反挤压模具课程设计说明书

中北大学2023中北大学2023年课程设计说明书22页22页第页21.冷挤压的定义及特点1. 1 冷挤压的定义冷挤压加工是靠模具来把握金属流淌，靠金属体积的大量转移来成形零件的。2. 冷挤压的优点及技术难点目前，冷挤压技术已在紧固件、机械、仪表、电器、轻工、宇航、船舶、吨位压力机的消灭便拓展了其进展空间。日本80年月自称，其轿车生产中以锻造工艺方法生产的零件，有30%～40%如下优点：1〕节约原材料。冷挤压是利用金属的塑性变形来制成所需外形的零件，因而能大量削减切削加工，提高材料利用率。冷挤压的材料利用率一般可到达80%以上。几倍、几十倍、甚至上百倍。制件可以获得抱负的外表粗糙度和尺寸精度。零件的精度可达IT7～IT8R0.2～R0.6工，只需在要求特别高之处进展精磨。提高零件的力学性能。冷挤压后金属的冷加工硬化，以及在零件内部形用冷挤压工艺后就可用强度较低的钢材替用。齿及外表看不见的内槽等。降低零件本钱。由于冷挤压工艺具有节约原材料、提高生产率、削减零低[3]。冷挤压技术在应用中存在的难点主要有：对模具要求高。冷挤压时毛坯在模具中受三向压应力而使变形抗力显著增2023MPa～2500MPa38mm,5.6mm100mm的低碳钢杯形件为例，承受拉延方法加工时，最大变形力仅为17t，而承受冷挤压方132t，这时作用在冷挤压凸模上的单位压力达2300MPa以上。模具除需要具有高强度外，还需有足够的冲击韧性和耐磨性。此外，金属毛坯在模具中猛烈的塑性变形，会使模具温度上升至250℃～300模。几千吨的压力机。5～10万件。积，而且难以实现生产自动化。不宜用于高强度材料加工。件变形和耐腐蚀性的降低〔产生应力腐蚀〕[4]。3 冷挤压的进展趋势1〕随着能源危机的日趋严峻，人们对环境质量将更加关注，加之市场竞争成形等工艺手段所生产的精化锻件的产量，在市场竞争中将得到较大的进展。2〕汽车向轻型化、高速度、平稳性方向进展，对锻件的尺寸精度、重量精进精化生产工艺的进展。1991－1994年全员劳动生产率，即每人生产挤压件的产量及产值，均高于一般生产模锻件或者自由锻件的厂家。以199451024KG，创产值775688法郎。而同期一39344KG592384法郎，仅相当77.1%76.37%。自由锻件生产厂与之相比则更低。4)挤压专机将成为一种进展趋势。随着中小型锻件的精化生产进展及冷挤计制造的专时机得到大力进展[7]材料分析材料化学成分及机械性能材料牌号： 2A122A12LY12024AMS-QQ-A-250/4〔非包铝AMS-QQ-A-250/5〔包铝Al-Cu-Mg系主要成分为：各化学成分的含量元素〔%〕硅〔Si〕0.5锰〔Mn〕0.0～0.9铁〔Fe〕0.5铜〔Cu〕3.80～4.90镁(Mg)1.2～1.8锌〔Zn〕0.25钛〔Ti〕0.15中北大学2023中北大学2023年课程设计说明书共22页共22页第页7镍〔镍〔Ni〕0.10铬0.10其他0.15铝其余材料的力学性能分析2A12热处理状态热处理状态抗拉强度极限淬火+自然失效440-470MPa延长率8-12%HBW110-120毛坯尺寸确实定[11]计算冷挤压坯料的种类、尺寸和公差是格外重要的[9]。对称多角类零件可以选用圆柱形坯料。坯料制备方法最为广泛的方法。本例通过截切下料，与其他方法相比可以节约原料。坯料的软化处理、外表处理及润滑[11]坯料的软化处理得到良好的显微组织，消退内应力。对于硬铝来说，2A12外表硬度为105，软化处理后的硬度在65-73之间。图一2．5.2坯料的外表处理硬铝坯料2A12塑性差，在挤压过程中为避开产生裂纹，应使硬铝坯料外表大量的润滑剂，所以在挤压时可取得较好的润滑效果。两种外表方案：方案一：氧化处理 如下：1〕汽油清洗以去除油污2)热水清洗(60～100°C)3)流淌冷水清洗4)酸洗(工业硝酸400～800g/L,2min)冷水清洗2次氧化处理(工业氢氧化钠NaOH40～60g/L,温读50～70°C,时间1～4min,以外表成均匀细致的多孔灰黑色结晶膜为宜)。流淌冷水清洗因此尽量不要承受。方案二：磷化处理 配方为：〔润滑剂〕0.5g，水1L。处理温度55～60°C,处理时间2～3min1〕汽油清洗，以去除油污。2)热水清洗(60～100°C)冷水清洗〔两次。钝化。冷水洗。枯燥。钝化液配方为：铬酐200～250g/L,硫酸8～16g/L,硝酸30～50g/L。处理温度为20°C,时间5～10s。处理。5.3两种润滑方案：Ra0.8um以下。经比较，方案二皂化处理的效果好于工业菜油处理，耐压力气强。成形工艺方案的制定压成形实现的1；图二工步图下料 2.反挤压方案一：第一步：下料；其次步：反挤压；LY12是变形铝合金，并且压铸性能不好。择的方案。成形工序挤压力的计算变形程度的计算断面减缩率ε= (F0-F1)/F0*100﹪[9]FO——毛胚截面积； F1——工件变形后的截面积；ε=d12/d02=10.12/122=70.84%反挤压变形许用变形程度，=18/12.8=1.41<3-6〔有色金属一次反挤压相对孔深极限〕=2>S2=1.35据上计算可以通过一次反挤压成形。图算法冷挤压力的计算由断面减缩率=70.84% H0/S=10.5/1.35>4 以及ly12为AL---CU---Mg依据有色金属反挤压时单位挤压力图表查表得：反挤压杯形件的单位挤压力P=1230MPat由h0/d0=10.5/12=0.875\4-24Kh=0.99取凸模底部锥角为180度〔零件图要求底部平坦〕4-23P=KaKhPtP=0.99*1.06*1230=1290.8MPa [9]P——单位挤压力；——挤压材料变形抗力；d0——毛胚直径； d1——挤压后的直径；h0——毛胚高度； 工作带的高度；µ=摩擦系数 µ=0.1的时候有润滑总挤压力

