復(fù)雜殼體冷擠壓成形工藝與模具設(shè)計(jì)

1、1 緒論 . 31.1 本課題的目的和意義 . . 31.2 本課題的主要研究?jī)?nèi)容 . . 41.3 小結(jié) . 52 復(fù)雜殼體冷擠壓工藝的確定 . . 52.1 冷擠壓工藝概述 . . 52.2 擠壓零件分析 . 73、擠壓工藝分析 . . 93.1 坯料尺寸的確定 . . 93.2 毛坯軟化處理 . . 103.3 冷擠壓毛坯表面處理與潤(rùn)滑 . . 103.4 變形程度計(jì)算 . 133.5 確定擠壓次數(shù) . 134 擠壓設(shè)備選擇 . . 144.1 擠壓力的確定 . 144.2 擠壓設(shè)備類型選擇 . 144.3 液壓式壓力機(jī)型號(hào)選擇 . 145 模具的結(jié)構(gòu)型式及其主要零部件的設(shè)計(jì) . 155

2、.1 冷擠壓模具的結(jié)構(gòu)分析 . 155.1.1冷擠壓模具的組成部分 . 165.1.2對(duì)模具設(shè)計(jì)的要求 . 165.2 冷擠壓模具的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) . 175.3 模具材料的選擇 . . 175.3.1冷擠壓模具工作零件的材料要求 . 175.3.2冷擠模零件材料選取 . 185.4 凸模設(shè)計(jì) . 185.4.1分流控制腔的設(shè)計(jì) . . 195.4.1.1分流控制腔的結(jié)構(gòu)形式及位置確定 . . 195.4.1.2控制腔高度尺寸（hi）的確定 . . 205.4.2凸模的結(jié)構(gòu)及尺寸 . 205.5 凹模的設(shè)計(jì) . 215.6 卸料和頂出裝置的設(shè)計(jì) . 235.7 擠壓模具模座的設(shè)計(jì) . . 245.7

3、.1上模座的設(shè)計(jì) . 245.7.2下模座的設(shè)計(jì) . . 265.8 導(dǎo)柱導(dǎo)套的設(shè)計(jì) . 276、裝配圖 . 297 復(fù)雜殼體成形過(guò)程的有限元仿真. . 317.1 有限元分析軟件的背景介紹 . 317.1.1 DEFORM 的介紹 . 317.1.2 DEFORM 的功能 . 327.1.3 DEFORM 的突出特色 . 337.2 有限元成形模擬技術(shù)中，幾何模型的建立和網(wǎng)格劃分 .337.3基本參數(shù)設(shè)定. 337.4 冷擠壓成形的模擬分析 . 348、總結(jié). 38致謝. 39參考文獻(xiàn). 39復(fù)雜殼體冷擠壓成形工藝及模具設(shè)計(jì)中文摘要：冷擠壓是精密塑性體積成形技術(shù)中的一個(gè)重要組成部分。冷擠壓是

4、指在冷態(tài)下將金屬毛坯放入模具模腔內(nèi)，在強(qiáng)大的壓力和一定的速度作用下，迫使 金屬?gòu)哪Ｇ恢袛D出，從而獲得所需形狀、尺寸以及具有一定力學(xué)性能的擠壓件。 顯然，冷擠壓加工是靠模具來(lái)控制金屬流動(dòng)，靠金屬體積的大量轉(zhuǎn)移來(lái)成形零件的。本設(shè)計(jì)介紹了某產(chǎn)品上的復(fù)雜殼體的結(jié)構(gòu)分析、擠壓工藝過(guò)程、擠壓設(shè)備選 擇、模具結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、凸凹模設(shè)計(jì)、擠壓件質(zhì)量分析、棘輪套齒形模芯的結(jié)構(gòu)、 凸模加工工藝及模具各部件三維造型進(jìn)行了敘述，并計(jì)算了毛坯體積、毛坯尺寸、 變形程度、擠壓比和擠壓力。與常規(guī)殼體加工工藝相比，冷擠壓成形的棘輪套具 有齒形強(qiáng)度高、齒形尺寸精度較高、表面粗糙度值低、材料利用率高、生產(chǎn)效率 高、設(shè)備投資少等優(yōu)勢(shì)。

5、關(guān)鍵詞：冷擠壓復(fù)雜殼體反擠壓 凸緣Complicated shell Cold Extrusi on of the process and die desig nAbstract: Volume precisi on plastic cold extrusi on formi ng tech no logy isan important component. Cold extrusion is the next in the cold metal blank into the moldcavity, the strong pressure and under a certain speed,

6、forced metal extrusion from themold cavity to obtain the required shape, size, and has some mecha ni cal performa nee ofextrusi on Obviously, the cold extrusion process is to control the metal flow by mold, bytransfer toa large number of metal forming volume parts.Ratchet sets introducedstructure of

7、 parts, extrusion process, extrusion equipment selection, die structure design,punch and die design, extrusion quality analysis, complicated shell of the structure of toothpunch, punch and die processing of parts, Three-dimensional modeling of the narrative,and calculate the rough size, blank size,

8、deformation, extrusion ratio and extrusionpressure. And conventional processing technology compared to complicated shell,complicated shell of cold extrusion with gear, high strength, high precision gear size, lowsurface roughness, high utilization ratio, high efficiency, less investment in equipment

