汽车盖形螺母成形工艺及模具设计毕业设计模板Word文档格式.docx
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第2章工艺分析及制定错误!
2.1产品零件的分析错误!
2.2工艺方案的分析4
第3章毛坯制备及处理8
3.1冷挤压件毛坯的制备8
3.2冷挤压件材料的软化热处理错误!
3.3冷挤压件的表面处理与润滑错误!
第4章冷挤压力错误!
4.1影响冷挤压压力的主要因素11
4.2变形程度错误!
4.3冷挤压力的计算12
第5章冷挤压设备的选择错误!
5.1冷挤压设备的基本要求错误!
5.2冷挤压设备的选择错误!
第6章冷挤压模具设计15
6.1冷挤压模具特点15
6.2冷挤压模架设计15
6.3凸、凹模设计16
6.3.1反挤压凸模的设计16
6.3.2反挤压凹模的设计17
6.3.3反挤压凸、凹模制造公差18
第7章模具结构部件设计19
7.1上模具部分结构设计19
7.2下模具部分结构设计20
7.3模具结构和工作原理21
7.4成形模具三维图22
第8章冷挤压模具材料的选择25
8.1模具材料的基本要求26
8.2模具材料的选用原则26
8.3常见的冷挤压模具材料26
第9章工艺卡片28
结论30
考参文献31
致谢32
第1章冷挤压技术的介绍
1.1冷挤压工艺的实质
在金属压力的加工中,冷挤压是一种非常先进的少、无切削加工的新工艺。
冷挤压是指在室温下,利用压力机的简单往复运动,使放在冷挤压模腔内的金属毛坯,在强大的压力以及一定的速度作用下,迫使金属产生塑性变形,从而获得所需形状、尺寸而且具有一定力学性能的挤压件。
冷挤压方法既能够用于生产成批的有色合金及黑色金属的零件,也能够加工各种模具的型腔。
根据挤压时金属流动的方向与凸模运动方向之间的关系,常见的挤压方法能够分为正挤压,反挤压,复合挤压以及径向挤压。
正挤压就是挤压时,金属的流动方向与凸模的运动方向一致。
正挤压又可分为实心件正挤压和空心件正挤压两种。
正挤压法能够制造各种形状的实心件和空心件,如螺钉、心轴、管子和弹壳等。
而反挤压是挤压时,金属的流动方向与凸模的运动方向相反。
反挤压法是将圆形毛坯挤压成筒形零件,能够制造出各种仪表罩壳、万向节轴承套、连杆衬套等。
复合挤压是指挤压时,金属的流动方向朝凸模的运动方向和相反方向同时运动。
复合挤压可生产两端直径不同的筒形零件,也可生产双杯形零件,如汽车的活塞销,也能够制造杯杆形零件等等。
径向挤压是指金属的流动方向于凸模的运动方向相垂直。
径向挤压又分为离心和向心挤压两种,主要用于制造带凸肩的齿轮坯和十字轴类零件。
1.2冷挤压工艺的优点
挤压加工有许多特点,主要表现在挤压变形过程的应力应变状态、金属流动行为、产品的综合质量、生产的灵活性与多样性、成本与生产效率等方面。
1）提高金属的变形能力冷挤压是一种金属塑性成形加工先进方法。
它在不破坏金属的前提下使金属体积作出塑性转移,从而达到少切屑无切屑而使金属成形制得所需的形状、尺寸的零件。
这样就避免了在切削加工时形成的大量金属废屑,大大节约了各种有色金属及钢铁原材料。
2）提高劳动生产率
冷挤压零件是在压力机上进行的,操作很方便,容易掌握,生产率也很高。
同时也减少了一些中间工序的进行。
3）可成形复杂形状的零件。
4）在冷挤压过程中,金属材料是处于三向不等的压应力作用下。
挤压变形后,金属材料的晶粒组织会更加致密。
同时冷挤压利用了金属材料冷变形的加工硬化特性。
使冷挤压件的强度大大提高。
从而提供了低强度钢代替高强度钢的可能性。
5）可获得得较高尺寸精度及较小表面粗糙值的零件。
经冷挤压成形的零件的表面质量是非常好的。
在冷挤压过程中,金属表面在高压下会受到模具光滑表面的熨平,因此零件的表面粗糙度值很小,表面强度也大大提高。
6）减少工序,缩短生产周期。
冷挤压工艺是在闭式模具型腔中进行金属塑性变形,所得到的挤压件是没有飞边的,故不再需要切边（或冲孔）等后续工序,从而缩短了和产周期。
7）减少设备投资。