π*10.12*1290.8/4=103KN挤压力阅历公式的校正反挤压杯形件的单位挤压力P=

2/(d

2-d

2)+(1+3µ)(1+d

2/(d

2-d

2)〕 [9]1

0 0

0 0 1——挤压材料变形抗力；d0——毛胚直径； 挤压后的直径；代入数值得P=1180N故校核后承受图算法所算得得力大些，所以结果选用图算法的结果20232023年课程设计说明书22页22页第页10压力机的选择〔挤压设备的选择〕[]寸及精度要求来选择挤压设备的类型。时，应充分留意到其精度和刚度。挤压全过程的变形力应低于压力机的许用压力。所选的压力机装模高度应与模具闭合高度相适应。板固定，压力机有无气垫等弹顶装置，工作台孔大小是否适于出料等等。保证本模具的顺当工作。

=103KN，总JA21—25标称压力250KN滑块行程130mm最大闭合高度250mm闭合高度调整量70mm工作台尺寸560×360mm垫板尺寸50×20125KN103KN工件做的功。模具设计5.1 挤压模具设计的根本要求挤压模具设计的根本要求，应满足以下条件：凹模工作局部应有足够高的强度和较长的使用寿命；凹模工作局部能够简洁牢靠的固定在模架上；极易损坏局部拆卸便利；挤压的工件可以便利的取出；制造简洁，本钱费用低；保证操作人员的安全。1. 1 模具设计时需考虑的安全措施身安全和设备安全。模具构造安全措施的一些根本要求如下：模具的构造不应使操作者有担忧全感。在操作时，严禁向模具内伸手。模具构造应以操作时不必将操作者身体的一局部进入危急区为原则。要大一些。大的钢性卸料板的模具，应增加紧固螺钉。5 1. 2 挤压模具的整体设计[10]5.2 凸、凹模的设计5.2.1 2；依据零件需要反挤压的内径来确定凸模工作带的尺寸，另杯形件底部要求是平6-2表有色金属局部依据阅历公式：h=0.5-1.5h=1mm取0.90定位直径d2=〔1.1-1.3〕d1=12.4 取1.2h2=〔0.55-0.65〕d1=6.10.6支撑局部直径d3=〔1.2-1.5〕d1=14.1取1.4支撑局部高度h3=〔0.5-1.0〕d3=10 支撑局部锥角B=5-15取10度支撑锥面与d2交接处R1 1.0d2 d与d2交接处R2 2.0d R2=20.2d与d1交接处R3 1.5d1 R3=15.2图三凸模5.2.2 凹模的设计和尺寸中北大学2023年课程设计说明书凹模的设计主要包括凹模型腔的设计和预应力圈的设计。强度，还是挤压件的顶出都不利，使用极少，反而组合凹模用的比较普遍。〔包括外套在内的整个组合凹模外形尺寸〕〔即整体式〕凹模的强度大得多；构造3mm，0.2mmRa0.2[9]。体式、二层式或三层式凹模。依据下表来确定预应力圈的层数：表1 一般工具钢制成的组合凹模的选择[11]单位挤压力≤1100

