擠壓課程設(shè)計嚴健

1、湖南工業(yè)大學課程設(shè)計任務(wù)書2013 2014學年第1學期學院（系、部） 材料成型 專業(yè) 1001 班課程名稱：擠壓工藝與模具課程設(shè)計設(shè)計題目：反擠工藝與模具設(shè)計完成期限：自 2013年11 月 13 日至 2013年12月 2 日共2.5 周內(nèi)容及任務(wù)一、內(nèi)容與目的擠壓工藝及模具設(shè)計課程設(shè)計課是學生在修完本門課程后所進行的為培養(yǎng)學生獲得 實踐動手能力而設(shè)置的一個重要的實踐性、一次綜合性實踐教學環(huán)節(jié)。通過本課程設(shè)計訓 練，學生應(yīng)在專業(yè)技術(shù)應(yīng)用能力上達到培養(yǎng)目標的基本要求，在沖壓成形工藝與沖壓模具 設(shè)計技術(shù)方面得到全面提高，并受到工程師的基本訓練。二、任務(wù)與要求（1）運用所學的理論及生產(chǎn)實際知識，

2、進行擠壓模具設(shè)計的初步訓練，培養(yǎng)學生的綜合設(shè) 計能力。（2）掌握擠壓模具設(shè)計的方法和步驟。（3）使學生掌握擠壓模具設(shè)計的基本技能，具有查閱和運用標準資料、手冊等有關(guān)技術(shù)資 料的能力。（4）熟練掌握繪圖和編寫技術(shù)文件的能力。三、工作量構(gòu)思總圖（經(jīng)指導教師檢查確定）畫出裝配圖完成模具零件明細表畫出模具零件圖（具體數(shù)量由指導老師確定）編寫設(shè)計說明書.進 度 安排時間安排工作內(nèi)容0.5天熟悉設(shè)計題目，查閱資料，作準備工作：0.5天進行工藝方案分析，確定工藝方案1天工藝設(shè)計和工藝計算1天畫裝配圖草圖1.5天畫正式圖2天畫零件圖1.5天編寫技術(shù)文件8天總計說明：全部圖紙必須由指導老師檢查后進行修改，夾訂好

3、才可正式提交。主 要 參 考 資料金仁鋼實用冷擠壓技術(shù)出版社：哈爾濱工業(yè)大學出版社洪深澤編冷擠壓工藝及模具設(shè)計出版社：安微科學技術(shù)出版社沖模設(shè)計手冊編寫組.沖模設(shè)計手冊（模具設(shè)計手冊之四）.金仁鋼擠壓工藝及模具課程設(shè)計指導書.自編，2011年指導教師 :金仁鋼2013年 12月 2日系（教研室）主任： 2013年 12月 2日反擠壓工藝與模具設(shè)計設(shè)計說明書起止日期： 2013年11月13 日 至 2013 年12 月日班生姓名材二1學號10405700923成績指導教師（簽字）機械工程學院（部）2013年12月2日目錄第1章工藝分析及方案確定（5） TOC o 1-5 h z HYPERLIN

4、K l bookmark16 o Current Document 1.1零件的工藝性分析(5) HYPERLINK l bookmark19 o Current Document 1.2擠壓零件工藝方案的擬定(5) HYPERLINK l bookmark23 o Current Document 第2章毛坯制備及壓力機的選擇6) HYPERLINK l bookmark26 o Current Document 2.1毛坯制備 HYPERLINK l bookmark38 o Current Document 2.2擠壓力的計算(6) HYPERLINK l bookmark47 o Cu

5、rrent Document 2.3壓力機的選擇(7)第3章模具結(jié)構(gòu)設(shè)計及固定(8)3.1工作零件設(shè)計(8)3.1.1凸模設(shè)計(9)3.1.2凹模設(shè)計(9) HYPERLINK l bookmark73 o Current Document 3.2模架的選擇(10) HYPERLINK l bookmark76 o Current Document 3.3模具其他部分設(shè)計 (11) HYPERLINK l bookmark79 o Current Document 3.3.1導向裝置的設(shè)計11) HYPERLINK l bookmark82 o Current Document 3.3.2頂出

