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

1、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 83.1冷挤压件毛坯的制备 83.2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 114.2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 156.1冷挤压模具特点 156.2冷挤压模架设计 156.3凸、 凹模设计 166.3.1反挤压凸模的设计 166.3.2反挤压凹模的设计 176

2、.3.3反挤压凸、 凹模制造公差 18第 7 章 模具结构部件设计 197.1上模具部分结构设计 197.2下模具部分结构设计 207.3模具结构和工作原理 217.4成形模具三维图 22第 8章 冷挤压模具材料的选择 258.1模具材料的基本要求 268.2模具材料的选用原则 268.3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

3、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

4、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

5、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

6、。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

7、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,

8、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

9、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

10、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

11、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

12、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 ,

13、 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

14、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1co28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CML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

15、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

16、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 15.9 mm,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

17、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 23 个小时 , 退火后的硬度要求为 bmax 600MPa , HBmax 87 3.3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28

18、9g。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

19、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

20、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。f F_ioo%4.l）Fo式中Fo 冷挤压变形前毛坯的横截面积 ，Fi

21、 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=（ Fo Fi） /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 25003000 MPa/ mm 2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

22、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 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，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。

23、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投影到中。与凸模直径 d=19在的投影 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