9、 andother advantages.key words: Cold extrusion Complicated shell Extrusion Flange1緒論1.1本課題的目的和意義該復(fù)雜殼體是某產(chǎn)品上的關(guān)鍵零件， 其幾何形狀復(fù)雜， 精度要求高， 是加工 難度很大的零件。目前采用的加工方法材料利用率低， 后續(xù)加工難度和工作量大， 不利于大批量生產(chǎn)隨著制造水平的不斷提高， 近年來(lái)， 它的品種不斷增多， 對(duì)質(zhì) 量的要求也越來(lái)越嚴(yán)格。 目前采用的加工方法材料利用率低， 后續(xù)加工難度和工 作量大，不利于大批量生產(chǎn)。 金屬擠壓成型是一種少無(wú)切削技術(shù)， 利用磨具的壓 力使模腔內(nèi)的金屬毛坯產(chǎn)生塑性

10、流動(dòng)（變形） ，獲得所需形狀的擠壓件。復(fù)雜殼體成形的鍛造方法有很多，比如冷擠壓、溫?cái)D壓、熱擠壓等，各種成 形方法各具優(yōu)缺點(diǎn)，選擇時(shí)應(yīng)根據(jù)具體的生產(chǎn)條件、 材料、 工件的復(fù)雜性等綜合 考慮選擇具體的成形方法， 以達(dá)到最好的經(jīng)濟(jì)性。 熱擠壓工藝與冷擠壓相比， 由 于毛坯加熱，提高了塑性，降低了變形抗力，因此可以擠壓強(qiáng)度較高，斷面形狀 復(fù)雜、尺寸較大的零件。同時(shí)還可以增加每一步的變形量，減少變形工歩數(shù)，生 產(chǎn)方法比較靈活， 也可以連續(xù)生產(chǎn)。 但熱擠壓也存在一些缺點(diǎn)： 由于在熱加工溫 度下變形，因此對(duì)模具有一定的耐熱性要求；在模具設(shè)計(jì)中要求考慮冷卻系統(tǒng)； 毛坯的加熱與冷卻使擠壓件的表面粗糙度值變大且降

11、低了零件的尺寸精度。本次實(shí)驗(yàn)我們采用的是熱擠壓， 熱擠壓成形方法比較優(yōu)越， 節(jié)省工序。但是， 由于熱擠壓成形方法過(guò)程中金屬與模具之間存在很大的摩擦力，造成金屬變形 大，應(yīng)力分布不均勻，內(nèi)圓弧處極易出現(xiàn)折疊現(xiàn)象，產(chǎn)生一些廢品。因此，復(fù)雜 殼體件內(nèi)圓弧擠壓過(guò)程必須很好的控制摩擦力， 優(yōu)化內(nèi)圓弧的半徑， 使金屬流動(dòng) 均勻，摩擦力小，才可以形成優(yōu)質(zhì)的工件。然而，在實(shí)踐中靠經(jīng)驗(yàn)去優(yōu)化模具的效率低，精度無(wú)法保證。但是我們可以通過(guò)Deform2D的有限元分析軟件進(jìn)行模具成形的仿真和分 析，以達(dá)到優(yōu)化相關(guān)參數(shù)（比如溫度的設(shè)定、擠壓速度、過(guò)渡圓角）的目的。這 個(gè)過(guò)程中我們充分考慮影響熱擠壓成形的因素， 進(jìn)行有針

12、對(duì)性的模擬和分析， 從 而選擇合適的模具內(nèi)圓角參數(shù)，進(jìn)而提高工件的質(zhì)量，到達(dá)優(yōu)化的目的。1.2本課題的主要研究?jī)?nèi)容根據(jù)冷擠壓成形理論,針對(duì)套筒扳頭零件自身的特點(diǎn)，采用反擠壓成形工藝 進(jìn)行熱成形，借助DEF0RM-2有限元軟件對(duì)模具成形進(jìn)行了模擬分析與優(yōu)化。本 課題主要是進(jìn)行擠壓模具設(shè)計(jì)與優(yōu)化,重點(diǎn)分析了成形過(guò)程中金屬的流動(dòng)規(guī)律及 應(yīng)力、應(yīng)變的分布情況，得到載荷-行程曲線。同時(shí)在試驗(yàn)時(shí)研究了加熱溫度、 擠壓速度、過(guò)渡圓角等一些參數(shù)對(duì)金屬流動(dòng)、 應(yīng)力應(yīng)變、 成形質(zhì)量和成形力的影 響,并以此為依據(jù)，對(duì)工藝參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，驗(yàn)證了數(shù)值模擬結(jié)果的正確性及該 復(fù)合擠壓成形工藝的可行性。利用復(fù)雜殼體反擠壓工藝

13、， 不僅使復(fù)雜殼體實(shí)現(xiàn)了真正內(nèi)孔成形， 而且還實(shí) 現(xiàn)了復(fù)雜殼體零件的內(nèi)外一次成形， 同時(shí)還獲得了沿軸向分布的全纖維金屬流線 和致密的金屬組織，在實(shí)際應(yīng)用中驗(yàn)證了該工藝設(shè)計(jì)的合理性與科學(xué)性。擠壓模具在設(shè)計(jì)過(guò)程中,還要考慮金屬的塑性,變形抗力,應(yīng)力與應(yīng)變的影響 因素,如化學(xué)成分,組織結(jié)構(gòu)的變化,變形速度,變形溫度,應(yīng)力狀態(tài)的改變,都將 決定模具的質(zhì)量,精度和使用壽命的提高.1.3小結(jié)本章概述了復(fù)雜殼體冷擠壓的有關(guān)目的和意義及DEF0RM-2的有關(guān)應(yīng)用，重 點(diǎn)指出了本課題主要研究?jī)?nèi)容。2復(fù)雜殼體冷擠壓工藝的確定2.1冷擠壓工藝概述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