6、裝置的設(shè)計12) HYPERLINK l bookmark89 o Current Document 3.3.3卸料裝置的設(shè)計12) HYPERLINK l bookmark92 o Current Document 3.3.4墊板、墊塊設(shè)計12) HYPERLINK l bookmark95 o Current Document 3.3.5模具的固定及相關(guān)配合12) HYPERLINK l bookmark98 o Current Document 3.3.6模具材料的選擇13) HYPERLINK l bookmark112 o Current Document 3.3.7模具的失效形式與

7、檢查15) HYPERLINK l bookmark121 o Current Document 參考文獻(15)第一章工藝分析及方案確定1.1零件的工藝性分析零件所用材料為15號鋼，屬于低碳鋼，所需制件形狀為杯型件，結(jié)構(gòu)簡單， 由于低碳鋼材料冷擠壓較為容易，而且擠壓更節(jié)約材料、易于成形、生產(chǎn)效率高， 便于操作，因此采用冷擠工藝生產(chǎn)此零件較為合理。零件1.2擠壓零件工藝方案的擬定此零件結(jié)構(gòu)簡單，易于加工，故加工方法較多：（1）機加工成形 （2）六軸自動車 （3）冷擠壓成形若采用機加工成形，則生產(chǎn)周期長，且材料浪費嚴重，增加成本；若采用六 軸自動車，雖然生產(chǎn)過程簡單，安全，但對加工設(shè)備要求高，單

8、位時間加工費用 昂貴，成本高；若采用冷擠壓成形，由于材料屬于低碳鋼，對模具材料要求不高， 且材料利用率為100%，節(jié)約成本，生產(chǎn)周期短。綜上所述，反擠壓成形是最為合理的生產(chǎn)方案。第二章毛坯制備及壓力機的選擇2.1毛坯制備2.1.1毛坯的切割坯料直徑為40mm，高度為20mm,長徑比等于0.5,小于34,因此采用板 料作為原材料。冷擠壓毛坯常用備料方法有：鋸切、車切、沖裁、剪切。由于車 切比鋸切材料利用率高且可制出尺寸和重量相當精密，端面平整光滑的毛坯，可 以直接用于擠壓加工，而沖裁要求直徑比厚度大3倍以上，剪切毛坯形狀不規(guī)則， 所以選擇車切。2.1.2毛坯的軟化處理毛坯材料熱處理規(guī)范處理前硬

9、度處理后硬度HB附注15號鋼退火720 土 10保溫3h，隨爐冷卻。107162109HB121HB2.1.3毛坯表面處理及潤滑黑色金屬冷擠壓時，其單位及壓力都比較高，采用一般涂刷潤滑劑已不能滿 足要求，經(jīng)試驗得，毛坯磷化后皂化，會產(chǎn)生不溶解的硬脂酸鋅，與毛坯表面緊 密結(jié)合，形成鋼表面的潤滑層。為了使磷化液與毛坯金屬表面直接接觸，毛坯在磷化前應(yīng)進行化學去油及酸 洗去繡。經(jīng)皂化后進行加豬油拌適量的二硫化鉬，以提高模具壽命。2.2擠壓力的計算2.2.1許用變形程度計算= X100%=76.56%式中 冷擠壓前毛坯的橫截面積，冷擠壓后工件的橫截面積，2.2.2擠壓力的計算擠壓力的計算方法包括理論計算

10、法，圖算法，經(jīng)驗公式法等。用理論計算法 求的單位擠壓力只是近似值，圖算法可以避免復雜而繁瑣的計算，工程上應(yīng)用極 為方便，因此在世界各國均得到了廣泛的應(yīng)用。運用經(jīng)驗公式法需要凸模形狀與 尺寸，所以采用圖算法計算擠壓力。由參考文獻1中圖4.29得，由毛坯直徑與凸模直徑在圖1中找到斷面收縮 率大約為78%的點，再進入圖2，與毛坯高徑比為0.5的線相交得出高度修正系 數(shù)K=0.95，再向上投影與15號鋼相交，得未經(jīng)修正的凸模單位壓力P=2400MPa， 再進入圖3進行毛坯高度和毛坯外徑校正得到修正后的凸模單位壓力為2230 MPa。最后進入圖4得凸模壓力為2100KN左右。2.3壓力機的選擇2.2.1

