挤压课程设计严健

1、湖南工业大学课程设计任务书2013 2014学年第1学期学院（系、部） 材料成型 专业 1001 班课程名称：挤压工艺与模具课程设计设计题目：反挤工艺与模具设计完成期限：自 2013年11 月 13 日至 2013年12月 2 日共2.5 周内容及任务一、内容与目的挤压工艺及模具设计课程设计课是学生在修完本门课程后所进行的为培养学生获得 实践动手能力而设置的一个重要的实践性、一次综合性实践教学环节。通过本课程设计训 练，学生应在专业技术应用能力上达到培养目标的基本要求，在冲压成形工艺与冲压模具 设计技术方面得到全面提高，并受到工程师的基本训练。二、任务与要求（1）运用所学的理论及生产实际知识，

2、进行挤压模具设计的初步训练，培养学生的综合设 计能力。（2）掌握挤压模具设计的方法和步骤。（3）使学生掌握挤压模具设计的基本技能，具有查阅和运用标准资料、手册等有关技术资 料的能力。（4）熟练掌握绘图和编写技术文件的能力。三、工作量构思总图（经指导教师检查确定）画出装配图完成模具零件明细表画出模具零件图（具体数量由指导老师确定）编写设计说明书.进 度 安排时间安排工作内容0.5天熟悉设计题目，查阅资料，作准备工作：0.5天进行工艺方案分析，确定工艺方案1天工艺设计和工艺计算1天画装配图草图1.5天画正式图2天画零件图1.5天编写技术文件8天总计说明：全部图纸必须由指导老师检查后进行修改，夹订好

3、才可正式提交。主 要 参 考 资料金仁钢实用冷挤压技术出版社：哈尔滨工业大学出版社洪深泽编冷挤压工艺及模具设计出版社：安微科学技术出版社冲模设计手册编写组.冲模设计手册（模具设计手册之四）.金仁钢挤压工艺及模具课程设计指导书.自编，2011年指导教师 :金仁钢2013年 12月 2日系（教研室）主任： 2013年 12月 2日反挤压工艺与模具设计设计说明书起止日期： 2013年11月13 日 至 2013 年12 月日班生姓名材二1学号10405700923成绩指导教师（签字）机械工程学院（部）2013年12月2日目录第1章工艺分析及方案确定（5） TOC o 1-5 h z HYPERLIN

4、K l bookmark16 o Current Document 1.1零件的工艺性分析(5) HYPERLINK l bookmark19 o Current Document 1.2挤压零件工艺方案的拟定(5) HYPERLINK l bookmark23 o Current Document 第2章毛坯制备及压力机的选择6) HYPERLINK l bookmark26 o Current Document 2.1毛坯制备 HYPERLINK l bookmark38 o Current Document 2.2挤压力的计算(6) HYPERLINK l bookmark47 o Cu

5、rrent Document 2.3压力机的选择(7)第3章模具结构设计及固定(8)3.1工作零件设计(8)3.1.1凸模设计(9)3.1.2凹模设计(9) HYPERLINK l bookmark73 o Current Document 3.2模架的选择(10) HYPERLINK l bookmark76 o Current Document 3.3模具其他部分设计 (11) HYPERLINK l bookmark79 o Current Document 3.3.1导向装置的设计11) HYPERLINK l bookmark82 o Current Document 3.3.2顶出

6、装置的设计12) HYPERLINK l bookmark89 o Current Document 3.3.3卸料装置的设计12) HYPERLINK l bookmark92 o Current Document 3.3.4垫板、垫块设计12) HYPERLINK l bookmark95 o Current Document 3.3.5模具的固定及相关配合12) HYPERLINK l bookmark98 o Current Document 3.3.6模具材料的选择13) HYPERLINK l bookmark112 o Current Document 3.3.7模具的失效形式与

7、检查15) HYPERLINK l bookmark121 o Current Document 参考文献(15)第一章工艺分析及方案确定1.1零件的工艺性分析零件所用材料为15号钢，属于低碳钢，所需制件形状为杯型件，结构简单， 由于低碳钢材料冷挤压较为容易，而且挤压更节约材料、易于成形、生产效率高， 便于操作，因此采用冷挤工艺生产此零件较为合理。零件1.2挤压零件工艺方案的拟定此零件结构简单，易于加工，故加工方法较多：（1）机加工成形 （2）六轴自动车 （3）冷挤压成形若采用机加工成形，则生产周期长，且材料浪费严重，增加成本；若采用六 轴自动车，虽然生产过程简单，安全，但对加工设备要求高，单