14、作出塑性轉(zhuǎn)移，達(dá)到少切屑無(wú)切屑而使金屬成形， 制得所需的形狀及尺寸的零件。這樣就避免了切削加工時(shí)而形成的大量金屬?gòu)U屑， 大大節(jié)約了鋼鐵及有色 金屬原材料。冷擠壓零件是在壓力機(jī)上進(jìn)行的，操作方便，容易掌握，生產(chǎn)率很 高。在壓力機(jī)的往復(fù)直線動(dòng)作下完成復(fù)雜的加工工序，并可以制成形狀復(fù)雜的零 件。在冷擠壓過(guò)程中，金屬材料處于三向不等的壓應(yīng)力作用下。擠壓變形后，金 屬材料的晶粒組織更加致密， 金屬流線不被切斷， 成為沿著擠壓件輪廓連續(xù)分布 的金屬流線。 同時(shí)，由于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(qiáng)度大為提高，從而提供了用低強(qiáng)度鋼代替高強(qiáng)度鋼的可能性。 經(jīng)冷擠壓 成形零件的表面質(zhì)

15、量是十分良好的。 在冷擠壓過(guò)程中， 金屬材料表面在高壓下受 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(qiáng)度也大為提高。 冷擠壓零件的尺寸精度一般可達(dá)精度等級(jí)IT8IT9級(jí)，個(gè)別的尺寸公差范圍可 控制在0.015mm以內(nèi)。冷擠壓工藝可以獲得理想的制件表面粗糙度與尺寸精度， 有些零件經(jīng)冷擠壓之后可以不再進(jìn)行切削加工， 從而為采用冷擠壓方法加工代替 某些零件的鍛造、 鑄造與切削加工開辟了一條廣闊的道路。 冷擠壓工藝是在閉式 模具型腔中進(jìn)行金屬塑性變形， 所得的擠壓件是沒(méi)有飛邊的， 故不再需要切邊（或 沖孔）后續(xù)工序，從而縮短了生產(chǎn)周期。 與模鍛工藝相比， 因冷擠壓不產(chǎn)生飛邊， 故可省去了

16、切邊模及切邊壓力機(jī)， 明顯地減少了設(shè)備投資。 另外，冷擠壓生產(chǎn)加 工，可在專用的冷擠壓壓力機(jī)上， 也可以在通用液壓機(jī)上進(jìn)行， 還可以在非專門 為冷擠壓而設(shè)計(jì)的普通壓力機(jī)上進(jìn)行， 如通用沖床或摩擦壓力機(jī)。 由于冷擠壓可 以大大節(jié)省原材料和金屬切削加工工時(shí)，因此必然可降低零件的制造成本。冷擠壓工藝過(guò)程包括：毛坯的制備表面預(yù)處理涂敷潤(rùn)滑劑擠 壓卸下模具（凸、凹模） 、芯棒，清除制件上的潤(rùn)滑劑精加工。根據(jù)此 零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及冷擠壓工藝的要求， 冷擠壓工藝方案可以如下圖21所示：圖21復(fù)雜殼體冷擠壓工藝簡(jiǎn)圖2.2擠壓零件分析該殼體是某產(chǎn)品上的關(guān)鍵零件，其幾何形狀復(fù)雜，精度要求較高，是加工 難度很大的零

17、件。1材料選擇該殼體選用電工純鐵，該鋼材參照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)：GB/T 6983-2008。其化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，)為：w0.010 C,w0.10Si,0.25 Mn,w0.010S,0.015P, t滿足其要求。（b） 擠壓件最小壁厚t壁厚越小，擠壓力越大，變形程度越大，變形抗力越大，金屬流動(dòng)越困難 查擠壓模具簡(jiǎn)明設(shè)計(jì)手冊(cè)P21表2-8冷擠壓工藝尺寸的極限數(shù)值，得低碳鋼tD/15。根據(jù)零件圖分析知，t=2mm d=9mn故td/15滿足其要求。(c) 擠壓件內(nèi)高I為防止過(guò)長(zhǎng)的凸模，工作時(shí)容易彎曲，穩(wěn)定性差。查擠壓模具簡(jiǎn)明設(shè)計(jì) 手冊(cè)P38表1-31冷擠壓工藝尺寸的極限數(shù)值知，LW(2.53.0)d滿

18、足其要 求。根據(jù)零件圖分析知，L=23mm d=9mn故L (2.53.0)d滿足其要求。(d) 擠壓件內(nèi)徑d根據(jù)擠壓模具簡(jiǎn)明設(shè)計(jì)手冊(cè)P21表2-8得擠壓件的內(nèi)徑d85C處理時(shí)間1525m in在化學(xué)去油后，應(yīng)當(dāng)在熱水中對(duì)毛坯進(jìn)行沖洗。一般在溫度 80 C的熱水中經(jīng) 過(guò)46次吊動(dòng)即可。去油效果檢查十分簡(jiǎn)單，只要用水直接淋在零件上，如果已徹 底去油，則水能浸潤(rùn)所有的表面。磷酸三鈉Na3PO42680g/L(c)去除表面氧化層結(jié)合冷擠壓工藝，由于先熱處理再下料，在機(jī)械加工中將表層熱處理氧化層去 除，故采用機(jī)械處理去表面氧化層。(d) 磷化處理鋼毛坯經(jīng)磷酸鹽處理后，在表面上形成磷酸鹽處理層， 可以避