11、設(shè)備的基本要求設(shè)備的選用必須與冷擠壓工藝性質(zhì)和特點相適應(yīng)，對冷擠壓設(shè)備有下列要求：（1）壓力機要有足夠的剛性。（2）壓力機要有較大的工作行程和能量。（3）滑塊應(yīng)具有良好導向精度。（4）要有超載保險裝置。冷擠壓加工，可在專用的擠壓機上，也可以在液壓機上進行，還可以在普通 的壓力機上進行。擠壓設(shè)備的工作方式和結(jié)構(gòu)在很大程度上決定了生產(chǎn)率、工作 精度、通用性和生產(chǎn)的安全性。2.2.2壓力機主要參數(shù)的確定及選擇由圖算法算的P=2100KN為了設(shè)備的安全以及其他因素，壓力機的公稱壓力F=2100X 1.3=2730KN根據(jù)算的壓力機公稱壓力，查模具設(shè)計手冊，綜合各種因素的影響，初選 用的壓力機為J87-

12、300曲軸式冷擠壓機下表為J87-300壓力機主要參數(shù)壓力機型公稱壓力公稱壓力行程滑塊行程滑塊行程次數(shù)最大裝模高度裝模高度調(diào)節(jié)量J87-300 3000KN 40mm 300mm30 次/min 550mm 70mm第3章冷擠壓模具結(jié)構(gòu)設(shè)計3.1工作零件設(shè)計3.1.1凸模設(shè)計反擠壓黑色金屬凸模的形式有三種，如參考文獻1的圖5.4,由于零件的形 狀為前部又尖角，故選用尖角錐形凸模，根據(jù)參考文獻1及參考文獻3中423 頁得 d=35mm，=15。59，此值越大，金屬越容易流動，但過大會對凸模造成很大的影響，故的斷面 斜角取7；g=3mm；=34.8mm；工作韌帶g=24mm =d（0.10.2）4

13、5mm擠壓件內(nèi)孔高度+（35）卸料板厚度+（1015）mm10+10=20mm凸?？傞LL=+80mm凸模兩端不允許留有中心孔，因此在制造中應(yīng)先留出突出部分，作為留用頂 針孔，待加工好后，去掉。以免造成中心開裂。工作部分的地方要進行仔細拋光， 粗糙度希望達到Ra0.1如圖3.1.2凹模設(shè)計凹模設(shè)計主要包括凹模型腔設(shè)計和預(yù)應(yīng)力壓圈的設(shè)計。擠壓凹模大體上可以分為整體凹模和組合凹模兩種形式，但整體凹模無論 模具強度還是擠壓件的頂出都不利，使用極少，故選用組合式凹模。組合式凹模優(yōu)點：（1）提高了模具的強度；（2）節(jié)約了模具鋼；（3）凹模內(nèi)圈尺寸減小，熱處理容易；（4）當凹模損壞后僅需調(diào)換內(nèi)圈，預(yù)應(yīng)力中外

14、圈還可以繼續(xù)使用。在具體冷擠壓工藝設(shè)計的條件下，根據(jù)冷擠壓單位擠壓力的大小決定采用整 體式，兩層組合凹模，三層組合凹模，由于之前算出的單位擠壓P=2230MPa， 在根據(jù)1400MPaP2500MPa，故選用三層組合式凹模。如圖：預(yù)應(yīng)力圈的設(shè)計由參考文獻1中圖5.18得d1=40mm；=130 ;d4= (46) d1d4=5d1=5X40=200mm查圖5.15得由此可得：=60mm=102mm再按圖5.21決定軸向壓合系數(shù)和=0.20；=0.09；=0.0105；=0.0045；軸向壓合量：=0.20X60=12mm；=102X0.09=9.18mm；徑向過盈量：=0.0105 X60=0

15、.63mm；=0.0046 X102=0.4692mm；凹模型腔設(shè)計凹模型腔尺寸根據(jù)零件尺寸來確定，還要考慮零件材料的收縮變形等因素對 外形的影響，預(yù)應(yīng)力圈的尺寸是根據(jù)公式得到的。根據(jù)參考文獻1、2各部分尺寸：D=擠壓件外徑=40mm；R2mm；=+r+ (35) mm=26mm；=(0.71.0) D =32mmH=+=58mm=13.取 2；為使金屬流動方便，降低壓力，在凹模內(nèi)壁設(shè)置一斜度a=1530凹模采用三層預(yù)應(yīng)力圈的設(shè)計，可以提高凹模的強度凹模的內(nèi)腔尺寸越磨越 大，可以按零件最小外徑設(shè)計，應(yīng)取正偏差。3.2模架的選擇冷擠壓工藝可以在油壓機，沖床，摩擦壓力機上進行，也可以在專用 多擠壓

