課程設計資料袋機械工程學院學院（系、部）2013-2014學年第1學期課程名稱擠壓工藝與模具課程設計指導教師—職稱學生姓名專業(yè)班級學號題目擠壓件正擠工藝模具設計成績起止日期2013年」L月—日?2013年」L月—日目錄清單序號材料名稱資料數(shù)量備注1課程設計任務書共2頁2課程設計說明書共頁3課程設計圖紙3張45課程設計任務書2013-2014學年第1學期學院（系、部）—專業(yè)班課程名稱：擠壓工藝與模具課程設計設計題目：擠壓件正擠工藝模具設計完成期限：自2013年11月日至2013年11月日共1.5周內(nèi)容及任務一、內(nèi)容與目的《擠壓工藝及模具設計》課程設計課是學生在修完本門課程后所進行的為培養(yǎng)學生獲得實踐動手能力而設置的一個重要的實踐性、一次綜合性實踐教學環(huán)節(jié)。通過本課程設計訓練，學生應在專業(yè)技術應用能力上達到培養(yǎng)目標的基本要求，在沖壓成形工藝與沖壓模具設計技術方面得到全面提高，并受到工程師的基本訓練。二、任務與要求（1）運用所學的理論及生產(chǎn)實際知識，進行擠壓模具設計的初步訓練，培養(yǎng)學生的綜合設計能力。（2）掌握擠壓模具設計的方法和步驟。（3）使學生掌握擠壓模具設計的基本技能，具有查閱和運用標準資料、手冊等有關技術資料的能力。（4）熟練掌握繪圖和編寫技術文件的能力。三、工作量構(gòu)思總圖（經(jīng)指導教師檢查確定）畫出裝配圖完成模具零件明細表畫出模具零件圖（具體數(shù)量由指導老師確定）編寫設計說明書.進時間安排工作內(nèi)容

度安排0.5天熟悉設計題目，查閱資料，作準備工作：0.5天進行工藝方案分析，確定工藝方案1天工藝設計和工藝計算1天畫裝配圖草圖1.5天畫正式圖2天畫零件圖1.5天編寫技術文件8天總計說明：全部圖紙必須由指導老師檢查后進行修改，夾訂好才可正式提交。主要參考資料金仁鋼實用冷擠壓技術出版社：哈爾濱工業(yè)大學出版社洪深澤編冷擠壓工藝及模具設計出版社：安微科學技術出版社沖模設計手冊編寫組.沖模設計手冊（模具設計手冊之四）金仁鋼《擠壓工藝及模具課程設計指導書》.自編，2011年指導教師2013年11月日系（教研室）主任:2013系（教研室）主任:2013年11月日機械設計課程設計設計說明書擠壓件正擠工藝模具設計起止日期：2013年11月日至2013年11月4日TOC\o"1-5"\h\z學生姓名學號成績指導教師（簽字）機械工程學院（部）2013年12月日目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"第一章零件的工藝分析3\o"CurrentDocument"第二章零件工藝方案的選定5\o"CurrentDocument"第三章工序設計6\o"CurrentDocument"3.1毛坯的制備6\o"CurrentDocument"3.2毛坯的軟化處理6\o"CurrentDocument"毛坯表面處理與潤滑7\o"CurrentDocument"毛坯尺寸的確定7\o"CurrentDocument"第四章工藝計算8\o"CurrentDocument"許用變形程度計算8\o"CurrentDocument"4.2擠壓力的計算8\o"CurrentDocument"4.3壓力機的選擇9\o"CurrentDocument"第五章冷擠壓模具的機構(gòu)設計10\o"CurrentDocument"5.1凹模的設計10\o"CurrentDocument"5.2凸模的設計11\o"CurrentDocument"5.3模具其他部分的設計12\o"CurrentDocument"5.4模具的固定13第六章模具裝配及工作原理14加工要求14\o"CurrentDocument"6.2模具裝配圖及裝配過程15\o"CurrentDocument"6.3加工路線16\o"CurrentDocument"第七章工作零件材料的要求與使用注意事項17第八章總結(jié)心得18第九章參考文獻19第一章零件的工藝性分析冷擠壓工藝設計是在確定擠壓件形狀、尺寸、精度和材料之后，這首設計模具之前的一個階段。