专科机械毕业设计.docx
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专科机械毕业设计
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摘要本文经过对一个实际零件－隔环密封装置冲压工艺设计和模具设计，说明了常见机械结构设计通常方法和步骤，并给出了局部在设计过程中所碰到问题和参与实际设计。
说明了在设计过程中应该树立态度和作风，设计所要达成目标和需要培养能力，给出了通常论文格式和写作方法。
关键词：
装配图、冷挤压、冲压模具、工艺计算、结构设计、隔环
目录11序言...............................错误!
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1.1挤压概念、种类、特征及利用领域...........错误!
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1.1.1挤压概念:
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1.1.2挤压方法.............................错误!
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1.1.3挤压种类.............................错误!
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1.1.4冷挤压特征及使用领域.............错误!
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1.2挤压技术历史和开展.......................错误!
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1.3中国挤压技术开展情况.....................错误!
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22冷挤压工件工艺分析.................错误!
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2.1材料性能.................................错误!
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2.2零件挤压工艺分析.........................错误!
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2.2.1零件尺寸和公差.......................错误!
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2.3工艺方案确实定...........................错误!
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2.3.1相对变性程度计算...................错误!
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33关键工艺参数计算及工序确实定.......错误!
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3.1坯料原始尺寸及重量确定...................错误!
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3.2制备毛坯.................................错误!
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3.2.1毛坯下料.............................错误!
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3.3外表润滑处理.............................错误!
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3.4挤压力计算...............................错误!
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3.4.1用图算法进行挤压力计算...............错误!
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3.5选择冷挤压设备...........................错误!
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3.5.1设备所要满足冷挤压要求...............错误!
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3.5.2确定压力机类型及型号.................错误!
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3.5.3做功校核.............................错误!
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4压模具设计.........................错误!
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4.1正挤压模工作局部设计....................................164.1.1正挤压凸模设计.......................错误!
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4.2导向装置设计.............................错误!
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4.3压力垫板设计.............................错误!
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4.4模架选择.................................错误!
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4.5冷挤压模具材料选定.......................错误!
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55冲压工艺分析及模具设计.............错误!
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5.1工艺分析和工艺方案确实定.................错误!
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5.2毛皮材料规格和形状......................................315.3模具工作局部尺寸和公差计算...............错误!
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5.4冲裁力计算...............................错误!
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5.5冲裁凹模设计计算.........................错误!
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5.5.1凹模孔口形式选择.....................错误!
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5.5.2凹模关键技术要求.....................错误!
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5.6固定板设计计算...........................错误!
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5.7卸料板设计计算...........................错误!
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5.8.1凸模类别.............................错误!
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5.8.2凸模结构设计........................................385.8.3凸模材料.............................错误!
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5.9垫板设计.................................错误!
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5.10模具其它零件结构尺寸....................错误!
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5.10.1选择模架............................错误!
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5.10.2导柱导套参数选择....................错误!
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5.11压力机选择..............................错误!
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5.11.1压力机参数..........................错误!
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5.12模柄选择................................错误!
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结论..............................错误!
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参考文件.............................错误!
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致谢............................错误!
