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1、山东科技大学泰山科技学院毕业设计摘要本文通过对一个实际的零件隔环密封装置的冲压工艺设计和模具设计，说明了常用机械结构设计的一般方法和步骤，并给出了一些在设计过程中所遇到的问题和参加实际设计的感受。说明了在设计过程中应该树立的态度和作风，设计所要达到的目的和需要培养的能力，给出了一般论文的格式和写作方法。关键词：装配图、冷挤压、冲压模具、工艺计算、结构设计、隔环2目 录1前言11.1挤压的概念、种类、特性及运用领域11.1.1挤压的概念:11.1.2挤压的方法11.1.3挤压的种类11.1.4冷挤压加工的特性及使用领域21.2挤压技术的历史与发展31.3我国挤压技术的发展情况42冷挤压工件的工艺
2、分析62.1材料性能62.2零件挤压的工艺分析62.2.1零件的尺寸和公差62.3工艺方案的确定72.3.1相对变性程度的计算73主要的工艺参数计算及工序的确定93.1坯料原始尺寸及重量确定93.2制备毛坯103.2.1毛坯下料113.3 表面润滑处理113.4挤压力的计算123.4.1用图算法进行挤压力的计算123.5选用冷挤压设备133.5.1设备所要满足的冷挤压要求133.5.2确定压力机的类型及型号133.5.3做功校核134 压模具的设计154.1正挤压模工作部分的设计164.1.1正挤压凸模的设计154.2导向装置的设计224.3压力垫板的设计244.4模架的选用244.5冷挤压模
3、具材料的选定255冲压的工艺分析及模具设计285.1工艺分析和工艺方案的确定285.2毛皮材料的规格和形状315.3模具工作部分尺寸和公差计算295.4冲裁力的计算305.5冲裁凹模的设计计算315.5.1凹模孔口形式的选择315.5.2凹模的主要技术要求325.6固定板的设计计算335.7卸料板的设计计算335.8.1凸模的类别345.8.2凸模结构设计385.8.3凸模材料365.9垫板的设计365.10模具其他零件的结构尺寸365.10.1选取模架365.10.2导柱导套的参数选择375.11压力机的选择395.11.1压力机的参数395.12模柄的选择40结 论42参考文献43致 谢4
4、4I1前言1.1挤压的概念、种类、特性及运用领域1.1.1挤压的概念:挤压是指坯料在三向不均匀压应力作用下，从模具的孔口或缝隙挤出使之横截面积减小长度增加，成为所需制品的加工方法。挤压变形的特征是由大截面向小截面的变形。1.1.2挤压的方法 正挤压 坯料从模孔中流出部分的运动方向与凸模运动方向相同的挤压方法。 反挤压 坯料的一部分沿着凸与凹模之间的间隙流出，其流动方向与凸模运动方向相反的挤压方法。 复合挤压 同时兼有正挤、反挤时金属流动特征的挤压方法 减径挤压 它是一种变形程度较小的变态正挤压法,坯料断面仅作轻度减缩. 径向挤压 挤压时金属流动方向与凸模的运动方向垂直. 镦挤复合法 它是将局部
5、镦粗与挤压结合在一起的加工方法.1.1.3挤压的种类按照挤压坯料的温度分类：1冷挤压 在室温下进行的挤压方法 2温挤压 将毛坯加热到再结晶温度以下的温度进行挤压，便称为 温挤压。3热挤压 金属加热到再结晶温度以上进行的挤压方法。严格的说,冷挤压和温挤压皆属冷压力加工范畴,是指在金属再结晶温度 以下进行的挤压变形。1.1.4冷挤压加工的特性及使用领域挤压加工有许多的特点，主要表现在挤压变形过程的应力应变状态、金属流动行为、产品的综合质量、生产的灵活性与多样性、生产效率与成本等方面。.提高金属的变形能力 金属在挤压时处于强烈的三向压应力状态，可以充分发挥其塑性，获得大变形量。.制品综合质量高 挤压