16、機上進行。因此，擠壓模架的結(jié)構(gòu)除應(yīng)根據(jù)擠壓件的批量，品種不 同而滿足不同設(shè)備的要求外，還應(yīng)滿足下述幾點：承壓部分應(yīng)具有很好的剛度及強度，使模架精度穩(wěn)定。工作部分能簡便而可靠地固定在模架上，便于更換。毛坯和工件進出要方便，便于實現(xiàn)機械化。易損部分零件尺寸應(yīng)統(tǒng)一，便于制造和檢驗。保證操作人員安全。(6)制造工藝簡單，成本地，使用壽命長。根據(jù)凹模周界大小由于組合凹模內(nèi)圈為60，故從冷沖模國家標準GB2871 81GB287484 (冷沖模典型組合)中選用，此模具是四導柱，橫向送料單純 反擠壓模，所以符合要求的就只有GB 2871.4-81、GB 2872.2-81，GB 2871.4-81 是固定卸

17、料，GB 2872.2-81是彈壓卸料，綜合各方面因素，故選用GB 2872.2-81 型模架。3.3模具其他部分設(shè)計由于此副模具只要將凸模，凹模，頂出器，墊塊，墊板加以更換。就能適應(yīng) 不同形狀和尺寸的工件的擠壓要求，因此除設(shè)計凸凹模之外，只需設(shè)計頂出裝置， 墊塊，墊板以及導向裝置，螺釘，螺栓，圓柱銷，彈簧根據(jù)GB 2872.2-81國家 標準選取。3.3.1導向裝置的設(shè)計導柱導套式的導向裝置在擠壓模具中應(yīng)用最為廣泛，一般是將導套用壓配合 裝入上模座內(nèi)，將導柱用壓配合裝入下模座中內(nèi)，導柱與導套之間采用間隙配合， 通常采用二級精度公差。為了保證導向的穩(wěn)定性，導柱和導套壓入上下模座的長 度要大于導

18、柱直徑的1.52倍，為了保證導向的可靠性，導柱和導套在運動過程 中始終不應(yīng)脫開，也就是滑塊即使運動到上止點，導柱和導套也不脫開，一般選 4導柱。3.3.2頂出裝置的設(shè)計頂出裝置設(shè)計原則如下;1）頂桿的工作部分略帶五度的錐度，可延長使用壽命2）頂端直徑的按計算，下端為了能承受較大的單位擠壓力，采用錐形結(jié)構(gòu)，增 大支撐面的面積，d，取含碳量小于0.15%或尺寸較小的擠壓件取較小值，含碳 量大于0.2%或尺寸較大的擠壓件取較大值。3）頂桿的長度L越短越好，能將擠壓件頂出凹模的上平面即可；裝配后， 頂桿的工作端面應(yīng)比凹模底面高出0.1mm左右。4）兼作擠壓凹模的頂桿，設(shè)計時必須與凹模一樣考慮；不作擠壓

19、凹模用的頂桿， 應(yīng)根據(jù)載荷的具體情況，以保證縱向穩(wěn)定的要求進行設(shè)計。頂桿須用工具剛制 造。3.3.3卸料裝置的設(shè)計選用的模架為彈壓卸料型，故卸料板厚度為10mm。3.3.4墊板、墊塊的設(shè)計根據(jù) GB 2872.2-81 所給的國家標準和凸模、凹模以及頂出器的尺寸。3.3.5,模具的固定及相關(guān)配合上底板與凸模固定圈用圓柱銷及螺釘連接；卸料板和壓板采用螺釘連接；壓 板與下模座采用圓柱銷連接；凹模預(yù)應(yīng)力圈與墊塊采用螺釘連接；墊塊與下墊板 用銷釘連接；下模座和下底板用銷釘連接；下模座與彎月形板及墊塊用調(diào)整螺釘 連接；用4塊彎月形板將凹模外圈加緊，再用壓板將凹模內(nèi)，中，外圈壓緊；凸 模由凸模固定圈，錐形