在此階段要擬定之間的冷擠壓加工工藝和有關的工藝順序和數(shù)量，并研究如何具體實現(xiàn)符合生產(chǎn)要求的零件質(zhì)量控制、經(jīng)濟性等有關問題。近年來，在機械制造工藝方面廣泛應用采用冷擠壓先進技術，取得了顯著的成就，與其他制造工藝方法相比，冷擠壓工藝已成為金屬變形中最先進的工藝之一，在技術和經(jīng)濟上都有很多的顯著優(yōu)點。圖1-1為本次設計的毛坯圖和零件圖，圖1-2為零件的三維圖。材料為15號鋼，生產(chǎn)批量大，需要采用正擠工藝。1.1圖1-1毛坯圖（左）和零件圖

圖1-2零件三維圖由于材料為15號鋼，屬于黑色金屬，變形過程中變形抗力很大，所以在擠壓的過程中單位擠壓力很大，首先要保證模具壽命，其次還要考慮生產(chǎn)率的大小，最后還要結(jié)合生產(chǎn)過程中的經(jīng)濟性和產(chǎn)品強度、精度等。在設計過程中的工藝性分析包括:原材料的形態(tài)、冷擠壓材料的軟化熱處理、冷擠壓件的潤滑與表面處理、冷擠壓力的計算、冷擠壓設備的選擇、凸凹模的結(jié)構(gòu)設計、冷擠壓模具材料的選擇及其熱加工工藝、模具的總裝配等。第二章擠壓零件工藝方案的選定先按一次正擠壓工藝方案進行擠壓，即進行下料一軟化退火一磷化皂化一正擠壓一次成形。這時斷面縮減率V=F0—F1X100%=d2—d2X100%=402T”X100%=91%FFd24020根據(jù)參考文獻【1】圖4.10進行校核，15號鋼的許用變形程度的斷面縮減率為中=72%-85%。說明這個方案正擠壓的斷面縮減率過大，擠壓力超過了模具鋼的許用載荷，這是冷擠壓模具發(fā)生碎裂的主要原因。所以一次正擠壓這個方案是不合理的。為了使變形程度降低，故采用多次冷擠壓的工藝方案，采用二次擠壓成形，減小每道工序的單位擠壓力的方法來解決模具的損壞問題。第三章工序設計3.1毛坯的制備毛坯的制備，是從毛坯下料開始到制備出符合冷擠壓工藝要求的毛坯為止的過程。制備價廉、質(zhì)量良好的毛坯是關系到擠壓件質(zhì)量、生產(chǎn)效率和成本的大問題。毛坯的制備的常用方法選擇，應該考慮生產(chǎn)要求，說需設備條件和成本、工具盒維護費用、材料變?yōu)閺U屑的書號和加工費用、所需工序次數(shù)。以及其他因素。毛坯的尺寸、形狀、材料，需要保持的精度和生產(chǎn)方法亦是影響下料方法選擇的重要因素。冷擠壓毛坯最常用的備料方法有：鋸切、車切、沖裁、剪切。原材料的表面缺陷對冷擠壓件的質(zhì)量影響很大，這是由于冷擠壓加工和切削加工不同，冷擠壓時原材料的表面缺陷會保留或者擴大，成為冷擠壓件的表面缺陷，所以選取毛坯的時，當表面缺陷的深度大于0.1mm時，應當設法消除，使材料表面達到潔凈、光滑，不應有發(fā)裂，氣泡、劃傷等。原材料的尺寸精度也很重要，原坯料的幾何形狀應對稱，以保證冷擠壓過程中均勻產(chǎn)生變形，坯料端面與軸線的垂直度最大不應超過0.1mm。綜上所述，經(jīng)過考慮生產(chǎn)要求，所需設備的條件和成本，模具維修費用，制件精度等，并且毛坯的直徑較大，可采用鋸切的方法進行下料，斷面比較平整。3.2毛坯的軟化處理目的：為了達到降低材料的硬度和變形抗力，提高材料的塑性，消除內(nèi)應力得到良好的晶相組織，提高模具壽命，保證產(chǎn)品質(zhì)量，必須進行軟化處理。根據(jù)資料表明：30號鋼以下的低碳鋼，應用完全退火，不用球化退火。本次設計的原材料為15號鋼，所以可以按照圖3-1所示方法進行熱處理退火。