轮胎螺母冷挤压模具结构设计_陈友鹏
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挤压模技术
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(2)模具工作部分零件材料应具有高强度、高硬度、高耐磨性,并有一定的韧性； （3)凸、凹模几何形状应合理，过渡处尽量用较大的光滑圆弧过渡，避免应力集中； (4)模具易损部分更换方便，对不同的挤压零件要有互换性和通用性; (5）为提高模具工作部分强度,凹模一般采用预应力组合凹模,凸模有时也采用组合凸模; (6)模具工作部分零件与上下模板之间一定要设置厚实的淬硬压力垫板,以扩大承压面积,减小上下模板的单位压力,防止压坏上下模板； （7)上下模板采用中碳钢经锻造或直接用钢板制成,应有足够的厚度,以保证模板具有较高的强度和刚度。 典型的冷挤压模具由以下几部分组成： 1.工作部分如凸模、凹模、顶出杆等; ２．传力部分如上、下压力垫板; 3．顶出部分如顶杆、反拉杆、顶板等； ４.卸料部分如卸料板、卸料环、拉杆、弹簧等； ５.导向部分如导柱,导套、导板、导筒等; ６.紧固部分如上、下模板、凸模固定圈、固定板、压板、模柄、螺钉等。 二、冷挤压模具分类 冷挤压模具有多种结构形式，可根据冷挤压件的形状、尺寸精度及材料来选择合适的模具结构形式。冷挤压模具可以按以下几个方面来分类。 （一）按工艺性质分类 模具按工艺性质可分为:正挤压模、反挤压模、复合挤压模、镦挤压模等。 1．正挤压模图6-１所示为实心件正挤压模。该模具更换相应的工作部 挤压工艺及模具设计期末考试卷及答案 文件排版存档编号：[UYTR-OUPT28-KBNTL98-UYNN208] 2016—2017学年第二学期期终考试挤压工艺及模具设计试卷A 注：1.请考生将试题答案写在答题纸上，在试卷上答题无效。 2.凡在答题纸密封线以外有姓名、班级学号、记号的，以作弊论。 一、名词解释题（每题3分，共计3×5=15分） 1）反挤 2）型材挤压 3）“红脆”现象 4）皂化处理 5）脱碳现象 二、是否判断题（每题分，共计×10=15分） 1）复合挤压工艺中包含有正挤压、反挤压、减径挤压等挤压特性。 2）温挤压后的试件必须进行正火或退火等热处理，从而得到较好的综合 性能。 3）静液挤压是一种新型挤压工艺，能使脆性材料的挤压变成现实。 4）型材挤压之所以产品形式不一样，其决定因素在于模孔的不同设计。 5）温挤压的制件尺寸精度和表面粗糙度明显好于热挤压，但要差于冷挤 压的。 6）型材挤压时挤压速度与加热温度两者之间必须良好协调，否则其挤压 制件质量不能保证。 7）确定热挤压加热温度的范围，要综合考虑材料的塑性、质量和变形抗 力等因素。 8）挤压模特别是冷挤压模具的凹模多设计成预应力圈组合式凹模。 9）热挤压件图要参考冷挤压件图，在考虑多种因素的前题下，进行绘制 或设计。 10）冷挤压件一般要进行挤后的等温退火处理。 三、简答题（每题5分，共5×5=25分） 1）挤压时主变形区金属处于什么应力状态画出正挤压变形分区，表示其 应力应变状态 2）型材挤压时沿长度方向最易出现什么质量问题有什么措施解决 3）Conform连续挤压有何特点 4）相对比其他塑性成形工艺，挤压工艺有何特点 5）如何防止或消除挤压时的附加应力和残余应力 四、问答题（每题14分，共2×14=28分） 1）冷挤压时，挤压力与挤压行程存在一定的关系，请用曲线表示，各阶段有何特点影响冷挤压力的主要因素有哪些 2）图1为一中部带凸缘的杯形件制品，现在需要运用挤压工艺成形，请设计2套工艺方案，详细阐述每套方案的每一工步或工序，并绘制各步简图 五、综合题（共17分） 目录 第一章冷挤压工艺的特点及模具分类 (2) 一、冷挤压工艺 (2) 二、冷挤压模具特点 (2) 三、典型的冷挤压模具组成 (3) 四、冷挤压模具分类 (3) 五、冷挤压的特点 (4) 第二章模具工作部分设计 (5) 一、冷挤压模设计要求 (5) 二、正挤压凸模 (6) 三、正挤压凹模 (7) 第三章模具组成及工作过程原理 (8) 一、自行车前钢碗正挤压模具装配图 (8) 二、工作过程 (10) 第四章听课感受及意见与建议 (11) 一、感受 (11) 二、意见和建议 (11) 参考文献 (11) 第一章冷挤压工艺的特点及模具分类 一、冷挤压工艺 冷挤压的工艺过程是：先将经处理过的毛坯料放在凹模内，借助凸模的压力使金属处于三向受压应力状态下产生塑性变形，通过凹模的下通孔或凸模与凹模的环形间隙将金属挤出。它是一种在许多行业广泛使用的金属压力加工工艺方法。 