8、位时间加工费用 昂贵，成本高；若采用冷挤压成形，由于材料属于低碳钢，对模具材料要求不高， 且材料利用率为100%，节约成本，生产周期短。综上所述，反挤压成形是最为合理的生产方案。第二章毛坯制备及压力机的选择2.1毛坯制备2.1.1毛坯的切割坯料直径为40mm，高度为20mm,长径比等于0.5,小于34,因此采用板 料作为原材料。冷挤压毛坯常用备料方法有：锯切、车切、冲裁、剪切。由于车 切比锯切材料利用率高且可制出尺寸和重量相当精密，端面平整光滑的毛坯，可 以直接用于挤压加工，而冲裁要求直径比厚度大3倍以上，剪切毛坯形状不规则， 所以选择车切。2.1.2毛坯的软化处理毛坯材料热处理规范处理前硬

9、度处理后硬度HB附注15号钢退火720 土 10保温3h，随炉冷却。107162109HB121HB2.1.3毛坯表面处理及润滑黑色金属冷挤压时，其单位及压力都比较高，采用一般涂刷润滑剂已不能满 足要求，经试验得，毛坯磷化后皂化，会产生不溶解的硬脂酸锌，与毛坯表面紧 密结合，形成钢表面的润滑层。为了使磷化液与毛坯金属表面直接接触，毛坯在磷化前应进行化学去油及酸 洗去绣。经皂化后进行加猪油拌适量的二硫化钼，以提高模具寿命。2.2挤压力的计算2.2.1许用变形程度计算= X100%=76.56%式中 冷挤压前毛坯的横截面积，冷挤压后工件的横截面积，2.2.2挤压力的计算挤压力的计算方法包括理论计算

10、法，图算法，经验公式法等。用理论计算法 求的单位挤压力只是近似值，图算法可以避免复杂而繁琐的计算，工程上应用极 为方便，因此在世界各国均得到了广泛的应用。运用经验公式法需要凸模形状与 尺寸，所以采用图算法计算挤压力。由参考文献1中图4.29得，由毛坯直径与凸模直径在图1中找到断面收缩 率大约为78%的点，再进入图2，与毛坯高径比为0.5的线相交得出高度修正系 数K=0.95，再向上投影与15号钢相交，得未经修正的凸模单位压力P=2400MPa， 再进入图3进行毛坯高度和毛坯外径校正得到修正后的凸模单位压力为2230 MPa。最后进入图4得凸模压力为2100KN左右。2.3压力机的选择2.2.1

11、设备的基本要求设备的选用必须与冷挤压工艺性质和特点相适应，对冷挤压设备有下列要求：（1）压力机要有足够的刚性。（2）压力机要有较大的工作行程和能量。（3）滑块应具有良好导向精度。（4）要有超载保险装置。冷挤压加工，可在专用的挤压机上，也可以在液压机上进行，还可以在普通 的压力机上进行。挤压设备的工作方式和结构在很大程度上决定了生产率、工作 精度、通用性和生产的安全性。2.2.2压力机主要参数的确定及选择由图算法算的P=2100KN为了设备的安全以及其他因素，压力机的公称压力F=2100X 1.3=2730KN根据算的压力机公称压力，查模具设计手册，综合各种因素的影响，初选 用的压力机为J87-

12、300曲轴式冷挤压机下表为J87-300压力机主要参数压力机型公称压力公称压力行程滑块行程滑块行程次数最大装模高度装模高度调节量J87-300 3000KN 40mm 300mm30 次/min 550mm 70mm第3章冷挤压模具结构设计3.1工作零件设计3.1.1凸模设计反挤压黑色金属凸模的形式有三种，如参考文献1的图5.4,由于零件的形 状为前部又尖角，故选用尖角锥形凸模，根据参考文献1及参考文献3中423 页得 d=35mm，=15。59，此值越大，金属越容易流动，但过大会对凸模造成很大的影响，故的断面 斜角取7；g=3mm；=34.8mm；工作韧带g=24mm =d（0.10.2）4

