反擠壓模具課程設(shè)計(jì)說明書

中北大學(xué)2023中北大學(xué)2023年課程設(shè)計(jì)說明書22頁22頁第頁21.冷擠壓的定義及特點(diǎn)1. 1 冷擠壓的定義冷擠壓加工是靠模具來把握金屬流淌，靠金屬體積的大量轉(zhuǎn)移來成形零件的。2. 冷擠壓的優(yōu)點(diǎn)及技術(shù)難點(diǎn)目前，冷擠壓技術(shù)已在緊固件、機(jī)械、儀表、電器、輕工、宇航、船舶、噸位壓力機(jī)的消滅便拓展了其進(jìn)展空間。日本80年月自稱，其轎車生產(chǎn)中以鍛造工藝方法生產(chǎn)的零件，有30%～40%如下優(yōu)點(diǎn)：1〕節(jié)約原材料。冷擠壓是利用金屬的塑性變形來制成所需外形的零件，因而能大量削減切削加工，提高材料利用率。冷擠壓的材料利用率一般可到達(dá)80%以上。幾倍、幾十倍、甚至上百倍。制件可以獲得抱負(fù)的外表粗糙度和尺寸精度。零件的精度可達(dá)IT7～I(xiàn)T8R0.2～R0.6工，只需在要求特別高之處進(jìn)展精磨。提高零件的力學(xué)性能。冷擠壓后金屬的冷加工硬化，以及在零件內(nèi)部形用冷擠壓工藝后就可用強(qiáng)度較低的鋼材替用。齒及外表看不見的內(nèi)槽等。降低零件本錢。由于冷擠壓工藝具有節(jié)約原材料、提高生產(chǎn)率、削減零低[3]。冷擠壓技術(shù)在應(yīng)用中存在的難點(diǎn)主要有：對模具要求高。冷擠壓時(shí)毛坯在模具中受三向壓應(yīng)力而使變形抗力顯著增2023MPa～2500MPa38mm,5.6mm100mm的低碳鋼杯形件為例，承受拉延方法加工時(shí)，最大變形力僅為17t，而承受冷擠壓方132t，這時(shí)作用在冷擠壓凸模上的單位壓力達(dá)2300MPa以上。模具除需要具有高強(qiáng)度外，還需有足夠的沖擊韌性和耐磨性。此外，金屬毛坯在模具中猛烈的塑性變形，會使模具溫度上升至250℃～300模。幾千噸的壓力機(jī)。5～10萬件。積，而且難以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化。不宜用于高強(qiáng)度材料加工。件變形和耐腐蝕性的降低〔產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕〕[4]。3 冷擠壓的進(jìn)展趨勢1〕隨著能源危機(jī)的日趨嚴(yán)峻，人們對環(huán)境質(zhì)量將更加關(guān)注，加之市場競爭成形等工藝手段所生產(chǎn)的精化鍛件的產(chǎn)量，在市場競爭中將得到較大的進(jìn)展。2〕汽車向輕型化、高速度、平穩(wěn)性方向進(jìn)展，對鍛件的尺寸精度、重量精進(jìn)精化生產(chǎn)工藝的進(jìn)展。1991－1994年全員勞動(dòng)生產(chǎn)率，即每人生產(chǎn)擠壓件的產(chǎn)量及產(chǎn)值，均高于一般生產(chǎn)模鍛件或者自由鍛件的廠家。以199451024KG，創(chuàng)產(chǎn)值775688法郎。而同期一39344KG592384法郎，僅相當(dāng)77.1%76.37%。自由鍛件生產(chǎn)廠與之相比則更低。4)擠壓專機(jī)將成為一種進(jìn)展趨勢。