二、冷挤压模具特点 1、模具应有足够的强度和刚度，要在冷热交变应力下正常工作； 2 、模具工作部分零件材料应具有高强度、高硬度、高耐磨性，并有一定的韧性； 3、凸、凹模几何形状应合理，过渡处尽量用较大的光滑圆弧过渡，避免应力集中； 4、模具易损部分更换方便，对不同的挤压零件要有互换性和通用性； 5、为提高模具工作部分强度，凹模一般采用预应力组合凹模，凸模有时也采用组合凸模； 6、模具工作部分零件与上下模板之间一定要设置厚实的淬硬压力垫板，以扩大承压面积，减小上下模板的单位压力，防止压坏上下模板； 7、上下模板采用中碳钢经锻造或直接用钢板制成，应有足够的厚度，以保证模板具有较高的强度和刚度 、典型的冷挤压模具组成 1、工作部分如凸模、凹模、顶出杆等； 2、传力部分如上、下压力垫板； 3、顶出部分如顶杆、反拉杆、顶板等； 4、卸料部分如卸料板、卸料环、拉杆、弹簧等； 5、导向部分如导柱，导套、导板、导筒等； 6、紧固部分如上、下模板、凸模固定圈、固定板、压板、模柄、螺钉等。 在第二章内容中将主要介绍模具的工作部分的设计 四、冷挤压模具分类 根据金属被挤出的方向与凸模运动方向的关系，冷挤压一般可分为正挤压、反挤压、复合挤压三种基本方式。 1、正挤压如图1-1所示，挤压时金属流动方向与凸模流动方向相同，适用于各种形状的实心件、管件和环形件的挤压； 2、反挤压如图1-2所示，挤压时金属流动方向与凸模运动方向相反，适用于各种截面形状的杯形件的挤压； 3、复合挤如图1-3所示，挤压时，金属流动方向相对于凸模运动方向，一部分相同，另一部分相反，适用于各种复杂形状制件的挤压；改变凹模孔口或凸、凹模之间缝隙的轮廓形状，就可以挤出形状和尺寸不同的各种空心件和实心件。 cd 冷挤压模结构设计 上下模板是冷挤压压力的主要支承部分，由于冷挤压的单位压力较高，上下模板不能采用铸铁材料。上下模板加导柱、导套就组成有导向的冷挤压模架，无导柱、导套者则为无导向模架 图1为在导柱、导套导向通用反挤压模具。卸年亦有导向，其导向的基准仍为模架的导柱。反挤压时挤压件的端面往往是不平的，缺件时使凸模受力不均匀，可能造成凸模偏移而折断。缺件有强有力的导向时，提高了凸模的稳定性，这是因为卸件板与凸划亦有导向的缘故。反挤压适用模架兼作为下挤压及复合挤压使用。 图2为有导柱导套导向正挤压通用模具。 图3为镦挤复合模具。 通用反挤、正挤和镦挤复合模架中的组合凹模在相同吨位的压力机上都设计成可以互换的，提高了模具的使用范围。 模架精度可分为三级，其技术指标见表1，用于不同挤压件选用，常用的为Ⅱ级。 卸件板与顶件杆：挤压有时粘在凸模上，有时粘在凹模中，有此部件，能将打主挤压件取出。卸件板与顶件杆都是用于制件脱模的零件。 凸模与凹模垫板：通用冷挤压模具中，采用了多层垫板。为了防止高的挤压单位压力直接传递给模板而造成局部凹陷或变形，必须在凹模底端加上垫板，以便把加工压力均匀分散传递，起到缓冲作用。 凸模固定器及定位环：凸模固定器是将凸模安装在上模上，而定位环则可考虑挤压件的不同直径快速交换，提高了模具的通用性能。 凸模与凹模：冷挤压模具的工作部件，在设计时必须认真对待。应选用具一定韧性的高强度钢材制造。凸模与凹模承受了最大的冷挤压单位压力。为了加强凹模的强度，通常采用预应力组合凹模，可以用二层或三层组合而成。 表1 图1 图2 图3 接，不允许有加工刀痕存在。对于正挤压纯铝空心件的凸模，可采用型式b设计，凸模与芯轴制作成整体。 挤压黑色金属空心件，整体式凸模就不宜采用，在凸模本体与芯轴的直径急剧过渡区就很易断裂。应当采用型式c与型式d的组合式，使凸模本体与芯轴组合而成。 组合芯轴分固定式c与活动式d。固定用于芯轴直径较大，而活动式用于芯轴直径较小的环形件。活动芯轴可随变形金属同时向下滑动一锻距离，从而改善了芯轴的受拉情况，防止芯轴被拉断。 图5为下挤压凸模顶端形状的又一种型式。此型式有下列特点： （1）端面有0.5°～1°斜角，其作用是保证凸模的稳定性。特别是毛坯二端不平时尤为重要。（2）同凹模配合的有效长度为3～5mm，而不是全直筒式的。凸模在高的单位挤压力作用下，有时会使凸模直径胀大，增加了凸模下移的阻力。仅有3～5mm有效长度，就能确保凸模的使用精度。 （3）后角3°的存在，采用小圆弧相联，具有较低的应力集中系数，保证凸模具有较高的寿命。为此，这种型式的凸模亦广为采用。 公式1 图1 目录 第一章装配图 .................................................................... 错误！未定义书签。