挤压工艺与模具课程设计任务书.docx

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1、本科课程设计诚信声明本人严峻声明：所呈交的课程设计，题目反挤压工艺与模具设计是本人在指导教师的指导下，进展争论工作所取得的成果。对本文的争论作出重要奉献的个人和集体，均已在文章以明确方式注明。除此之外，本论文设计不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。本人完全意识到本声明应担当的责任。作者签名：日期：2023年 6月 10日湖南工业大学课程设计任务书2023 2023 学年第 2 学期学院系、部专业班课程名称：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 2023年 6月10日至 2023年 6 月 20 日 共2周一、 内容与目的挤压工艺及模具设计课程设计课是学

2、生在修完本门课程后所进展的为培育学生获得实践动手力量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力量上到达培育目标的根本要求，在冲压成形工艺与冲压模具设计技术方面得到全面提高，并受到工程师的根本训练。二、任务与要求1运用所学的理论及生产实际学问，进展挤压模具设计的初步训练，培育学生的综合设计力量。内2把握挤压模具设计的方法和步骤。容及3使学生把握挤压模具设计的根本技能，具有查阅和运用标准资料、手册等有关技任术资料的力量。务4娴熟把握绘图和编写技术文件的力量。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

3、导教师确定编写设计说明书时间安排工作内容0.5 天生疏设计题目，查阅资料，作预备工作：0.5 天进展工艺方案分析，确定工艺方案进度安排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：全部图纸必需由指导教师检查后进展修改，夹订好才可正式提交。主要参考资料1 金仁钢有用冷挤压技术出版社：哈尔滨工业大学出版社2 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3 冲模设计手册编写组冲模设计手册模具设计手册之四4 金仁钢挤压工艺及模具课程设计指导书. 自编，2023 年指导教师：2023 年 6月 20 日系 教研室 主任：2023

4、年 6 月 20日反挤压工艺与模具设计设计说明书起止日期： 2023 年 6 月 10日 至2023 年 6月 21日学生姓名班级学号成绩指 导 教 师 ( 签字)机械工程学院部2023 年 6 月 10 日名目第 1 章工艺分析及方案确定51.1 零件的工艺性分析51.2 挤压零件工艺方案的拟定5第 2 章毛坯制备及压力机的选择62.1 毛坯制备62.2 挤压力的计算62.3 压力机的选择7第 3 章模具构造设计及固定83.1 工作零件设计83.1.1 凸模设计93.1.2 凹模设计93.2 模架的选择103.3 模具其他局部设计113.3.1 导向装置的设计113.3.2 顶出装置的设计1

5、23.3.3 卸料装置的设计123.3.4 垫板、垫块设计123.3.5 模具的固定及相关协作123.3.6 模具材料的选择133.3.7 模具的失效形式与检查15参考文献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，为低碳钢，所需制件外形为杯型件，构造较为简洁，由于低碳钢材料冷挤压较为简洁成型，而且挤压更节约材料、更易于成形，而且生产效率高，便于操作，因此承受冷挤工艺生产此零件较为适宜。毛坯零件D=23mm,h=10mm1.2 挤压零件工艺方案的拟定由于该零件构造简洁，加工比较简洁，所以有很多种加工的方法：比方切削加工， 挤压加工等。但假设承受切削加工，则

6、会铺张很多的材料，考虑到经济状况，承受挤压加工方法最适宜，不仅节约了原材料，还缩短了生产周期。所以反挤压加工位最适宜的方法。其次章 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 3/4，因此承受板料作为原材料。冷挤压毛坯常用备料方法有：锯切、车切、冲裁、剪切。但由于车切比锯切材料利用率高且可制出尺寸和重量相当周密，端面平坦光滑的毛坯，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，剪切毛坯外形不是很规章，所以选择车切。2.1.2 毛坯的软化处理为了降低材料的硬度，提高材料的塑性，得到良好的金相组织与消退

7、内应力。降低单位挤压力，提高模具寿命，保证产品质量，所以要对毛坯进展软化处理。由于材料是 15 号钢，承受的软化处理为：冷挤压毛坯热处理标准处理前处理后附注硬度HB 硬度HB15 号钢退火72010保温3h，随炉冷却。2.1.3 毛坯外表处理及润滑107162109121黑色金属冷挤压压力比较高，承受一般的涂刷润滑剂方法不能满足要求，在这样的压力下，一般润滑剂极其简洁被挤掉，不能起润滑作用。因此必需对毛坯外表进展处理， 已取得一层外表支承层，一般由外表磷化处理获得。为了使磷化液与毛坯金属外表直接接触，毛坯在磷化前应进展化学去油及酸洗去绣。经皂化后进展加猪油拌适量的二硫化钼，以提高模具寿命。2.

