自行車花盤冷擠壓模具設計(課程設計)

1、ANYANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY 本 科 畢 業(yè) 論 文 自行車花盤冷擠壓模具設計Design for cold extruding dies of the bicycle face2008年 05月目 錄第一章 自行車花盤零件圖紙及要求 1第二章 冷擠壓工藝性分析302.1 零件冷擠壓工藝性分析 402.2 許用變形程度及變形程度的計算 402.3 擠壓變形力的計算 42第三章 冷擠壓毛坯的制備 523.1毛坯形狀和尺寸的確定 423.2毛坯的軟化處理 423.3毛坯的表面處理和潤滑 42第四章 冷擠壓模具設計 524.1 模具結構的選擇 534.2 模架的選擇

2、604.3模具工作部分設計 424.3.1凸模設計 424.3.2凹模設計 424.4導向、頂出及緊固件設計 424.4.1導向設計 424.4.2頂出裝置設計 424.4.3模具固定方法設計 424.4.2 42結論 71致謝 74參考文獻 75附錄3： 四號黑體、段前空1行 自行車花盤冷擠壓模具設計小四宋體專業(yè)班級： 學生姓名： 指導教師： 職稱：摘要（空1格）× ××××××××××××××××××&

3、#215;×××××××××××××小四宋體關鍵詞：××× ××× ××× ××× 14pt Time New Roman，Bold，段前空1行Design for cold extruding dies of the bicycle faceAbstract（空1格）××××××

4、5;×××××××××××××××××12pt Time New RomanKey words ××× ××× ××× ××× 四號黑體、段前、段后間距為1行、居中附錄4：小四宋體引 言××××××××××&#

5、215;×××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××&#

6、215;×××××××××××××××第一章 自行車花盤零件圖紙及要求在電子、汽車、電機、電器、儀器、儀表、家電和通訊等產(chǎn)品中，6080的零部件都要依靠模具成形。從1997年開始，我國模具工業(yè)產(chǎn)值也超過了機床工業(yè)產(chǎn)值。模具生產(chǎn)技術水平的高低，已成為衡量一個國家產(chǎn)品制造水平高低的重要標志，在很大程度上決定著產(chǎn)品的質量、效益和新產(chǎn)品的開發(fā)能力。工件名稱：自行車花盤生產(chǎn)批量：大批量材 料：Q215作為學過模具設計的學生應該掌握模具設計程序、設計思路，設

7、計方法?；诖?，以生活當中自行車的花盤作為工件，結合大學所學的機械設計知識，設計出一套能擠出自行車花盤的冷擠壓模具。自行車花盤的參數(shù)如下：第二章 冷擠壓工藝性分析2.1 零件冷擠壓工藝性分析1)材料：Q215為碳素結構鋼，具有良好的可沖壓性能。該鋼的強度與塑性配合較好，冷彎性能和焊接性能也很好。在制造機械設備時，一般采用冷彎、焊接，而不用鍛造和熱處理?？捎糜谥圃旃こ虡嫾筒恢匾臋C械零件，如基座，螺栓等。承受沖擊的工程構件或零件，如齒輪、吊鉤等。還有焊接結構，如鍋爐、容器等。2）工件結構：如圖所示，該零件結構較復雜，為回轉體對稱零件。零件可分為凸緣和盲孔兩部分，故考慮使用復合擠壓方式。3）零件

8、有一個凸緣，上部形狀不規(guī)則，為本設計的難點。2.2 許用變形程度及變形程度的計算斷面收縮率的計算：由公式 上半部分：60正擠壓A=R=3.14*30=2826(mm) 34 =R=3.14*17=907.46 (mm) 代入公式得=-211.41% 擠壓比 下半部分：35 A=3.14*（17.5-14.5）=961.625-660.185=256.44(mm) 代入公式得=71.74% 2.2 擠壓變形力的計算 37部分反擊壓力計算圖算法： 已知毛坯直徑（或凹模直徑）=34(mm)，凸模直徑=29(mm)，毛坯長度=28(mm)，毛坯材料為Q215，求解步驟如下：a根據(jù)毛坯直徑=34(mm)

9、和凸模直徑=29(mm)查圖1，斷面收縮率為b根據(jù)和毛坯材料，查圖2得未經(jīng)修正的單位擠壓力,同時根據(jù)和，從圖2查得毛坯相對高度修正系數(shù)c未經(jīng)修正的單位擠壓力P經(jīng)過圖3的毛坯相對高度校正（上部曲線）和外徑校正（下部曲線）查得修正的單位擠壓力P=2160（mp）d根據(jù)修正的單位及壓力P和凸模直徑=29(mm)，查圖4得總擠壓力F=1450（kn）。第三章冷擠壓毛坯的制備3.1 毛坯形狀和尺寸的確定本設計的毛坯已經(jīng)給出，直徑為34，高度28，前期鍛造墩粗而成。3.2 毛坯的軟化處理由于材料是Q215，經(jīng)查表知，熱處理狀態(tài)：長時間退火；規(guī)范：920960保溫8小時，隨爐冷卻到680，再升溫到960保溫