与模锻相比,因冷挤压不会产生飞边,故可省去切边模及切边压力机,这样就明显地减少了设备投资。
8）降低零件的生产成本。
1.3冷挤压工艺的缺点
在长期的生产实践中,与其它制造工艺相比,冷挤压虽然表现出很多优点,可是还是存在一些问题。
冷挤压工艺的缺点如下所述。
1）变形抗力高
冷挤压时,被挤压材料的变形抗力较高,其中最能说明的是钢的冷挤压,其变形抗力高达MPa以上。
这样的超高压力,对模具材质,结构和加工制造等提出了更高的要求。
2）模具寿命短
由于冷挤压模具承受着很大的单位压力作用,最高可达3000MPa,模具容易磨损、易破坏:
虽然在模具材料以及模具结构等方面采用了很多有效的措施,但与冲压模具相比,其使用寿命还是偏低的。
3）对毛坯的要求较高冷挤压加工时对毛坯的要求会比其它金属塑性成形加工工艺都要高,否则,会使模具易受到损坏。
对于冷挤压毛坯,除了要求毛坯具有准确的几何形状以及较高的尺寸精度外,还要求在冷挤压变形之前对毛坯进行一定的软化退火处理以及表面润滑处理。
4）对冷挤压设备要求较高当实施冷挤压工艺过程时,除了要求冷挤压设备应用较大的强度以外,还要求有较好的刚度。
另外,还要求设备具有良好的精度并具有可靠的保险装置。
1.4冷挤压工艺的应用范围
冷挤压加工是一种”优质、高产、低消耗、低成本”的先进工艺。
在技术上与经济上都有很高的应用价值。
当前冷挤压技术在机械、汽车、般天般空、仪表、军工、电子通信和轻工民用产品中（如钟表、自行车、照相机等）都已经得到了广泛的应用,已成为金属塑性成形技术中不可缺少的一部分。
冷挤压作为一种少无切削的新型工艺,已经成为先进制造技术中极具特色的一个门类。
冷挤压加工的缺点与优点相比是次要的,是相对于当前不是很先进的技术条件而言的,随着科学技术的迅速发展,模具钢新材料的研究及开发,模具结构设计的合理化,缺点问题会被解决,优越性将会得到充分发挥。
1.5冷挤压工艺的的发展方向
由于冷挤压技术具有当前最效节约材料、提高生产效率、提高机械产品性能、适合大批量生产等优点,因此进一步研究与推广应用冷挤压技术,在中国现代化建设中有着广阔的前景。
冷挤压工艺的发展方向主要有以下几个方面:
1）进一步扩大冷挤压的应用,在一定范围内慢慢代替铸造、锻造、拉深、旋压、摆辗和切削加工;
2）除了应用于有色金属和黑色金属以外,进一步增多可供冷挤压用的材料种类;
3）在合理的许可的范围内提高每次冷挤压工序的变形量;
4）满足冷挤压零件形状的复杂性,使之可成形更复杂的,甚至外形不对称的零件;
5）延长冷挤压模具的使用寿命;
6）提高冷挤压的生产率;
7）在小批量生产中扩大冷挤压的使用;
8）先进的智能化、敏捷化与数字化等现代技术在冷挤压生产中要得到进一步应用。
第2章工艺分析及制定
2.1产品零件的分析
本设计的产品为盖形螺母，其产品示意图与零件图如图2.1所示:
图2.1盖形螺母
本零件属于螺母类，其含有内孔以及外六角。
加工时应注意保证零件所需的强度跟硬度。
盖形螺母应用广泛，采用挤压技术能够大批量生
产。
从零件图上能够直观的看出，该零件属于轴对称图形，顶部跟中部为圆弧过渡，还有内孔。
材料为15号刚
2.2工艺方案的分析
主要根据产品零件图,具体的生产条件、用途和相关资料进行工艺方案的设计。
经过各种可行方案的制订、分析、比较,选出合理的工艺方案。
由此我们能够从这些方面来选择最佳的工艺方案。
对于金属来说,成型工艺有多种选择。
例如直接机加工成型、压铸成型、冲压成型、挤压成型等等。
下面将分别对这四种成型工艺进行分析,从而得到最佳的工艺方案。
1.直接机加工成型
机加工成型,即经过机床直接对坯料进行切削加工成型,机加工主要是对坯料进行形状尺寸的加工,一般不会改变其内部的物理性能。
工艺过程:
坯料——机加工——成品
从零件图上知道产品的形状虽然比较规则,可是外部有六边,底部有内孔,内孔还含有螺纹,且头部与六边结合部分为圆弧,这样在进行机加工时操作不方便,同时本零件的尺寸较小,不便在普通机床上加工,而且在精度上无法保证。
另外可考虑选用数控加工,这虽然能保证良好的加工精度。
