拉，在側(cè)壁部分則是單向拉伸。由材料上看純鋁l3（1050a）含al量高達99%以上，是一種很理想的冷擠壓材料。它不僅變形抗力小，塑性好，且變形時幾乎不產(chǎn)生加工硬化，因此模具壽命較長，是一種冷擠壓性能

24、良好的材料。因些可以利用這一優(yōu)勢，進行冷擠壓加工成型，并結合機加工進行尺寸的精確。采用這樣的工藝，可以明顯看出，材料的利用率的提高，約為80%左右，大大節(jié)約了原材料，經(jīng)濟效益好，且效率高，同時可保證精度要求。常用于冷擠壓的工業(yè)純鋁的化學成分及力學性能，見表2.1。表2.1 鋁l3的化學成分及力學性能牌號主要化學成（質(zhì)量分數(shù)，%）力學性能1050aal雜質(zhì)狀態(tài)抗拉強度屈服強度伸長率斷面收縮率布氏硬度hbs99.50.5退火70110508035801525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：落料無氧軟化退火硬脂酸鋅潤滑復合冷擠壓(a)落料

25、 (b)復合擠壓成形圖2.2 成形工藝方案此方案在通過落料獲得毛坯后，直接采用了復合擠壓成形，一次擠壓成形。雖然這樣通過一次擠壓就能得到復雜零件，擠壓力較低，但是由于材料變形太大，在進行復合擠壓的過程中，金屬變形復雜，金屬流動不易控制，因此在尺寸上不容易控制，會影響產(chǎn)品質(zhì)量與精度，從而無法保證產(chǎn)品的質(zhì)量。并且在擠壓后，擠壓件會很緊地包在凸模上，卸件過程中很容易使凸模斷裂，減少凸模的使用壽命。采用這種方案，由于產(chǎn)品形狀的原因，需要有兩個工作帶才能完成，因此擠壓過程中會存在兩個工作帶，這樣對金屬的流動將造成阻礙，可能造成擠壓力過大。同時由于擠壓件緊包凸模，且壁厚較薄，在卸料過程中，所需要的卸料力較

26、大，可能會使產(chǎn)品在卸料過程中發(fā)生變化，因此不宜采用這種方案。2）成形工藝方案工藝過程：落料無氧軟化退火硬脂酸鋅潤滑正擠壓反擠壓成型 (a)落料 (b)正擠壓 (c)復合擠壓成形圖2.3 成形工藝方案本方案與方案的區(qū)別在于通過落料后，先采用正擠壓進行擠壓，而后通過復合擠壓成形。這與方案一相比較來說，比較容易控制高度方向上的尺寸，但是同樣存在方案一所存在的問題：復合擠壓后，由于擠壓后，擠壓件會緊緊包住凸模，由于擠壓件長徑比較大，容易使凸模斷裂，同時存在兩個工作帶的問題。故不采用。3）成形工藝方案工藝過程：落料無氧軟化退火硬脂酸鋅潤滑正擠壓反擠壓方孔反擠壓小孔(a)落料 (b)正擠壓 (c)反擠壓方

27、孔 (d)反擠壓小孔圖2.4 成形工藝方案本方案通過四道擠壓工序可獲得所需要的產(chǎn)品，通過各個工序，可以保證各部分的尺寸及質(zhì)量要求，但是中間成形工序較多。模具簡單，但是需要多套模具才能完成。本方案的毛坯是通過板料沖裁下料獲得的，其優(yōu)點是生產(chǎn)效率高，坯料尺寸精度較高，端面平整。獲得毛坯后，采用了復合擠壓。由于正擠壓小頭變形小，在成形時先正擠，而后反擠出方形部分。這樣金屬流動變形有序，容易控制。反擠壓下部分的定位操作也容易。因此該方案可行。其缺點是材料得用率低，一般只有60%左右。同時由于沖裁是在拉應力作用下進行的，必將產(chǎn)生撕裂，破斷面顯得很粗糙。對于有色金屬的擠壓件，特別是純鋁或純銅的薄壁零件的冷

28、擠壓件，如為坯料的斷面不光潔，擠壓時會在擠壓件表面上出現(xiàn)裂紋。因此在落料后必須對坯料進行修邊。4）成形工藝方案工藝過程：剪切下料冷鐓預成形無氧軟化退火硬脂酸鋅潤滑反擠壓方孔反擠壓小孔(a)下料 (b)正擠壓 (c)反擠壓方孔 (d)反擠壓小孔圖2.5 成形工藝方案本方案與方案的區(qū)別在于毛坯的獲得形式不同。本方案的毛坯制備與下料選擇是通過對棒材的剪切下料再進行冷鐓預成形。剪切是生產(chǎn)毛坯方法中最迅速和最經(jīng)濟的一種，常用來生產(chǎn)中小尺寸直徑的毛坯。剪切時，幾乎沒有材料損耗，尺寸精度較高。這是從經(jīng)濟效益上來看的。近年來，由于有色金屬價格的上漲，因此在成本上必須對材料進行控制。通過查詢，在市場上，圓材的價