第二章工件的服役条件 .. (2) 2.1 概念 (2) 2.2 冷挤压模具 ........................................................... 错误！未定义书签。第三章材料的选取 . (4) 3.1 冷挤压模具材料的选取 (4) 第四章零件的加工工艺路线 (6) 第五章热加工过程及分析 (7) 5.1 冷挤压凹模的热处理工艺 (7) 5.2 冷挤压凸模的热处理工艺 (8) 第六章性能检测方法及分析 (10) 6.1 力学性能检测 (10) 6.2 成分、组织及微观形貌检验 (10) 第七章结论与建议 (14) 参考文献 (15) 第一章装配图 图1-1 带导柱导套实心件正挤压模装配图 1—螺杆 2—弹簧垫圈 3—调节螺母 4—拉杆 5—顶杆 6—凸模 7—活动护套 第二章工件的服役条件 2.1 概念 冷挤压是在常温下对金属材料进行塑性变形，其单位挤压力相当大，同时由于金属材料的激烈流动所产生的热效应可使模具工作部分温度高达200℃以上，加上剧烈的磨损和反复作用的载荷，模具的工作条件相当恶劣。因此冷挤压模具应具有以下特点： (1)模具应有足够的强度和刚度，要在冷热交变应力下正常工作； (2)模具工作部分零件材料应具有高强度、高硬度、高耐磨性，并有一定的韧性； (3)凸、凹模几何形状应合理，过渡处尽量用较大的光滑圆弧过渡，避免应力集中； (4)模具易损部分更换方便，对不同的挤压零件要有互换性和通用性； (5)为提高模具工作部分强度，凹模一般采用预应力组合凹模，凸模有时也采用组合凸模； (6)模具工作部分零件与上下模板之间一定要设置厚实的淬硬压力垫板，以扩大承压面积，减小上下模板的单位压力，防止压坏上下模板； (7)上下模板采用中碳钢经锻造或直接用钢板制成，应有足够的厚度，以保证模板具有较高的强度和刚度[1]。 2、失效方式：常因尺寸磨损和表面产生沟槽而报废。常见的失效方式是疲劳破坏，大多数发生在反行程时，冲头上作用着导致断裂的拉伸和弯曲复合应力。回程开始时，冲头处于弯曲状态，因而在其危险截面上弯曲应力继续起作用。此外，为了将冲头从挤压件中拔出还要附加一个力。因此回程时冲头危险截面上承受的是拉应力与弯曲应力之和。这种失效往往发生在台肩处，由于圆角半径太小。经五千至一万件产品冷挤后，应进行去应力热处理。 目录 前言 (1) 1冷挤压基础知识 (2) 1.1冷挤压的实质及方法分类 (2) 1.2冷挤压工艺的优缺点及应用范围 (2) 1.2.1冷挤压的特点 (2) 122冷挤压的优点 (3) 1.2.3冷挤压的缺点 (4) 1.2.4冷挤压工艺的应用范围 (4) 1.3冷挤压技术现状及发展方向 (5) 1.3.1冷挤压技术的现状 (5) 1.3.2冷挤压技术发展方向 (6) 1.4冷挤压模具设计基础知识 (6) 1.4.1冷挤压模具的构造及特点 (6) 1.4.2模具设计基本要求 (7) 1.4.3 模具设计的一般程序 (7) 1.5 本文研究的主要内容 (8) 2冷挤压件图的设计及毛坯准备 (10) 2.1冷挤压件图的设计 (10) 2.2毛坯的制备及处理 (12) 2.2.1坯料形状和尺寸确定 (12) 222坯料的软化处理 (12) 223 坯料表面处理及润滑 (13) 2.3冷挤压工艺方案设计 (14) 2.4冷挤压模具材料 (15) 3挤压力的估算及挤压设备的选择 (16) 3.1影响单位挤压力的主要因素 (16) 3.2冷挤压力的估算及压力机选择 (18) 4模具结构设计 (19) 4.1凹模设计 (19) 4.1.1凹模的结构形状设计 (20) 4.1.2凹模各部分尺寸的设计计算 (20) 4.2上模部分结构设计 (23) 4.3导向装置 (24) 4.4卸料装置 (25) 4.5凹模压板紧固螺钉计算 (26) 4.6模具总体结构 (26) 5凸、凹模失效形式及分析 (28) 5.1凸模失效形式及分析 (28) 5.1.1凸模失效原因 (28) 目录 目录 (1) 冷挤压模具设计及其成形过程 (3) 第一章绪论 (3) 1.1冷挤压成形技术发展概况 (5) 1.2选题依据和设计主要内容 (7) 1.2.1毕业设计（论文）的内容 (7) 1.2.2 毕业设计（论文）的要求 (7) 第二章冷挤压工艺设计 (8) 2.1挤压工艺步骤 (8) 2.2工艺设计步骤 (10) 2.2.1计算毛坯的体积 (10) 2.2.2确定坯料尺寸 (10) 2.2.3计算冷挤压变形程度 (11) 2.2.4确定挤压件的基本数据 (12) 2.2.5确定挤压次数 (12) 2.2.6工序设计 (12) 2.2.7工艺方案确定 (20) 2.2.8各主要工序工作特点进一步分析 (21) 第三章压力设备选择 (24) 3.1各主要工序所需镦挤力 (24) 3.2主要设备选用 (26) 4.1冷挤压模具设计要求 (28) 4.2凸模设计依据 (29) 4.3冷挤压组合凹模设计依据 (31) 4.4凸模设计 (37) 4.4.1镦平凸模设计 (37) 4.4.2凹模设计 (38) 4.5预成形模具设计 (41) 4.5.1预成形凸模设计 (41) 4.5.2预成形凹模设计 (42) 4.6终成形模具设计 (44) 4.6.1终成形凸模设计 (44) 4.6.2终成形凹模设计 (45) 4.7冷挤压模架设计 (46) 4.7.1冷挤压模架设计的基本原则 (46) 4.7.2模架的设计 (47) 4.7.3其它零件设计 (48) 第五章挤压模具零件加工工艺的编制 (53) 5.1加工工艺编制原则 (53) 5.2加工工艺的编制 (55) 第六章总结及课题展望 (58) 6.1本文工作总结 (58) 6.2课题展望 (59) 参考文献 (59) 《冷冲压工艺与模具设计》课程习题集 一、单选题 1. 下列不是模具失效的原因是( ) A．磨损 B.氧化 C.崩刃 D. 折断 2.模具的压力中心就是冲压力( )的作用点。 A .最大分力 B .最小分力 C .合力 D.冲压力 3.为保证压力机和模具正常工作，模具的压力中心应与压力机的压力中心( ) A.重合 B.不重合 C.偏离 D.大小相同 ; 4.点的主应力状态图有( ) 种种种种 5.曲柄压力机可分为曲轴压力机和偏心压力机，其中偏心压力机具有( ) A．压力在全行程中均衡 B.闭合高度可调，行程可调 C．闭合高度可调，行程不可凋 D.有过载保护 6.能进行三个方向送料，操作方便的模架结构是( ) A.对角导柱模架 B.后侧导柱模架 C.中间导柱模架 D.四导柱导架 7.导板模中，要保证凸、凹模正确配合，主要靠( )导向 $ A.导筒 B.导板 C.导柱、导套 D.导料销 8.复合模中同时具有落料凸模和冲孔凹模作用的零件称为( ) A.凹模 B.凸模 C.凸凹模 D.卸料板 9.冲裁模的台阶式凸模安装部分（固定部分）与凸模固定板的孔的配合采用( ) A. H7/m6 s6 a6 r6 10.冲裁变形过程中的塑性变形阶段形成了( ) A.光亮带 B.毛刺 C.断裂带 D.圆角带 11.落料时，其刃口尺寸计算原则是先确定( ) ￥ A.凹模刃口尺寸 B.凸模刃口尺寸 C.凸、凹模尺寸公差 D.孔的尺寸 12.冲裁模采用始用挡料销是为了提高材料的（） A.强度 B.塑性 C.利用率 D.硬度 13.模具的合理间隙是靠（）刃口尺寸及公差来实现。 A.凸模 B.凹模 C.凸模和凹模 D.凸凹模 冷镦、冷挤压基础知识介绍 冷挤压是精密塑性体积成形技术中的一个重要组成部分。冷挤压是指在冷态下将金属毛坯放入模具模腔内，在强大的压力和一定的速度作用下，迫使金属从模腔中挤出，从而获得所需形状、尺寸以及具有一定力学性能的挤压件。显然，冷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形零件的。 冷挤压技术是一种高精、高效、优质低耗的先进生产工艺技术，较多应用于中小型锻件规模化生产中。与热锻、温锻工艺相比，可以节材30%～50%，节能40%～80%而且能够提高锻件质量，改善作业环境。 目前，冷挤压技术已在紧固件、机械、仪表、电器、轻工、宇航、船舶、军工等工业部门中得到较为广泛的应用，已成为金属塑性体积成形技术中不可缺少的重要加工手段之一。二战后，冷挤压技术在国外工业发达国家的汽车、摩托车、家用电器等行业得到了广泛的发展应用，而新型挤压材料、模具新钢种和大吨位压力机的出现便拓展了其发展空间。日本80年代自称，其轿车生产中以锻造工艺方法生产的零件，有30%～40%是采用冷挤压工艺生产的。随着科技的进步和汽车、摩托车、家用电器等行业对产品技术要求的不断提高，冷挤压生产工艺技术己逐渐成为中小锻件精化生产的发展方向。与其他加工工艺相比冷挤压有如下优点： 1）节约原材料。冷挤压是利用金属的塑性变形来制成所需形状的零件，因而能大量减少切削加工，提高材料利用率。冷挤压的材料利用率一般可达到80%以上。 2）提高劳动生产率。用冷挤压工艺代替切削加工制造零件，能使生产率提高几倍、几十倍、甚至上百倍。 3）制件可以获得理想的表面粗糙度和尺寸精度。零件的精度可达IT7～IT8级，表面粗糙度可达R0.2～R0.6。因此，用冷挤压加工的零件一般很少再切削加工，只需在要求特别高之处进行精磨。 