8、2 挤压力的计算2.2.1 许用变形程度计算𝐹 =(𝐹0-𝐹1)/𝐹 0100%=(2323/4040)100%=33.06%式中𝐹0冷挤压前毛坯的横截面积，𝐹1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法，图算法和阅历公式法等。用理论计算法求的单位挤压力只是近似值，图算法可以避开简单而繁琐的计算，工程上应用极为便利，因此在世界各国均得到了广泛的应用。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 33.06%的点，再进入图

9、 2，与毛坯高径比为 0.5 的线相交得出高度修正系数 K=0.90， 再向上投影与 15 号钢相交，得未经修正的凸模单位压力 P=2090MPa，再进入图 3 进展毛坯高度和毛坯外径校正得到修正后的凸模单位压力为 1800 MPa。最终进入图 4 得凸模 压力为 780KN 左右。2.3 压力机的选择2.2.1 设备的根本要求设备的选用必需与冷挤压工艺性质和特点相适应，对冷挤压设备有以下要求：（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展，还可以在一般的压力机

10、上进展。挤压设备的工作方式和构造在很大程度上打算了生产率、工作精度、通用性和生产的安全性。2.2.2 压力机主要参数确实定及选择由图算法算的P=780KN为了设备的安全以及其他因素，压力机的公称压力F=7801.3=1014KN依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 J21-125 开式冷挤压机，主要参数如下：压力机型公称压力公称压力行程滑块行程滑块行程次数封闭高度封闭高度调整量J21-1251250KN8mm150mm35370mm100mm第 3 章 冷挤压模具构造设计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型式有三种，如以下图，

11、依据零件图所示，应选用尖角锥形凸模，即其次种。所选凸模工作端面的斜角一般取 5-9，现在选取这种凸模有利于中心定位。为了减小摩擦，工作端面直径 d=23mm，则 d1=d-0.1-0.2mm，工作韧带取 2-4mm mm，依据上述条件，凸模工作端面斜角取 7，d1 取 22.8mm，工作局部高度取 10mm， 非工作局部取 30mm，工作韧带取 3mm。凸模两端不允许留有中心孔，因此在制造中应先留出凸出局部，作为留用顶针孔，待加工好后去掉，以免造成中心开裂。工作局部的地方要进展自习抛光，粗糙度期望到达Ra0.1。3.1.2 凹模设计组合凹模的优点是同样外形尺寸包括外套在内的整个组合凹模外形尺寸

12、和一样内腔尺寸的条件下，其强度要比单层即整体式凹模的强度大得多；构造合理、模具寿命长、挤压件底部圆角连接处的毛刺大为削减，适用于大批量生产而且它不但节约了材料，而且大大削减了模具加工的难度。但它增加了凹模加工的工作量，主要表现在压合面的加工和装配上，而且它要求精度高，以保证同轴度，并且拼合面宽度应小于 3mm， 上下两面应留出 0.2mm 空隙，结合面的外表粗糙度取 Ra0.2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，应选用组合式凹模。组合式凹模优点：（1） 提高了模具的强度；（2）

13、 节约了模具钢；（3） 凹模内圈尺寸减小，热处理简洁；（4） 当凹模损坏后仅需调换内圈，预应力中外圈还可以连续使用。在具体冷挤压工艺设计的条件下，依据冷挤压单位挤压力的大小打算承受整体式， 两层组合凹模，三层组合凹模，由于之前算出的单位挤压P=1800MPa，在1400MPa-2500MPa之间，应选用三层组合凹模。如以下图所示：1预应力圈的设计 d1=40mm，压合角取 130，d4=46d1，取 a41=5，则 d4=200mm，又参考文献 1 图 5.15 得a21=1.5 a32=1.8所以d2=1.5d1=60mm d3=1.8d2=108mm轴向压合量计算再按图 5.21 打算轴向