13、5mm挤压件内孔高度+（35）卸料板厚度+（1015）mm10+10=20mm凸模总长L=+80mm凸模两端不允许留有中心孔，因此在制造中应先留出突出部分，作为留用顶 针孔，待加工好后，去掉。以免造成中心开裂。工作部分的地方要进行仔细抛光， 粗糙度希望达到Ra0.1如图3.1.2凹模设计凹模设计主要包括凹模型腔设计和预应力压圈的设计。挤压凹模大体上可以分为整体凹模和组合凹模两种形式，但整体凹模无论 模具强度还是挤压件的顶出都不利，使用极少，故选用组合式凹模。组合式凹模优点：（1）提高了模具的强度；（2）节约了模具钢；（3）凹模内圈尺寸减小，热处理容易；（4）当凹模损坏后仅需调换内圈，预应力中外

14、圈还可以继续使用。在具体冷挤压工艺设计的条件下，根据冷挤压单位挤压力的大小决定采用整 体式，两层组合凹模，三层组合凹模，由于之前算出的单位挤压P=2230MPa， 在根据1400MPaP2500MPa，故选用三层组合式凹模。如图：预应力圈的设计由参考文献1中图5.18得d1=40mm；=130 ;d4= (46) d1d4=5d1=5X40=200mm查图5.15得由此可得：=60mm=102mm再按图5.21决定轴向压合系数和=0.20；=0.09；=0.0105；=0.0045；轴向压合量：=0.20X60=12mm；=102X0.09=9.18mm；径向过盈量：=0.0105 X60=0

15、.63mm；=0.0046 X102=0.4692mm；凹模型腔设计凹模型腔尺寸根据零件尺寸来确定，还要考虑零件材料的收缩变形等因素对 外形的影响，预应力圈的尺寸是根据公式得到的。根据参考文献1、2各部分尺寸：D=挤压件外径=40mm；R2mm；=+r+ (35) mm=26mm；=(0.71.0) D =32mmH=+=58mm=13.取 2；为使金属流动方便，降低压力，在凹模内壁设置一斜度a=1530凹模采用三层预应力圈的设计，可以提高凹模的强度凹模的内腔尺寸越磨越 大，可以按零件最小外径设计，应取正偏差。3.2模架的选择冷挤压工艺可以在油压机，冲床，摩擦压力机上进行，也可以在专用 多挤压

16、机上进行。因此，挤压模架的结构除应根据挤压件的批量，品种不 同而满足不同设备的要求外，还应满足下述几点：承压部分应具有很好的刚度及强度，使模架精度稳定。工作部分能简便而可靠地固定在模架上，便于更换。毛坯和工件进出要方便，便于实现机械化。易损部分零件尺寸应统一，便于制造和检验。保证操作人员安全。(6)制造工艺简单，成本地，使用寿命长。根据凹模周界大小由于组合凹模内圈为60，故从冷冲模国家标准GB2871 81GB287484 (冷冲模典型组合)中选用，此模具是四导柱，横向送料单纯 反挤压模，所以符合要求的就只有GB 2871.4-81、GB 2872.2-81，GB 2871.4-81 是固定卸

17、料，GB 2872.2-81是弹压卸料，综合各方面因素，故选用GB 2872.2-81 型模架。3.3模具其他部分设计由于此副模具只要将凸模，凹模，顶出器，垫块，垫板加以更换。就能适应 不同形状和尺寸的工件的挤压要求，因此除设计凸凹模之外，只需设计顶出装置， 垫块，垫板以及导向装置，螺钉，螺栓，圆柱销，弹簧根据GB 2872.2-81国家 标准选取。3.3.1导向装置的设计导柱导套式的导向装置在挤压模具中应用最为广泛，一般是将导套用压配合 装入上模座内，将导柱用压配合装入下模座中内，导柱与导套之间采用间隙配合， 通常采用二级精度公差。为了保证导向的稳定性，导柱和导套压入上下模座的长 度要大于导

18、柱直径的1.52倍，为了保证导向的可靠性，导柱和导套在运动过程 中始终不应脱开，也就是滑块即使运动到上止点，导柱和导套也不脱开，一般选 4导柱。3.3.2顶出装置的设计顶出装置设计原则如下;1）顶杆的工作部分略带五度的锥度，可延长使用寿命2）顶端直径的按计算，下端为了能承受较大的单位挤压力，采用锥形结构，增 大支撑面的面积，d，取含碳量小于0.15%或尺寸较小的挤压件取较小值，含碳 量大于0.2%或尺寸较大的挤压件取较大值。3）顶杆的长度L越短越好，能将挤压件顶出凹模的上平面即可；装配后， 顶杆的工作端面应比凹模底面高出0.1mm左右。4）兼作挤压凹模的顶杆，设计时必须与凹模一样考虑；不作挤压