19、免擠壓件產(chǎn)生魚 鱗狀裂紋，可以避免模具的擦傷與碎裂。在冷擠壓變形中，其可作為潤(rùn)滑支承層。經(jīng) 過(guò)磷酸鹽處理及潤(rùn)滑處理后的鋼毛坯具有十分理想的潤(rùn)滑性能，因而可以降低擠壓 力，防止零件表面裂紋，防止材料粘在模具上，提高模具壽命。對(duì)于此零件磷化處理 工藝如表1。(e) 潤(rùn)滑處理潤(rùn)滑處理能降低擠壓的摩擦力是零件表面質(zhì)量好， 避免裂紋，提高模具壽 命。表1表面與潤(rùn)滑處理工藝骨口 序號(hào)工序處理液處理溫度/:處理時(shí)間/mi1去油脂氫氧化鈉60100g碳酸鈉6080g室溫901015磷酸鈉2680g水玻璃1016g水1L2熱水清洗水8010010153酸洗除銹硫酸12180g食鹽810g水1L室溫65104冷水

20、清洗水室溫125中和蘇打80100g室溫40236冷水清洗水室溫7磷化處理馬日夫鹽* 3050g10020308冷水清洗水室溫129中和氫氧化鈉3g/L6010冷水洗室溫1211冷水洗室溫1212磷酸鹽處理Zn(H2PO4)2 506CZn(N03)2 601206570152013熱水洗65701214冷水洗室溫1215皂化中華牌肥皂20030403516涼干3.4變形程度計(jì)算該零件采用斷面縮減率表示其變形程度。斷面縮減率=F1100%FF02式中F0冷擠壓變形前毛坯的橫斷面積（mm）2F1冷擠壓變形后制件的橫斷面積（mm）（a）計(jì)算總變形程度已知機(jī)加工后坯料直徑D0=63.6m m零件最大

21、變形程度地方為零件d1=37mmd2=23mn環(huán)形端面，故零件總變形程度為2FO=nD0/4=F0 F1100% =72%FF03.5確定擠壓次數(shù)F1=FF許=88%F許由表3.3（P38擠壓模具簡(jiǎn)明設(shè)計(jì)手冊(cè)）查得。4擠壓設(shè)備選擇4.1擠壓力的確定假設(shè)采用一道工序，經(jīng)計(jì)算得F1=72%擠壓力的影響因素很多，有擠壓材料、變形程度、模具形狀、潤(rùn)滑毛坯尺寸、變形方式和擠壓速度等，故采用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算擠壓力較準(zhǔn)確。P=cpf式中P擠壓力，Np單位擠壓力，MPa;F凸模工作部分的投影面積，mm2;C安全系數(shù) (考慮到材料性質(zhì)上的差異， 軟化熱處理的質(zhì)量擺動(dòng)， 潤(rùn)滑等不良影響，一般取c=1.3)；2F=3.

22、14(41*41-30*30)=2452.34mm由上公式計(jì)算得P=7014kN4.2擠壓設(shè)備類型選擇由于液壓式壓力機(jī)工作行程長(zhǎng)、速度和行程可調(diào)、能在下死點(diǎn)保壓、安全性高、不存在超載問(wèn)題，故選用液壓式壓力機(jī)。4.3液壓式壓力機(jī)型號(hào)選擇由于擠壓力為7014kN設(shè)計(jì)擠壓模具行程小于100mm模具高度為643mm故選 用YA61-1000型號(hào)液壓式擠壓機(jī)。其主要技術(shù)參數(shù)如下型號(hào)YA61-1000標(biāo)稱壓力6300/10000回程壓力1000頂出壓力1200液體最大工作壓力/MPa32滑塊距工作臺(tái)面最大距離/mm1800滑塊行程/mm1000頂出行程/mm400工作臺(tái)距地面咼度/mm400工作臺(tái)尺寸（左

23、右x前后）/mm1200X200滑塊尺寸（左右x前后）/mm1100X100機(jī)器外形尺寸（左右x前后x地面上咼度）/mm6690X4050X5450電機(jī)總功率/kw1675模具的結(jié)構(gòu)型式及其主要零部件的設(shè)計(jì)5.1冷擠壓模具的結(jié)構(gòu)分析冷擠壓模具的顯著特點(diǎn)是單位壓力很高，特別是鋼的冷擠壓?jiǎn)挝粔毫Ω哌_(dá)2000MPa以上。在這樣高的單位壓力作用下，使得冷擠壓模具極易損壞。因此， 為了延長(zhǎng)模具壽命，滿足使用要求，對(duì)于冷擠壓模具結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度、精度等方 面的要求皆應(yīng)比冷沖壓模具高，為此，我們首先應(yīng)特別慎重對(duì)待冷擠壓模具的結(jié) 構(gòu)設(shè)計(jì)5.1.1冷擠壓模具的組成部分冷擠壓加工時(shí)靠模具來(lái)完成的，它主要由以下幾部分

24、組成：1)工作部分，如凸模、凹模，頂出桿等2)傳力部分，如壓力板等3)頂件部分，如頂桿、反拉桿、頂板等4)卸件部分，如卸料板、拉桿、彈簧等5)導(dǎo)向部分，如導(dǎo)柱，導(dǎo)套等6)緊固部分，如上、下底板、凸模固定圈、固定板、壓板、模柄、螺釘?shù)取?.1.2對(duì)模具設(shè)計(jì)的要求冷擠壓模具與其他壓力加工模具相比，由于冷擠壓力的單位壓力很高，模 具處于非常惡劣的條件下工作， 故極易失效。 因此，在設(shè)計(jì)冷擠壓模具時(shí)應(yīng)滿足 如下要求：1)保證模具在惡劣的工作條件下工作， 具有足夠的強(qiáng)度和剛度， 特別是工作 部分應(yīng)選擇合理的幾何形狀，采用強(qiáng)韌性很好的材料。2)模具的緊固應(yīng)可靠，對(duì)中性能要好。3)模具的易損部分裝卸方便。4

