第七章冷擠壓工藝與模具設計

1、第七章 冷擠壓工藝與模具設計 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)計算冷擠壓工藝參數(shù)計算7.5 冷擠壓模具結構設計冷擠壓模具結構設計 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上，利用壓力機冷擠壓是將冷擠壓模具裝在壓力機上，利用壓力機簡單的往復運動，是使金屬在模腔內(nèi)產(chǎn)生塑性變形，從簡單的往復運動，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械零件。而獲得所需要的尺寸、形狀及一定性能的機械零件。 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）復合擠壓）復合擠壓 反擠壓a）擠壓示意圖 b）毛坯與擠壓零件 復合擠壓 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）實例擠壓方式的選擇）實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，預成形杯形；正擠壓達到工件要求。采用圓柱毛坯，預成形杯形；正擠壓達到工件要求。采用圓柱毛坯，復合擠壓一次成形。（采用）采用圓柱毛坯，復合擠壓一次成形。（采用）7.2.3 采用冷擠壓必須解決的主要問題采用冷擠壓必須解決的主要問題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滑劑毛坯表面處理方法及潤滑劑5) 模具結構，模具工作壽命、生產(chǎn)率和安全模具結構，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) 機器與設備機器與設備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）正擠壓時的金屬流動）正擠壓時的金屬流動d0l0lnl3l2l1BBII332211BA2121試件毛坯 試件擠壓后的網(wǎng)格（2）反擠壓時的金屬流動）反擠壓時的金屬流動ECBDA反擠壓杯形金屬的流動情況 （3）影響金屬流動的主要因素）影響金屬流動的主要因素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）凹模中心錐角對金屬流動

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）冷擠壓件的尺寸設計原則）冷擠壓件的尺寸設計原則1）金屬流動劇烈處的過渡圓角半徑）金屬流動劇烈處的過渡圓角半徑R應盡可能增大，與應盡可能增大，與擠壓力方向垂直的受力面應增大斜度擠壓力方向垂直的受力面應增大斜度。2）為防止變形抗力急劇增大及延長模具壽命，應控制凹）為防止變形抗力急劇增大及延長模具壽命，應控制凹模與凸模間的金屬在成形終了時的最小厚度模與凸模間的金屬在成形終了時的最小厚度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，應在允不能太小或相差太大，應在允許的

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）實例工藝性分析）實例工藝性分析 根據(jù)零件工作圖結構形狀分析，該零件不能用冷擠根據(jù)零件工作圖結構形狀分析，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應采用成形后用鉆銷應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，應在成階梯孔不利于擠壓成形，應在成形后用鏜銷方法加工成形。因此，將該零件轉換成可擠形后用鏜銷方法加

7、工成形。因此，將該零件轉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)計算冷擠壓工藝參數(shù)計算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 采用實心圓柱毛坯，其直徑為工件筒部外徑，則采用實心圓柱毛坯，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 毛坯尺寸計算的原則為等體積法計算。即：毛坯尺寸計算的原則為等體積法計算。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算圖 7.4.2 冷擠壓變形程度的計算冷擠壓變形程度的計算 常用斷面縮減率常用斷面縮減率S來表示，也可用擠壓比來表示，也可用擠壓比R或對數(shù)或對數(shù)擠壓比擠壓比來表示，計算方法見表來表示，計算方法見表7-4。 實例采用端面縮減率實例采用端面縮減率S計算擠壓變形程度。計算擠壓變形

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 冷擠壓力的計算冷擠壓力的計算實際工作中以查圖表確定為主。實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的計算的計算 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） 關于關于S的計算參見毛坯尺寸確定部分，可知的計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。壓力機。7.5 冷擠壓模具結構設計冷擠壓模具結構設計7.5.1 冷擠壓必須解決的主要問題冷擠壓必須解決的主要問題對冷擠壓模具結構的要求對冷擠壓模具結構的要求 1）模具要有足夠的強度和剛度，墊板有足夠的厚度和硬）模具要有足夠的強度和剛度，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）模具的材料選擇、加工方案和熱處理規(guī)范的確定都應合理；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）模具導向良好，以保證制件的公差和模具壽命；）模具導向良好，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，操作簡單、安全。）放、取制件方便，操作簡單、安全