隨著中小型鍛件的精化生產(chǎn)進(jìn)展及冷擠計(jì)制造的專時(shí)機(jī)得到大力進(jìn)展[7]材料分析材料化學(xué)成分及機(jī)械性能材料牌號： 2A122A12LY12024AMS-QQ-A-250/4〔非包鋁AMS-QQ-A-250/5〔包鋁Al-Cu-Mg系主要成分為：各化學(xué)成分的含量元素〔%〕硅〔Si〕0.5錳〔Mn〕0.0～0.9鐵〔Fe〕0.5銅〔Cu〕3.80～4.90鎂(Mg)1.2～1.8鋅〔Zn〕0.25鈦〔Ti〕0.15中北大學(xué)2023中北大學(xué)2023年課程設(shè)計(jì)說明書共22頁共22頁第頁7鎳〔鎳〔Ni〕0.10鉻0.10其他0.15鋁其余材料的力學(xué)性能分析2A12熱處理狀態(tài)熱處理狀態(tài)抗拉強(qiáng)度極限淬火+自然失效440-470MPa延長率8-12%HBW110-120毛坯尺寸確實(shí)定[11]計(jì)算冷擠壓坯料的種類、尺寸和公差是格外重要的[9]。對稱多角類零件可以選用圓柱形坯料。坯料制備方法最為廣泛的方法。本例通過截切下料，與其他方法相比可以節(jié)約原料。坯料的軟化處理、外表處理及潤滑[11]坯料的軟化處理得到良好的顯微組織，消退內(nèi)應(yīng)力。對于硬鋁來說，2A12外表硬度為105，軟化處理后的硬度在65-73之間。圖一2．5.2坯料的外表處理硬鋁坯料2A12塑性差，在擠壓過程中為避開產(chǎn)生裂紋，應(yīng)使硬鋁坯料外表大量的潤滑劑，所以在擠壓時(shí)可取得較好的潤滑效果。兩種外表方案：方案一：氧化處理 如下：1〕汽油清洗以去除油污2)熱水清洗(60～100°C)3)流淌冷水清洗4)酸洗(工業(yè)硝酸400～800g/L,2min)冷水清洗2次氧化處理(工業(yè)氫氧化鈉NaOH40～60g/L,溫讀50～70°C,時(shí)間1～4min,以外表成均勻細(xì)致的多孔灰黑色結(jié)晶膜為宜)。流淌冷水清洗因此盡量不要承受。方案二：磷化處理 配方為：〔潤滑劑〕0.5g，水1L。處理溫度55～60°C,處理時(shí)間2～3min1〕汽油清洗，以去除油污。2)熱水清洗(60～100°C)冷水清洗〔兩次。鈍化。冷水洗?？菰?。鈍化液配方為：鉻酐200～250g/L,硫酸8～16g/L,硝酸30～50g/L。處理溫度為20°C,時(shí)間5～10s。處理。5.3兩種潤滑方案：Ra0.8um以下。經(jīng)比較，方案二皂化處理的效果好于工業(yè)菜油處理，耐壓力氣強(qiáng)。成形工藝方案的制定壓成形實(shí)現(xiàn)的1；圖二工步圖下料 2.反擠壓方案一：第一步：下料；其次步：反擠壓；LY12是變形鋁合金，并且壓鑄性能不好。擇的方案。成形工序擠壓力的計(jì)算變形程度的計(jì)算斷面減縮率ε= (F0-F1)/F0*100﹪[9]FO——毛胚截面積； F1——工件變形后的截面積；ε=d12/d02=10.12/122=70.84%反擠壓變形許用變形程度，=18/12.8=1.41<3-6〔有色金屬一次反擠壓相對孔深極限〕=2>S2=1.35據(jù)上計(jì)算可以通過一次反擠壓成形。圖算法冷擠壓力的計(jì)算由斷面減縮率=70.84% H0/S=10.5/1.35>4 以及l(fā)y12為AL---CU---Mg依據(jù)有色金屬反擠壓時(shí)單位擠壓力圖表查表得：反擠壓杯形件的單位擠壓力P=1230MPat由h0/d0=10.5/12=0.875\4-24Kh=0.99取凸模底部錐角為180度〔零件圖要求底部平坦〕4-23P=KaKhPtP=0.99*1.06*1230=1290.8MPa [9]P——單位擠壓力；——擠壓材料變形抗力；d0——毛胚直徑； d1——擠壓后的直徑；h0——毛胚高度； 工作帶的高度；μ=摩擦系數(shù) μ=0.1的時(shí)候有潤滑總擠壓力