25、)模具具有方便而靈活的卸料和頂出裝置。5)具有良好的導(dǎo)向裝置6)便于毛坯的放置和定位；大量生產(chǎn)時(shí)，應(yīng)具有半自動(dòng)或自動(dòng)送料裝置。7)具有必要的防護(hù)措施，保證操作工人是我人身安全8)模具成本低廉。5.2冷擠壓模具的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)冷擠壓模具與冷沖壓模具相比有如下一些特點(diǎn)：1)模具材料的選擇，特別是對(duì)模具工作部分材料的要求更高。一般要求模 具工作部分的材料應(yīng)具有較高的強(qiáng)韌性、耐磨性以及熱硬性。2)模具工作部分的過(guò)渡處采用光滑的圓角過(guò)渡，以防止由于大小直徑的劇 烈變化而產(chǎn)生較大的應(yīng)力集中，造成模具的早期失效。3)工作部分與上、下底板之間一定要有足夠大的支承面和一定厚度的淬硬 壓力墊板，以緩和從凸、凹模傳來(lái)的超

26、高壓力，防止壓壞上、下底板。4)為了提高模具工作部分的強(qiáng)度，冷擠壓凹模多采用施加預(yù)應(yīng)力的組合式 結(jié)構(gòu)，而不采用整體式凹模，凸模有時(shí)也采用組合式結(jié)構(gòu)。5)上、下底板一般不采用鑄鐵材料制造，而采用具有足夠厚度的中碳鋼制 成，以保證模具具有較好的剛性和較高的抗壓強(qiáng)度。5.3模具材料的選擇5.3.1冷擠壓模具工作零件的材料要求冷擠壓模具是在極其惡劣的條件下工作的，工作應(yīng)力高達(dá)2000-2500MPa在連續(xù)工作下，還應(yīng)具有較烈沖刷，因此，模具材料應(yīng)具有一下的基本性能：7.2高強(qiáng)度 模具材料必須具有較高的強(qiáng)度， 在保持一定的韌性的條件下， 還 應(yīng)具有較高的硬度。7.3高韌性 模具材料必須具有較高的強(qiáng)度和動(dòng)

27、載強(qiáng)度7.4高耐磨性 模具材料必須具有較高的抗磨損能力。7.5高耐壓性 在高的壓力作用下，不墩粗，不彎曲。7.6足夠的耐熱性 擠壓使模具反復(fù)經(jīng)受溫度升溫的作用，材料內(nèi)部受拉伸壓縮的交變作用，因此，要求模具在較高溫度下，有較高硬度。7.7良好的工藝性 這是獲得高質(zhì)量模具的重要因素。5.3.2冷擠模零件材料選取冷擠模零件常用材料主要有碳素工具鋼， 合金工具鋼， 高碳高鉻模具鋼， 高 速鋼，硬質(zhì)合金及部分合金結(jié)構(gòu)鋼。查擠壓模具簡(jiǎn)明設(shè)計(jì)手冊(cè) 表10.5擠壓時(shí)凸凹模材料均選用W6Mo5Cr4V2,表10.6頂桿材料為T12,上、下模座時(shí)冷擠壓壓力的主要支撐部分，由于冷擠 壓的單位擠壓力較高，上、下模座不

28、能用鑄鐵材料，采用45鋼.5.4凸模設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題(3)為了保證凸模裝卸簡(jiǎn)單，緊固可靠，凸模的夾緊部分一般做成階梯形或 錐形。(4)當(dāng)凸模帶有導(dǎo)向部分時(shí)，導(dǎo)向部分長(zhǎng)度按開始擠壓時(shí)，伸入凹模的長(zhǎng)度 不小于5mmt勺原則來(lái)設(shè)計(jì)。(5)為了防止應(yīng)力集中而造成模具的早期失效，所有過(guò)渡部分皆應(yīng)設(shè)有足夠 大的圓角半徑或倒角。(6)為了防止凸模產(chǎn)生縱向彎曲，凸模成形部分長(zhǎng)度應(yīng)盡量短一些(7) 凸模與上壓力板接觸表面應(yīng)緊密配合，不允許留有間隙。本擠壓件擠出成形需兩步工序，根據(jù)前面分析設(shè)計(jì)的各工序尺寸來(lái)設(shè)計(jì)本工 序的凸模大小尺寸。1分流控制腔的設(shè)計(jì)分流控制腔的結(jié)構(gòu)形式及位置確定流動(dòng)控制成型工藝的實(shí)質(zhì)是閉

29、式模鍛成型， 該工藝重點(diǎn)是判斷最后充滿模膛 的位置，控制金屬在模膛中的流動(dòng)方向和模鍛成形力的大小， 其關(guān)鍵技術(shù)是模膛 分流控制腔的設(shè)計(jì)。因此必須先判斷出哪個(gè)模膛(模膛厚度不同，高度不同)最 后充滿。根據(jù)塑性成形最小阻力定律和實(shí)驗(yàn)觀測(cè)， 應(yīng)當(dāng)根據(jù)模膛對(duì)變形金屬產(chǎn)生 的流動(dòng)阻力的大小來(lái)判斷，即:K=h/t式中：h模膛高度；t模膛寬度；這里首先分別介紹計(jì)算內(nèi)、外筒的h1/t1、h2/t2，得到k1=7.67、k2=8.5， 然后根據(jù)數(shù)值的大小做出判斷。顯然，k值最大的圓筒模膛端部才是模鍛時(shí)最后 充滿的部位。 因?yàn)樵谒袌A筒形模膛尺寸精度， 尤其是模膛表面粗糙度一致的條 件下，越是窄而深的模膛其流動(dòng)阻