10、4小時，隨路冷卻到250出爐。處理后硬度：100110/HBS，所需時間較長，但熱處理后硬度較低。3.3 毛坯的表面處理和潤滑表面處理與潤滑是零件冷擠壓的一個關鍵問題。他對零件的表面質量及模具的壽命有很大的影響。主要包括以下內容：去除表面缺陷。清潔、去脂、濯洗。去除表面氧化層（用酸洗或機械處理）。在坯料表面形成特殊的潤滑支撐層（磷酸鹽處理、草酸鹽處理等）。潤滑處理。其中，項處理的目的是改善表面質量，并為以后的磷酸鹽處理和潤滑處理做好準備。在本設計中采用以下處理方式：表面磷化處理，溶液成分：硝酸HNO3040（g/L）、磷酸3040（g/L）、氧化鋅ZnO2030（g/L）,溫度7580，時間2

11、0分鐘。潤滑方法:皂化液60100（g/L）、溫度6070、時間2030分鐘。第四章 冷擠壓模具設計4.1 模具結構形式的選擇確定冷擠壓模具總體結構形式時，主要考慮擠壓件特點（形狀、尺寸、精度）、成產(chǎn)批量和設備類型三個基本要素及設計、制造和使用三大技術環(huán)節(jié)。參考文獻？由于擠壓件材料為低碳鋼，變形程度大，形狀復雜，我們采用預應力組合模具，各種鑲塊的分割形式，上或下卸、退料裝置。批量生產(chǎn)、選擇通用模架，分割形式，組合結構，具有導向裝置、整體結構形式，模柄緊固。4.2 模架的選擇零件生產(chǎn)要求大批量生產(chǎn)，所以選擇通用模架，分割形式，組合結構，具有導向裝置、整體結構形式，模柄緊固。為此，制定兩套方案。方

12、案一：選擇小型通用模架，沒有導向裝置，依靠凸、凹模自身實行導向?？蓶|部分通過帶孔的整體圓柱形模柄與壓力機的滑塊連接在一起。模座呈十字形，且兩端均帶有圓孔。上端裝入凹模等工作零件，下端安裝頂出裝置。頂桿借助于三根均布的圓柱銷帶動環(huán)形頂出器，將滯留在凹模中的工件頂出模外。頂桿是由一對機械拉桿通過壓力機滑塊帶動的。凸模和凹模均采用特制的圓形螺母緊固。在這種模架上，只要更換幾個主要工作部件，便可進行各種零件的擠壓。方案二：選擇反擠壓導柱通用模架，模板和模座靠導柱、導套連接在一起，及凸凹模的相對位置是不可調節(jié)的，他們的同軸度要求，完全靠安裝在模架上的導柱、導套予以保證。為了提高磨具壽命，凹模分割為兩塊，

13、以銷釘找正中心，確保上下兩部分孔徑的同軸，利用四個螺釘將其直接緊固在模座上。4.3 模具工作部分設計冷擠模具的設計要求：冷擠壓時，毛坯與模具摩擦很劇烈，對模具要求就較高：（1）模具的工作部分要具有足夠的強度、剛度及耐磨性。（2）為了防止應力集中而損壞模具，模具工作部分要采用光滑的圓角過渡。（3）凸、凹模與上、下模座之間應當有足夠大的支撐面和一定厚度的淬硬墊板。（4）模具在壓力機上安裝要緊固，工作部分拆卸方便。易損件要有互換性，便于安裝固定。（5）毛坯要容易放入模腔，大批量生產(chǎn)時易實現(xiàn)半自動和自動式送料。另外擠壓后還需有靈活的卸料裝置。 模具材料：Crl2MoV鋼是我國最常用的冷作模具鋼之一由于

14、其具有硬度高、強度大、熱處理時體積變形小等特點，故多用于高負荷、高精度、高壽命的冷變形模具目前導致模具損壞的因素很多，但主要的還是鍛造工藝或熱處理工藝不盡合理而造成的而對于Crl2MoV這種高碳、高鉻鋼，碳化物的不均勻度及合理的熱處理工藝是影響模具使用壽命的決定因素，這對于高負荷的冷擠壓模尤為突出為此，改善Crl2MoV鋼中碳化物的分布，采用合理的熱處理工藝是提高模具使用壽命的關鍵措施1 冷擠壓模的工作特點和失效分析冷擠壓時，金屬在三向不均勻的壓力下進行塑性變形，此模具要承受很大的單位壓力，一般高于1000MPa，同時金屬在變形過程中會產(chǎn)生熱效應，使工件和模具的溫度升高，有時可達200 以上；

