挤压模具说明书

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1、1. 绪论1. 1 挤压的定义及分类1. 1. 1挤压的定义挤压是将挤压模具装在压力机上，将金属坯料放入模腔内，利用压力机的往 返运动，在强大的压力和一定的速度之下，迫使金属在挤压模的型腔内发生塑性 变形，从模腔中挤出，从而获得所需形状、尺寸以及具有一定力学性能的挤压件。 挤压是在很强的三向应力状态下的成型的过程，因而允许很大的变形量，更适于 低塑性材料的成型。显然，挤压加工是靠模具来控制金属流动，靠金属体积的大 量转移来成型零件的；在整个变形过程中，其材料的体积是保持不变的1。挤压成型速度范围很广，它既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空气锤上进行。挤

2、压成型温度范围也很广，它既可 在常温、中温下进行，也可在高温中进行。根据制品形状的要求，有各种与之相 配的模具。挤压模具是挤压生产中最重要的工具，它的结构形式、各部分尺寸、 模具材料、模具的装配形式等，对挤压力、金属流动的均匀性、制品尺寸的稳定 性、制品表面质量以及模具自身的使用寿命等都产生极大的影响2。1. 1. 2挤压的分类（1）按毛坯加热温度的不同分类1）冷挤压 在室温中对毛坯进行挤压。冷挤压的特点及应用范围；采用冷挤压法加工可以降低原材料消耗，材料的 利用率高达 70%90%4。在冷挤压中，金属材料处于三向不等的压应力作用下， 挤压后金属材料的晶粒组织更加细小而密实；金属流线不被切断，

3、而是沿着挤压 件轮廓连续分布；同时，由于冷挤压利用了金属材料经冷加工而产生的加工硬化 的特性，使冷挤压件的强度大为提高，从而提供了用低强度钢代替高强度钢的可 能性3。此外，冷挤压靠强大的压力来熨平毛坯表面，因此可以获得较高尺寸精 度和较低表面粗糙度的冷挤压件。冷挤压模具与一般冷冲模相比，工作时所受的压力大得多，因而在强度、刚 度和耐磨性等方面的要求都较高。冷挤模不同于冷冲模的地方主要有：凹模一般为组合式（凸模也常常用组合式）结构；上、下模板更厚，材料选择得更好，满足模具的强度要求；导柱直径尺寸较大，满足模具的刚度要求；工作零件尾部位置均加有淬硬的垫板；模具易损件的更换、拆卸更方便5。从上述分析

4、可以看出，冷挤压加工具有“高产、优质、低消耗”的特点，在 技术上和经济上都有很高的实用价值。目前，已在机械、仪表、电器、轻工、航 宇、船舶、军工等工业部门中得到较为广泛的应用，已成为金属塑性成形技术中 不可缺少的重要加工手段之一。当然，冷挤压也有一些缺点，比如，单位挤压力较大，模具使用寿命较短11。 但是，随着科学技术的发展，模具材料的开发，模具结构的合理化，缺点会被克 服，优越性会得到充分发挥。2）温挤压 将毛坯加热到金属再结晶温度以下的某个适当的温度范围内进 行挤压。3）热挤压 将毛坯加热到金属再结晶温度以上的某个适当的温度范围内进 行挤压。（1）按毛坯材料种类不同分类1）有色金属挤压 被

5、挤压毛坯材料为有色金属及其合金。2）黑色金属挤压 被挤压毛坯材料为黑有色金属及其合金6。1. 1. 3 挤压基本方法根据挤压时金属流动方向与挤压轴运动方向之间的关系，常见的挤压方法 有：（1）正向挤压法正向挤压是挤压生产中应用最广泛的一种方法，主要特点是挤压时金属的流动 方向与挤压轴的运动方向一致，即在挤压时金属流动方向与凸模的运动方向相 同。在挤压过程中挤压筒固定不动，毛坯在挤压轴压力的作用下沿着挤压筒内壁 发生激烈的摩擦并引起毛坯的温度升高，同时毛坯沿着挤压轴运动方向发生流动 变形。正向挤压又分为实心件正向挤压和空心件正向挤压。正挤压生产的特点是：制品的尺寸范围广，灵活性大，自动化简单，投