P靛扇15P靛扇15號鋼處理后的硬度為109-121HB時間/h3.3毛坯表面處理與潤滑表面處理與潤滑是鋼零件擠壓的關鍵問題，它對零件的表面質(zhì)量及模具的壽命有很大的影響，比尋給于足夠的重視。主要包括：1.去出表面缺陷清潔、去脂、濯洗。去除表面氧化層4.磷酸鹽處理與潤滑處理。對于清潔、去脂、濯洗，一般按照國內(nèi)工廠的方法，采用化學去油的配方與工藝，去油完成后，可用水直接淋在零件上進行檢查，如果徹底去油，則水能浸潤所有表面。對于去除表面氧化層可采用酸洗處理。磷酸鹽處理在冷擠壓中占有很重要的地位，將毛坯放在磷酸鹽溶液中進行處理，其化學反應如下Fe+2HPOrFe(HPO)+H個342422潤滑處理：在磷酸鹽處理后，還要進行潤滑處理，可使用皂化處理，可以得到有效的硬脂酸鋅潤滑層，這層潤滑層牢固的連接于磷酸鹽覆蓋層的表面并滲入磷酸鹽覆蓋層中。3.4毛坯尺寸的確定如圖3-2，毛坯的尺寸D=40mm，h=60mm，則毛坯的體積V=兀D2h/4=75396mm2,第一次擠壓擠壓件的外徑d]=40mm,，d2=25mm擠壓部分的高度為七=7.5mm,h2=34mm,a=135。根據(jù)體積不變原理，擠壓件的體積也為V=75396mm2，由體積不變，第二次擠壓擠壓件的外徑％=40mm,，d2=12mm擠壓部分的高度為h2=157.5mm，七=8mm所以擠壓后零件的總高度，h=205.5mm.圖3-2圖3-2第四章工藝計算4.1許用變形程度的計算正擠的斷面縮減率第一次擠壓斷面縮減率:W=F。—Fx100%=d2—d1x100%=402—252x100%=61%FFd24020第二次擠壓斷面縮減率：F0—F1X100%=d2d1X100%=252T”X100%=77%Fd22520a根據(jù)參考文獻【1】圖4.10進行校核，15號鋼的許用變形程度的斷面縮減率為中=72%?85%在許用范圍之內(nèi)。4.2擠壓力的計算理論公式計算法，由于計算方法復雜，準確性差。因此用的不廣，而圖算法由于試驗條件及材料的種類的局限性，也影響到了它的應用范圍。因此采用經(jīng)驗公式計算P=pF=Zn°F，式中：P總擠壓力；N；p單位擠壓力，Mpa;Z---模具的形狀系數(shù)；參考文獻【1】（圖4.34）n---擠壓方式及變形程度修正系數(shù)；參考文獻【1】（見表4.2）ab---擠壓錢材料的抗拉強度，Mpa，查有關手冊可以找到，對碳鋼而言可以近似取a=1/3HBbF凸模工作部分橫切面面積，mm211一一一一一其中Z取0.9，n=5,a=HB=—x110=37kg/mm2=370MPa，b33F=nx（402-122）=1143mm24所以單位擠壓力p=Znbb=1x5x370=1850MPa,總壓力p=pF=1850x1143=2114550N=2115KN為了安全起見，并考慮到生產(chǎn)上可能出現(xiàn)的意外情況（如退火軟化質(zhì)量較差，潤滑層脫落等），應按計算應力值乘上安全系數(shù)1.3.因此P=1.3x2115=2749KN4.3壓力機的選擇正確選擇壓力機與模具壽命，制件精度有直接關系，因此設備的選取，必須與冷擠壓工藝性質(zhì)和特點相適應，壓力機必須要有足夠的剛性；同時具備頂出裝置；合適的擠壓速度；較大的工作行程和能量，滑塊應有良好的導向精度，而且還要有超載保險裝置。根據(jù)冷擠壓壓力的大小，應選取公稱壓力大于或等于2749KN的壓力機，并且還要保證模具的封閉高度（在最低位置時的高度）應小于壓力機的最大裝模高度。根據(jù)參考文獻【2】附錄1-8，選取公稱壓力為3000KN的四柱萬能液壓機第五章冷擠壓模具的結(jié)構(gòu)設計冷擠壓的最大的特點就是單位擠壓力大，因此擠壓件的質(zhì)量與擠壓模具的設計有直接關系，合理的模具結(jié)構(gòu)是生產(chǎn)出合格優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品的關鍵之一，必須根據(jù)具體零件的結(jié)構(gòu)、材質(zhì)設計出正確的模具結(jié)構(gòu)。