20、緊圈，緊固圈固定。螺釘與下底板屬于過盈配合；頂桿與下模座屬于間隙配合；導柱導套屬于間 隙配合；導柱與下底板屬于過盈配合；下模座與下底板需留有定位臺階，屬于間 隙配合。3.3.6模具材料的選擇目前，模具材料可以在低合金工具鋼，高碳高銘合金工具鋼，高速鋼，硬質(zhì) 合金等較為廣泛的范圍內(nèi)選用。因此，按照冷擠壓工藝特性的要求，合理選用模 具料，制定正確的熱處理工藝，是保證獲得具有較長使用壽命及經(jīng)濟合理性的重 要環(huán)節(jié)。為了合理選用模具材料，首先應(yīng)對模具在擠壓過程中的工作情況及所要 求的性能進行分析。一、模具在擠壓過程中承受的應(yīng)力承受大的擠壓力。因偏心負荷而引起的彎曲應(yīng)力：因毛坯兩端不平，毛坯與凹模間隙大，

21、模 具加工及裝配的同軸度偏差過大等原因，都會引起凸模承受較大的偏心彎曲應(yīng)力， 而導致模具早期折斷。連續(xù)作用的沖擊力：機械式的冷擠壓機，實際上是以連續(xù)的沖擊式施加負 荷于模具上。近年來，雖然廣泛采用了液壓緩沖裝置，但仍不可能完全消除這種 沖擊負荷模具表面磨損：模腔內(nèi)的金屬在強大外力作用下，產(chǎn)生塑性流動時，會引 起模具表面的磨損。當模具表面存在貧碳、軟點、組織不均勻等缺陷時，會加速 模具的磨損產(chǎn)生模具表面早期破壞。模具溫度升高而加速模具的磨損：由于金屬的變形與摩擦原因而產(chǎn)生的熱， 在連續(xù)生產(chǎn)過程中，會使模具的溫度逐步上升：可能達到200C甚至更高，對于一些模具材料，會產(chǎn)生回火作用，而降低模具的性能

22、。二、冷擠壓工藝對模具材料的要求綜合前述的冷擠壓模具在工作過程中所承受的負荷情況，模具材料應(yīng)能滿 足以下幾方面的基本要求。具有高的強韌性：模具在擠壓過程中要同時承受極大地擠壓力、彎曲應(yīng)力、 沖擊等復雜的負荷。故要求所選用的材料，經(jīng)過熱處理后，應(yīng)具有高的強韌性。 因此，模具材料應(yīng)有良好的淬透性（保證模具能淬透）及均勻的組織。大塊碳化 物及嚴重的偏折，纖維方向性和非金屬夾雜等內(nèi)部缺陷，都會使模具的強韌性降 低，或在受負荷時引起應(yīng)力集中，造成模具早期破壞。足夠的熱穩(wěn)定性：當連續(xù)生產(chǎn)時，模具的溫升有時達到或超過200C，這 對用160180C作回火溫度的模具材料，會使強度、硬度下降，故用于溫升較 高的

23、模具材料，應(yīng)具備良好的抗回火穩(wěn)定性。良好的耐磨性。模具應(yīng)有高的耐磨性，才能保證正常的使用壽命，生產(chǎn) 出大批量合格的擠壓件。一般來說，鋼的硬度與耐磨性在一定條件下是成正比的。 故要求模具材料不但要有足夠的淬透性，還要有高的淬硬性。但除了硬度外，決 定鋼的耐磨性的還有熱處理后基體組織的粗細，成分、過剩與口火析出碳化物多 少、大小、類型、分散度及紅硬性等。良好的工藝性：冷擠壓模具的制造周期長，工藝復雜，精度要求高。一般 均須經(jīng)過鍛造、切削加工、熱處理、磨削或其它精加工等。故只有工藝性比較良 好的材料，才能滿足生產(chǎn)上的需要。查參考文獻1、2得出下表格名稱材料熱處理硬度（HRC）凸凹模墊板T10A淬硬5862凸模壓套45/T8A淬硬4348、 5862頂出器T10A淬硬5862頂桿、墊板45淬硬4348壓板、卸料板45淬硬4348預(yù)應(yīng)力圈5CrNiMo淬硬4244導柱導套20表面滲碳、淬火5660螺釘、螺栓35、45淬硬彈