6、资费 用少，易分离残料；但由于挤压过程中毛坯表面与挤压筒内壁的激烈摩擦，从而 使挤压力损失 30%40%，同时，摩擦产生的温度使毛坯的温度不均匀，导致金 属流动不均匀。为避免由于流动不匀造成制品产生裂纹等缺陷必须降低挤压速 度，从而导致生产效率降低，挤压残料较厚。（2）反向挤压法反向挤压法是针对正向挤压法在挤压过程中毛坯表面与挤压筒内壁的激烈 摩擦的情况出现的另一种挤压方法。主要特点是：挤压时金属的流动方向与挤压 轴的运动方向相反，即在挤压时金属的流动方向与凸模的运动方向相反，使挤压 过程中的毛坯表面与挤压筒内壁之间无相对运动，改变了金属在挤压筒内流动的 力学条件，减小了所需的挤压力，降低了变

7、形的不均匀性。反挤压生产的特点是：可减小总挤压力的 30%40%，适用于硬合金挤压生 产，金属的流动性较好，从而使挤压制品的组织和性能均匀，但由于受到挤压轴、 挤压模的限制，使挤压制品的表面质量欠佳，而且对毛坯表面质量要求严格，分 离残料困难。由于受到设备条件及分离残料困难等因素的限制，因而使其在工业 生产中的运用受到很大限制，但近年来随着生产技术的发展和设备结构的改进， 在实际生产在中反向挤压又有新发展。（3）复合挤压法复合挤压法将正向挤压法和反向挤压法的特点结合起来，生产断面形状为圆 形、方形、六角形、齿形、花瓣形的双杯类和杆类挤压件，也可以制造等断面的 不对称挤压件。复合挤压法是在挤压时

8、使毛坯的一部分金属的流动方向与挤压轴 的运动方向相同，而另一部分金属的流动方向与挤压轴的运动方向相反，即在挤 压时金属沿着凸模运动的方向和相反的方向同时流动。（4）其他挤压法1）减径挤压法它主要使毛坯断面作轻度缩减。适用于制造在径差不大的阶梯轴类挤压零件 以及深孔薄壁杯形零件的休整工序。2）径向挤压法挤压时，金属的流动方向与挤压轴的运动方向垂直，即金属流动方向与凸模 的运动方向垂直。用该挤压法可以制造十字轴类挤压件，也可以制造花键轴的齿形部分以及直齿和小模数螺旋齿轮的齿形部分等。3）镦挤复合挤压法它是将局部镦粗和挤压结合在一起的加工方法，主要用于制造凸缘或粗腰形 的杆类挤压件8。1. 2冷挤压

9、定义及特点1. 2. 1冷挤压定义冷挤压是利用金属材料塑性变形的原理，在室温的条件下，将冷态的金属毛 坯放入装在压力机上的模具型腔内，在强大的压力和一定的速度作用下，迫使金 属毛坯产生塑性流动，通过凸模与凹模的间隙或凸模出口，挤出空心断面比毛坯 断面要小的实心零件，可获得所需一定形状及尺寸，还具有较高力学性能挤压件 的工艺技术9。1. 2. 2冷挤压工艺特点1. 2. 2. 1冷挤压优点近年来，在机械制造工艺方面广泛采用冷挤压先进技术，取得了显著的成效。 与其他制造方法相比，冷挤压工艺已成为金属塑性变形中的最先进工艺之一，在 技术上和经济上都有很多显著优点。（1） 显著降低原材料消耗（2）提高

10、劳动生产率（3）可成形复杂形状的零件（4）提高零件的力学性能（5）可获得较高尺寸精度及较小表面粗糙度值的零件（6）减少工序，缩短生产周期（7）减少设备投资（8）降低生产成本1. 2. 2. 2冷挤压缺点1) 变形抗力高(2) 模具寿命短3) 对毛坯要求较高4) 对冷挤压设备要求高91. 3冷挤压工艺应用范围综上所述，冷挤压加工方法是一种“优质、高产、低消耗、低成本”的先进 工艺，在技术上和经济上都有很高的应用价值。目前冷挤压技术已在我国汽车、 摩托车、仪表、电信器材、轻工、建筑、宇航、船舶、军工、及五金等工业部门 中获得了广泛的应用。已成为金属塑性成形技术中不可缺少的重要加工手段之冷挤压作为一

