第七章冷擠壓工藝與模具設(shè)計(jì)

1、第七章 冷擠壓工藝與模具設(shè)計(jì) 7.1 典型案例典型案例7.2 概述概述7.3 冷擠壓工藝性分析冷擠壓工藝性分析7.4 冷擠壓工藝參數(shù)計(jì)算冷擠壓工藝參數(shù)計(jì)算7.5 冷擠壓模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)冷擠壓模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 7.1 典型案例典型案例大功率電容器外殼工件名稱：大功率電容器外殼工件名稱：大功率電容器外殼生產(chǎn)批量：大批量生產(chǎn)批量：大批量材料：純鋁材料：純鋁1050A（L3）壁厚：壁厚：4mm+0.052 00.057.2 概述概述7.2.1 概念概念 冷擠壓是將冷擠壓模具裝在壓力機(jī)上，利用壓力機(jī)冷擠壓是將冷擠壓模具裝在壓力機(jī)上，利用壓力機(jī)簡(jiǎn)單的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，是使金屬在模腔內(nèi)產(chǎn)生塑性變形，從簡(jiǎn)單的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，是使金

2、屬在模腔內(nèi)產(chǎn)生塑性變形，從而獲得所需要的尺寸、形狀及一定性能的機(jī)械零件。而獲得所需要的尺寸、形狀及一定性能的機(jī)械零件。 7.2.2 冷擠壓方法冷擠壓方法（1）正擠壓）正擠壓 正擠壓空心件a）擠壓示意圖 b）毛坯與擠壓零件正擠壓實(shí)心件 a）擠壓示意圖 b）毛坯與擠壓零件（2）反擠壓）反擠壓（3）復(fù)合擠壓）復(fù)合擠壓 反擠壓a）擠壓示意圖 b）毛坯與擠壓零件 復(fù)合擠壓 a）擠壓示意圖 b）毛坯與擠壓零件 （4）徑向擠壓）徑向擠壓a） b）冷模鍛零件 a）毛坯 b）零件 a） b）徑向擠壓a）毛坯 b）零件（5）實(shí)例擠壓方式的選擇）實(shí)例擠壓方式的選擇工件的冷擠壓成形工藝方案有以下三種：工件的冷擠壓成形

3、工藝方案有以下三種：采用圓柱毛坯，徑向擠壓成形凸緣部分；反擠壓成形筒部。采用圓柱毛坯，徑向擠壓成形凸緣部分；反擠壓成形筒部。采用圓柱毛坯，預(yù)成形杯形；正擠壓達(dá)到工件要求。采用圓柱毛坯，預(yù)成形杯形；正擠壓達(dá)到工件要求。采用圓柱毛坯，復(fù)合擠壓一次成形。（采用）采用圓柱毛坯，復(fù)合擠壓一次成形。（采用）7.2.3 采用冷擠壓必須解決的主要問(wèn)題采用冷擠壓必須解決的主要問(wèn)題1)冷擠壓加工的材料冷擠壓加工的材料2)冷擠壓工藝方案冷擠壓工藝方案3)毛坯軟化熱處理方案毛坯軟化熱處理方案4)毛坯表面處理方法及潤(rùn)滑劑毛坯表面處理方法及潤(rùn)滑劑5) 模具結(jié)構(gòu)，模具工作壽命、生產(chǎn)率和安全模具結(jié)構(gòu)，模具工作壽命、生產(chǎn)率和安

4、全6) 冷擠壓模具材料及熱處理方法冷擠壓模具材料及熱處理方法7) 機(jī)器與設(shè)備機(jī)器與設(shè)備7.3 冷擠壓工藝性分析冷擠壓工藝性分析7.3.1 冷擠壓變形特征冷擠壓變形特征（1）正擠壓時(shí)的金屬流動(dòng)）正擠壓時(shí)的金屬流動(dòng)d0l0lnl3l2l1BBII332211BA2121試件毛坯 試件擠壓后的網(wǎng)格（2）反擠壓時(shí)的金屬流動(dòng)）反擠壓時(shí)的金屬流動(dòng)ECBDA反擠壓杯形金屬的流動(dòng)情況 （3）影響金屬流動(dòng)的主要因素）影響金屬流動(dòng)的主要因素1）摩擦力的影響）摩擦力的影響2）模具形狀的影響）模具形狀的影響3）變形程度的影響）變形程度的影響4）其它因素的影響）其它因素的影響a） b） c） d）凹模中心錐角對(duì)金屬流動(dòng)