6、变形可以改善金属材料的组织，提高其力学性能，特别是对于一些具有挤压效应的铝合金，起挤压制品在淬火时效后，纵向（挤压方向）力学性能远高于其他加工方法生产的同类产品。与轧制、锻造等加工方法相比，挤压制品的尺寸精度高、表面质量好。.节约原材料 挤压属于少、无切削加工，大大节约了原材料。.产品范围广 挤压加工不但可以生产断面形状简单的工件、管、棒、线材，而且还可以生产断面形状复杂的实心和空心件、型材、制品断面沿长度方向分阶段变化的和逐渐变化的变断面型材，其中许多断面形状的制品是采用其他塑性加工方法无法形成的。挤压制品的尺寸范围也非常广。.生产灵活性大、生产效率高 挤压加工具有很大的灵活性，只要更换模具
7、就可以在同一台设备上生产形状、尺寸规格和品种不同的产品,挤压操作简便，容易掌握，生产效率高，对工人技术等级要求较低。除了上述挤压共有的优点，冷挤压还具有以下几个特点：1够得到强度大、刚性好而质量轻的零件2零件精度等级高、表面粗糙度低3节约能源，工作环境得到较大改善。冷挤压虽有很多优点，但变形抗力大，限制了可生产零件的尺寸及难变形材料的成形。1.2挤压技术的历史与发展挤压技术的发展经历了漫长的历史过程.19世纪末,法、英、美、德等国开始用冷挤压法生产软质有色金属零部件.第一次世界大战期间.美国采用冷挤压法大批量生产黄铜弹壳,并企图用冷挤压法生产钢制弹壳,但未获成功,原因是当时还不可能用工具钢作为
8、模具材料,也没有找到良好的表面处理方法和润滑剂.第一次世界大战后,德国人于1921年制造出冷挤压钢管专用的挤压机,经过近十年的研究及实验,直到1931年冷挤压钢管才在实验室里试制成功,但不能正式投入生产,其原因也是由于钢冷挤压时变形抗力过大,找不到用于生产的模具材料和表面润滑处理方法第二次世界大战前夕,德国对弹壳的需求量猛增,当时用黄铜材料制造弹壳,因原料来源不足,满足不了战争的需求.为了扩大弹壳的生产量,德国秘密试制用冷挤压法生产钢弹壳,但一直未获成功,直到1942年德国人找到了采用表面磷化、皂化处理法,并用合金工具钢作为模具材料,成功的用冷挤压方法生产大量的钢弹壳,当时在战场上引起了极大地
9、轰动与震撼。第二次世界大战一结束,美国查明了德国人关于钢冷挤压的一切资料,并聘用德国专家,继续深入的研究钢的冷挤压,大规模的开办了用冷挤压法生产钢制弹壳和弹体的军工厂.第二次世界大战以后冷挤压开始由军用转向民用化。从1949年开始,美、德等国在民用工业中采用冷挤压法加工各种钢制零件,并进一步开展了钢的冷挤压研究工作。日本于1957年引进第一台专用冷挤压力机,首先在钟表等精密仪器工业中采用冷挤压加工。由于这种加工方法经济效益显著,不久,便在大批量生产的汽车和电器等工业部门中得到广泛的运用,现已成为一种重要的加工手段,遍及于各个工业部门。1.3我国挤压技术的发展情况在我国,解放前的冷挤压技术是很落
10、后的。解放后随着我国工业生产及科学技术的蓬勃发展,冷挤压技术得到了迅猛的发展。并且冷加压技术在我国的工业化建设中起到了令人瞩目的成就。目前,我国已能对铝、锡、纯铜、无氧铜、黄铜、锡青铜、锌及其合金、纯铝、防锈铝、锻铝、硬铝、镍,可伐合金、泊莫合金、低碳钢、以及中碳钢等许多金属进行冷挤压,近几年还可以对轴承钢、高速钢进行一定变形量的冷挤压。综合来说我国的冷挤压技术的研究水平还是很高的,在冷挤压技术的推广过程中也曾达到非常发达的阶段,但由于我国工业制造业本身不是十分发达,冷挤压零件运用最广的汽车制造业不发达；缺乏专用的压力机；缺乏冷挤压专用钢种；国内冷挤压生产类企业分散,规模小,达不到规模经济。这