4）提高零件的力学性能。冷挤压后金属的冷加工硬化，以及在零件内部形成合理的纤维流线分布，使零件的强度远高于原材料的强度。此外，合理的冷挤压工艺可使零件表面形成压应力而提高疲劳强度。因此，某些原需热处理强化的零件用冷挤压工艺后可省去热处理工艺，有些零件原需要用强度高的钢材制造，用冷挤压工艺后就可用强度较低的钢材替用。 5）可加工形状复杂的，难以切削加工的零件。如异形截面、复杂内腔、内齿及表面看不见的内槽等。 6）降低零件成本。由于冷挤压工艺具有节约原材料、提高生产率、减少零件的切削加工量、可用较差的材料代用优质材料等优点，从而使零件成本大大降低。 冷挤压技术在应用中存在的难点主要有： 1 绪论 (3) 1.1 本课题的目的和意义 (3) 1.2 本课题的主要研究内容 (4) 1.3 小结 (5) 2 复杂壳体冷挤压工艺的确定 (5) 2.1 冷挤压工艺概述 (5) 2.2挤压零件分析 (7) 3、挤压工艺分析 (9) 3.1 坯料尺寸的确定 (9) 3.2 毛坯软化处理 (10) 3.3 冷挤压毛坯表面处理与润滑 (10) 3.4变形程度计算 (13) 3.5确定挤压次数 (13) 4 挤压设备选择 (14) 4.1挤压力的确定 (14) 4.2挤压设备类型选择 (14) 4.3液压式压力机型号选择 (14) 5模具的结构型式及其主要零部件的设计 (15) 5.1冷挤压模具的结构分析 (15) 5.1.1冷挤压模具的组成部分 (16) 5.1.2对模具设计的要求 (16) 5.2冷挤压模具的结构特点 (17) 5.3 模具材料的选择 (17) 5.3.1冷挤压模具工作零件的材料要求 (17) 5.3.2冷挤模零件材料选取 (18) 5.4凸模设计 (18) 5.4.1 分流控制腔的设计 (19) 5.4.1.1 分流控制腔的结构形式及位置确定 (19) 5.4.1.2 控制腔高度尺寸（i h ）的确定 (20) 5.4.2凸模的结构及尺寸 (20) 5.5凹模的设计 (21) 5.6卸料和顶出装置的设计 (23) 5.7 挤压模具模座的设计 (24) 5.7.1上模座的设计 (24) 5.7.2 下模座的设计 (26) 5.8导柱导套的设计 (27) 6、装配图 (29) 7 复杂壳体成形过程的有限元仿真 (31) 7.1有限元分析软件的背景介绍 (31) 7.1.1 DEFORM 的介绍 (31) 7.1.2 DEFORM 的功能 (32) A、凹模 B、凸模 C、凸凹模 4、下列工序中属于成形工序的是（ C ） A、落料 B、拉深 C、冲孔 5、复合模的分类是根据落料凹模的安装位置来确定的, 落料凹模安装在上模称为（ C ） A、正装式复合模 B、连续模 C、倒装式复合式 6、导正销与凸模的配合为：（A ） A、H7/h6 B、H7/f6 C、H7/k6 7、弯曲角度?越小（或中心角越大）回弹积累越大回弹也（ B ） A、越小 B、越大 C、不变 8、为保证压力机和模具正常工作，模具的压力中心应与压力机的压力中心（A ） A、重合 B、不重合 C 、偏离 9、冲裁模采用始用挡料销是为了提高材料的（ C ） A、强度 B、塑性 C、利用率 10．拉深系数m一般取值为。（A ） A、<1 B、>1 C、<0 三、判断题（每小题2分，共20分） 1、板料落料件尺寸等于凹模刃口尺寸，冲孔时孔的尺寸等于凸模刃口尺寸。（√） 2、板料冲裁时凸、凹模间隙过大时落料件尺寸小于凹模尺寸，冲孔时孔的尺寸大于凸 模尺寸，（√） 3、滚珠导向是一种无间隙导向精度高，寿命长（√） 4、板料弯曲时在中性层以外区域纤维受压缩变短；中性层以内区域纤维受拉伸而伸长。 （×） 5、板料弯制U形件时，凸、凹模的间隙越大工件回弹越小。（×） 6、冲裁模的凹模在下模，凸模在上模的称为倒装模（×） 7、板料弯曲时相对弯曲半径r/t越小，其变形程度就越大越容易产生裂纹。（√） 8、相对弯曲半径r/t越大，回弹越大。（√） 9、压力机在一次行程中只完成一道工序的冲裁模称为复合模。（×） 10、压力机在一次行程中、依次在几个不同的位置上，同时完成多道工序的冲模称为 复合模。（×） 四、名词解释（每小题3分，共5小题， 15分） 1、拉深系数：以拉深前后的坯料直径之比来表示。 2、单工序冲裁模：指在压力机一次行程内只完成一个冲压工序的冲裁模。 3、搭边：排样时冲裁件之间以及冲裁件与条料侧边之间留下的工艺废料。 第6章冷挤压工艺与模具设计 一、目的与要求 了解冷挤压工艺方法及冷挤压模具结构组成。 二、主要内容 冷挤压分类，冷挤压件工艺性分析，冷挤压模具设计。 