5、的影響a）-60 b）-90 c）-120 d）-1807.3.2 冷擠壓工藝性要求冷擠壓工藝性要求（1）冷擠壓件的尺寸設(shè)計(jì)原則）冷擠壓件的尺寸設(shè)計(jì)原則1）金屬流動(dòng)劇烈處的過(guò)渡圓角半徑）金屬流動(dòng)劇烈處的過(guò)渡圓角半徑R應(yīng)盡可能增大，與應(yīng)盡可能增大，與擠壓力方向垂直的受力面應(yīng)增大斜度擠壓力方向垂直的受力面應(yīng)增大斜度。2）為防止變形抗力急劇增大及延長(zhǎng)模具壽命，應(yīng)控制凹）為防止變形抗力急劇增大及延長(zhǎng)模具壽命，應(yīng)控制凹模與凸模間的金屬在成形終了時(shí)的最小厚度模與凸模間的金屬在成形終了時(shí)的最小厚度s和和b。3）擠壓件的最終尺寸）擠壓件的最終尺寸d和和D不能太小或相差太大，應(yīng)在允不能太小或相差太大，應(yīng)在允許的

6、變形程度范圍內(nèi)。許的變形程度范圍內(nèi)。（2）擠壓件的精度和表面粗糙度）擠壓件的精度和表面粗糙度精度見表精度見表7-2表表7-4表面粗糙度：表面粗糙度： 有色金屬為有色金屬為Ra0.4mm；黑色金屬為；黑色金屬為Ra0.8mm。 （3）實(shí)例工藝性分析）實(shí)例工藝性分析 根據(jù)零件工作圖結(jié)構(gòu)形狀分析，該零件不能用冷擠根據(jù)零件工作圖結(jié)構(gòu)形狀分析，該零件不能用冷擠壓成形的方法完全成形，孔壓成形的方法完全成形，孔23.5應(yīng)采用成形后用鉆銷應(yīng)采用成形后用鉆銷方法再加工成形。方法再加工成形。31階梯孔不利于擠壓成形，應(yīng)在成階梯孔不利于擠壓成形，應(yīng)在成形后用鏜銷方法加工成形。因此，將該零件轉(zhuǎn)換成可擠形后用鏜銷方法加

7、工成形。因此，將該零件轉(zhuǎn)換成可擠壓成形的形狀，如圖所示。壓成形的形狀，如圖所示。+0.052 00.05擠壓成形形狀 7.4 冷擠壓工藝參數(shù)計(jì)算冷擠壓工藝參數(shù)計(jì)算7.4.1 毛坯尺寸的確定毛坯尺寸的確定（1）毛坯直徑）毛坯直徑 采用實(shí)心圓柱毛坯，其直徑為工件筒部外徑，則采用實(shí)心圓柱毛坯，其直徑為工件筒部外徑，則D=工件外徑工件外徑=36（2）毛坯體積）毛坯體積 毛坯尺寸計(jì)算的原則為等體積法計(jì)算。即：毛坯尺寸計(jì)算的原則為等體積法計(jì)算。即：毛坯體積毛坯體積=工件體積工件體積工件筒部體積工件筒部體積22215 .81944)15301536(mmV筒部凸緣部分體積筒部凸緣部分體積毛坯高度尺寸毛坯高度

8、尺寸HVVHD124)(8 .635443044818032.612018068.2889 .21)9 .2112(2132222mmVoooommVH3 .14414. 3368 .63544 .81954DV2221mm9 .2168.281268.282512arcsino1o1tgAOOAOoo1o凸緣部分毛坯尺寸計(jì)算圖 7.4.2 冷擠壓變形程度的計(jì)算冷擠壓變形程度的計(jì)算 常用斷面縮減率常用斷面縮減率S來(lái)表示，也可用擠壓比來(lái)表示，也可用擠壓比R或?qū)?shù)或?qū)?shù)擠壓比擠壓比來(lái)表示，計(jì)算方法見表來(lái)表示，計(jì)算方法見表7-4。 實(shí)例采用端面縮減率實(shí)例采用端面縮減率S計(jì)算擠壓變形程度。計(jì)算擠壓變形

9、程度。 徑向擠壓部分的變形程度徑向擠壓部分的變形程度S反擠壓部分的變形程度反擠壓部分的變形程度 S SS ，故可一次擠壓成形。，故可一次擠壓成形。%1 .56%1004365 .2295436%10022010SSSS%4 .69%100436)430436(436%1002222010SSSS7.4.3 冷擠壓力的計(jì)算冷擠壓力的計(jì)算實(shí)際工作中以查圖表確定為主。實(shí)際工作中以查圖表確定為主。（1）有色金屬單位擠壓力）有色金屬單位擠壓力p的確定的確定有色金屬單位擠壓力 （2）黑色金屬擠壓力）黑色金屬擠壓力F的確定的確定黑色金屬反擠壓力圖算表總擠壓力總擠壓力F的計(jì)算的計(jì)算 有色金屬擠壓力有色金屬擠壓

