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1、河南科技大学毕业设计（论文）铜合金压气缸的热挤压工艺及模具设计摘 要铜合金压气缸的生产方法常见的有管料的切削加工，离心铸造后切削加工，热挤压法。热挤压法生产材料利用率最高，生产效率最高，产品质量最高。本文分析热挤压工艺及模具设计。热挤压工艺分析综述：铜合金的热挤压温度根据经验可以定为730。压气缸的毛坯件属于杯形件的一种，因此采用的是反挤压。若采用一次挤压成形则所需挤压力和变形程度太大。因此采用两次反挤压，第一次将棒料挤压成为杯形件，切削加工成空心圆柱形。再经过第二次反挤压将内孔扩大，外径不变。经过两次反挤压得到挤压件成形毛坯。模具设计分析综述：两序挤压则需要两套挤压模具。两套模具采用通用凹模
2、，结构简单。第一套模具凸模采用一般的反挤压凸模结构。第二套模具需要有模芯结构，模芯可以是固定式的也可以是活动式的。本次设计将模芯设计为固定式的即凸模和模芯一体式的。设计成整体式的好处是结构简单，生产效率高。与此同时，顶件器只需设计成中空的即可，当凸模压下时，模芯正好进入顶件器的内腔中。关键词：反挤压，压气缸，模具设计，模芯Copper Alloy Cylinder Pressure of Hot Extrusion Technology and Die DesignABSTRACTCopper alloy pressure cylinder production methods common
3、pipe material cutting processing, machining after centrifugal casting, hot extrusion method. Hot extrusion method is the highest utilization rate of materials, the highest production efficiency,and the highest quality of product . In this paper, hot extrusion technology and die design is analysed.Ho
4、t extrusion technology analysis were reviewed: Copper alloy can be classified as 730 hot extrusion temperature according to the experience. Pressure cylinder of a blank parts belong to the cup, so the backward extrusion is used. If using an extrusion forming ,the needed extrusion and deformation deg
5、ree is too large. so the backward extrusion shoud be used twice.The first extrusion will make the bar become the cup, and then, make the cup become the hollow cylindrical by machining. After second backward extrusion will enlarge the inner hole, and the outside diameter is constant.After twice backw
6、ard extrusion,we can get the bloom.Mold design analysis were reviewed: The two order squeezing requires two sets of extrusion dies Two sets of mould adopt general concave die. The first set of mould punch adopts general backward extrusion punch die structure. A second set of mould need a mold core s
7、tructure, mold core can be stationary or activities. This design will design for fixed the punch mold core and mold core one-piece. Design into integral advantage is simple structure, high production efficiency at the same time, top pieces simply designed to be hollow, when the convex mold, mold cor
8、e right into the lumen of top pieces.KEY WORDS: backward extrusion, cylinder pressure, mold design, mold core目 录前 言1第一章 热挤压技术的介绍21.1 热挤压工艺的实质21.2 热挤压工艺的特点21.3 热挤压工艺的主要过程：3第二章 工艺分析及制定42.1 产品零件分析42.2 挤压件图制定42.3 工艺方案分析52.4 毛坯形状及尺寸选择6第三章 坯料的处理83.1 坯料加热方法83.2 加热温度83.3坯料润滑9第四章 变形量和挤压力114.1 影响挤压力主要因素114.2