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11序言11.1挤压概念、种类、特征及利用领域11.1.1挤压概念:
:
挤压是指坯料在三向不均匀压应力作用下，从模具孔口或缝隙挤出使之横截减小长度增加，成为所需制品方法。
挤压变形特征是由大截面向小截面变形。
21.1.2挤压方法①正挤压坯料从模孔中流出局部运动方向和凸模运动方向相同挤压方法。
反挤压坯料一局部沿着凸和凹模之间间隙流出，其流动方向和凸模运动方向相反挤压方法。
②复合挤压同时兼有正挤、反挤时金属流动特征挤压方法减径挤压它是一个变形程度较小变态正挤压法,坯料断面仅作轻度减缩.③径向挤压挤压时金属流动方向和凸模运动方向垂直.④镦挤复正当它是将局部镦粗和挤压结合在一起方法.31.1.3挤压种类根据挤压坯料温度分类：
1>冷挤压在室温下进行挤压方法2>温挤压将毛坯加热到再结晶温度以下温度进行挤压，便称为温挤压。
3>热挤压金属加热到再结晶温度以上进行挤压方法。
严格说,冷挤压和温挤压皆属冷压力范围,是指在金属再结晶温度以下进行挤压变形。
41.1.4冷挤压特征及使用领域挤压有很多特点，关键表现在挤压变形过程应力应变状态、金属流动行为、产品综合质量、生产灵活性和多样性、生产效率和本钱等方面。
①.提升金属变形能力金属在挤压时处于强烈三向压应力状态，能够充足发挥其塑性，取得大变形量。
②.制品综合质量高挤压变形能够改善金属材料，提升其力学性能，尤其是对于局部含有挤压效应铝合金，起挤压制品在淬火时效后，纵向〔挤压方向〕力学性能远高于其它方法生产同类产品。
和轧制、铸造等方法相比，挤压制品尺寸精度高、外表质量好。
③.节省原材料挤压属于少、无切削，大大节省了原材料。
④.产品范围广挤压不仅能够生产断面形状简单工件、管、棒、线材，而且还能够生产断面形状复杂实心和空心件、型材、制品断面沿长
度方向分阶段改变和逐步改变变断面型材，其中很多断面形状制品是采取其它塑性方法无法形成。
挤压制品尺寸范围也很广。
⑤.生产灵活性大、生产效率高挤压含有很大灵活性，只要更换模具就能够在同一台设备上生产形状、尺寸规格和品种不一样产品,挤压操作简便，轻易掌握，生产效率高，对工人技术等级要求较低。
除了上述挤压共有优点，冷挤压还含有以下多个特点：
1．够得到强度大、刚性好而质量轻零件2．零件精度等级高、外表粗糙度低3．节省能源，工作环境得到较大改善。
冷挤压虽有很多优点，但变形抗力大，限制了可生产零件尺寸及难变形材料成形。
21.2挤压技术历史和开展挤压技术开展经历了漫长历史过程.19世纪末,法、英、美、德等国开始用冷挤压法生产软质有色金属零部件.第一次世界大战期间.美国采取冷挤压法大批量生产黄铜弹壳,并企图用冷挤压法生产钢制弹壳,但未获成功,原因是当初还不可能用工具钢作为模具材料,也没有找到良好外表处理方法和润滑剂.第一次世界大战后,德国人于1921年制造出冷挤压钢管专用挤压机,经过近十年研究及试验,直到1931年冷挤压钢管才在试验室里试制成功,但不能正式投入生产,其原因也是因为钢冷挤压时变形抗力过大,找不到用于生产模具材料和外表润滑处理方法第二次世界大战前夕,德国对弹壳需求量猛增,当初用黄铜材料制造弹壳,因原料起源缺乏,满足不了战争需求.为了扩大弹壳生产量,德国秘密试制用冷挤压法生产钢弹壳,但一直未获成功,直到1942年德国人找到了采取外表磷化、皂化处理法,并用合金工具钢作为模具材料,成功用冷挤压方法生产大量钢弹壳,当初在战场上引发了极大地轰动和震撼。
第二次世界大战一结束,美国查明了德国人相关钢冷挤压一切资料,并聘用德国教授,继续深入研究钢冷挤压,大规模创办了用冷挤压法生产钢制弹壳和弹体军工厂.第二次世界大战以后冷挤压开始由军用转向民用化。
从1949年开始,美、德等国在民用工业中采取冷挤压法多种钢制零件,并深入开展了钢冷挤压研究工作。