10、力F單位擠壓力單位擠壓力p凸模工作部分橫凸模工作部分橫截面積截面積S 例題中引用工件的擠壓力例題中引用工件的擠壓力F=pS=3002295.2=688560（N） 關(guān)于關(guān)于S的計(jì)算參見毛坯尺寸確定部分，可知的計(jì)算參見毛坯尺寸確定部分，可知S2295.2 考慮一定的安全系數(shù)可選用考慮一定的安全系數(shù)可選用1000kN壓力機(jī)。壓力機(jī)。7.5 冷擠壓模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)冷擠壓模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)7.5.1 冷擠壓必須解決的主要問(wèn)題冷擠壓必須解決的主要問(wèn)題對(duì)冷擠壓模具結(jié)構(gòu)的要求對(duì)冷擠壓模具結(jié)構(gòu)的要求 1）模具要有足夠的強(qiáng)度和剛度，墊板有足夠的厚度和硬）模具要有足夠的強(qiáng)度和剛度，墊板有足夠的厚度和硬度，上、下模座都由碳鋼

11、制作；度，上、下模座都由碳鋼制作；2）模具工作部分的形狀和尺寸合理，有利于金屬的塑性）模具工作部分的形狀和尺寸合理，有利于金屬的塑性變形，從而降低擠壓力；變形，從而降低擠壓力；3）模具的材料選擇、加工方案和熱處理規(guī)范的確定都應(yīng)）模具的材料選擇、加工方案和熱處理規(guī)范的確定都應(yīng)合理；合理；4）模具的安裝牢固可靠，易損件的更換、拆卸、安裝方）模具的安裝牢固可靠，易損件的更換、拆卸、安裝方便；便；5）模具導(dǎo)向良好，以保證制件的公差和模具壽命；）模具導(dǎo)向良好，以保證制件的公差和模具壽命；6）模具容易制造，成本低；）模具容易制造，成本低；7）放、取制件方便，操作簡(jiǎn)單、安全。）放、取制件方便，操作簡(jiǎn)單、安全

12、。7.5.2 冷擠壓凸、凹模設(shè)計(jì)冷擠壓凸、凹模設(shè)計(jì)（1）凸模）凸模121a） b） c）反擠壓凸模工作部分形狀a）錐形帶平底的凸模 b）尖角錐形凸模 c）平底凸模近似拋物線pp有色金屬反擠壓凸模 當(dāng)擠壓純鋁薄壁件凸模工作部分長(zhǎng)度較長(zhǎng)時(shí)，為增當(dāng)擠壓純鋁薄壁件凸模工作部分長(zhǎng)度較長(zhǎng)時(shí)，為增加凸模的穩(wěn)定性，可將凸模下端面開出工藝凹槽。實(shí)例加凸模的穩(wěn)定性，可將凸模下端面開出工藝凹槽。實(shí)例采用該種結(jié)構(gòu)。采用該種結(jié)構(gòu)。a） b） c）凸模工作端面工藝凹槽的形狀a）圓形 b）方形 c）矩形實(shí)例用凸模結(jié)構(gòu)實(shí)例用凸模結(jié)構(gòu) 0.320.320.160.16 0-0.021 0-0.03 0-0.030.16 0-0

13、.021500.02R8R207510307066R1.5R2140.05R1R130材料：Cr12MoV 熱處理：6064HRC擠壓凸模（2）凹模）凹模1）反擠壓）反擠壓 RRDhh12313230.25 a） b） c） d） e） f）反擠壓凹模的基本形式2）正擠壓）正擠壓 3）凸、凹模工作部分尺寸計(jì)算：凸、凹模工作部分尺寸）凸、凹模工作部分尺寸計(jì)算：凸、凹模工作部分尺寸計(jì)算公式見表計(jì)算公式見表7-9。 a） b） c） d）反擠壓凹模的基本形式 R151013134）組合凹模）組合凹模凹模的總體結(jié)構(gòu)凹模的總體結(jié)構(gòu) 分為整體式和預(yù)應(yīng)力組合凹模。組合凹模可分為兩分為整體式和預(yù)應(yīng)力組合凹模。

14、組合凹?？煞譃閮蓪雍腿龑咏Y(jié)構(gòu)式。層和三層結(jié)構(gòu)式。 單位壓力（p凹/MPa）凹模形式簡(jiǎn) 圖10001200整體凹模1200p14001600二層組合凹模1400p22002500三層組合凹模組合凹模的選擇二層組合凹模二層組合凹模 三層組合凹模三層組合凹模 C2d1d3d2u2/2二層組合凹模 d1d2d3d4C3C2u3/2u2/2三層組合凹模 組合凹模壓合方法組合凹模壓合方法a）加熱壓合（熱裝）加熱壓合（熱裝） 將外圈加熱到適當(dāng)溫度，套裝到內(nèi)圈上，待外圈冷將外圈加熱到適當(dāng)溫度，套裝到內(nèi)圈上，待外圈冷卻后將內(nèi)圈壓緊。熱裝時(shí)可不必加工出斜度。卻后將內(nèi)圈壓緊。熱裝時(shí)可不必加工出斜度。b）強(qiáng)力壓合）強(qiáng)