9、变形程度124.3 挤压力124.4 热挤压设备选用原则134.5 热挤压设备选用14第五章 模具结构设计155.1 挤压模具设计的基本要求155.2 反挤压凸模的设计165.3热反挤压凹模的设计175.4热挤压凸模固定板的设计195.5 顶出装置的设计205.6模具结构原理215.7模具材料的选择22结 论25参 考 文 献26致 谢28 IV前 言压气缸户外断路器中的关键零件，要求“三高”即高的导电率、高的硬度和高的强度，以降低能耗和提高产品的可靠性。国内外均采用铬青铜QCr0.5材料制造。研究表明，QCr0.5是一种可热处理强化的铬青铜合金，其中合金元素Cr的含量 一般在0.5%左右，对
10、铜的导电率降低很少。在一定的温度范围内，QCr0.5具有良好的塑性，可通过锻造、挤压等变形工艺改善组织，提高性能。另外，经固溶时效后，其切削加工性能明显优于纯铜，因而成为高压开关零部件的首选材料。压气缸传统上采用外径130mm、内径l00mm的挤压管切削加工成型，材料利用率只有25%左右，同时内孔加工量大，效率低。还有一种方法是采用重力铸造或离心铸造厚壁管坯切削加工成型，这种厚壁铸管最大的缺点是内部质量差，存在气孔、夹杂等缺陷，机加工后缺陷暴露，废品率高20%-30%；成品材料利用率也低，通常在30%以下；另外机加工工作量大，热处理后的导电率、硬度及强度也普遍比较低。新工艺采用热挤压加工，能使
11、坯料尺寸精度大幅度提高，毛坯重量减轻45%以上，材料利用率可达70%以上，废品率降低到2%左右，产品的导电率、硬度及强度等零件材料为铬青铜QCr0.5，常温下QCr0.5棒料强度高、变形抗力大、塑性较差，具有加工硬化现象，难以进行大变形量的冷挤压成型加工。在生产过程中要先对其进行加热处理，即加热到730，使其软化，然后再进行挤压加工。第一章 热挤压技术的介绍1.1 热挤压工艺的实质热挤压就是将金属材料加热到热锻成型温度进行挤压，即挤压前将坯料加热到金属的再结晶温度以上的某个温度下进行的挤压。热挤压是挤压的一种，是最常见的体积成型方式之一。和冷挤压一样，根据金属的流动方向和凸模的运动方向可以将热
12、挤压分为正挤压，反挤压，复合挤压和径向挤压。正挤压就是挤压时金属流动方向和凸模运动方向相一致。正挤压又分为实心件正挤压和空心件正挤压两种。正挤压可以制造各种形状的实心件和空心件。反挤压时金属的流动方向与凸模的运动方向相反。反挤压是将圆形毛坯挤压成筒形零件。复合挤压是指是挤压时，金属的流动方向朝朝凸模的运动向和相反方向同时运动。复合挤压可产生两端直径不同的筒形零件，也可生产双杯类零件，如汽车的活塞销，也可制造杯形零件等。1.2 热挤压工艺的特点热挤压与冷挤压相比，具有如下优点：热挤压时金属的塑性好，降低了变形抗力，使总的挤压力大大下降。加热后金属材料塑性较好，使得原来冷挤压时变形困难的材料，在热
13、挤压时变得比较容易。单位变形抗力的降低，使热挤压能够成型断面形状复杂或尺寸较大的零件。挤压力的降低也可以减小设备的吨位，降低模具的单位负荷。同时，每道变形工步的需用变形程度也比冷挤压时大得多，也可以通过增加每道工步的变形量来减少变形工步数。热挤压时可以连续成形，有利于提高生产效率。通常情况下，一次加热后热挤压的数道成形工步可以连续完成，不需要冷挤压使得中间退火软化工序和表面清理工序，有利于组织生产和提高生产效率。由于连续生产，可以使各道工步的模具初始精度匹配较好，工件的尺寸稳定性较高。与冷挤压工艺相比存在以下不足：由于热挤压在较高温度下成形，对模具材料的耐热性提出了较高的要求。在热挤压时，模具
14、的温度会影响其强度和表面硬度，必须对热挤压模具进行充分冷却。在设计时应考虑模具的冷却系统。同时必须选合适的模具材料，提高材料的热硬性和热耐疲劳性能。热挤压件的表面质量不佳，尺寸精度较低。由于坯料在加热时出现的氧化脱碳，使得积压件表面粗糙度值增加，尺寸精度也较冷挤压件低得多。经热挤压后的工件，一般需经过切削加工才能复合机器零件的质量要求。热挤压后，工件必须进行热处理。为了改善热挤压件的切削加工性能，调整硬度及为零件的最终热处理做组织准备，热挤压后必须对工件进行退火或正火等热处理。1.3 热挤压工艺的主要过程：坯料制备 坯料加热 挤压成形 后续工序 积压件热处理 表面热处理 精加工第二章 工艺分析
15、及制定2.1 产品零件分析本设计的产品为筒形零件，其产品零件示意图如图2-1所示。图2-1 压气缸压气缸(见图2-1)传统上采用外径130mm、内径l00mm的挤压管切削加工成型，材料利用率只有25%左右，同时内孔加工量大，效率低。新工艺采用热挤压加工，能使坯料尺寸精度大幅度提高，毛坯重量减轻45%以上，材料利用率可达70%以上，废品率降低到2%左右，产品的导电率、硬度及强度等零件材料为铬青铜QCr0.5，常温下QCr0.5棒料强度高、变形抗力大、塑性较差，具有加工硬化现象，难以进行大变形量的冷挤压成型加工。在生产过程中要先对其进行加热处理，即加热到730进行挤压加工。2.2 挤压件图制定热挤压工艺设计是整个热挤压设计工作的第一步，设计是否合理直接影响到制件质量、生产效率、模具寿命和生产成本等。根据压气缸的图纸要求，考虑到QCr0.5在730会产生氧化皮和机加工应预留的余量，挤压件在其原零件的基础上内外圈各加3mm和4mm的单边余量，端部加5mm的余量，得到第2次挤压后的毛坯(如图2-2所示)，体积V21120123mm3 。 得到挤压件图如下所示。 图2-2 挤压件图2.3 工艺方案分析工