冷擠壓模最重要的部分是凹模和凸模，其他部分則與冷沖壓模大致相同。擠壓生產(chǎn)工作的穩(wěn)定性、安全性和可靠性，是模具設計的關鍵，是開始設計之前必須解決的問題。5.1凸模的設計正擠壓凸模對成形的影響不太大。它的主要作用是傳遞壓力。因此，為了延長模具的實用壽命，過渡部分應做成圓角或者倒角，凸模的徑向尺寸不要做成單一尺寸的圓柱體，最好采用類似于反擠凸模那樣的減壓結(jié)構(gòu)。凸模工作部分直徑的名義尺寸等于凹模內(nèi)徑。d=40mmd=1.3d=52mmd=1.5d=1.5x40=60mmR廣0.3d0=0.3x40mm=1.2h二成型部分高度+凹模工作帶高度+10mm+間隙+壓料板=69mmh=15mmh=10mm曲圖5-15.2凹模設計正擠壓凹模是正擠壓成形的關鍵零件，對成形的影響很大。正擠壓凹模一般都做成錐形，入口。本次的入口角度a=900，模腔的直徑D一般比毛坯的外徑大0.05~0.10mm，其高度h根據(jù)毛坯接觸錢至少已進入凹模10mm。擠壓凹模工作時內(nèi)壁承受著較大的單位壓力，特別是正擠壓黑色金屬時工作內(nèi)壓高達2000MPa，因此，為了提高凹模的強度，一般應采用組合式凹模。根據(jù)冷擠壓的單位壓力P的大小決定，在P較大的情況下，取三層組合凹模，在p較小的情況下選??；兩層組合凹模。兩層組合凹模的許用單位擠壓力為1100MPa<p<1400MPa三層組合凹模的許用單位擠壓力為1400MPa<p<2500MPa根據(jù)本次設計的單位擠壓力，再結(jié)合參考文獻【1】圖5.13決定選取三層組合凹模，才能滿足要求，如圖5-2

凹模各圈直徑的決定在決定了組合凹模的層數(shù)以后，以保證強度。凹模的總直徑比比a及21r合理的確定各圈直徑是充分發(fā)揮組合凹模特點，a41=d4/d1=4凹模各圈直徑的決定在決定了組合凹模的層數(shù)以后，以保證強度。凹模的總直徑比比a及21ra=1.4a=1.66由此可以得到d=4d=4x40=160mmd=ad=1.4x40=56mm,d=ad=1.66x56=93mm221r1332r2過盈量日,日與軸向壓合量c,C的計算2323再由參考文獻【1】圖5.21決定軸向系數(shù)6=0.2,6=0.12，由參考文獻【1】圖5.20決定過盈量旦=0d=0.0105x56=0.588mm旦=。d=0.0064x93=0.59mm由此可算出軸向壓合量為33c=6d=0.2x56=11.2mmc=6d=0.12x93=11.2mm式中r2---d2處的徑向過盈（雙向），mm;r2---d2處的徑向過盈（雙向），mm;c2d2處的軸向合量，mm；c3d3處的軸向合量，mm；P2—d2處的徑向過盈系數(shù)，按參考1圖5.20查得；七一-七處的徑向過盈系數(shù)，按參考1圖5.20查得；52---d2處的軸向壓合系數(shù)，按參考1圖5.21查得；53---d3處的軸向壓合系數(shù)，按參考1圖5.21查得。中層預應力圈料為：5CrNiMoA,40Cr,35CrMoA.外層預應力圈料最好為：5CrNiMo,0CrNiMo.這里用室溫預壓對組合凹模內(nèi)腔施加預應力，壓合角取1030'5.3模具其它部分的設計模具其它部分的設計，如上模板，下模板，墊塊，壓圈，銷釘，彈簧，卸料板，頂出裝置，導柱導套等在滿足單位擠壓力的情況下都采用標準件。要求如下:1、導向裝置采用四導柱導套結(jié)構(gòu)；2、頂出桿直徑與凹模工作帶的直徑為基孔制間隙配合H7/h6或H7/g6;3、卸料板采用固定卸料板。