19、凹模用的顶杆， 应根据载荷的具体情况，以保证纵向稳定的要求进行设计。顶杆须用工具刚制 造。3.3.3卸料装置的设计选用的模架为弹压卸料型，故卸料板厚度为10mm。3.3.4垫板、垫块的设计根据 GB 2872.2-81 所给的国家标准和凸模、凹模以及顶出器的尺寸。3.3.5,模具的固定及相关配合上底板与凸模固定圈用圆柱销及螺钉连接；卸料板和压板采用螺钉连接；压 板与下模座采用圆柱销连接；凹模预应力圈与垫块采用螺钉连接；垫块与下垫板 用销钉连接；下模座和下底板用销钉连接；下模座与弯月形板及垫块用调整螺钉 连接；用4块弯月形板将凹模外圈加紧，再用压板将凹模内，中，外圈压紧；凸 模由凸模固定圈，锥形

20、紧圈，紧固圈固定。螺钉与下底板属于过盈配合；顶杆与下模座属于间隙配合；导柱导套属于间 隙配合；导柱与下底板属于过盈配合；下模座与下底板需留有定位台阶，属于间 隙配合。3.3.6模具材料的选择目前，模具材料可以在低合金工具钢，高碳高铭合金工具钢，高速钢，硬质 合金等较为广泛的范围内选用。因此，按照冷挤压工艺特性的要求，合理选用模 具料，制定正确的热处理工艺，是保证获得具有较长使用寿命及经济合理性的重 要环节。为了合理选用模具材料，首先应对模具在挤压过程中的工作情况及所要 求的性能进行分析。一、模具在挤压过程中承受的应力承受大的挤压力。因偏心负荷而引起的弯曲应力：因毛坯两端不平，毛坯与凹模间隙大，

21、模 具加工及装配的同轴度偏差过大等原因，都会引起凸模承受较大的偏心弯曲应力， 而导致模具早期折断。连续作用的冲击力：机械式的冷挤压机，实际上是以连续的冲击式施加负 荷于模具上。近年来，虽然广泛采用了液压缓冲装置，但仍不可能完全消除这种 冲击负荷模具表面磨损：模腔内的金属在强大外力作用下，产生塑性流动时，会引 起模具表面的磨损。当模具表面存在贫碳、软点、组织不均匀等缺陷时，会加速 模具的磨损产生模具表面早期破坏。模具温度升高而加速模具的磨损：由于金属的变形与摩擦原因而产生的热， 在连续生产过程中，会使模具的温度逐步上升：可能达到200C甚至更高，对于一些模具材料，会产生回火作用，而降低模具的性能

22、。二、冷挤压工艺对模具材料的要求综合前述的冷挤压模具在工作过程中所承受的负荷情况，模具材料应能满 足以下几方面的基本要求。具有高的强韧性：模具在挤压过程中要同时承受极大地挤压力、弯曲应力、 冲击等复杂的负荷。故要求所选用的材料，经过热处理后，应具有高的强韧性。 因此，模具材料应有良好的淬透性（保证模具能淬透）及均匀的组织。大块碳化 物及严重的偏折，纤维方向性和非金属夹杂等内部缺陷，都会使模具的强韧性降 低，或在受负荷时引起应力集中，造成模具早期破坏。足够的热稳定性：当连续生产时，模具的温升有时达到或超过200C，这 对用160180C作回火温度的模具材料，会使强度、硬度下降，故用于温升较 高的

23、模具材料，应具备良好的抗回火稳定性。良好的耐磨性。模具应有高的耐磨性，才能保证正常的使用寿命，生产 出大批量合格的挤压件。一般来说，钢的硬度与耐磨性在一定条件下是成正比的。 故要求模具材料不但要有足够的淬透性，还要有高的淬硬性。但除了硬度外，决 定钢的耐磨性的还有热处理后基体组织的粗细，成分、过剩与口火析出碳化物多 少、大小、类型、分散度及红硬性等。良好的工艺性：冷挤压模具的制造周期长，工艺复杂，精度要求高。一般 均须经过锻造、切削加工、热处理、磨削或其它精加工等。故只有工艺性比较良 好的材料，才能满足生产上的需要。查参考文献1、2得出下表格名称材料热处理硬度（HRC）凸凹模垫板T10A淬硬5862凸模压套45/T8A淬硬4348、 5862顶出器T10A淬硬5862顶杆、垫板45淬硬4348压板、卸料板45淬硬4348预应力圈5CrNiMo淬硬4244导柱导套20表面渗碳、淬火5660螺钉、螺栓35、45淬硬弹