15、在冷擠壓時，凹模承受切向拉應力，而凸模的受情況因擠壓工藝不同而有所不同，正擠壓時凸模承受壓應力；反擠壓和復合擠過程中，凸模先是承受壓應力(在偏載時還存在彎曲應力)，在回程中又受到一定的拉應力，在擠壓的工藝循環(huán)中，凸模承受拉、壓交變應力，此時拉應力約為壓應力的30倍根據(jù)冷擠壓的工作特點，其凸模常見的失效形式是“劈斷”式破裂和“脫帽”式破裂“劈斷”式破裂與碳化物分布狀態(tài)有很大關系；“脫帽”式破裂是在制件從凸模上脫下時，由于凸模的工作端承受拉應力而使端部折斷除此之外，還有彎曲、鐓粗變形，擦傷損壞等失效形式2 冷擠壓凸模的鍛造冷擠壓凸模采用的是Crl2MoV鋼，屬高碳高鉻型冷作模具鋼，鋼中存在大量的(

16、Cr，re) C 型化物，其硬度(1800HV)較滲碳體和M6c型碳化物高，具有很高的耐磨性但在鑄態(tài)下，鋼中的碳化物呈網(wǎng)狀和大塊狀分布，使鋼的強度和韌性很低從冷擠壓凸模的失效分析中發(fā)現(xiàn)，凸模的失效與碳化物的分布有很大關系這種網(wǎng)狀和大塊狀的碳化物無法通過熱處理來改變的，它只有通過鍛造才能使這些碳化物破碎并沿金屬的變形方向分布Crl2MoV鋼作為冷擠壓凸模材料在鍛造中應嚴格執(zhí)行鍛造工藝，使得碳化物的級別不大于2.5；通過中溫淬火和低溫回火，使鋼具有較高的強度和較好的韌性，以此可提高冷擠壓模的使用壽命4.3.1凸模設計方案一：選擇正擠壓實心凸模，其結構簡單，易于制造且安裝方便。方案二：選擇反擠壓組合

17、凸模，結構復雜，用于盲孔部分的成型。4.3.2凹模設計方案一：選擇空心組合凹模，按照參考文獻？表3-19，凹模的層數(shù)是按單位擠壓力P確定。整體擠壓凹模在擠壓時容易產(chǎn)生縱向裂紋，所以通常采用加預應力的組合凹模，以改善凹模工作時的應力分布情況，外圈可用中碳鋼或中碳合金鋼以節(jié)省模具鋼，凹模內圈損壞后可以更換。 (1)總直徑比d和應力團層數(shù)的確定 增大凹模外徑和凹模內徑的總直徑比d可使危險斷面應力值減小。如把d從2提高到4，危險斷面的合成應力降低20，而把d從4提高到10時，應力只降低6，所以生產(chǎn)中采用的d值一般為46。組合凹模的層數(shù)根據(jù)單位擠壓力力值確定。 P1000 MPa時，采用整體凹模； 10

18、00 MPaP1400 MPa時，采用兩層組合凹模； 1400 MPaP2500 MPa時，采用三層組合凹模。根據(jù)單位壓力選擇三層組合凹模結構，跟據(jù)表3-21，已知凹模內徑（按擠壓件最大外徑）=60（mm），=（46），取值為5得=5=5*60=300（mm），=1°30；安表3-21選取=0.200，=0.0105，=0.090，=0.0045，=1.70=1.70*60=102（mm），=2.90*=2.90*60=174（mm）；計算得出：=0.2*102=204（mm），=0.0105*102=1.071（mm），=0.09*174=15.66（mm），=0.0045*174

19、=0.783（mm）。 方案二：選擇實心組合凹模，按照零件上部的輪廓形狀設計上組合表面，由于主要承受壓應力，中心部分采用過盈配合。4.4導向、頂出及緊固件設計4.4.1導向設計冷擠壓模具的準確導向，可使凸模工作時對準中心，減少因偏心負荷而折斷凸模，且能提高冷擠壓件精度。 導向方法：常見的導向方法有導柱導套導向、導板導向、凸模導向以及?？趯虻人姆N。其中導柱導套導向使用最廣，因為它安裝調整方梗、導向精度高、壽命長。方案一：凸模導向裝置設計適用于擠壓件的壁厚精度要求較高、淺孔零件的反向擠壓。凸模與導向部分的間隙通常在0.0050.018mm范圍內。該間隙必須按凸模在擠壓中的膨脹量來校正，配合太緊會