30、力越大， 無(wú)論是冷態(tài)擠壓模鍛還是熱擠壓模鍛 均是如此541.2控制腔高度尺寸（hi）的確定當(dāng)圓筒形模膛中最后充滿的模膛被確定后， 若其外徑為di,則相應(yīng)的控制腔 的內(nèi)徑為di2ti。因此，尺寸hi即可根據(jù)控制腔的體積約等于坯料上多余金屬體積（VQ的2被來(lái)確定，有:2 24 a a2tin2Vk殼體零件成型難易可通過(guò)計(jì)算斷面收縮率來(lái)判斷，計(jì)算出壓蓋的斷面收縮率為69.73%,根據(jù)經(jīng)驗(yàn)的反擠壓斷面收縮率成型力圖，斷面收縮率在40%50%時(shí)，成型力增長(zhǎng)緩慢，超出這一范圍，成型力急劇增加。因此，控制壓蓋成型力的大小是該工藝的關(guān)鍵問(wèn)題。5.4.2凸模的結(jié)構(gòu)及尺寸查擠壓工藝及模具設(shè)計(jì)P104-105設(shè)計(jì)如

31、圖:圖4擠壓凸模 此模具的各項(xiàng)參數(shù)由經(jīng)驗(yàn)可得：工作帶直徑d1=82mm工作帶高度h4=16.5mm , h5=23mm非工作部分直徑d=90mm定位直徑d2=1.2d1=92mm定位高度h2=27mm支撐部分直徑d3=1.4d1=107.53mm支撐部分高度h3=0.5d1=30.98mm支撐部分錐半角B=150其他尺寸如圖所示總高度H=h1+h2+h3=96.53+27+30.98=154.5mmhi2Vktiditi5.5凹模的設(shè)計(jì)冷擠壓時(shí)擠壓力較大，凹模根據(jù)冷擠壓的單位壓力p的大小來(lái)決定選擇凹模，凹模材料W6Mo5Cr4V高速鋼。在模座側(cè)壁上用螺釘通過(guò)壓力板直接擰緊的方向，對(duì)凹模進(jìn)行固緊

32、。查擠壓模具簡(jiǎn)明設(shè)計(jì)手冊(cè)表6.29設(shè)計(jì)如圖：圖6擠壓凹模查擠壓模具簡(jiǎn)明設(shè)計(jì)手冊(cè)表6.29表6.30經(jīng)驗(yàn)公式可得： 凹模內(nèi)徑d1=86mm凹模的外徑d2=150.78mm凹模工作部分的高度h1=22mm凹模的總高度h=h1+h2=44mm其他尺寸如圖所示5.6卸料和頂出裝置的設(shè)計(jì)卸料裝置和推頂機(jī)構(gòu)應(yīng)具有在任何情況下， 都能切實(shí)可靠地將擠壓模件從凸 模中卸脫出，或從凹模中推頂出來(lái)， 并在回程時(shí)， 保證不與其他零件相干擾地復(fù) 位的功能。 還應(yīng)以不使成型件產(chǎn)生變形或卡住現(xiàn)象， 迅速地進(jìn)行卸料和推桿， 而 不影響制件質(zhì)量。查擠壓模具簡(jiǎn)明設(shè)計(jì)手冊(cè)表6.58設(shè)計(jì)卸件裝置如圖：圖8卸料板設(shè)計(jì)頂出裝置如圖：圖9

33、頂出器5.7擠壓模具模座的設(shè)計(jì)查擠壓模具簡(jiǎn)明設(shè)計(jì)手冊(cè)和沖壓手冊(cè)等資料并結(jié)合本次設(shè)計(jì)的具體情況，選擇了如圖所示的模座結(jié)構(gòu)。5.7.1上模座的設(shè)計(jì)圖10上模座5.7.2下模座的設(shè)計(jì)圖11下模座5.8導(dǎo)柱導(dǎo)套的設(shè)計(jì)冷擠壓模具工作部分的準(zhǔn)確導(dǎo)向，可使凸模在工作時(shí)對(duì)準(zhǔn)中心，減少由于偏 心負(fù)荷時(shí)產(chǎn)生的彎曲力矩?fù)p壞凸模的危險(xiǎn)， 并能提高擠壓件的精度。 對(duì)導(dǎo)向裝置 設(shè)計(jì)的基本要求：結(jié)構(gòu)合理，導(dǎo)向準(zhǔn)確可靠，導(dǎo)向作用發(fā)生在擠壓開始之前，并 在整個(gè) 過(guò)程中實(shí)行導(dǎo)向：導(dǎo)向部分與工作部分之間的配合間隙合理。常見(jiàn)的導(dǎo)向裝置有：導(dǎo)柱導(dǎo)套間的滑動(dòng)導(dǎo)向，凸模導(dǎo)向，?？趯?dǎo)向，和導(dǎo)套 導(dǎo)向四種。本設(shè)計(jì)選擇導(dǎo)柱導(dǎo)套導(dǎo)向。如圖所示：導(dǎo)

34、柱導(dǎo)套6、裝配圖根據(jù)以上分析，設(shè)計(jì)殼體擠壓的裝配圖如下：圖121-導(dǎo)套2-上模座3-螺釘4-凸模固定圈5-緊固圈6-螺釘7-凸模8-銷釘9-墊塊10-特形螺母11-卸料螺釘12-襯套13-卸料板14-壓板15-彈 簧16-導(dǎo)柱17-凹模固定圈18-銷釘19-組合凹模20-頂出器21-推桿22-墊塊23-螺釘24-螺釘25-下模座該模具帶有導(dǎo)柱導(dǎo)套的導(dǎo)向裝置。 為了提高凸模7的強(qiáng)度，延長(zhǎng)凸模的使 用壽命，采用緊固圈5和凸模7組成組合式的結(jié)構(gòu)。當(dāng)擠壓件卡在組合凹模19內(nèi)時(shí)，可由安裝在下模座上的推桿21推桿，帶動(dòng)頂出器20，推動(dòng)擠壓件而實(shí)現(xiàn) 頂出。為了防止擠壓件卡在凸模上而導(dǎo)致卸料困難，故設(shè)計(jì)了卸料