/MPa 凹模型式 简图整体凹模1100＜p≤16001600＜p≤2500

二层组合凹模三层组合凹模依据前面计算的P=1290.8MPa>1100MPa可知应当用两层组合凹模2〕两层组合凹模两层组合凹模构造见资料【41。[9]d1—凹模内径〔按挤压件最大外径〔mm；d3〔4～6〕d1；〔锥度可向上，亦可向下；C2=δ2d2—d2处轴向压合量；u2=β2d2—d2处径向过盈量；3)两层组合凹模各圈直径确实定d1d1=12.8mmd3=〔4-6〕d1=〔4-6〕12.8mm=51.2-76.8mmd3=64mm故总直径比a3=d3/d1=64/12.8=5两层组合凹模各圈直径，查资料得：第12 页共22页中北大学2023中北大学2023年课程设计说明书共22页共22页第页20d22d2=2*12.8=25.6mm取d2=30mma2=d2/d1=2.344〕径向过盈量与轴向压合量确实定在确定了各圈直径后，便可确定d2处的径向过盈量〔双面〕△d2与轴向压合c26-31β2=0.00686-32δ2=0.17则△d2=β2d2=0.0086*30mm=0.258mm2C2=δ2d2

=0.17*30mm=5.1mm式中d2 内层凹模外径4〕素对外形的影响。预应力圈的尺寸是依据公式计算得到的。依据教材图6-17例以及以及表6—3所示阅历公式可计算出各局部尺寸H2=h0+h+r+〔2-4〕=10.5+1+2.5+3=17mmr=2-32.5凹模型腔内径D=12.8 D=2D2凹模总高度H=17+12.8=29.8R=0.5-21mm图四内凹模凹模承受两层预应力圈的设计，可以提高凹模担当强度的力气，凹模横截面积的尺寸，假设是杯形的，凹模的内腔尺寸越摩越大，故可以按零外形而定,过渡局部用圆角。5. 3凸、凹模固定圈的设计5.3.1凸模固定板凸模固定圈的设计如图五图五 凸模固定板5．3．2 凹模固定板凹模固定板设计如图六图六凹模固定板5.4挤压时，模具型腔中单位冷寂压力很高，如凸模或凹模所传递的轴向压力直接作用在上下模板上有可能造成模板压塌，因此必需在模板与凸凹模之间设置淬硬的压力垫板，有时简称垫板，以起减缓轴向压力的作用，降低应力密为防止垫块弹性变形和塑性变形，必需选用优质碳素工具钢T8A、T10A,热处56-60hrc挤压时凸模或凹模作用于垫板外表积上的单位挤压力应均匀分布在凸模或T10A顶出装置的设计顶出装置设计原则如下；顶杆的工作局部略带五度的锥度，可延长使用寿命；顶端直径的d按d2 d22计算，下端为了能承受较大的单位挤压力，1 1承受锥形构造，增大支撑面的面积，取d =〔2～3〕d，含炭量小于0.15﹪或尺2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。0.1mm兼作挤压凹模的顶杆，设计时必需与凹模一样考虑；不作挤压凹模用具刚制造。图七顶料杆5. 6 卸料板的设置将挤压件卸下，将挤压件从凸模上卸下来的装置称为卸件装置。在本例中，需要设计卸料装置，材料选45钢，淬火硬度为40～45HRC，

7-9有色金属反挤压导柱模架设计卸料板如以以下图：5.7导向装置的设计〔导柱导套的设计〕

图八卸料板在挤压壁厚较大的零件时，可以降低要求。滑块的底平面。1.5～2.02～4倍。5．8模架的设计

图九导柱导套冷挤压工艺可以在油压机，冲床，摩擦压力机上进展，也可以在专用多挤压机的要求外，还应满足下述几点：⑴承压局部应具有很好的刚度及强度，使模架精度稳定。⑵工作局部能简便而牢靠地固定在模架上，便于更换。⑶毛坯和工件进出要便利，便于实现机械化。⑷易损局部零件尺寸应统一，便于制造和检验。⑸保证操作人员安全[7]6模具材料的选择目前，模具材料可以在低合金工具钢，高碳高铬合金工具钢，高速钢，硬质合能进展分析。一、模具在挤压过程中承受的应力承受大的挤压力：金属在冷挤压时的变形抗力是很大的，如挤压低碳钢〔σ=40〔兆帕〕反挤压的单位挤压力可达2023～3000〔兆帕理不当时，其单位挤压力甚至高达3000～3500〔兆帕，这个数值已超过了一般模具钢的弹性极限，有可能使模具在挤压过程中产生微量的塑性变形，而使挤压件尺寸精度较差，严峻时将发生模具的破损。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，模具导致模具早期折断。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，虽然广泛承受了液压缓冲装置，但仍不行能完全消退这种冲击集中而过早脆裂。模具外表磨损：模腔内的金属在强大外力作用下，产生塑性流淌时，会引起的磨损产生模具外表早期破坏。模具温度上升而加速模具的磨损：由于金属的变形与摩擦缘由而产生的热，在连续生产过程中，会使模具的温度逐步上升：可能到达200℃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[9]二、冷挤压工艺对模具材料的要求下几方面的根本要求。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。大块的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，模具的温升有时到达或超过200℃，这对用材料，应具备良好的抗回火稳定性。量合格的挤压件。一般来说，钢的硬度与耐磨性在确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，打算钢