三、难点与重点 冷挤压必须解决的主要问题 四、授课方式 多媒体授课。 五、思考题 6—1 冷挤压加工有哪些类型?各适用于什么场合？ 6—2 冷挤压加工有什么优点? 6—3 冷挤压对毛坯有何要求？ 6—4 如图所示的冷挤压件，试确定坯料形状及尺寸。 6—5 如图所示的冷挤压件，材料为10号钢，试计算冷挤压力的大小。 题6—4图题6—5图 6—6 预应力组合凹模是如何提高挤压凹模的整体强度的?若凹模承受的单位压力是1300MPa，通常采用几层凹模? 六、小结 6.1 概述 冷挤压是指在室温条件下，利用压力机的压力，使模腔内的金属毛坯产生塑性变形，并将金属从凹模孔或凸、凹模的缝隙中挤出，从而获得所需工件的加工方法。 6.1.1、冷挤压的分类 根据冷挤过程中金属流动的方向和凸模运动方向的相互关系，可将冷挤压分为正挤压、反挤压、复合挤压、径向挤压等。 1、正挤压挤压时金属流动方向与凸模运动方向一致（见图6-1）。适用于带凸缘的空心件和杯形件、管件、阶梯轴等制件的挤压。 2、反挤压挤压时金属流动方向与凸模运动方向相反（见图6-2）。适用于杯形件、 图6-1正挤压图6-2反挤压 3、复合挤压挤压时一部分金属的流动方向与凸模运动方向相同，而另一部分金属的流动方向与凸模运动方向相反（见图6-3）。适用于各种断面的制件，如圆形、方形、六角形、齿形、花瓣形等的挤压。 4、径向挤压挤压时金属流动方向与凸模运动方向相垂直（见图6-4）。适用于具有 冷挤压模具设计 2. 挤压工艺及模具设计Extrusion Technology and Mould Design 一、挤压工艺分类 挤压可分为以下三类： 1）冷挤压，又称冷锻，一般指在回复温度以下（室温）的挤压。 2）温挤压，一般指坯料在金属再结晶温度以下、回复温度以上进行的挤压。对于黑色金属，以600℃为界，划分为低温挤压和高温挤压。 3）热挤压，指坯料在金属再结晶温度以上进行的挤压。 1）冷挤压工艺 冷挤压是在冷态下，将金属毛坯放入模具模腔内，在强大的压力和一定的速度作用下，迫使金属从模腔中挤出，从而获得所需形状、尺寸以及一定力学性能的挤压件。 冷挤压与热锻、粉末冶金、铸造及切削加工相比，具有以下主要优点： 1）因在冷态下挤压成形，挤压件质量好、精度高、其强度性能也好； 2）冷挤压属于少、无切削加工，节省原材料； 3）冷挤压是利用模具来成形的，其生产效率很高； 4）可以加工其它工艺难于加工的零件。 。 2）温挤压工艺 温挤压成形技术是近年来在冷挤压塑性成形基础上发展起来的一种少无切削新工艺，又称温热挤压。它与冷、热挤压不同，挤压前已对毛坯进行加热，但其加热温度通常认为是在室温以上、再结晶温度以下的温度范围内。对温挤压的温度范围目前还没有一个严格的规定。有时把变温前将毛坯加热，变形后具有冷作硬化的变形，称为温变形。或者，将加热温度低于热锻终锻温度的变形，称为温变形。 从金属学观点来看，区分冷、热加工可根据金属塑性变形后有无加工硬化现象存在来决定似乎更合理些。在金属塑性变形后存在加工硬化现象这个过程称为冷变形及温变形。 3）热挤压工艺 热挤压是几种挤压工艺中最早采用的挤压成形技术，它是在热锻温度时借助于材料塑性好的特点，对金属进行各种挤压成形。目前，热挤压主要用于制造普通等截面的长形件、型材、管材、棒料及各种机器零件等。热挤压不仅可以成形塑性好，强度相对较低的有色金属及其合金，低、中碳钢等，而且还可以成形强度较高的高碳、高合金钢，如结构用特殊钢、不锈钢、高速工具钢和耐热钢等。 冷挤压模结构设计（一） 上下模板是冷挤压压力的主要支承部分，由于冷挤压的单位压力较高，上下模板不能采用铸铁材料。上下模板加导柱、导套就组成有导向的冷挤压模架，无导柱、导套者则为无导向模架 图1为在导柱、导套导向通用反挤压模具。卸年亦有导向，其导向的基准仍为模架的导柱。反挤压时挤压件的端面往往是不平的，缺件时使凸模受力不均匀，可能造成凸模偏移而折断。缺件有强有力的导向时，提高了凸模的稳定性，这是因为卸件板与凸划亦有导向的缘故。反挤压适用模架兼作为下挤压及复合挤压使用。 图2为有导柱导套导向正挤压通用模具。 图3为镦挤复合模具。 通用反挤、正挤和镦挤复合模架中的组合凹模在相同吨位的压力机上都设计成可以互换的，提高了模具的使用范围。 模架精度可分为三级，其技术指标见表1，用于不同挤压件选用，常用的为Ⅱ级。 卸件板与顶件杆：挤压有时粘在凸模上，有时粘在凹模中，有此部件，能将打主挤压件取出。卸件板与顶件杆都是用于制件脱模的零件。 凸模与凹模垫板：通用冷挤压模具中，采用了多层垫板。