11、都影响了我国冷挤压技术的发展及广泛的推广与运用。由上可知冷挤压技术的前期发展是从软金属到硬金属,从手工到机械化,半连续化,连续化的过程，未来挤压将更多的向小断面超精密型材与大型型材的挤压,等温挤压,水封挤压,冷却模挤压,高速挤压,静液挤压,粉末挤压,半固体金属挤压,多坯料挤压,超导材料的挤压方向发展。2冷挤压工件的工艺分析2.1材料性能这种隔环零件一般是不需要热处理的，可以被直接使用，原因是它所使用的Q235钢属普通碳素结构钢。其含碳量在0.12%0.22%之间，韧性、焊接，塑性良好，有一定程度的强度，广泛用于齿轮、轴、螺钉、螺母等。2.2零件挤压的工艺分析2.2.1零件的尺寸和公差零件(高径
12、比)H/D=15/30=0.51.2用冲压设计资料的冷挤压相关部分查它的极限偏差，由288页表6-9可知：零件的外径极限偏+0.10。内径极限偏差+0.10+0.20。外径最大及最小尺寸： dmax=ex+D=0.10+30=30.10， dmin=ei+D=-0.10+30=29.90mm 。内径最大及最小尺寸：Dmax=ES+D=0.10+17=17.10mm ,Dmin=EI+D=-0.10+17=16.90mm。 图2.1 零件图2.2.2零件挤压成型的设计难处怎样保证下料准确怎样保证挤压模具的强度，和坯料良好的流动性、塑性怎样准确的计算出挤压力,降低对挤压成型设备的要求工艺流程尽量简
13、单化,减少生产费用。2.3工艺方案的确定2.3.1相对变性程度的计算为了确保挤压时不超出模具的许用“单位压力”,根据挤压单位压力与变形程度的关系,内径的一次成型范围必须受最小、最大许用变形程度的限制。Q235反挤压时，最大许用变形程度应满足75%。而我们根据零件图按反挤压筒形件实际计算得断面缩减率为：=d1d1/d0d0100%=1717/3030100%=32.1%如上式计算我们可以看出,这个零件的变形程度非常的小,远远小于许用变性程度，挤压时变形抗力很小,在加之Q235有一定的塑性，在润滑充分的情况下一次挤压成型是完全没有问题,模具承压强度肯定不会超过250Kg/,并且能够保证模具寿命在万
14、件以上。由于零件的变形程度非常小,零件结构也非常简单, 还可以通过一次挤压成型，所以可用的挤压方式和方法比较多。但在挤压过程中不应该只注意断面缩减率这一个方面,综合考虑安全、经济、金属的流动的性能、和零件的综合质量等诸方面问题,我们选定以正挤压方案作为本次零件挤压成型的方案。在此方案中用正挤压成型,因为正挤压的挤压力相对来说比反挤压小一些,这对设备的要求就会低一些。在挤压这个零件我们准备选用棒料作为原始坯料,当然如果有壁厚达到要求的钢管挤压起来势必会更加方便,但根据实际及我国现有的钢料的规格,符合零件壁厚的管材没有,所以还是选择棒料作为原始坯料。实心棒料在挤压成空心件或管材件时,一次挤压成型在
15、理论上是可行的,但在实际生产中及现有的模具制造技术及制造公差范围内是非常困难的,所以我们会选择在零件的中孔留下一层连皮,以防止在一次成型过程中上面的凸模与下面凸模直接接触而造成挤压力的陡然增大进而导致模具的破损及压力机的损坏，所以在此我们按杯型件挤压成型计算。先将其挤压成中间带连皮的杯型件，再冲去连皮。本着最大限度的实现经济利益,节约原材料及能源的原则。中心的连皮不能留的太厚,因为太厚就会造成这一部分金属的极大浪费,同时也会造成下一道工序即冲掉连皮时耗能过大。太薄在挤压成C 型的过程中会产生较大的变形力而会影响模具的寿命，所以综合考虑工艺可行性、安全性、经济性能的指标,我们选择中间连皮厚度为2mm。根据金属流动的特点,以及外界的条件影响和金属本身的惯性,在单作用立