5.4模具的固定模具安裝固定的基本要求是：（1）凸凹?；蛏舷履；ハ鄬φ?，且間隙均勻;（2）模具壓力中心與壓力機滑塊中心線吻合；（3）閉合高度適當；（4）能順利卸退料；（5）緊固可靠，模具在使用過程中毫無松動。模板的固定：在模板前后左右四個對稱的位置開槽，與滑塊上的槽相吻合一致。模座的固定：采用下圖6-1方法「-LLL3圖6-1凹模的固定：采用壓板和下模座一起固定，在壓板和下模座上設計螺孔。凸模的固定：利用螺栓將凸模固定圈、墊塊、錐形套直接緊固在上模板上。第六章模具裝配過程及工作原理6.1加工要求1）模具配合加工零件在允許間隙內(nèi)加工,落料凸凹模，沖孔凸模與固定板配合后，底部磨平。2）圖樣中未注明公差的一般尺寸其極限偏差按14級精度加工，未注粗糙度的按Ra6.3um處理。3）模具中各墊板的兩承壓面的平行度公差按GB1184為5級。4）模具中安裝鏢釘（鏢栓）之螺紋孔及其通孔的位置公差不大于2mm，或相應各孔配作。5）模具、模架及其零件的工件表面，不應有碰傷、凹痕、裂紋、毛刺、銹蝕等缺陷。6）經(jīng)熱處理后的零件，硬度應均勻，不允許有脫碳、軟點、氧化斑點及裂紋等缺陷。熱處理后應清除氧化皮，臟物油污。7）配通用模架模具，裝配后兩側(cè)面應進行同時磨削加工，以保證模具能順利裝入模架。6.2模具裝備圖及裝配過程1-螺釘WWW8-緊固圈9-螺釘10-凸模11-組合凹模中圈12-組合凹模外圈13-導柱14-螺釘15上模板16-卸料螺釘17-卸料板18-彈簧19-制件20-墊塊21-頂出件22-螺釘23-淬硬地板24-頂出桿25-下模板1-螺釘WWW冷擠壓模具與冷沖壓模具頗為相似，但是由于冷擠壓與冷沖壓比較的顯著不同是單位擠壓力很高，有時候單位擠壓力會高達2000MPa以上，在這樣的單位擠壓力作用下，使冷擠壓模具極易損壞。因此對于冷擠壓模具結(jié)構(gòu)強度、剛度、精度等方面的要求皆應比冷沖模具高。圖7-1為正擠壓圓柱形件的模具總裝圖，采用通用的模架，模架具有四根導柱13,以保證它有良好的導向。對于它的凸模，因為單位擠壓力很高，為了它的支撐面積擴大，把凸模10的上端制成錐體，這樣做也可以達到拆換的目的。為了不使上模板15壓塌，因此在凸模上墊凸模墊板3。為了便于反擠壓件從凹模內(nèi)圈9中取出，設計了間接頂出裝置，正擠壓的壓力在下模部分完全由頂出器承受。由于采用了間接頂出方案，因此頂出器承壓面積得到了擴大，它適用于單位擠壓力較高的情況。頂出力通過頂出桿傳給頂出器，

將工件頂出。由于在反擠壓中可能出現(xiàn)工件粘結(jié)在凸模上，因此在該模具上采用卸料板、彈簧（采用彈簧的目的在于對于不同尺寸的工件只要更換彈簧而不需要改變其它部分，就可以使用，增加了模具的使用適應性）把工件從凹模中卸下來。該模具凹模位置可以調(diào)整，它采用了下模座和壓板把凹模的內(nèi)圈、中圈、外圈壓緊，這樣使工作中凹模不容易產(chǎn)生走動。在設計中應注意凹模的中、外圈應縮短2-3mm,以防止在使用過程中中外圈往上爬，引起的組合凹模預緊力的下降;下模座用螺釘緊固在下模板上，可保證上下模同心度，這副模具只要將凸模、凹模，頂出器、墊塊、墊板加以更換，就能適應不同形狀和尺寸的工作擠壓要求。這副模架可使用反擠壓、正擠壓與復合擠壓，只要更換一下工作部分就可，因此很適宜于實驗研究用。6.3加工工藝路線：1備料2把導柱安裝在下模座上。3把凸凹模放在下模座上面，按中心線裝上凸凹模固定板，用螺釘把凸凹模固定在下模座上。4通過卸料螺釘把橡皮和卸料板固定好，在卸料板上裝好導料銷和擋料銷。5把導套安裝在上模座上。6把個沖孔凸模通過凸模固定板和墊板一起固定到上模座上，連同凹模一起用螺釘和銷釘緊固。7把模柄裝在上模座上，用螺釘緊固，裝上打桿。8把組裝好的上模座和下模座通過導柱導套組裝起來，中間裝上材料。9試模10調(diào)整到合格11入庫第七