29、格比方材、板材要便宜些。同時這樣也就避免了沖裁落料缺陷及其材料利用率低的問題。剪切下料的優(yōu)點是剪切時，幾乎沒有材料損耗，而且生產(chǎn)效率高。綜上所述，本設計采取方案作為本零件的擠壓工藝。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計中的擠壓件如圖2.1所示，其中因考慮到存在壓余厚度及尺寸偏差，由2表3-10，可知其修邊余量為5 mm，故在長度方向上加了5mm，即l=5mm，見圖3.1。圖3.1 零件的成形尺寸2擠壓件坯料的形狀的確定

30、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，而且還取決于所設計的工藝方案。毛坯形狀和尺寸設計的合理與否，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)擠壓件的相應斷面形狀來確定。由本設計所采取的工藝方案可以知道，本設計采用直徑有8mm的鋁材進行剪切下料。3下料毛坯尺寸的確定根據(jù)體積不變原則，我們可以從冷擠壓件的成形尺寸、體積反推出坯料的體積。坯料體積的計算如下。毛坯總體積的計算： = v （3.1） 式中 v坯料體積，mm；v 工件體積，mm；為了下料方便，毛坯的高徑比應大于1，根據(jù)鋁材的標準規(guī)格，取直徑為8mm，則可計算其下

31、料毛坯長度為13.94mm。4預成形冷鐓計算毛坯的內(nèi)外徑尺寸可根據(jù)凸模和凹模的相應尺寸決定。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。毛坯及毛坯預成形如圖3.2所示。(a)下料毛坯 (b)預成形毛坯圖3.2 毛坯及毛坯預成形圖由2式12-1可知冷鐓的變形程度為=（hh）/ h×100% （3.2）= (13.944.4)/13.94×100% = 68.4%式中，為冷鐓時的變形程度（%）；為毛坯鐓粗前的高度（m

32、m）；h為毛坯鐓粗后的高度（mm）。由2表12-4可知，純鋁冷鐓時的許用變形程度為80%，故冷鐓變形是允許的，不會產(chǎn)生鐓裂。5中間成形工序的尺寸及形狀確定中間工序是成品擠壓成形的半成品的擠壓工序。它既不同于毛坯的預成形工序，又區(qū)別于成品的擠壓工序，是從毛坯向擠壓件過渡的、具有中間特定開關的準備工序。在中間工序里，主要進行材料體積和變形量的分配，為成品擠壓件作形狀和尺寸等方面的準備工作。本設計中的中間工序為反擠壓，其形狀及尺寸分布如圖3.3所示。圖3.3 中間工序的形狀及尺寸分布 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

33、組織與消除內(nèi)應力。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，然后保溫一段時間，最后隨爐冷卻，達到材料的軟化目的。由3表3.2可得知純鋁l3的軟化熱處理規(guī)范如下：表3.1 純鋁擠壓的軟化熱處理規(guī)范冷擠壓毛壞熱處理規(guī)范處理前硬度（hb）處理后硬度（hb）純鋁（l3）退火400450c保溫4h,隨爐冷卻12253.3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。純鋁和防銹鋁的冷擠壓毛坯，在冷擠前一般不進行表面處理。由4表3-5可

34、知道純鋁冷擠壓時所用的潤滑有以下幾種，見表3.2。表3.2 純鋁的潤滑方法及使用效果序號坯料潤滑劑成分(質(zhì)量分數(shù))配制與使用方法應用效果與說明1純鋁豬油100%天冷時易凝固，涂擦不便，不易涂擦均勻，易產(chǎn)生“流散”現(xiàn)象，擠壓力較大2豬油5%、甘油5%、汽缸油15%、四氯化碳75%豬油、甘油加熱至200，冷卻到40以下，加四氯化碳攪拌均勻，加汽缸油金屬的流動性及潤滑性皆好，擠壓件表面粗糙度在以下3豬油25%、液體石蠟30%、十二醇10%、四氯化碳35%豬油加熱至200，冷卻后加四氯化碳，攪拌均勻后加入十二醇，冷卻后加入液體石蠟金屬的流動性及潤滑性皆好,擠壓件表面粗糙度在以下4硬脂酸鋅將經(jīng)表面處理好

