轴承套温挤模具设计及数值模拟.docx

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轴承套温挤模具设计及数值模拟

轴承套温挤模具设计及数值模拟

摘要

挤压作为一种高效的精密加工技术近年来在现代工业中正发挥着越来越重要的作用。

挤压可分为热挤压、冷挤压、温挤压三种。

其中温挤压对无论热挤压还是冷挤压都有一定的优势。

和冷挤压相比，它需要的压力小；和热挤压相比，它的氧化不严重。

本设计即采用了温挤压技术并充分利用了这些优势。

这次设计的内容是轴承套的温挤压。

作为机械工业中常用的轴承套，要求有很高的力学性能，因此使用普通的低碳钢无法满足轴承套使用的需要，需要使用比较硬的中碳合金钢材料，因此本设计选择了40Cr，对于这样的材料只有使用温挤压才能很好的完成它的成型过程。

本设计采用了复合挤压，模具均采用4Cr5MoSiV1材料制造。

这是一种合金工具钢，具有很高的硬度，同时它还有很好的红硬性。

这很好的满足了轴承套温挤压要求温度较高的需要。

本课题完成了轴承套的温挤压的整套模具的设计，对温挤压模具的各个零件都进行了设计，并给出了详细的设计过程。

本套模具采用了7级精度生产，生产出来的毛坯还需要进行机加工。

这里还给出了每个零件的硬度和各种零件之间的配合公差以及形位公差以确保挤压出精度合格的工件。

本设计是严格按照有关标准进行的合理科学的设计，并进行了科学的数值模拟，模拟结果显示，此次设计能够满足相关工件的成型要求。

此外，本人还利用数次模拟结果对模具进行了一系列优化设计。

关键词：

轴承套，温挤压，模拟，模具设计

DieDesignandNumericalSimulation

forBearingHolderWarmExtrusionProcess

ABSTRACT

Extrusionasakindofefficientprecisionmachiningtechnologyisplayinganmoreandmoreimportantroleinmodernindustryinrecentyears.Extrusioncanbedividedintohotextrusion,coldextrusion,warmextrusion.Warmextrusionhascertainadvantagestowhetherhotextrusionorcoldextrusion.Comparedwithcoldextrusion,itneedsmorepressureandcomparedwithhotextrusion,itwouldbelessoxidized.Warmextrusiontechnologyisusedinthisdesignandsotomakefulluseofitsadvantage.ThedesignofthecontentistheBearingHolderHolder′swarmextrusion.Asthecommonpartinmechanicalindustry,theBearingHolderHolder′smechanicalpropertiesshouldbeverygood,souseordinarycarbonsteelcannotsatisfytheneedofBearingHolderHolder.Itneedtousecarbonsteelmaterials,sothisdesignchoose40Crasthematerialwhichonlyusewarmextrusioncandieinggoodly.

Thisdesignuseacompositeextrusion,themould‵smaterialadopts4Cr5MoSiV1.Thisisakindofalloysteel,ithasveryhighhardness,atthesametime,ithasverygoodredrigid.Thisisverygoodmeetstherequirementsofhightemperaturewhichisneededinthebear‵sextrusion.ThistaskhascompletedthedesignoftheBearingHolderHolder‵sdie,andeachpartisbedesigneddetailedlyandeachisgivenadetaileddesignprocess.Thissetofmouldadoptsthe7thlevelprecisionmanufacturing,andtheproductionneedtobemachined.Everyparts‵shardnessisgivenandthecooperationofvariouspartsisalsogiventoensuretheaccuracyofthequalifiedextrusionworkpiece.Thisdesignisstrictlyinaccordancewiththerelevantstandardsofdesign,thereasonableandscientific‵ssimulationisusedtofinishdesign.Theresultsofsimulationshowsthatthedesigncanmeettherequirementsoftheformingoftheworkpiece.Inaddition,Ialsouseseveralsimulationresultsofmouldconductedaseriesofoptimizationdesign.

KEYWORDS:

warmextrusion，simulation，die，thedesign

前言

挤压技术作为一种现代压力加工技术在现代工业中发挥着越来越重要的作用，它以较高的生产效率和较高的加工质量正成为现代工业加工技术的新宠儿，而且现代工业的迅猛发展使挤压技术得到了越来越广泛的应用,对挤压模具的设计与制造的要求越来越高.由于掠夺模具是挤压生产的主要工艺装备，所以其设计是否合理对挤压件的表面质量、尺寸精度、生产率以及经济效益等影响很大。

因此提高挤压模具的设计水平和掠夺模具的各项技术指标，对现代挤压工业的发展是十分必要的。

挤压是金属压力加工的一种少切削和无切削加工工艺。

它是将挤压模具装在压力机上，利用压力机制往复运动，在室温、中温或高温下使金属在三向压应力状态下发生塑性变形，从而挤出所需尺寸、形状及性能的零件。

挤压加工的原理是金属坯料处于三向压应力状态下变形时，能大大提高金属的塑性，允许金属有较大的变形。

挤压工艺不仅可以成形各种复杂的零件，而且还使低塑性金属和合金有成型加工的可能性；挤压工艺既可用于成批生产有色金属与黑色金属零件，也可用于制造模具的形腔。

挤压有两种分类方法，一种是按挤压坯料的温度分为冷挤压、热挤压、和温挤压；另一种是按金属流动方向和凸模运动方向的关系分为正挤压、反挤压、复合挤压（正、反挤压复合）、径向挤压、斜向挤压及镦挤等。

