冷挤压模具设计及其成形过程可编辑

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1、冷挤压模具设计及其成形过程 目录目录1冷挤压模具设计及其成形过程3第一章 绪论31.1冷挤压成形技术发展概况41.2 选题依据和设计主要内容61.2.1毕业设计(论文)的内容61.2.2 毕业设计(论文)的要求6第二章冷挤压工艺设计72.1挤压工艺步骤72.2 工艺设计步骤92.2.1计算毛坯的体积92.2.2确定坯料尺寸102.2.3计算冷挤压变形程度112.2.4确定挤压件的基本数据132.2.5确定挤压次数132.2.6工序设计132.2.7工艺方案确定192.2.8各主要工序工作特点进一步分析21第三章压力设备选择243.1 各主要工序所需镦挤力243.2 主要设备选用25第四章 模具

2、设计264.1冷挤压模具设计要求274.2凸模设计依据284.3冷挤压组合凹模设计依据294.4凸模设计344.4.1镦平凸模设计344.4.2凹模设计364.5 预成形模具设计374.5.1预成形凸模设计384.5.2预成形凹模设计394.6 终成形模具设计414.6.1终成形凸模设计414.6.2终成形凹模设计424.7冷挤压模架设计434.7.1冷挤压模架设计的基本原则434.7.2模架的设计444.7.3其它零件设计46第五章挤压模具零件加工工艺的编制515.1 加工工艺编制原则515.2 加工工艺的编制51第六章 总结及课题展望546.1 本文工作总结546.2 课题展望55参考文献

3、56谢辞57附录一:英文科技文献翻译58英文翻译:63附录二 毕业设计任务书67 冷挤压模具设计及其成形过程 机械与电气工程学院机械设计制造及其自动化专业 06城建机械乔红娇指导老师 雷声 第一章 绪论 挤压就是零件金属毛坯放在挤压模腔中,在一定温度下,通过压力机上固定的凸模或凹模向毛坯施加压力,使金属毛坯产生塑性变形而制得零件的加工方法。挤压的加工原理是金属坯料处于三向压应力状态下变形时,能大大提高金属的塑性,允许金属有较大的变形。挤压变形的特征是由大截面向小截面的变形。挤压即可在专用挤压机上进行,也可在一般的机械压力机、液压机、摩擦压力机以及高速锤上进行。挤压加工有许多特点,主要表现在挤压

4、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、生产效率与工艺流程简单、设备投资较少等方面。而冷挤压除了前面列出的共性优点外,还有它自己独特的优点。如能够得到强度大、刚性好而质量轻的零件;零件的精度等级较高、表面粗糙度值较低;节约能源,工作环境得到较大改善。 挤压按照挤压坯料的温度分类一般可分为冷挤压、温挤压、热挤压三类,而其中冷挤压应用范围最广。冷挤压一般是指在回复温度以下的挤压,对于黑色金属常指在室温中对坯料进行的挤压。由于冷挤压具有很多优点,所以它已越来越多地用来大量生产软质金属、低碳钢、低合金钢零件。但是冷挤压的优点往往不能用简单的方法发挥出来,因为冷挤压是

5、金属在冷态下、强烈的三向压应力状态下变形的,变形抗力较大。因此它也有些自己的缺点。如模具易磨损,易破坏,因此要求模具材料好、对挤压设备要求较高、对所加工的原材料要求高;挤压前坯料处理复杂;工艺流程设计技术水准较高,研发过程周期长,投入大。 金属材料的冷、温、热变形通常是以金属成形过程中加工硬化、回复和再结晶状态来判定的。金属塑性变形后,材料处于加工硬化状态,称为冷变形;金属塑性变形后,材料具有再结晶组织,称为热变形;介于了冷变形与热变形之间,材料处于回复状态,称为问温变形。各种塑性变形的温度范围见图1.1。 图1.1 各种塑性变形的温度范围 挤压工艺正是在金属材料冷变形、温变形、热变形这三种状

6、态下进行,并按被挤压材料的温度分为了冷挤压、温挤压、热挤压三大类。 在此我们主要用到的是冷挤压加工。 冷挤压成形技术发展概况 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质弹壳,但未获得成功,原因是当时不能用工具钢作为模具材料,也没有找到良好的表面处理方法和润滑剂。 第一次世界大战以后,德国人于1921年制造出冷挤钢管压力机,经过进十年的研究及实验,知道1931年冷挤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

7、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,但是用黄铜材料制造弹壳,因原料来源不足,满足不了战争的需要。为了扩大弹壳的生产量,德国秘密试验用冷挤压法生产钢弹壳,但一直没有成功,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,成功地用冷挤压法大批量生产了钢弹壳,当时在战场上引起了极大的震动和惊诧。第二次世界大战一结束,美国查明了德国人关于钢的冷挤压的全部资料,并聘用德国专家,继续深入地研究钢的冷挤压,大规模地开办了用冷挤压法生产弹壳和弹体的军工厂。第二次世界大战以后冷挤压工艺的应用开始由军工向民用转化。从949年开始,美、德等国

8、在民用工业中采用冷挤压法加工各种钢质零件,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。由于这种加工方法的经济效益显著,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应用,现在已成为一种重要的加工手段,遍及于各个工业部门。 在我国,解放前的冷挤压技术是很落后的,当时只有极少数工厂用铅、锡等有色金属挤压牙膏管、线和管材等。解放后冷挤压技术得到了一定不敢程度的发展,20世纪50年代开始了铜及其合金的冷挤压,60年代开始了黑色金属的冷挤压,近年来随着我国工业生产和科学技术的蓬勃发展,冷挤压技术也得到了迅猛发展。这种先进的压