35、的坯料與粉狀硬脂酸鋅一起放在滾筒內(nèi)滾動15min，使坯料牢固而均勻地涂上一層硬脂酸鋅冷擠件壁厚均勻,金屬流動性好,卸料力小,擠件表面粗糙度在以下5十四醇80%、酒精20%按規(guī)定比例混合后就可使用。但當氣溫較低時十四醇應加熱，以增加其流動性，使與酒精混合良好效果較好綜合考慮，本設計采用硬脂酸鋅進行表面潤滑。第4章 冷擠壓力由于在冷擠壓工藝中的單位擠壓力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)。被擠壓材料的化學成分、組織結構及力學性能對

36、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。模具幾何形狀設計得合理，易使毛坯在型腔中流動，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)。

37、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

38、分別計算反擠壓成形時的變形程度。反擠壓小孔時的變形程度為：=（）/= /4+4×7.9（+4×7）/（/4+4×7.9）= 17.8%由3表4.1可得純鋁在正擠壓時的許用變形程度為95%99%，在反擠壓時的許用變形程度為90%99%。故本設計可行。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。它是設計模具、選擇設備的依據(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

39、進行計算，以便為設計冷擠壓模具和選用冷擠壓設備提供依據(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。本設計采用圖算法來求冷擠壓力。由實用冷擠壓技術p61頁可查得。最后的反擠壓成形擠壓力計算如下：由圖4.30知，由斷面縮減率=17.8%向上投影與所擠壓的材料曲線al-99.5相交后，沿水平方向向右投影與毛坯高度與零件壁厚之比(/=4)斜線相交，再垂直向下投影求得單位擠壓力p=400mpa。由4公式4.24可計算總擠壓力?？倲D壓力的計算如下：p = pf （4.2）= 400×（7×43.14&

40、#215;3.5×3.5）= 26586n = 26.7kn式中，p為單位擠壓力（mpa），f為凸模工作部分橫斷面積。第5章 冷擠壓設備的選擇5.1冷擠壓設備的基本要求擠壓設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，所以必須合理選擇和正確地使用擠壓設備。選用擠壓設備時主要應考慮下述因素。1）擠壓設備的類型和工作形式是否適用于應完成的工序；是否符合安全生產(chǎn)和環(huán)保的要求。2）擠壓設備的壓力和功率是否滿足應完成工序的需要。3）擠壓設備的裝模高度、工作臺面尺寸、行程等是否適合應完成工序所用的模具。4）擠壓設備的行程次數(shù)是否滿足生產(chǎn)

41、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?？煽康某摵杀ｋU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

42、長模具的使用壽命。5.2冷擠壓設備的選擇通常用于擠壓生產(chǎn)的設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，本設計采用型號為yq32-40的四柱式通用液壓機作為擠壓設備，其技術參數(shù)見表5.1所示。表5.1 yq32-40四柱式通用液壓機的技術參數(shù)型號yq32-40標稱壓力kn400液壓機最大工作壓力mpa25頂出力kn120滑塊行程mm450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

43、模具設計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，其單位擠壓力相當大，同時由于金屬材料的激烈流動所產(chǎn)生的熱效應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作用的載荷，模具的工作條件相當惡劣。因此冷擠壓模具應具有以下特點：1）模具應有足夠的強度和剛度，要在冷熱交變應力下正常工作。2）模具工作部分零件材料應具有高強度、高硬度、高耐磨性，并有一定的韌性。3）凸、凹模幾何形狀應合理，過渡處盡量用較大的光滑圓弧過渡，避免應力集中。4）模具易損部分應更換方便，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，凹模一般采用預應力組合形式。6）模具工作部分零件與上下模板

44、之間一定要設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冷擠壓模架設計模架是模具的安裝基礎，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行，因此模架的結構也有所不同。除應根據(jù)擠壓件的批量、品種不同并滿足不同設備要求外，還應該滿足以下幾點。1）承壓部分應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

45、要方便，便于實現(xiàn)機械化、自動化。4）易損部分零件尺寸應盡量統(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、正擠壓和復合擠壓的預應力組合凹?？稍O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合擠壓模具使用。由于本設計中所選用壓力設備為液壓機，且擠壓力相對較小，綜合考慮選用i級精度中間導柱圓形模架。在這種模架上，模板和模座靠導柱導套連接在一起，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柱導套給以保證。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