15、力壓合 將各配合面做成一定的錐度，在室溫下用液壓機(jī)進(jìn)將各配合面做成一定的錐度，在室溫下用液壓機(jī)進(jìn)行壓合。行壓合。 a） b）預(yù)應(yīng)力圈的裝法a）由內(nèi)到外 b）由外到內(nèi)5）冷擠壓凸、凹模材料選擇的要求）冷擠壓凸、凹模材料選擇的要求1）凹模與凸模必須具有很高的強(qiáng)度和硬度，在高溫下仍）凹模與凸模必須具有很高的強(qiáng)度和硬度，在高溫下仍能保持足夠的強(qiáng)度與硬度。能保持足夠的強(qiáng)度與硬度。2）凸模與凹模在沖擊條件下工作，應(yīng)具有相當(dāng)?shù)捻g性。）凸模與凹模在沖擊條件下工作，應(yīng)具有相當(dāng)?shù)捻g性。3）凸模材料應(yīng)當(dāng)有較好的抗彎強(qiáng)度。）凸模材料應(yīng)當(dāng)有較好的抗彎強(qiáng)度。4）模具是在冷熱交變應(yīng)力的條件下工作，所以模具的材）模具是在冷熱

16、交變應(yīng)力的條件下工作，所以模具的材料應(yīng)能經(jīng)受這種考驗(yàn)。料應(yīng)能經(jīng)受這種考驗(yàn)。5）模具材料必須是較易于切削加工。）模具材料必須是較易于切削加工。 （4）凹模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)例）凹模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)例 模具工作時(shí)凸模進(jìn)入凹模后必須形成封閉的模腔。模具工作時(shí)凸模進(jìn)入凹模后必須形成封閉的模腔。 外圈凹模d1d2d32u2實(shí)用兩層組合凹模結(jié)構(gòu)u2徑向過(guò)盈量 裝配斜角，取=0.5預(yù)應(yīng)力組合凹模的設(shè)計(jì)步驟預(yù)應(yīng)力組合凹模的設(shè)計(jì)步驟1）根據(jù)單位擠壓力選擇凹模結(jié)構(gòu)形式）根據(jù)單位擠壓力選擇凹模結(jié)構(gòu)形式2）選擇確定總直徑比）選擇確定總直徑比a根據(jù)前面的推薦值，實(shí)例組合凹根據(jù)前面的推薦值，實(shí)例組合凹模選擇模選擇a3143）確定各圖的

17、直徑）確定各圖的直徑外圓外徑外圓外徑d3，由步驟，由步驟2，已知，已知d3=a31d1=466=264 d3取取260mm內(nèi)圓半徑內(nèi)圓半徑d2d2=a21d1 a21根據(jù)根據(jù)a31的取值，查右圖的取值，查右圖由凹模結(jié)構(gòu)圖，取由凹模結(jié)構(gòu)圖，取a21=1.8 d2=a21d1=1.866=118.8取取d2=120mm u2=2d2 c2=2d241331ddaa21=0.2a31+103456789100.51.01.52.02.53.03.54.0a21=d2/d1a31=d3/d1a21maxa21maxa21max兩層組合凹模的a31與a21的關(guān)系4）確定組合凹模的軸向、徑向過(guò)盈量）確定組

18、合凹模的軸向、徑向過(guò)盈量c2和和u2、2、2為為過(guò)盈量系數(shù)過(guò)盈量系數(shù)20.008 20.16則則u2=2d2=0.008120=0.96mmc2=2d2=0.16120=19.2mm0.0060.0070.0080.0090.01045678910徑向過(guò)盈系數(shù)20.120.140.160.180.2045678910徑向過(guò)盈系數(shù)2a31=d3/d1兩層組合凹模軸向過(guò)盈量系數(shù)2兩層組合凹模徑向過(guò)盈量系數(shù)2 5）確定凹模各圖結(jié)構(gòu)尺寸）確定凹模各圖結(jié)構(gòu)尺寸0.320.1612.52.50.322.50.160.160.16 0-0.04+0.025 0+0.025 0+0.03 066360.5R5R1R1.51.532124.215內(nèi)圈（凹模）工作圖 +0.04 00.25其 余1.52.52.52.52080123.