外管冷擠壓工藝方案分析及模具設計

1、連接外管擠壓成形工藝分析及模具設計湖南工業(yè)大學機械工程學院材料成型061班 ： 余海洋 指導老師：金仁鋼摘要：探討了連接外管冷擠壓工藝的可行性，通過對產(chǎn)品零件圖、擠壓材料的成形性能的分析,制定了幾種工藝方案并進行分析比較，從而實現(xiàn)了工藝方案的優(yōu)化。在此基礎上，完成了對連接外管冷擠壓模具的設計。關鍵詞：（紫銅）連接外管；冷擠壓；模具設計 Cold extrusion process and design of die for copper connecting the outer tube(Material Shaping and Control Engineering 061，Mechanic

2、al School ,Hunan University of Technology:Yu Hai-yang. Instructor: Jin Ren-gang)Abstract: The feasibility of extrusion forming of connecting the outer tube was discussed in this article. With the analysis of several technological programs and extrusion forming properties of the material, the optimal

3、 plan was made and selected, the technological process was determined. Based on the pre-discussion, the extrusion die was designed. Key words: Copper connecting the outer tube; cold extrusion; die design1 引言冷擠壓是指在室溫下，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)生塑性變形，從而獲得所需形狀、尺寸以及具有一定機械性能的擠壓件。與傳

4、統(tǒng)的機械加工相比，它不僅可以提高生產(chǎn)效率，節(jié)約生產(chǎn)成本，而且在擠壓過程中，零件處于三向壓應力狀態(tài)，變形后材料組織致密，具有連續(xù)的金屬流向，可以提高零件的機械性能。紫銅（T2）連接外管是建筑、制冷、造船、化工等行業(yè)關鍵連接部件，在工業(yè)生產(chǎn)中起著重要的作用，其需求量非常大。 本文以紫銅（T2）連接外管為例，通過對產(chǎn)品零件圖、擠壓材料的成形性能的分析,制定了幾種工藝方案并進行分析比較，得出一種最優(yōu)工藝方案，并以此為基礎完成連接外管冷擠壓模具設計。2 冷擠壓工藝方案2.1 連接外管的零件圖圖1所示為紫銅連接外管的零件圖和三維圖，從圖上我們可以直觀地看出此零件為一個外形和內(nèi)孔都有階梯的空心零件。形狀比較

5、規(guī)則，呈軸對稱圖形，轉角處均有一定的圓弧過渡，產(chǎn)品壁厚不均勻。在尺寸方面上看，零件精度要求比較高。產(chǎn)品的材料為純銅T2，純銅T2是有色金屬。主要力學性能（退火狀態(tài)）：屈服強度=220-240MPa,伸長率45%。 圖1 連接外管零件圖和三維圖2.2 工藝方案分析及優(yōu)化從擠壓工藝分析來看，冷擠壓工藝可分為幾種方案，現(xiàn)將各方案分析如下：(1)成形工藝方案工藝過程：車床下料軟化退火酸洗、潤滑復合擠壓（a）下料 （b）復合擠壓此方案在通過車床下料獲得毛坯后，直接采用復合擠壓，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

6、流動不易控制，因此在尺寸上不容易控制，會影響產(chǎn)品質量與精度，從而無法保證產(chǎn)品的質量。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。該方案的毛坯采用車床車削下料，不僅生產(chǎn)效率較低，而且材料利用率為71.6%，不是很高，因此不宜采用這種方案。（2）成形工藝方案工藝過程：車床下料軟化退火酸洗、潤滑反擠壓正擠壓（a）下料（b）反擠壓（c）正擠壓 本方案和方案的區(qū)別在于通過車床下料獲得毛坯后，先采用反擠壓，然后再利用正擠壓成形。與方案一相比較來說，比較容易控制高度方向上的尺寸，但是單純的反擠壓、正擠壓使得單位擠壓力變大，模具壽命會降低。該方案的毛坯采用車床車削下料，

7、不僅生產(chǎn)效率較低，而且材料利用率為70.8%，不是很高，故不采用該方案。（3）成形工藝方案工藝過程：車床下料軟化退火酸洗、潤滑復合擠壓正擠壓（a）車床下料 （b）復合擠壓（c）正擠壓 本方案中間工序采用復合擠壓使得擠壓力會降低，模具壽命增加，同時金屬流動變形有序，易于控制。只是用車床下料，不僅降低了生產(chǎn)效率，而且材料的利用率（70.8%）也不是很高，故不采用。（4）成形工藝方案工藝過程：剪切下料 軟化退火酸洗、潤滑鐓粗整形 復合擠壓 沖連皮復合擠壓正擠壓（a）下料（b）鐓粗整形（c）復合擠壓（d）沖連皮（e）復合擠壓（f）正擠壓本方案與方案三區(qū)別在于毛坯的獲得形式不同。本方案采用對棒料剪切下料