于1957年引进第一台专用冷挤压力机,首先在钟表等精密仪器工业中采取冷挤压。
因为这种方法经济效益显著,很快,便在大批量生产汽车和电器等工业部门中得到广泛利用,现已成为一个关键手段,遍布于各个工业部门。
31.3中国挤压技术开展情况在中国,解放前冷挤压技术是很。
解放后伴随中国工业生产及科学技术蓬勃开展,冷挤压技术得到了迅猛开展。
而且冷加压技术在中国工业化建设中起到了令人瞩目标成就。
现在,中国已能对铝、锡、纯铜、无氧铜、黄铜、锡青铜、锌及其合金、纯铝、防锈铝、锻铝、硬铝、镍,可伐合金、泊莫合金、低碳钢、和中碳钢等很多金属进行冷挤压,近几年还能够对轴承钢、高速钢进行一定变形量冷挤压。
综合来说中国冷挤压技术研究水平还是很高,在冷挤压技术过程中也曾达成很兴旺阶段,但因为中国工业制造业本身不是十分兴旺,冷挤压零件利用最广汽车制造业不兴旺；缺乏专用压力机；缺乏冷挤压专用钢种；中国冷挤压生产类企业分散,规模小,达不到规模经济。
这全部影响了中国冷挤压技术开展及广泛和利用。
由上可知冷挤压技术前期开展是从软金属到硬金属,从手工到机械化,半连续化,连续化过程，未来挤压将更多向小断面超精密型材和大型型材挤压,等温挤压,水封挤压,冷却模挤压,高速挤压,静液挤压,粉末挤压,半固体金属挤压,多坯料挤压,超导材料挤压方向开展。
22冷挤压工件工艺分析12.1材料性能这种隔环零件通常是不需要热处理，能够被直接使用，原因是它所使用Q235钢属一般碳素结构钢。
其含碳量在0.12%～0.22%之间，韧性、焊接，塑性良好，有一定程度强度，广泛用于齿轮、轴、螺钉、螺母等。
22.2零件挤压工艺分析12.2.1零件尺寸和公差零件（高径比）2H/D=15/30=0.5
dx=ex+D=0.10+30=30.10，dmin=ei+D=--0.10+30=29.90mm。
内径最大及最小尺寸：
Dx=ES+D=0.10+17=17.10mm,,Dmin=EI+D=--0.10+17=16.90mm。
图2.1零件图22.2.2零件挤压成型设计难处①怎样确保下料正确②怎样确保挤压模具强度，和坯料良好流动性、塑性③怎样正确计算出挤压力,降低对挤压成型设备要求④工艺步骤尽可能简单化,降低生产费用。
32.3工艺方案确实定12.3.1相对变性程度计算为了确保挤压时不超出模具许用“单位压力〞,依据挤压单位压力和变形程度关系,内径一次成型范围必需受最小、最大许用变形程度限制。
Q235反挤压时，最大许用变形程度应满足<75%。
而我们依据零件图按反挤压筒形件实际计算得断面缩减率为：
=dd1dd1/dd0dd0×100%=17×17/30×30×100%=32.1%如上式计算我们能够看出,这个零件变形程度很小,远远小于许用变性程度，挤压时变形抗力很小,在加之Q235有一定塑性，在润滑充足情况下一次挤压成型是完全没有问题,模具承压强度肯定不会超出250Kg/,而且能够确保模具寿命在万件以上。
因为零件变形程度很小,零件结构也很简单,还能够经过一次挤压成型，所以可用挤压方法和方法比拟多。
但在挤压过程中不应该只注意断面缩减率这一个方面,综合考虑平安、经济、金属流动性能、和零件综合质量等诸方面问题,我们选定以正挤压方案作为此次零件挤压成型方案。
在此方案中用正挤压成型,因为正挤压挤压力相对来说比反挤压小局部,这对设备要求就会低局部。
在挤压这个零件我们准备选择棒料作为原始坯料,当然假设有壁厚达成要求钢管挤压起来势必会愈加方便,但依据实际及中国现有钢料规格,符合零件壁厚管材没有,所以还是选择棒料作为原始坯料。
实心棒料在挤压成空心件或管材件时,一次挤压成型在理论上是可行,但在实际生产中及现有模具制造技术及制造公差范围内是很困难,所以我们会选择在零件中孔留下一层连皮,以预防在一次成型过程中上面凸模和下面凸模直接接触而造成挤压力陡然增大进而造成模具破损及压力机损坏，所以在此我们按杯型件挤压成型计算。
先将其挤压成中间带连皮杯型件，再冲去连皮。