可是这种加工强度不够,材料利用率极低,仅为12.2%,对于生产来说,生产效率低,经济效益极差,故不采用。
2．压铸成型压铸成型即在高压作用下,使液态或半液态金属以较高的速度充填
型腔,并在压力下成形和凝固而获得铸件的方法。
这种成型方法所获得的尺寸精度高，且材料利用率高，加工量少。
这种成型方法对于盖形螺母说是可行的。
可是由于螺母内孔含有
螺纹,因此成型的时候容易引起起皱等问题，因此不采用。
3.冷挤压成型
冷挤压是指在室温下，利用压力机的简单往复运动，使放在冷挤压模腔内的金属毛坯，在强大的压力和一定的速度作用下，迫使金属产生塑性变形，从而获得所需形状、尺寸并具有一定力学性能的挤压件。
从挤压工艺分析来看，冷挤压工艺又可分为几种方案，现将各方案分析如下：
1）成形工艺方案I
工艺过程：
下料一退火一制坯一表面润滑处理一复合挤压
2）成形工艺方案H
下料一退火一表面润滑处理一正挤压一挤六方一反挤内
1
co
©
28
下料正挤压
挤六方
3）成形工艺方案皿
工艺过程Q下料一退火一表面润滑处理一正挤压一反挤压
CM
L
下料
反挤压
4）成形工艺方案W
下料一退火一表面润滑处理一冷镦预成形一挤六方一反
挤压
口
综合选择方案W
第3章毛坯制备及处理
3.1冷挤压件毛坯的制备
毛坯制备，是从毛坯的下料开始到制备出符合冷挤压工艺要求的毛
坯为止的过程。
制备价廉、质量良好的毛坯是关系到挤压件质量、生
产率和成本的大问题。
1.冷挤压成形尺寸的确定
本设计中的挤压件如图2.1所示。
成形尺寸如3.1所示
图3.1零件的成形尺寸
2.挤压件坯料的形状的确定及下料方法
毛坯的形状和尺寸不但取决于挤压件的形状和尺寸，而且还取决于所设计的工艺方案。
毛坯形状和尺寸设计的合理与否，将会对金属流
动、挤压件的形状和尺寸，以及模具使用寿命等产生明显的影响。
冷挤压毛坯的断面形状，能够根据挤压件的相应断面形状来确定。
由本设计所采取的工艺方案能够知道，本设计采用直径有28mm的铝材进行剪切下料。
3.下料毛坯尺寸的确定
坯料形状和尺寸对冷挤压件的充填性能和模具寿命影响很大，根据
盖形螺母的形状和特点，同时为了便于送料以及有利于坯料的定位，坯
料的直径应略小于凹模型腔内六角部分的内切圆直径。
4.预成形冷镦计算
毛坯的内外径尺寸可根据凸模和凹模的相应尺寸决定。
一般情况
下，毛坯的外径尺寸要接近成品零件的直径。
为便于将毛坯自由地放
入模具型腔内，毛坯外径应比凹模型腔小0.1mm。
因此根据毛坯放入冷挤压模腔的要求，本设计取直径为15.9mm,经计算后其尺寸如下图所示。
毛坯及毛坯预成形如图3.2所示。
（a）下料毛坯（b）预成形毛坯
图3.2毛坯及毛坯预成形图
因变形程度不大,故冷镦变形是允许的,不会产生镦裂。
3.2冷挤压件材料的软化热处理
对坯料进行软件热处理的目的:
一是为了达到降低材料的硬度,提高材料的塑性,得到良好的金相组织与消除内应力。
二是为了达到降低单位挤压力,提高模具的使用寿命,保证产品质量。
软化热处理,即把材料进行加热到某一温度,然后保温一段时间,最后随炉冷却,达到材料的软化目的。
15号钢的热处理软化热处理规范:
加热温度为710—730度,保温时间为2~3个小时,退火后的硬度要求为bmax600MPa,HBmax873.3冷挤压件的表面处理与润滑
为了降低冷挤压件与冷挤压模工作部分的摩擦,降低冷挤压的单位挤压力,提高冷挤压的表面质量,减少模具的磨损,对冷挤压毛坯进行润滑与表面处理。
本设计采用磷化处理。
表面处理溶液的配方为:
氧化锌169g,磷酸283g，硝酸259g,水289g。
在温度为95-98的条件下处理20-30分钟。
常见的润滑剂还有皂化液,磷化+皂化后用水,凡士林和树脂中跳入二硫化铝润滑,高黏度高硫油、牛脂、棕榈油、菜油等
第4章冷挤压力
由于在冷挤压工艺中的单位挤压力P数值要比冷冲压工艺和热锻工艺时的单位挤压力大得多,因此,在进行冷挤压工艺设计时,首先要分析单位冷挤压力的大小及影响因素。
4.1影响冷挤压压力的主要因素
在冷挤压过程中,影响冷挤压压力的主要因素有:
1材料性质。
被挤压材料的化学成分、组织结构及力学性能对单
位挤压力的影响很大,是决定单位挤压力的基本因素。
例如含碳量越高的钢材,变形抗力大,不利于挤压;
冷挤压前,对毛坯进行软化处理能够降低变形抗力等。
2冷挤压的变形方式。
对于同种金属材料来说，冷挤压变形方式不
同,所需的单位挤压力也不同。
3冷挤压变形程度大小。
4模具的几何形状。
挤压模的凸模和凹模形状，对单位挤压力有很
大的影响。
模具几何形状设计得合理,易使毛坯在型腔中流动,能够改进摩擦情况,减少金属流动阻力,不但能显著地提高模具的使用寿命,而且能减小单位挤压力。
5挤压毛坯的相对高度。
毛坯高度的变化，影响到毛坯与凸模真实
接触率的改变,进而影响到摩擦阻力的变化,因此,毛坯的高度对单位挤压力也有一定的影响。
6润滑状态。
润滑状态对降低单位挤压力影响较大，良好的润滑状态，能够使真实接触面积率大大减小，摩擦阻力也大大减小，因此，单位挤压力较低。
4.2变形程度
每道冷挤压工序能挤出合格产品的最大变形程度称为许用变形程
度。
在保证产品质量、模具寿命的前提下，按照使冷挤压工序数减少到最低限度的原则来选用冷挤压的变形程度。
在其它条件相同的的情况下，冷挤压的变形程度不同，其单位挤压力是不同的。
冷挤压的变形程度越大，挤压的变形抗力也就越大，它会
引起凸、凹模等的破裂。
因此对不同的材料，都应选择合适的变形程
变形程度的表示方法常见断面缩减率f来表示。
fF__ioo%4.l）
Fo
式中Fo――冷挤压变形前毛坯的横截面积，
Fi――冷挤压变形后工件的横截面积，
由此能够分别计算反挤压成形时的断面缩减率。
反挤压小孔时的断面缩减率为：
F=（FoFi）/Fo
=9.52/142
=46%
由［3］表4.1可得15号在钢正挤压时的许用变形程度为85%〜88%,
在反挤压时的许用变形程度为72%〜82%。
故本设计可行。
4.3冷挤压力的计算
冷挤压力即冷挤压变形所需要的作用力。
它是设计模具、选择设
备的依据,并可衡量冷挤压变形的难易程度。
例如,若冷挤压变形时作用在模具单位面积上的压力超过2500〜3000MPa/mm2时,模具就容易磨损或损坏,另一方面如果总变形力超过压力机的许用载荷,就会使压力机损坏。
因此必须对冷挤压的单位挤压力和总变形力进行计算,以便为设计冷挤压模具和选用冷挤压设备提供依据。
在冷挤压过程中,由于一系列工艺因素的影响,挤压力难以准确计算,冷挤压力的计算方法主要有:
理论计算法、公式计算法、图算法、查表法。
本设计采用图算法来求冷挤压力。
由《实用冷挤压技术》P61页可查得。
最后的反挤压成形挤压力计算如下:
由图4.29知,从①凸模直径d=19mm,做水平线与毛坯直径D=28mm曲线相交。
从交点垂直向上投影向断面缩减率F=46%,有
f=46%向上进入②，先与毛坯高径比为0.68的曲线相交，求得毛坯高度修正系数K=0.96。
再向上投影与15号刚材料曲线相交，求得未经修
正的单位挤压力p=2050MPa,向左进入③进行修正。
经毛坯高度修正系
数K=0.96与毛坯外径D=28mm修正后,得到修正后的单位挤压力p=1400MPa,将p=1400MPa投影到④中。
与凸模直径d=19在④的投影相交,求得挤压力390KN。
。
第5章冷挤压设备的选择
5.1冷挤压设备的基本要求挤压设备的正确选择及合理使用将决定挤压生产能否顺利进行,并与产品质量、模具寿命、生产效率、产品成本等密切相关,因此必须合理选择和正确地使用挤压设备。
选用挤压设备时主要应考虑下述因素。
1）挤压设备的类型和工作形式是否适用于应完成的工序;
是否符合安全生产和环保的要求。
2）挤压设备的压力和功率是否满足应完成工序的需要。
3）挤压设备的装模高度、工作台面尺寸、行程等是否适合应完成工序所用的模具。
4）挤压设备的行程次数是否满足生产率的要求等。
5）备有可靠的超载保险装置。
在冷挤压中,往往由于预先
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