π*10.12*1290.8/4=103KN擠壓力閱歷公式的校正反擠壓杯形件的單位擠壓力P=

2/(d

2-d

2)+(1+3μ)(1+d

2/(d

2-d

2)〕 [9]1

0 0

0 0 1——擠壓材料變形抗力；d0——毛胚直徑； 擠壓后的直徑；代入數(shù)值得P=1180N故校核后承受圖算法所算得得力大些，所以結(jié)果選用圖算法的結(jié)果20232023年課程設(shè)計(jì)說明書22頁22頁第頁10壓力機(jī)的選擇〔擠壓設(shè)備的選擇〕[]寸及精度要求來選擇擠壓設(shè)備的類型。時(shí)，應(yīng)充分留意到其精度和剛度。擠壓全過程的變形力應(yīng)低于壓力機(jī)的許用壓力。所選的壓力機(jī)裝模高度應(yīng)與模具閉合高度相適應(yīng)。板固定，壓力機(jī)有無氣墊等彈頂裝置，工作臺孔大小是否適于出料等等。保證本模具的順當(dāng)工作。

=103KN，總JA21—25標(biāo)稱壓力250KN滑塊行程130mm最大閉合高度250mm閉合高度調(diào)整量70mm工作臺尺寸560×360mm墊板尺寸50×20125KN103KN工件做的功。模具設(shè)計(jì)5.1 擠壓模具設(shè)計(jì)的根本要求擠壓模具設(shè)計(jì)的根本要求，應(yīng)滿足以下條件：凹模工作局部應(yīng)有足夠高的強(qiáng)度和較長的使用壽命；凹模工作局部能夠簡潔牢靠的固定在模架上；極易損壞局部拆卸便利；擠壓的工件可以便利的取出；制造簡潔，本錢費(fèi)用低；保證操作人員的安全。1. 1 模具設(shè)計(jì)時(shí)需考慮的安全措施身安全和設(shè)備安全。模具構(gòu)造安全措施的一些根本要求如下：模具的構(gòu)造不應(yīng)使操作者有擔(dān)憂全感。在操作時(shí)，嚴(yán)禁向模具內(nèi)伸手。模具構(gòu)造應(yīng)以操作時(shí)不必將操作者身體的一局部進(jìn)入危急區(qū)為原則。要大一些。大的鋼性卸料板的模具，應(yīng)增加緊固螺釘。5 1. 2 擠壓模具的整體設(shè)計(jì)[10]5.2 凸、凹模的設(shè)計(jì)5.2.1 2；依據(jù)零件需要反擠壓的內(nèi)徑來確定凸模工作帶的尺寸，另杯形件底部要求是平6-2表有色金屬局部依據(jù)閱歷公式：h=0.5-1.5h=1mm取0.90定位直徑d2=〔1.1-1.3〕d1=12.4 取1.2h2=〔0.55-0.65〕d1=6.10.6支撐局部直徑d3=〔1.2-1.5〕d1=14.1取1.4支撐局部高度h3=〔0.5-1.0〕d3=10 支撐局部錐角B=5-15取10度支撐錐面與d2交接處R1 1.0d2 d與d2交接處R2 2.0d R2=20.2d與d1交接處R3 1.5d1 R3=15.2圖三凸模5.2.2 凹模的設(shè)計(jì)和尺寸中北大學(xué)2023年課程設(shè)計(jì)說明書凹模的設(shè)計(jì)主要包括凹模型腔的設(shè)計(jì)和預(yù)應(yīng)力圈的設(shè)計(jì)。強(qiáng)度，還是擠壓件的頂出都不利，使用極少，反而組合凹模用的比較普遍?！舶ㄍ馓自趦?nèi)的整個(gè)組合凹模外形尺寸〕〔即整體式〕凹模的強(qiáng)度大得多；構(gòu)造3mm，0.2mmRa0.2[9]。體式、二層式或三層式凹模。依據(jù)下表來確定預(yù)應(yīng)力圈的層數(shù)：表1 一般工具鋼制成的組合凹模的選擇[11]單位擠壓力≤1100