14、压合系数2 和3， 2=0.2，3=0.09由此可得出，轴向压合量为C2=2d2=0.260=12mm C3=3d3=0.09108=9.72mm径向过盈量计算由图 5.20 打算径向过盈量系数2 和3， 2=0.0105，3=0.00495由此可得径向过盈量为2=2d2=0.010560=0.63mm 3=3d3=0.00495108=0.5346mm黑色金属反挤压凹模一般承受直筒形式，凹模内壁放出 15-30的斜度是为了使金属流淌便利，有利于降低压力。凹模实际高度 h2 应超过毛坯高度 68mm，凹模入口角处做出圆角。在实践中应留意：（1） 三层圈都应当在一台车床上进展加工，保证三圈的压合

15、角做到大致一样。（2） 车削加工时，对 c2，c3 的要求，应考虑到热处理变形及磨削的余量，即热处理与磨削后到达 c2，c3 的计算要求。2凹模尺寸设计通过计算，零件的高度 h=24mm，由参考文献 1 中可知，凹模的实际深度应超过毛坯 68mm， 所以凹模的高度为 28mm。3.2 模架的选择冷挤压工艺可以在油压机，冲床，摩擦压力机上进展，也可以在专用多挤压机上进展。因此，挤压模架的构造除应依据挤压件的批量，品种不同而满足不同设备的要求外，还应满足下述几点：（1） 承压局部应具有很好的刚度及强度，使模架精度稳定。（2） 工作局部能简便而牢靠地固定在模架上，便于更换。（3） 毛坯和工件进出要便

16、利，便于实现机械化。（4） 易损局部零件尺寸应统一，便于制造和检验。（5） 保证操作人员安全。依据以上所述，可选用四导柱模架 GB/T2851.7-90。3.3 模具其他局部设计此副模具只要将凸模，凹模，顶出器，垫块，垫板加以更换。就能适应不同外形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，弹簧依据国家标准选取。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，一般是将导套用压协作装入上模座内，将导柱用压协作装入下模座中内，导柱与导套之间承受间隙协作，通常承受二级精度公差。为了保证导向的稳定性，导柱和导套压入

17、上下模座的长度要大于导柱直径的 1.52 倍，为了保证导向的牢靠性，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） 顶杆的工作局部略带五度的锥度，可延长使用寿命；（2） 顶端直径的d1按d 2d 2 2 计算，下端为了能承受较大的单位挤压力，承受锥形1构造，增大支撑面的面积，取d2=23d，含炭量小于 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

18、0.1mm 左右。（4） 兼作挤压凹模的顶杆，设计时必需与凹模一样考虑；不作挤压凹模用的顶杆，应依据载荷的具体状况，以保证纵向稳定的要求进展设计。顶杆须用工具刚制造。3.3.3 卸料装置的设计挤压完毕后，挤压件由于弹性变形的恢复，有可能包紧在凸模上，这就需要将挤压件卸下，将挤压件从凸模上卸下来的装置称为卸料装置。3.3.4 垫板、垫块的设计挤压时，模具型腔中单位冷寂压力很高，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， 以起减缓轴向压力的作用，降低应力密度。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凹模支

19、 撑面的直径范围内，压力大致扩展成圆锥状传到垫板底面，压力分部以加压中心最小， 其周边最小，垫板厚度增加时，受压面的传递直径增加，传递压力随之减小。因此应尽量加大垫板厚度，假设垫板的厚度一样，则多层垫板力的传递范围比使用单层垫板大。3.3.5.模具的固定及相关协作上底板与凸模固定圈用圆柱销及螺钉连接；卸料板和压板承受螺钉连接；压板与下模座承受圆柱销连接；凹模预应力圈与垫块承受螺钉连接；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，锥形紧圈， 紧固圈固定。螺钉与下底板属于

20、过盈协作；顶杆与下模座属于间隙协作；导柱导套属于间隙协作； 导柱与下底板属于过盈协作；下模座与下底板需留有定位台阶，属于间隙协作。3.3.6 模具材料的选择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，硬质合金等较为广泛的范围内选用。因此，依据冷挤压工艺特性的要求，合理选用模具材料，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。一、模具在挤压过程中承受的应力1. 承受大的挤压力：金属在冷挤压时的变形抗力是很大的，反挤压的单位挤压力可达20233000兆帕，当润滑和外表处理不当时，其单位挤压力甚至高达 30003500兆帕，这个数值已超过了一般模具钢的弹性极限