为了防止高的挤压单位压力直接传递给模板而造成局部凹陷或变形，必须在凹模底端加上垫板，以便把加工压力均匀分散传递，起到缓冲作用。 凸模固定器及定位环：凸模固定器是将凸模安装在上模上，而定位环则可考虑挤压件的不同直径快速交换，提高了模具的通用性能。 凸模与凹模：冷挤压模具的工作部件，在设计时必须认真对待。应选用具一定韧性的高强度钢材制造。凸模与凹模承受了最大的冷挤压单位压力。为了加强凹模的强度，通常采用预应力组合凹模，可以用二层或三层组合而成。 表 1 图1 图2 图3 在冷挤压模具中，凸模是最关键的零件之一。凸模在冷挤压过程中，承受的单位挤压力最大，极易磨损与破坏。为此凸模的设计和加工就显得特别重要。 1．反挤压凸模 图1是用于黑色金属冷挤压的几种凸模。A、b两种凸模效果较好，在生产中尽量使用。C的平端面工作部分的凸模，由于冷挤压件需要平的底部，在生产中也常用，但单位挤压力比锥形带平底的凸模约高20%。无平台的锥形凸模α一般为5°～9°，也有用到27°的。但不要超过27°。角α过大，会因为毛坯端面不平面导致杯形件的壁厚差过大，使凸模受到很大的侧向力，在挤压过程中折断。反挤压凸模工作高度及凸模后隙直径见公式1。图2为纯铝等有色金属反挤压凸模工作部分的几种型式。其设计原则与上述基本一致。纯铝的塑性较好，强度较低，其反挤压杯压形件往往是薄壁深孔件，应尽可能减小凸模工作带的高度。一般取g=0.5～1.5mm。角 α=12°～25°。 有色金属反挤压凸模工作带高度一般是均匀的，如果在挤压变形不均的杯形件时，凸模工作带的高度在变形程度大的部位和变形阻力较大的部位，应适当减小凸模工作带的高度，即制造成不等的凸模工作带。 对于纯铝的反挤压细长凸模，为了增加其纵向稳定性，可以在工作端面上作出工艺凹槽（图3）。凸模借工艺凹槽在开始挤压的瞬间将毛坯'咬住'而提高其稳定性。凹槽的形状须对称于凸模中心，保持良好的同心度，否则反而会在挤压时发生偏移，造成凸模折断。 工艺凹槽的槽宽一般取0.3～0.8mm，深0.3～0.6mm。工艺凹槽顶部应用小圆弧光滑相连。2．正挤压凸模 在黑色金属冷挤压中，反挤压凸模的长径比一般较小，而正挤压的凸模长径比就往往较大。为了不使凸模纵向失稳，有进还需加上凸模保护套。 图4是正挤压所用凸模的几种型式。实心凸模可按型式a设计，在各台阶 《冷冲压工艺及模具设计》考试试题（1） 适用专业模具专业时量：120min 闭卷记分 学生班级姓名学号 一、填空：（每小题2分，共20分） 1、冷冲压工艺有两大类，一类是，另一类是工序。 2、冲裁的变形过程主要包括、、。 3、下模板与导柱的配合为，导柱与导套的配合为。 4、冲裁时废料有和两大类。 5、弯曲时，零件尺寸标注在外侧，凸凹模尺寸计算以为基准 6、拉深可分为和两种。 7、冷挤压变形程度的表示法有、、。 8、冷冲模按工序性质可分为、、、、。 9、翻边系数的表达式为ｍ＝。 10、在JB23－63型压力机的型号中，63表示。 二、名词解释：（每小题4分，共12分） 1、冲裁： 2、连续模： 3、模具闭合高度： 三、问答题：（每小题5分，共15分） １、指出下面冲裁过程F－ｈ曲线中各曲线段各为什么阶段？ OA段：AB段： BC段：CD段： 2、什么叫弯曲时的回弹？减小回弹的措施有哪些？ 3、什么叫冲裁尺寸精度？影响冲裁精度的主要因素是什么？ 四、说明下例模具属何种类型？并指出图中各序号零件的名称。 （15分） 五、计算题：（24分） １、计算下例弯曲件毛坯尺寸，并确定凸凹模尺寸。材料为Ｑ235，ｔ＝ 2.0mm，尺寸32为未注公差Δ＝0.62，δd＝0.03，δp＝0.02，Z＝1.1t，C= 3.0。（12分） ２、确定下例拉深件需几次才能拉深完成，并确定各 次拉深系数。拉深系数值见下表示，材料为08钢，t＝2mm， 毛坯直径Ｄ＝283mm，零件图如下图示。（12′） 六、编织加工下例零件时的合理工艺路线，并说明各道工 序采用何种类型的模具？材料为08钢。（１４分） 冷镦,冷挤压的基础知识 冷镦、冷挤压基础知识介绍 冷挤压是精密塑性体积成形技术中的一个重要组成部分。冷挤压是指在冷态下将金属毛坯放入模具模腔内，在强大的压力和一定的速度作用下，迫使金属从模腔中挤出，从而获得所需形状、尺寸以及具有一定力学性能的挤压件。显然，冷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形零件的。 冷挤压技术是一种高精、高效、优质低耗的先进生产工艺技术，较多应用于中小型锻件规模化生产中。与热锻、温锻工艺相比，可以节材30%～50%，节能40%～80%而且能够提高锻件质量，改善作业环境。 