/MPa 凹模型式 簡圖整體凹模1100＜p≤16001600＜p≤2500

二層組合凹模三層組合凹模依據(jù)前面計(jì)算的P=1290.8MPa>1100MPa可知應(yīng)當(dāng)用兩層組合凹模2〕兩層組合凹模兩層組合凹模構(gòu)造見資料【41。[9]d1—凹模內(nèi)徑〔按擠壓件最大外徑〔mm；d3〔4～6〕d1；〔錐度可向上，亦可向下；C2=δ2d2—d2處軸向壓合量；u2=β2d2—d2處徑向過盈量；3)兩層組合凹模各圈直徑確實(shí)定d1d1=12.8mmd3=〔4-6〕d1=〔4-6〕12.8mm=51.2-76.8mmd3=64mm故總直徑比a3=d3/d1=64/12.8=5兩層組合凹模各圈直徑，查資料得：第12 頁共22頁中北大學(xué)2023中北大學(xué)2023年課程設(shè)計(jì)說明書共22頁共22頁第頁20d22d2=2*12.8=25.6mm取d2=30mma2=d2/d1=2.344〕徑向過盈量與軸向壓合量確實(shí)定在確定了各圈直徑后，便可確定d2處的徑向過盈量〔雙面〕△d2與軸向壓合c26-31β2=0.00686-32δ2=0.17則△d2=β2d2=0.0086*30mm=0.258mm2C2=δ2d2

=0.17*30mm=5.1mm式中d2 內(nèi)層凹模外徑4〕素對外形的影響。預(yù)應(yīng)力圈的尺寸是依據(jù)公式計(jì)算得到的。依據(jù)教材圖6-17例以及以及表6—3所示閱歷公式可計(jì)算出各局部尺寸H2=h0+h+r+〔2-4〕=10.5+1+2.5+3=17mmr=2-32.5凹模型腔內(nèi)徑D=12.8 D=2D2凹?？偢叨菻=17+12.8=29.8R=0.5-21mm圖四內(nèi)凹模凹模承受兩層預(yù)應(yīng)力圈的設(shè)計(jì)，可以提高凹模擔(dān)當(dāng)強(qiáng)度的力氣，凹模橫截面積的尺寸，假設(shè)是杯形的，凹模的內(nèi)腔尺寸越摩越大，故可以按零外形而定,過渡局部用圓角。5. 3凸、凹模固定圈的設(shè)計(jì)5.3.1凸模固定板凸模固定圈的設(shè)計(jì)如圖五圖五 凸模固定板5．3．2 凹模固定板凹模固定板設(shè)計(jì)如圖六圖六凹模固定板5.4擠壓時(shí)，模具型腔中單位冷寂壓力很高，如凸?；虬寄Ｋ鶄鬟f的軸向壓力直接作用在上下模板上有可能造成模板壓塌，因此必需在模板與凸凹模之間設(shè)置淬硬的壓力墊板，有時(shí)簡稱墊板，以起減緩軸向壓力的作用，降低應(yīng)力密為防止墊塊彈性變形和塑性變形，必需選用優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼T8A、T10A,熱處56-60hrc擠壓時(shí)凸?；虬寄Ｗ饔糜趬|板外表積上的單位擠壓力應(yīng)均勻分布在凸?；騎10A頂出裝置的設(shè)計(jì)頂出裝置設(shè)計(jì)原則如下；頂桿的工作局部略帶五度的錐度，可延長使用壽命；頂端直徑的d按d2 d22計(jì)算，下端為了能承受較大的單位擠壓力，1 1承受錐形構(gòu)造，增大支撐面的面積，取d =〔2～3〕d，含炭量小于0.15﹪或尺2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。0.1mm兼作擠壓凹模的頂桿，設(shè)計(jì)時(shí)必需與凹模一樣考慮；不作擠壓凹模用具剛制造。圖七頂料桿5. 6 卸料板的設(shè)置將擠壓件卸下，將擠壓件從凸模上卸下來的裝置稱為卸件裝置。在本例中，需要設(shè)計(jì)卸料裝置，材料選45鋼，淬火硬度為40～45HRC，