12、。7.5.2 冷擠壓凸、凹模設計冷擠壓凸、凹模設計（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 當擠壓純鋁薄壁件凸模工作部分長度較長時，為增當擠壓純鋁薄壁件凸模工作部分長度較長時，為增加凸模的穩(wěn)定性，可將凸模下端面開出工藝凹槽。實例加凸模的穩(wěn)定性，可將凸模下端面開出工藝凹槽。實例采用該種結構。采用該種結構。a） b） c）凸模工作端面工藝凹槽的形狀a）圓形 b）方形 c）矩形實例用凸模結構實例用凸模結構 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算：凸、凹模工作部分尺寸）凸、凹模工作部分尺寸計算：凸、凹模工作部分尺寸計算公式見表計算公式見表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構凹模的總體結構 分為整體式和預應力組合凹模。組合凹模可分為兩分為整體式和預應力組合凹模。

14、組合凹?？煞譃閮蓪雍腿龑咏Y構式。層和三層結構式。 單位壓力（p凹/MPa）凹模形式簡 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） 將外圈加熱到適當溫度，套裝到內(nèi)圈上，待外圈冷將外圈加熱到適當溫度，套裝到內(nèi)圈上，待外圈冷卻后將內(nèi)圈壓緊。熱裝時可不必加工出斜度。卻后將內(nèi)圈壓緊。熱裝時可不必加工出斜度。b）強力壓合）強

15、力壓合 將各配合面做成一定的錐度，在室溫下用液壓機進將各配合面做成一定的錐度，在室溫下用液壓機進行壓合。行壓合。 a） b）預應力圈的裝法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度和硬度，在高溫下仍）凹模與凸模必須具有很高的強度和硬度，在高溫下仍能保持足夠的強度與硬度。能保持足夠的強度與硬度。2）凸模與凹模在沖擊條件下工作，應具有相當?shù)捻g性。）凸模與凹模在沖擊條件下工作，應具有相當?shù)捻g性。3）凸模材料應當有較好的抗彎強度。）凸模材料應當有較好的抗彎強度。4）模具是在冷熱交變應力的條件下工作，所以模具的材）模具是在冷熱

16、交變應力的條件下工作，所以模具的材料應能經(jīng)受這種考驗。料應能經(jīng)受這種考驗。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）凹模結構設計實例）凹模結構設計實例 模具工作時凸模進入凹模后必須形成封閉的模腔。模具工作時凸模進入凹模后必須形成封閉的模腔。 外圈凹模d1d2d32u2實用兩層組合凹模結構u2徑向過盈量 裝配斜角，取=0.5預應力組合凹模的設計步驟預應力組合凹模的設計步驟1）根據(jù)單位擠壓力選擇凹模結構形式）根據(jù)單位擠壓力選擇凹模結構形式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，實例組合凹根據(jù)前面的推薦值，實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，查右圖由凹模結構圖，取由凹模結構圖，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的關系4）確定組合凹模的軸向、徑向過盈量）確定組

18、合凹模的軸向、徑向過盈量c2和和u2、2、2為為過盈量系數(shù)過盈量系數(shù)20.008 20.16則則u2=2d2=0.008120=0.96mmc2=2d2=0.16120=19.2mm0.0060.0070.0080.0090.01045678910徑向過盈系數(shù)20.120.140.160.180.2045678910徑向過盈系數(shù)2a31=d3/d1兩層組合凹模軸向過盈量系數(shù)2兩層組合凹模徑向過盈量系數(shù)2 5）確定凹模各圖結構尺寸）確定凹模各圖結構尺寸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.