9、力加工工艺已在我国的工业建设中起着令人瞩目的作用。目前,我国已对铝、锡、银、纯铜、无氧铜、黄铜、锡青铜、锌及其合金、纯铝、防锈铝、锻铝、硬铝、可伐合金、泊莫合金、低碳钢以及中碳钢等多种金属进行冷挤压,甚至对轴承钢、高速钢等也可进行一定变形量的冷挤压。我国可以制造的冷挤压件及型材的品种也多种多样。在模具材料的使用方面,除了采用高速钢、高碳高铬钼钢、滚珠轴承钢、弹簧钢等以外,还采用不少新型模具钢、硬质合金以及钢结硬质合金等。在模具结构方面,采用近代的最优化设计方法以及计算机辅助设计,在保证强度、刚度、可靠性等要求的提下充分发挥了模具材料的潜力。在冷挤压技术的理论研究方面,国内不少高校和研究院所正在

10、采用有限元等计算方法、数值模拟冷挤压成形全过程,以及揭示冷挤压时的金属流动规律及应力应变规律,这些都会对冷挤压技术的发展这更大的推动作用。 综上所述,我国冷挤压技术的研究水平还是较高的,在冷压技术推广方面曾一度达到轰轰烈烈的局面,但发展速度较为缓慢。其主要原因有:作为作为冷挤压零件最广泛应用领域的汽车工业尚不发达,汽车零部件生产厂点多、批量小,达不到规模经济生产;缺少专用冷挤压力机,用通用压力机又满足不了冷挤工艺的特殊要求;缺少冷挤压专用钢种,虽有标准件拥抱过冷镦钢,但品种少,规格小,不能满足较大零件冷挤压的要求等。今年来,我国汽车工业、摩托车工业得到迅速发展,给冷挤压技术应用带来了新的机遇。

11、当代轿车某些关键部件,从设计开始就是立足于精密成形,从结构反方面很难用机加工方法来代替,这些关键零件的国产化,大大促进了精密锻造特别是冷挤压技术的发展。1.2 选题依据和设计主要内容1.2.1毕业设计(论文)的内容 螺钉是重要连接零件,要求结构强度高,宜采用冷精锻成形。杆部变截面,采用正挤压工步;头部采用先聚料后镦挤的方法。挤压变形力较大,模具设计时要保证模具有足够的强度。 1.2.2 毕业设计(论文)的要求1正确排工步,在满足工艺要求的前提下,采用最少的工步;2模具结构要合理;3掌握组合凹模优化设计方法;4手绘总装图1副和主要工作零件图;5使用三维造型软件, 画局部总装图; 第二章冷挤压工艺

12、设计 从坯料变为挤压件成品需要一系列工序。挤压工艺设计要确定一系列必要的工序,达到以最少的工序,最短的流程,使坯料逐步变形成要求的挤压件形状,经济合理地生产出符合质量要求的挤压件。典型的挤压工艺过程,由许多工序组合而成,其中包括下料、镦粗、校形(坯料准备工序),预成形工序和最终成形工序(正挤压、反挤压、复合挤压或镦挤相结合的组合工艺),以及中间的辅助工序(除油、酸洗、退火、润滑)和最后的机械加工工序。无论是制坯工序、中间工序还是成形工序都是冷挤压过程中的重要组成部分。 冷挤压适合加工软质且延展性好,硬度大致在100HBS一下的金属材料。冷挤压件的形状应保证金属在挤压方向的变形均匀,流速一致,同

13、时使单位挤压力较低,使模具寿命较高。最好的挤压件形状是轴对称的回转体。挤压件内、外型面应避免直角过渡,直径变化小的零件不应采用挤压工艺成形,用切削加工方法较为有利。挤压零件应尽量避免壁面上的环形槽和径向孔,避免挤压成形小直径的深孔。 冷挤压工艺设计是在确定挤压件形状、尺寸、精度和材料之后着手设计模具之前的一个阶段,在此之前要拟定制定的挤压加工工艺和有关的工艺顺序和数量,并研究如何具体实现符合要求的质量控制、经济性问题。 挤压工艺步骤 工艺设计时,从研究产品图进行工艺分析开始,首先根据变形前后材料体积不变法则及所设计的挤压件图形,计算出坯料体积,并由挤压件尺寸或中间工序尺寸,按照体积公式确定毛坯

14、尺寸,再按变形程度,挤压力大小和形状复杂程度,确定工序数目,然后进行工序设计,决定中间成形工序的成形预备形状和尺寸,并选定成形方法,安排加工工序。最后决定工艺方案,即选定材料和设备,编制工艺流程和构思模具结构,同时进行全面工艺评价和核算技术、经济指标。 挤压工艺设计程序可用以下一个工艺流程图来表示: 图2.1 工艺设计程序 在模具设计的过程中,还可能反过来对初始的工艺方案进行修正;在试验过程中进一步补充完善,并就实际作业条件,重新评价工艺设计。在挤压工艺方案设计中,需要做出下述的评价和估算:1、工艺性评价(1)挤压件形状复杂程度;(2)挤压件成形难易程度;(3)挤压件变形程度的大小;(4)挤压件的尺寸范围;(5)挤压件的精度等级;(6)挤压件性能指标;(7)挤压件质量标准;(8)挤压材料的工艺性能;2、估算项目(1)总变形程;(2)总工序数目;(3)总工装套数;(4)效果分析及评价根据上面这些评价和估算,便可确定一种经济合理的最佳工艺方案