7-9有色金屬反擠壓導(dǎo)柱模架設(shè)計(jì)卸料板如以以下圖：5.7導(dǎo)向裝置的設(shè)計(jì)〔導(dǎo)柱導(dǎo)套的設(shè)計(jì)〕

圖八卸料板在擠壓壁厚較大的零件時(shí)，可以降低要求?；瑝K的底平面。1.5～2.02～4倍。5．8模架的設(shè)計(jì)

圖九導(dǎo)柱導(dǎo)套冷擠壓工藝可以在油壓機(jī)，沖床，摩擦壓力機(jī)上進(jìn)展，也可以在專用多擠壓機(jī)的要求外，還應(yīng)滿足下述幾點(diǎn)：⑴承壓局部應(yīng)具有很好的剛度及強(qiáng)度，使模架精度穩(wěn)定。⑵工作局部能簡便而牢靠地固定在模架上，便于更換。⑶毛坯和工件進(jìn)出要便利，便于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化。⑷易損局部零件尺寸應(yīng)統(tǒng)一，便于制造和檢驗(yàn)。⑸保證操作人員安全[7]6模具材料的選擇目前，模具材料可以在低合金工具鋼，高碳高鉻合金工具鋼，高速鋼，硬質(zhì)合能進(jìn)展分析。一、模具在擠壓過程中承受的應(yīng)力承受大的擠壓力：金屬在冷擠壓時(shí)的變形抗力是很大的，如擠壓低碳鋼〔σ=40〔兆帕〕反擠壓的單位擠壓力可達(dá)2023～3000〔兆帕理不當(dāng)時(shí)，其單位擠壓力甚至高達(dá)3000～3500〔兆帕，這個(gè)數(shù)值已超過了一般模具鋼的彈性極限，有可能使模具在擠壓過程中產(chǎn)生微量的塑性變形，而使擠壓件尺寸精度較差，嚴(yán)峻時(shí)將發(fā)生模具的破損。因偏心負(fù)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，模具導(dǎo)致模具早期折斷。連續(xù)作用的沖擊力：機(jī)械式的冷擠壓機(jī)，實(shí)際上是以連續(xù)的沖擊式施加負(fù)荷于模具上。近年來，雖然廣泛承受了液壓緩沖裝置，但仍不行能完全消退這種沖擊集中而過早脆裂。模具外表磨損：模腔內(nèi)的金屬在強(qiáng)大外力作用下，產(chǎn)生塑性流淌時(shí)，會引起的磨損產(chǎn)生模具外表早期破壞。模具溫度上升而加速模具的磨損：由于金屬的變形與摩擦緣由而產(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：可能到達(dá)200℃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[9]二、冷擠壓工藝對模具材料的要求下幾方面的根本要求。具有高的強(qiáng)韌性：模具在擠壓過程中要同時(shí)承受極大地?cái)D壓力、彎曲應(yīng)力、沖模具材料應(yīng)有良好的淬透性〔保證模具能淬透〕及均勻的組織。大塊的碳化物及嚴(yán)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(qiáng)韌性降低，或在受負(fù)荷時(shí)引起應(yīng)力集中，造成模具早期破壞。足夠的熱穩(wěn)定性：當(dāng)連續(xù)生產(chǎn)時(shí)，模具的溫升有時(shí)到達(dá)或超過200℃，這對用材料，應(yīng)具備良好的抗回火穩(wěn)定性。量合格的擠壓件。一般來說，鋼的硬度與耐磨性在確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，打算鋼