8、，再通過鐓粗整形、擠壓通孔、沖連皮獲得毛坯件。相比于車床下料，剪切是生產(chǎn)毛坯方法中最迅速和最經(jīng)濟的一種，常用于生產(chǎn)中小直徑的毛坯。一方面，材料利用率高達95%以上，考慮到銅的價格昂貴，因而這種方式是比較經(jīng)濟的；另一方面，由于該產(chǎn)品的批量大，而車床下料只適合于小批量及大直徑扁平狀的毛坯下料，采用棒料剪切下料，加工效率高，能滿足生產(chǎn)的需要。雖然這種方案，一定程度上增加了工序，但是獲得了高的材料利用率和經(jīng)濟效益，而且生產(chǎn)出來的零件精度也能滿足需求。 綜上述，本設計采用方案作為該產(chǎn)品的擠壓工藝。3 工藝參數(shù)計算3.1毛坯的選擇毛坯的體積是根據(jù)擠壓件圖按照體積不變原則進行計算的，如果擠壓過程中各工序有體

9、積損耗量，則總的毛坯體積為擠壓件體積和各個工序中損耗體積量之和。由文獻1中的式3-1，計算坯料體積如下。= =17396.96 mm式中 V坯料體積，mm；工件體積，mm； 損耗體積mm；為了剪切下料方便，毛坯的高徑比應大于或等于1，根據(jù)銅棒材的標準規(guī)格選用直徑為28mm的T2棒材。3.2擠壓變形程度本次計算圖7中的正擠壓工序的變形程度為： =（）/=76.9%由2表4.1可得純銅在正擠壓時的許用變形程度為90%95%，在反擠壓時的許用變形程度為70%90%。3.3擠壓力計算及壓力機選擇采用圖解法計算單位擠壓力，由2圖4.31知，由斷面縮減率=76.9%向上投影與所擠壓的材料曲線Cu相交后，沿

10、水平方向向右投影與斷面縮減率=76.9%斜線相交，再垂直向下投影求得單位擠壓力p=830MPa。由3表3.9式1可計算總擠壓力?？倲D壓力的計算如下：P = pF= 421.66KN式中，p為單位擠壓力（MPa），F(xiàn)為凸模工作部分橫斷面積。根據(jù)總擠壓力選用型號為YF32-100A通用四柱式液壓機作為擠壓設備。詳見文獻5。4 模具設計擠壓件的質量與擠壓模具的設計有直接關系，合理的模具結構是生產(chǎn)出合格優(yōu)質產(chǎn)品的關鍵之一，必須根據(jù)具體零件的結構、材質設計出正確的模具結構。圖8是最后一步工序正擠壓成形模具結構圖。模具采用通用模架，通過更換凸凹模能擠壓不同規(guī)格的零件，節(jié)約生產(chǎn)成本。凸模采用組合式凸模，由凸

11、模外套6和凸模芯棒7兩部分組成，在損壞一個部件后不用更換整個凸模，從而節(jié)約了成本。組合凸模利用凸模固定圈4和特形螺母緊10固在上模座中，并用凸模墊塊8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。凹模采用預應力組合凹模，預應力組合式凹模通過外套對內(nèi)圈施加預應力，使冷擠壓所引起的切向拉應力被預壓時產(chǎn)生的切向壓應力部分或全部抵消，從而提高了模具的強度。在當凹模損壞后，僅需要更換內(nèi)圈，預應力的外圈可以繼續(xù)使用，整個凹模不致于報廢。組合凹模（17、18）放在凹模墊塊21上，利用凹模壓板12緊固在凹模固定圈13上，并將凹模固定圈鎖緊在下模座上。上模下行時，開始先由導柱24與導套1、導柱14

12、與導套11進行導向，當凸模開始進入凹模腔時，凸模與凹模也起模口導向作用，凸模7向下運動至擠壓面，在凸模的壓力作用下，開始對凹模18的定位坑內(nèi)的毛坯進行擠壓，至下死點時工件正擠壓成形。成形后，隨著上模的回程，凸模離開凹模，而工件則留在凹模上。由液壓機上的頂出裝置帶動推桿20運動，使頂料桿19將工件頂出凹模。取走工件后，再將毛坯放在凹模18的定位坑內(nèi)，依此反復進行。圖8 正擠壓成形模具結構圖1、11-導套 2-上模座 3、22、23-內(nèi)六角螺釘 4-凸模固定圈 5-錐形緊固圈 6-凸模外套 7-凸模芯棒 8-凸模墊板 9、16-圓柱銷釘 10-特形螺母 12-凹模壓板 13-凹模固定圈 14、24-導柱 15-下模座 17-預應力圈 18-凹模 19-頂料桿 20-推桿 21-凹模墊塊 5 結語 連接外管采用冷擠壓加工后，提高了零件的精度和表面質量，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