35、板13和相應(yīng) 的卸料螺釘11、彈簧15.該模具還有一個(gè)特點(diǎn)是采用了組合式凹模， 提高了強(qiáng)度，延長(zhǎng)了凹模的使用壽命。7復(fù)雜殼體成形過(guò)程的有限元仿真7.1有限元分析軟件的背景介紹金屬塑性成形技術(shù)作為金屬加工的主要方法之一， 已被廣泛地應(yīng)用于實(shí)際生 產(chǎn)中，它實(shí)際上是一個(gè)復(fù)雜的大變形問(wèn)題， 既有幾何非線性問(wèn)題， 又有物理非線 性問(wèn)題，加上復(fù)雜的邊界條件， 使得變形機(jī)理十分復(fù)雜。 其成形過(guò)程是一個(gè)受多 種因素的影響的復(fù)雜過(guò)程，材料性能、模具形狀、坯料形狀、工藝參數(shù)、溫度等 對(duì)成形過(guò)程都有影響， 但是隨著計(jì)算技術(shù)和計(jì)算機(jī)應(yīng)用的日益普及， 尤其是有限 元技術(shù)的不斷完善， 金屬塑性成形過(guò)程的數(shù)值模擬技術(shù)得到了

36、飛速發(fā)展，使塑性 成形理論向?qū)嶋H應(yīng)用方向邁進(jìn)了一大步。針對(duì)具體的產(chǎn)品和材料，應(yīng)用數(shù)值模擬 技術(shù)可以定量地分析各種成形工序的應(yīng)力、應(yīng)變分布情況，了解塑性流動(dòng)規(guī)律、溫度場(chǎng)分布情況以及各變形參數(shù)的影響作用。本章基于剛塑性有限元分析方法，以DEFORM(Design Environment for Forming)數(shù)值模擬軟件為工具，對(duì)成形過(guò)程及各成形參數(shù)對(duì)成形過(guò)程的影響進(jìn) 行了模擬。7.1.1 DEFORM的介紹DEFORM!套基于有限元的工藝仿真系統(tǒng)，用于分析金屬成形及其相關(guān)工 業(yè)的各種成形工藝和熱處理工藝， 它是專為金屬成形而設(shè)計(jì)的， 具有非常友好的 圖形用戶界面， 可幫助用戶很方便地進(jìn)行準(zhǔn)備數(shù)

37、據(jù)和成形分析。 通過(guò)在計(jì)算機(jī)上 模擬整個(gè)加工過(guò)程， 幫助工程師和設(shè)計(jì)人員： 設(shè)計(jì)工具和產(chǎn)品工藝流程， 減少 昂貴的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)成本； 提高工模具設(shè)計(jì)效率， 降低生產(chǎn)和材料成本； 縮短新 產(chǎn)品的研究開發(fā)周期。DEFORM是專為大變形問(wèn)題設(shè)計(jì)了一個(gè)全自動(dòng)的、優(yōu)化的 網(wǎng)格再劃分系統(tǒng)。DEFORM一個(gè)高度模塊化、集成化的有限元模擬系統(tǒng)，它主要包括前處理、 模擬器、后處理器三大模塊。DEFORM的功能Deform-3D是專門分析各種金屬成形過(guò)程中三維流動(dòng)的理想模擬工具。其界面友好，易于使用， 能提供極有價(jià)值的工藝分析數(shù)據(jù)， 有關(guān)成形過(guò)程中的材料和 溫度流動(dòng)3。其功能有:可進(jìn)行成形分析（包括:鍛造、擠壓等）和

38、熱傳導(dǎo)耦合分 析；允許用戶自定義子函數(shù)，定義自己的材料模型、壓力模型、破裂準(zhǔn)則和其他 函數(shù)；材料模型包括剛性、彈性和熱粘塑性，特別適用于大變形成形分析；在任 何必要時(shí)能夠自行觸發(fā)自動(dòng)網(wǎng)格重劃分器， 生成優(yōu)化的網(wǎng)格系統(tǒng)。 在變形精度要 求較高的區(qū)域， 可以進(jìn)行網(wǎng)格細(xì)劃分， 從而降低題目的規(guī)模， 顯著提高計(jì)算效率； 質(zhì)點(diǎn)跟蹤可以分析材料內(nèi)部的流動(dòng)信息及各種場(chǎng)量分布。針對(duì)金屬大變形問(wèn)題， 采用基于熱力耦合粘塑性有限元分析技術(shù)， 將工件視 為剛塑性體，將上、下模具視為剛性體。利用PRO/E軟件實(shí)現(xiàn)套筒扳頭模具的三 維造型，而模擬軟件采用美國(guó)SETC公司開發(fā)的DEFORM-3軟件模擬，該軟件是 一套基于