20、使凸模和導向襯套過早磨損。常見的有三種導向方式：a. 涂抹工作部分A同凹模型腔工作部分實行導向；b. 凸模非工作部分A同凹模型腔工作部分實行導向；c. 凸模非工作部分A同凹模型腔非工作部分實行導向。我們選擇a方案，此方案適用于正向擠壓和復合擠壓方式。但是，這種導向方式，滑動部分的配合面積較大，凹模型腔面和凸模型腔面容易磨損。當采用整體結構凸模時，為了減小應力集中，提高凸模強度，凸模加粗部分與工作部分之間，應取較大的圓角半徑，且平滑過渡。我們把凸模末端設計成圓錐形以減小應力集中。 方案二：導柱導套導向裝置設計導柱和導套與底座的緊固方法主要有三種：第一種是采用基孔制過渡配合，用壓板螺釘將導柱導套緊

21、固在上、下底座上；第二種采用基孔制過盈配合，將導柱導套直接壓入上、下底座上；第三種采用低熔點合金、環(huán)氧樹脂成無機粘結劑將導柱導套直接緊固在上、下底座上。 常用的導柱導套的結構形式和尺寸。為了保持良好的潤滑狀態(tài)，在導柱或在導套上開有油槽，導拄直徑d征總長L皆做成統(tǒng)一的名義尺寸，其公差按壓入段和導向段的配合性質而定，直徑d的大小可根據(jù)模具的結構及導柱本身的強度、剛度等條件來確定，一般不得小于25mm。導柱的壓入長度l不得小于15d，總長度L一般按模具的結構尺寸來確定，但必須保證凸模伸入凹模之前，導柱伸入導套10m加以上。導套內孔徑dG與導校宜徑d的配合一般為基孔制間隙配合。由于把導套壓入是那上底板

22、時，導套內孔徑稍有縮小，因此，d1應比導拴直徑d大0.5mm以上。壓入段的長度l及導套外徑D不得小于1.5倍導向段長度(Ll)(23)d。4.4.2頂出裝置設計頂出裝置一般都安裝在下模上。當壓力機沒有頂出機構時，就需要在模具上設計一套完整的聯(lián)動頂出裝置，依靠安裝在上底板上的反拉桿，當上?；爻虝r帶動頂板、頂桿、推動頂出桿頂出擠壓件。當壓力機備有頂出機構時，頂出裝置的結構就比較簡單，只需在模具上設計頂桿和項出桿即可。 頂出裝置主要有五種結構形式。圖a中的圓形退件塊裝在凹模型腔里，可以直接頂科，結構簡單，節(jié)省材料，便于加工制造，但擠壓件可能將退料塊帶出模外；圖b是應用較廣的一種頂出裝置，結構簡單，制

23、造方便；圖c是一種具有代表性的環(huán)形頂出裝置，惜助于頂出桿將三根按120度等分均布的頂桿帶動環(huán)形頂件器，將零件從凹模中頂出；圖d是頂出桿鑲入凸模內、靠頂中間隔厚將擠壓件頂出的一種頂出裝置，主要用于復合擠壓或帶凸緣的杯形件的反擠壓。由于擠壓時各自的彈性變形不同，頂出桿的頂端面要比下凸模端面略突出一微小高度6，6的大小按正好抵消彈性變形量的原理來決定；圖e是一種用于退件行程較大而桿徑較小的實心件的正擠壓。這種組合式的頂桿結構使用可靠，調整方便。 應注意的是，當壓力機設有頂出機構時，采用反拉桿式聯(lián)動頂出裝置，當壓力機回程到上死點就會妨礙第二次毛坯的放置。因此，為了使拉桿的動作不影響毛坯的放置，可在下底

24、座上安裝活動板。由圖可知，當擠壓件頂出一段距離后，通過斜面移動(圖a)或通過帶斜面的撐桿（圖b）將活動板撐開，使頂出桿的底面懸空，這樣頂出桿依靠自重就可以超前回到原來的位置。4.4.3模具固定方法設計將凸模和凹模牢固、精確地固定在模座上，對確保擠壓工作的正常進行和提高模具使用壽命皆是十分重要的。同時，合理的緊固方法，還可以使模具結構簡化，便于安裝、調整和更換零件。凸模緊固方法常用的凸模緊固方法有螺栓緊固、壓板緊固、螺栓多級緊固和特種螺母緊固，螺栓緊固僅適用于單位壓力較小的有色金屬擠壓模具上，此方法雖然牢固可靠，但更換凸模不方便，需卸下模板。利用壓板和特制圓形螺母緊固凸模，是廣泛采用的緊固方法，

25、適用于各類中、小型擠壓模具。組合凹模的緊固方法常用的凹模緊固方法有在外加強圈上用螺釘與底座固定。用壓板、螺釘緊固，側面用螺釘調節(jié)對中和用達羅姆直接與底座固定。方案一中選擇用特制圓形大螺母固定。方案二中選擇用壓板螺釘緊固。結 論×××××××××××××××××××××××××××××××&

26、#215;××××附錄5：四號黑體、段前間距為2行、段后間距為1行、居中致 謝×××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××