本着最大程度实现经济利益,节省原材料及能源标准。
中心连皮不能留太厚,因为太厚就会造成这一局部金属极大浪费,同时也会造成下一道工序即冲掉连皮时耗能过大。
太薄在挤压成C型过程中会产生较大变形力而会影响模具寿命，所以综合考虑工艺可行性、平安性、经济性能指标,我们选择中间连皮厚度为2mm。
依据金属流动特点,和外界条件影响和金属本身惯性,在单作用立式冷挤压压力机上金属总是向上流得快,而向下流慢,所以连皮位置会在零件靠下位置,为了使凹模制造更为方便,我们将连皮位置放在离零件下外表1mm处,这么既方便挤压凹模制造,又方便轻松地冲掉连皮。
所以我就拟选定上面方案,其它可能方案这里就不一一去列举分析了。
这一方案生产步骤是：
落料外表润滑处理复合挤压成型冲去连皮33关键工艺参数计算及工序确实定13.1坯料原始尺寸及重量确定因为挤压是一个成型精度较高成型方法,所以坯料落料一定要正确,所以在计算坯料体积时把零件分成各个小块,分别计算在做算术运算，最终得出一个正确总体积。
依据图1零件图计算坯料:
=VV1+VV2V0为坯料总体积；V1为零件最终体积；V2为机械要除去体积=NN/4×30×30×15–NN/4×17×17×15–NN/4×1×15-NN/4×15×1.98×1.98=10597.5–3402.975–27.475–46.315=7121=NN/4×17×17×2+NN/4/×1×16.5=453.73+12.9525=467=VV1+VV2=7588依据查相关资料得Q235钢密度为ρ=0.00779g/。
那么毛坯总质量G=ρ×G=0.00779×7588=59g选择截面直径Φ=30mm棒料作为毛坯,高度h为h==10.74mm23.2制备毛坯
13.2.1毛坯下料在冷挤压成型生产中，下料正确是很关键，它直接关系挤压件外形尺寸和公差，而在挤压生产中毛坯制备方法和其外形尺寸有很亲密关系，通常棒料和管料是采取截切方法，通常需要设计专用截切模，这种方法备料生产率高，材料利用率高，不过截切后断面不整齐，这对挤压模具寿命会有很大影响，所以该例中我们不考虑这种备料方法。
棒料还能够经过锯切方法备料，这种方法备料断面会很平整，尺寸精度也很高，但生产率太低，而且锯屑损失很大，所以这里也不给予考虑。
为了正确下料，我们在此采取线切割备料方法，这么既能够得到断面平整尺寸精度高坯料，又不会浪会太多坯料，经济效率也很高，所以我们选择线切割方法来切割直径为30mm棒料，棒料厚度h=10.74mm。
3.3外表润滑处理毛坯外表去油及清楚氧化皮以后,进行磷化加皂化处理。
具体操作步骤以下：
〔1〕化学去油（氢氧化钠NaOH60～100g/L,碳酸钠60～80g/L,磷酸钠NaO425～80g/L,水玻璃Na2SiO310～15g/L,处理温度≥85℃,处理时间15～25min）。
〔2〕流动冷水洗。
〔3〕酸洗（硫酸）H2SO4120～180g/L,氯化钠NaCl8～10g/L,处理温度65～75℃,处理时间5～10min）。
〔4〕流动水洗,是为了预防吸附在坯料外表酸洗液带入下道磷化液中,影响磷化效果。
〔5〕热水洗,为磷化处理预热。
〔6〕磷化处理（配方为：
氧化锌ZnO9g/L,磷酸23g/L,水O1L。
该配方总酸度为16～20点,游离酸度为2.5～4.5点,温度为85～95℃,处理时间为20～30min。
〔7〕流动冷水洗。
〔8〕中和处理,采取氧化钠溶液对坯料磷酸盐薄膜上附着酸性物质进行中和,预防残留磷酸对润滑液产生不良影响,确保润滑质量。
皂化处理（硬脂酸钠COONa5～9g/L,处理温度60～70℃,处理时间10min。
也可不用上面这种方法,而采取猪油或机油拌二硫化钼做润滑,也可取得较满意润滑效果,其中猪油效果较机油愈加好。
经过皂化处理以后,在正挤压过程中可降低15%左右挤压力。
43.4挤压力计算13.4.1用图算法进行挤压力计算查贾俐俐主编?