虽然大家知道挤压技术是一种少无切屑的压力加工技术，它具有生产效率高，生产出来的工件力学性能好等优点。

但以往对它的利用主要限制在冷挤压和热挤压两种加工方法上，冷挤压和热挤压顾然有它们各自的优点，但同时它们也有各自的缺点。

温挤压是针对冷挤压和热挤压的各自的不足之处，同时充分利用它们各自的优势而发展起来的一种挤压新工艺。

金属材料的冷、温、热变形通常是以金属成形过程中的加工硬化、回复和再结晶状况来判定的。

金属塑性变形后，材料处于加工硬化状态，称为冷变形；金属塑性变形后，材料具有再结晶组织，称为热变形；介于冷变形与热变形之间，材料处于回复状态，称为温变形。

挤压工艺正是在金属材料冷变形、温挤压、热变形这三种状态下进行的，并按被挤压材料的温度分为冷挤压、温挤压、热挤压三大类。

冷挤压由于加工温度低，毛坯的变形抗力非常大,因此在加工工件时所需的加工压力也是非常大，这就要增加压力机的吨位，同时降低了模具的使用寿命。

同时因为它的每道工步的变形量较温挤压小，因此它的变形工步比较多,这就直接降低了生产效率。

而热挤压由于工件的加热温度比较高,使得工件的氧化比较剧烈,并可能造成胶碳,这就使得加工出来的工件有很多的缺陷,而且热挤压出来的工件尺寸精度低,表面质量差。

由于温挤压兼有冷、热挤压的优点，克服了冷、热挤压的不足之处，因此温挤压适用于对常温成形时变形抗力高、塑性差、加工硬化激烈且又很难成形的高强度金属及耐蚀耐热钢、不锈钢、铁合金钢及含铬量高的钢等材料的加工，更适合于形状复杂的非轴对称异形零件的成形，在汽车、拖拉机、发动机、军工以及航空航天等领域已成了一种不可替代的成形方法，目前在国内,对于黑色金属,如纯铁、20、45、20Cr、40Cr、GCr15、12CrNi3、30CrMnSiA、2Cr13、1Cr18Ni9Ti、18Cr2Ni4WA、38CrA、T10V、T10A、Cr12MoV、W6Mo5Cr4V2Al以及GH140等均可成功地进行温挤压。

对于冷挤压难于成形的铅黄铜HPb59-1，用温挤压成型的效果也较好。

因此我们应该相信温挤压的市场前景，相信在不远的将来,温挤压将作为一种不可替代的压力加工方法存在于我们工业的各个加工角落。

为了使挤压件具有良好的工艺性，做到质量好、耗材少、成本低，能够经济高效地制造。

设计时必须对产品零件的性能和使用要求，产品零件的结构、形状、尺寸、公差及所采用的材料等进行全面的分析。

例如，产品零件的材料是否适合挤压成形；使用何种挤压工艺；采用何种工艺路线；确定可以挤压成型的部位和要留余量由切削加工完成的部位；需要改变的尺寸注法和工艺基准；确定在哪一种设备上进行挤压成形；采用体积结构的挤压等问题。

挤压成形的过程中，挤压设备通过挤压模具对挤压坯料施加挤压力使其变形，而被挤压材料对模具施以反作用力以反抗变形。

如果模具的承载能力大于挤压力，就可以顺利地挤出工件，如果模具的承载能力小于挤压力，将使模具损坏。

为了使挤压能够顺利进行，必须合理地设计挤压工艺；合理地选择挤压模具结构；设法降低挤压工艺力，提高模具的承载能力。

因此，在挤压工艺设计时应考虑很多的问题，归纳一下，主要为以下几点，1,选用适合于挤压加工的材料；2,设计合理的、工艺性良好的被挤压零件结构；3,采用合理的挤压工艺方案，使每道工序的挤压力均不超过模具的承载能力；4,选择合适的坯料软化热处理规范；5,采用理想的坯料表面处理方法与润滑剂；6,设计并制造适合挤压特点的模具结构，既保证产品质量和操作安全可靠，又具有较长的工作寿命和较高的生产率；7,选择合适的模具材料及热处理方法；8,选择适合于挤压工艺特点的设备。

只有这些问题在设计中被充分考虑了，设计者才能设计出一套合理的挤压工艺。

但只有这些还不能设计出一套很好的模具，模具的设计也要考虑一些问题：

第一，我们要考虑挤压件的使用条件，如受力情况、工作温度、工作环境等；第二，挤压件的性能要求，如强度、硬度、冲击韧性、金相组织等；第三，挤压件的结构开关，如是否适合挤压工艺，脱模是不否有困难；第四，挤压件的精度要求，如尺寸精度、位置和开关等；最后，挤压件的生产量，如长远的需要情况。

由于本设计