39、有限元的工藝仿真系統(tǒng)， 主要用于分析金屬成形及其相關(guān)工業(yè)的各種成 形工藝和熱處理工藝。該軟件是一個(gè)高度模塊化、集成化的有限元模擬系統(tǒng)， 進(jìn) 行金屬加熱、成形過(guò)程的分析及成形工藝和熱處理工藝的仿真。DEFORM的突出特色DEFORM件具有以下突出特色：模擬范圍廣，有材料流動(dòng)，鍛造負(fù)荷，模具應(yīng)力，晶粒流動(dòng)，缺陷成因等；適用工藝廣，有冷、熱、溫過(guò)程，鍛造，拉拔， 擠壓，墩頭，鐓粗，軋制，擺碾，機(jī)加工車削，沖切，正火，退火，淬火，回火， 時(shí)效，滲碳，蠕變，硬化處理等；適用設(shè)備多，可以模擬液壓鍛機(jī)，鍛錘，螺旋 壓力機(jī)，機(jī)械壓力機(jī)，軋機(jī)，擺碾機(jī)等；材料庫(kù)很豐富，大約有149種材料流動(dòng)應(yīng)力數(shù)據(jù)組，其它材料需

40、要時(shí)可自行添加。有限元成形模擬技術(shù)中，幾何模型的建立和網(wǎng)格劃分幾何模型的生成可以在PRO/E等三維建模軟件中實(shí)現(xiàn)，然后以STL二進(jìn)制文 件的格式保存，作為有限元分析與模擬過(guò)程的調(diào)用的模型。 在前處理模擬過(guò)程中， 開始需要調(diào)入工件模型并劃分工件 （一般是毛坯） 的網(wǎng)格， 其目的是為了更加直 觀地看到工件的變形，更好地研究工件的表面受力及內(nèi)部的應(yīng)力應(yīng)變情況?；緟?shù)設(shè)定（1）零件材料為10鋼，其熱物理參數(shù)取值如下，退火是在約750快冷或800900緩冷，經(jīng)退火處理后的伸長(zhǎng)率為20，硬度不大于200HB始鍛溫度10501100，終鍛溫度850,裝爐溫度900,最高爐溫1200,泊松比0.3， 密度7

41、.8 103kg / m3 4。（2）模具材料選取AISIH1316502200F（9001200C）,為剛性體工件網(wǎng)格單元數(shù)8000個(gè)；m為剪切摩擦因子，取0.15;k為屈服強(qiáng)度；工件初始溫度為20C,上模具取20T，下模具20C；壓力機(jī)為水壓機(jī)，工作速度取200-380mm/sec。7.4冷擠壓成形的模擬分析damagec)13步d)15步圖3-6等效應(yīng)力分布圖從上面的應(yīng)力分布圖中，可以看到在形成倒角的處應(yīng)力開始變大，在形成筒 壁的過(guò)程中應(yīng)力較為平穩(wěn)。這是因?yàn)樵谛纬晒战翘?，金屬的流?dòng)情況更為復(fù)雜， 變形較為劇烈，導(dǎo)致應(yīng)力相對(duì)集中。熱擠壓過(guò)程中取第4、8 13、15步的工件和上模具的載荷-行

42、程曲線變化如下圖:Step 4StepWilmia)4b)8Step 19PTDI ”Tf Ot丈 Ml.i-j1_8_H_L J._i1 JL.-止& 日亠HI11324SIffis制c)13d)15 步圖 3-_7 行程-載荷曲線圖從上圖可以看到擠壓行程的增加,工件和上模具承受的載荷逐漸變大,隨著變形程度的增加，最終擠壓力達(dá)到最大值。在全過(guò)程中的流動(dòng)速度情況如下圖，我們?nèi)〉?、8、13、15步作為參考圖 39 流動(dòng)速度變化圖a)4 步b)8Step 13Wetocit/ Total vld)150(05 MmOQDOB15怖8、總結(jié)我的論文題目是“復(fù)雜殼體冷擠壓成形工藝及模具設(shè)計(jì)”，剛一拿

43、到這個(gè)題 目。我真的是很茫然，不知道怎么著手去弄，有時(shí)候感覺(jué)自己就快堅(jiān)持不下去了， 感覺(jué)很辛苦，還產(chǎn)生了放棄了的念頭，但是我還是堅(jiān)持下來(lái)了，因?yàn)槲抑浪鼘?duì) 我來(lái)說(shuō)具有很大的挑戰(zhàn)性，我要去克服我的薄弱環(huán)節(jié)，我選擇了拼搏，后來(lái)就慢慢的進(jìn)入了狀態(tài)，思路也逐漸的清晰了，歷經(jīng)了幾個(gè)月的奮戰(zhàn)，緊張而又充實(shí)的 畢業(yè)設(shè)計(jì)終于落下了帷幕?；叵脒@段日子的經(jīng)歷和感受，我感慨萬(wàn)千，在這次畢 業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，我擁有了無(wú)數(shù)難忘的回憶和收獲。開始是搜集資料，在指導(dǎo)老師的指點(diǎn)下，通過(guò)各種渠道開始準(zhǔn)備工作一通過(guò) 網(wǎng)絡(luò)、圖書館搜集相關(guān)學(xué)術(shù)論文、核心期刊、書籍等。通過(guò)一個(gè)月的深入學(xué)習(xí)， 搜集了一大堆與畢業(yè)設(shè)計(jì)相關(guān)的資料， 在劉老師的指導(dǎo)下，摒棄了一些無(wú)關(guān)緊要 的內(nèi)容，保留了有參考價(jià)值的資料作為備用。在這段時(shí)期，在學(xué)校圖書館搜集資 料，還在網(wǎng)上查找各類相關(guān)資料，在中國(guó)知網(wǎng)上，我搜索了一些學(xué)術(shù)論文和期刊 文章；在常見(jiàn)的搜索引擎中，我了解到一些相關(guān)的知識(shí)，全部記在筆記本上，盡 量使我的資料完整、精確、數(shù)量多，這有利于