11、种少无切削的新工艺，已成为先进制造技术中极具特色的一个 门类。冷挤压加工的缺点与优点相比是次要的，是相对于当前技术条件而言的， 随着科学技术的迅速发展，模具钢新材料的研究开发，模具结构设计的合理化， 缺点问题会被解决，优越性将会得到充分发挥。因此，可以预见，在我国经济建 设已跨入 21 世纪，并加入 WTO 组织及参与国际市场竞争的情况下，这种先进 的金属塑性成形加工工艺将会起到更大的作用，在各个行业中得到越来越广泛的 应用9。2. 材料分析2. 1 材料化学成分及机械性能材料：20 钢各化学成份含量12材料机械性能12屈服极限a s (兆帕)强度极限ab延伸率5(%)断面收缩率(%)2303

12、9042028553. 工艺方案的制定3. 1零件工艺性分析气门顶杆用于发动机，受拉、压、剪、扭、弯和冲击等多种载荷作用，要求 其具有较高的疲劳强度和冲击韧性。采用切削加工，不仅浪费大量的金属，而且 由于零件材料为20钢，强度高，切削性差，所以生产效率低。而采用冷挤压加 工，可节省金属，提高生产率，而且还可提高零件的强度和尺寸精度，适于冷挤 压工艺。而且设计的零件图如图3-1所示：图3-13. 2冷挤压工艺方案的制定 3.2.1毛坯尺寸的确定考虑到挤压件顶端不平齐。应在工件顶端留出修边余量Ah，取Ah =4mm， 气门顶杆挤压件如图2所示。毛坯的形状及尺寸对模具寿命及冷挤压件纤维方向的改善有很

13、大影响。根据 气门顶杆的形状特点，同时考虑到便于毛坯的定位和成形，决定选用圆柱形毛坯。 挤压件毛坯体积是根据制件体积与毛坯体积相等的原则计算的。计算毛坯体积Vp得:p=nX（26/2）2X51-nX（20/2）2X（51 3.8 2.7）nX (23.5/ 2)2 X27=11 926mm3为了便于将毛坯放入凹模型腔内，同时考虑到减少模具的磨损，提高零件的 表面质量，一般毛坯外径D应比凹模型腔尺寸D 小,对于反挤压件，毛坯尺寸 应比凹模型腔尺寸小0.05m左右。由此可得毛坯外径D。：Dp=Dn 0.05=26一0.05=25. 95 m毛坯长度lp为：lp=(4Vp)/(nDp)二(4X119

14、26) / (nX25. 952)=22. 55 m经试验，最后确定的毛坯实际尺寸为25.95 mmX22.6 mm，如图3所示。图3毛坯0三挤压件3.2.2综上所述，制定的发动机气门顶杆冷挤压工序为：（1）制备毛坯；（2）退火处理；（3）毛坯表面处理：酸洗-磷化-皂化等；（4）反挤压成形：（5）洗涤，切削加工。3. 3冷挤压经济效果分析材料利用率由切削加工的42%提高到89%，并提高了零件强度，其中零件疲 劳寿命提高了一倍，且模具调整方便，生产率也提高了。4. 模具设计4. 1挤压模具设计基本要求挤压模具设计的基本要求，应满足以下条件：（1）凹模工作部分应有足够高的强度和较长的使用寿命；（2

15、）凹模工作部分能够简洁可靠的固定在模架上；（3）极易损坏部分拆卸方便；（4）毛坯放置容易，定位准确，在大量生产时可能采用半自动或全自动料；（5）挤压的工件可以方便的取出；（6）制造简单，成本费用低；（7）保证操作人员的安全9。4. 2模具设计时应考虑的安全措施在设计模具时，必须周全的从各个不同角度考虑必要的安全措施，以确保人 身安全和设备安全。模具结构安全措施的一些基本要求如下：（1）模具的结构不应使操作者有不安全感。在操作时，严禁向模具内伸手。 模具结构应以操作时不必将操作者身体的一部分进入危险区为原则。（2）模具要有足够的强度。整个模具结构的厚度不能过薄，受力部分厚度 要大一些。（3）在设计模座时，应考虑安装螺钉的槽孔尺寸，特大的上模座或具有较 大的钢性卸料板的模具，应增加紧固螺钉。（4）对具有敞开式活动卸料板的模具，应加保护板9。4. 3挤压模具整体设计在高压力作用下，为了保证挤压模具的寿命，对模具结构的强度、刚度等方 面的要求应比一般冲压模具高。该模具采用导柱导套导向，来提高导向的精度。 凸模用凸模固定板固定。由于挤压时的挤