挤压工艺及模具?
第57页图4-16黑色金属反挤压计算压力用图算表，得：
53.5选择冷挤压设备13.5.1设备所要满足冷挤压要求〔1〕刚度要求高挤压时工艺力大,载荷集中,为确保冷挤压质量、提升模具寿命，挤压机必需含有较大刚度。
〔2〕共键变形能量大〔3〕设备精度高为提升冷挤压件质量和模具寿命,要求滑块导向精度高。
〔4〕适宜挤压速度〔5〕可靠地顶料装置3.25.2确定压力机类型及型号因为该零件所需挤压力很小,而且零件形状简单,工艺也很简单,在这里我们考虑比拟简单通用曲柄压力机。
改选J23-80压力机那么有=800KN=9mm
=11.3mm=0.315=0.315×800×11.3=2851故J23-80为所选压力机。
表3.1J23-80压力机参数一览表标称压力标称压力行程滑块行程标称行程次数（大于）最大封闭高度封闭高度调整量工作台尺寸固定行程调整行程左右前后800KN9mm130mm12mm60次380mm100mm800mm540mm
4压模具设计挤压时单位压力较大,同时因为金属材料猛烈流动所产生热效应可使模具工作局部温度高达200℃以上,加上猛烈磨损和反复作用载荷,模具工作条件相当恶劣。
为确保模具寿命及压力机结构形式不被损坏,设计模具应该符合以下要求：
①工作局部凸模、凹模、顶出器应该含有较度和较长使用寿命。
②工作局部能简捷而可靠地固定在模架上。
③模具易损局部拆换方便。
④毛坯放置轻易,在大量生产时可采取自动或半自动送料装置。
⑤完成工件能够方便卸出。
⑥模架能紧固在压力机上。
⑦能确保操作人员平安。
⑧制造简单,本钱费用低。
14.1正挤压模工作局部设计冷挤压模具工作局部是指凸模、凹模、顶杆等在挤压时直接参与挤压过程局部零件。
14.1.1正挤压凸模设计正挤压凸模作用关键是传输挤压力,设计时应考虑其强度及凸模和凹模间隙,因为假设间隙太大挤压后零件上轻易形成毛刺,间隙太小又无法确保当凸模变形后直径增大其和凹模配后关系,所以设计时一定要选择适宜凸模尺寸及公差范围。
依据经验公式再综合考虑该挤压件形状特点,工艺特点,材料特征,制造公差等,得出以下尺寸：
挤压内孔凸模顶尖直径：
=16.9mm。
内孔顶尖长度L=12mm。
凸模工作局部直径=凹模型腔-0.02mm==30-0.02=29.98mm确定凸模挤压工作局部高度hh=凹模工作局部高度+卸料板厚+3mm该例中挤压件均留在凹模内。
不需要卸料板。
所以：
h=23.74+0+3=26.74mm支撑局部直径=（1.8～2.0）d=1.4×29.98=42mm支撑局部高度=（0.3～0.5）d
=0.3×29.98=9mm圆角半径R=（0.5～1.0）dR=0.5×29.98=15mm49.41410?
42?
16.90-0.02?
29.9+0.0200.02M0.8图4.1凸模尺寸24.1.2顶出杆设计杆作用在这套模具中很关键，有两方面作用：
把工件从凹模腔内顶出去是首先作用，它是凹模型腔一局部是更关键首先，起到成型作用。
顶出杆和凹模顶出孔配合局部不做成直径相同圆柱体，而应该做成以下图4.3结构。
为了预防顶出杆因弹性变形产生横向加粗而卡死在凹模内，顶出杆和凹模顶出孔配合局部不做成直径相同圆柱体，而做成以下图所表
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