21、，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，消灭人员伤亡。2. 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，模具加工及装配的同轴度偏差过大等缘由，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。3. 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负荷。对于高硬度HRC60的模具，当存在某些外表和内部缺陷时，会引起应力集中而过早脆裂。4. 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，会引起模具外表的磨损。当模具外表

22、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外表早期破坏。5. 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综合前述的冷挤压模具在工作过程中所承受的负荷状况，模具材料应能满足以下几方面的根本要求。1. 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、冲击等简单的负荷。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。大块的碳化物及严

23、峻的偏折，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。2. 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 160180作回火温度的模具材料，会使强度、硬度下降，故用于温升较高的模具材料，应具备良好的抗回火稳定性。3. 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肯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相多少、大小、类型、分散度

24、及红硬性等。4. 良好的工艺性：冷挤压模具的制造周期长，工艺简单，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。顶出器顶杆、打杆、45淬硬4348垫板压板、卸料板定位钉、定位4545淬硬淬硬43484348块、挡料销常用冷挤压模具材料8零件名称材料牌号热处理硬度模板、模座45凹、凸模垫板T10A淬硬5862凸模压套45/T8A淬硬434845，5862T8A退料杆、环形T10A淬硬5862内预应力圈外预应力圈导柱导套5CrNiMo,5CrNiMo, 20，火淬硬淬硬外表渗碳，淬424438405660螺钉螺栓弹簧35，45

25、65Mn淬硬淬硬4048圆柱销45淬硬4348卸料螺钉45头部淬硬35403.3.7 模具的失效形式与防止方法模具失效的根本方式有：塑性变形，磨损，疲乏，断裂。(1)塑性变形。塑性变形即承受负荷大于屈从强度而产生的变形。(2)磨损失效。磨损失效是指刃门钝化、棱角变圆、平面下陷、外表沟痕、剥落粘膜(在摩擦中模具工作表而粘了些坯料金属)。另外，凸模在工作中，由于光滑剂熄灭后转化为高压气体，对凸模外表停顿猛烈冲刷，构成气蚀。(3) 疲乏失效。疲乏失效的特征：模具某些部位经过肯定的退役期，萌发了细小的裂纹，并逐步向纵深扩展，扩展到肯定尺寸时，严峻减弱模具的承载才能而惹起断裂。(4) 断裂失效。断裂失效

26、常见方式有：崩刃、脶齿、劈裂、折断、胀裂等，不同模具断裂的驱动力不同。冷作模具、所受的主要为机械作用力(冲压力)。热作模所受除机械力外， 还有热应力和组织应力，有很多热作模具的工作温度较高，又承受强迫冷却，其内应力可远远超越机械应力，因而，很多热作模的断裂主要与内应力过大有关。模具失效缘由及预防措施（1） 构造设计不合理惹起失效。锐利转角(此处应力集中高于均匀应力十倍以上)和过大的截面变化形成应力集中， 常常成为很多模具早期失效的根源。并且在热处置淬火过程中，锐利转角惹起剩余拉应力，缩短模具寿命。预防措施：凸模各部的过渡应平缓世故，任何役小的刀痕都会惹起剧烈的应力集中，其直径与长度应契合定恳求

27、。（2） 模具资料质量差惹起的失效。A夹杂物过多惹起失效。 B外表脱碳惹起失效。 C碳化物散布不匀，惹起失效。预防措施：钢在缎轧时，模具应重复多方向锻造，从而钢中的共晶碳化物击碎得更细小平均，保证钢碳化物不平均度级别恳求。(3)模具的机加工不当。预防措施：承受切削力强的粗砂轮或粘结性差的砂轮；削减工件进给量；选用适宜的冷却剂；磨削加工后承受 250350回火，以除磨削应力。4模具热处置工艺不适宜。预防措施：可承受装箱维护处置，箱内填充防氧化和脱碳的填充资料。参考文献1金仁钢编著-有用冷挤压技术哈尔滨工业大学出版社。2. 郝滨海编著-挤压模具简明设计手册化学工业出版社。3. 李绍林、马长福主编-有用模具技术手册 上海科技文献出版社。4. 马朝兴主编-冲压模具设计手册化学工业出版社。