46、。由5 表15.4，可查得i級精度中間導柱圓形模架的相關尺寸，如下所示：模架200×200240 i gb/t2851.6上模座200×50 gb/t2855.11 材料45鋼下模座200×60 gb/t2855.12 材料45鋼導柱 40×230 gb/t2861.1 材料20鋼 數(shù)量為2導套40×125×48 gb/t2861.6 材料20鋼 數(shù)量為26.3凸、凹模設計6.3.1反擠壓凸模的設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

47、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.反擠壓凸模的結構本設計選用帶平底錐形凸模作為反擠壓凸模。如圖6.1所示。圖6.1 反擠壓凸模結構及尺寸代號2.反擠壓凸模成形部分尺寸的設計計算反擠壓凸模所受的單位擠壓力比正擠壓時大。由于坯料放置偏斜或坯料端不平整，會使凸模在反擠壓時受到偏心載荷而彎曲折斷。其工作條件比正擠壓凸模更為惡劣，因此必須合理設計和正確選擇反擠壓凸模的尺寸

48、參數(shù)。 平底錐形凸模尺寸參數(shù)設計計算如表6.1所示：表6.1 凸模尺寸參數(shù)設計計算名稱尺寸計算計算結果(單位/)工作帶直徑等于擠壓件孔徑最大尺寸74工作帶高度0.51.51.5底部平坦部分直徑0.74.92.8錐頂角非工作部分直徑(0.850.95)6.33.6錐面與工作帶交接處0.30.50.4成形部分長度擠壓件高度杯底厚度卸料板厚度533.反擠壓凸模防止失穩(wěn)反擠壓凸模的成形總分長度應當越短越好，這樣可以避免凸模在擠壓時產(chǎn)生縱向彎曲而失穩(wěn)。反擠壓純鋁時其許用范圍為：/68，經(jīng)過校核可知53/146，故滿足條件。6.3.2反擠壓凹模的設計反擠壓凹模一般由成形與頂出部分組成。反擠壓有色金屬薄壁零

49、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，本設計中設計了下頂料機構。1反擠壓凹模的結構凹模結構設計分為整體式和組合式兩種。凹模結構整體式設計的特征是由一整塊金屬加工而成，結構簡單、牢固。由于被擠壓零件材料較軟，凸模芯軸長徑比不大，所以本設計中的凹模采用整體式結構，制造容易。由前面計算得單位擠壓力p=400mpa，擠壓力較小。由3圖5.13可知，本設計可采用整體式凹模，取凹?？傊睆奖萢=4。則凹模的外圍尺寸d =64。凹模結構形狀如下，其特點結構簡單，制造方便。圖6.2 反擠壓凸模結構2反擠壓凹模的尺寸參數(shù)設計由4可知反擠壓內(nèi)層凹模型腔尺寸計算如下：表6.2

50、反擠壓內(nèi)層凹模型腔尺寸計算名稱設計計算計算結果凹模型腔內(nèi)徑d等于擠出件外徑的最小尺寸16.148凹模入口圓角半徑232凹模型腔高度+（24）為坯料高度, 為凸模工作帶高度19.5凹?？偢叨?必須大于2.528型腔轉(zhuǎn)角處圓角半徑r0.521.5頂件部分高度當d=2時，=28.5頂件部分的尺寸當d=2時，=2843頂出桿設計頂出桿的形式有兩種，一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，這相當于下凸模，因此需要進行強度的校核。本設計采取的是兼有擠壓作用的頂出桿。頂出桿的結構如圖6.3所示。圖6.3 頂出桿的結構頂

51、出桿和凸、凹模一樣，承愛著較大的單位壓力。因此，設計時應注意如下問題：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設有一定的退讓量。頂出桿的具體結構尺寸參見零件圖。由1式3-28可得頂出力的計算。f頂k頂×f擠 （6.1） 0.05×267001335，式中，k頂頂件力系數(shù)，由5表3-11可得

52、頂件力系數(shù)為0.05，查沖壓手冊知，45號鋼的許用壓應力為145167mpa ,而f頂/a1335/（3.14×4×44×8）=16 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，因此擠壓件的壁厚尺寸也越來越大，在設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/

53、h6制造。具體零件尺寸參見零件圖。第7章 模具結構部件設計7.1上模具部分結構設計上模具部分結構的設計主要取決于模板結構與凸模的緊固方法。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。本設計中選用外部有階梯形狀，而內(nèi)部為通孔的固定圈。設計時壓圈的平面尺寸，

54、主要由結構決定。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。本設計其厚度為29mm。（具體結構參見零件圖）2錐形緊固圈錐形緊固圈的尺寸與結構由是凸模決定的，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。（具體結構參見零件圖）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，設有一工