目前，冷挤压技术已在紧固件、机械、仪表、电器、轻工、宇航、船舶、军工等工业部门中得到较为广泛的应用，已成为金属塑性体积成形技术中不可缺少的重要加工手段之一。二战后，冷挤压技术在国外工业发达国家的汽车、摩托车、家用电器等行业得到了广泛的发展应用，而新型挤压材料、模具新钢种和大吨位压力机的出现便拓展了其发展空间。日本80年代自称，其轿车生产中以锻造工艺方法生产的零件，有30%～40%是采用冷挤压工艺生产的。随着科技的进步和汽车、摩托车、家用电器等行业对产品技术要求的不断提高，冷挤压生产工艺技术己逐渐成为中小锻件精化生产的发展方向。与其他加工工艺相比冷挤压有如下优点： 1）节约原材料。冷挤压是利用金属的塑性变形来制成所需形状的零件，因而能大量减少切削加工，提高材料利用率。冷挤压的材料利用率一般可达到80%以上。 2）提高劳动生产率。用冷挤压工艺代替切削加工制造零件，能使生产率提高几倍、几十倍、甚至上百倍。 3）制件可以获得理想的表面粗糙度和尺寸精度。零件的精度可达IT7～IT8级，表面粗糙度可达R0.2～R0.6。因此，用冷挤压加工的零件一般很少再切削加工，只需在要求特别高之处进行精磨。 4）提高零件的力学性能。冷挤压后金属的冷加工硬化，以及在零件内部形成合理的纤维流线分布，使零件的强度远高于原材料的强度。此外，合理的冷挤压工艺可使零件表面形成压应力而提高疲劳强度。因此，某些原需热处理强化的零件用冷挤压工艺后可省去热处理工艺，有些零件原需要用强度高的钢材制造，用冷挤压工艺后就可用强度较低的钢材替用。 5）可加工形状复杂的，难以切削加工的零件。如异形截面、复杂内腔、内齿及表面看不见的内槽等。 6）降低零件成本。由于冷挤压工艺具有节约原材料、提高生产率、减少零件的切削加工量、可用较差的材料代用优质材料等优点，从而使零件成本大大降低。 冷挤压技术在应用中存在的难点主要有： 1）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冷挤压模的设计和分析
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第六章 冷挤压工艺与模具设计
冷挤压模具设计
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： 1）凹模一般为组合式（凸模也常常用组合式）结构； 2）上 ﹑ 下模板更厚，材料选择得更好，满足模具的强度要求； 3）导柱直径尺寸较大，满足模具的刚度要求； 4）工作零件尾部位置均加有淬硬的垫板； 5）模具易损件的更换、拆卸更方便。 7.5.1 典型冷挤压工艺模具结构 1. 正挤压模具 图 7.5.1 是用于黑色金属空心零件正挤压的模具简图。模具的工作部分为凸模和凹模。 凸模 16 的心部装有凸模芯轴 15，芯轴 15 的心部设有通气孔与模具外部相通。凸模 16 的上 顶面与淬硬的垫板 13 接触，以便扩大上模板 3 的承压面积。凹模 2 经垫块 8 与垫板 9 固定 于下模板 11 上。由图可看出，凸模与凹模的中心位置是不能调整的，凸、凹模之间的对中 精度完全靠导柱 7 与导套 6 以及各个固定零件之间的配合精度来保证， 因此这种模具结构常 称为不可调整式模具。很明显，不可调整式模具的制造精度要求很高；但安装方便，而且模 架具有较强的通用性，若将工作部分更换，这副模具可以用作反挤压或复合挤压。 由图还可知， 凸模回程时， 挤压件将留在凹模内， 因此需在模具下模板上设置顶出杆 10。
反挤压模具
图 7.5.2 所示的是在小型（无顶出装置）冲床上使用的黑色金属反挤压模具的,它是一 种典型的具有导向装置的反挤压模。为便于反挤压件从凹模中取出，设计了间接顶出装置， 反挤压力在下模完全由顶出杆 25 承受，顶件力由反拉杆式联动顶出装置（由件 3、28、30、 31、32、33 组成）提供，该顶出装置在模座下方带有活动板 31，当挤压件顶出一段距离后， 通过带斜面的斜块 33 将 31 撑开，使顶杆 32 的底面悬空，使之靠自重复位，为下一次放置 毛坯做好准备。而活动板 31 靠其外圈的拉簧 30 合并。上模也设计了卸件装置，由于杯形挤 压件较深，为了加强凸模的强度，除工作段外，凸模的直径加粗并开出三道卸料槽，供带有 三个内爪形的卸料圈 17 卸料。 只要将凸模、凹模、顶山杆、垫块 26、27 加以更换，这副模具就可以挤压不同形状和 尺寸的工件；也适用于正挤压和复合挤压。挤压工艺及模具设计
冷挤压模结构设计
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