1、冷挤压成型工艺及模具设计作业华 中 科 技 大 学课程考试答题本姓 名 学 号 专业班级 考试科目 考试日期 评 分 评 阅 人 冷挤压成型工艺及模具设计作业 一、结构分析此零件为一个较长的阶梯轴,单向、多阶梯、无孔,有24倒角X2,相对简明。材料为20Cr(合金结构钢)。 二、坯料设计与挤压前处理 下料: 由零件结构分析可知:加工此零件宜选用实心棒状坯料,在锯床上锯切下料。挤压前处理1.软化处理:查表知,加热到860,保温14h,随炉冷却至300后空冷,密封光亮退火,硬度达到120-130HBS。2.表面处理:参选碳钢与合金钢坯料的表面处理,即采用磷化处理,把钢坯料放在磷酸盐溶液中进行处理,
2、金属表面发生溶解和腐蚀,形成一层很薄的磷酸盐盖层。 3.润滑处理:工业猪油或机油拌二硫化钼三、工艺设计与对比分析工艺方案一:A正挤压+B镦粗(1)由UG三维图测得零件体积Vp=256506.9079mm修边余量体积Vx=Vp*(3%5%)毛坯体积取V0=Vx+Vp=(264202269322mm)凸模1由零件尺寸可以初步选取毛坯直径d0=36mm , h=260mm ,经验算知所选毛坯直径在上述范围之内。则设计第一步正挤压和第二步镦粗的模具示意图如下图所示:凹模2凸模2凹模1毛坯则其相应的工步图为: 成形力计算与设备选择:A正挤压第一步:A=(36-27.5)/27.5=41.6%由下表知,单
3、位挤压力取下端小值p=1400Mpa则F=pA0=1400x3.14x36/4=1424KNB镦粗第二步:A=(79.1-33.3)/79.1=57.8%由下表可知,单位挤压力p=950Mpa则F=pA0=950x3.14x36/4=966KN 分析:机械压力机中的通用曲柄压力机的公称压力在曲柄离下死点30以下区段,不适合大多数的挤压过程。油压机具有均匀的动作速度,在离下死点很长的一段距离可以保持平稳的公称压力,模具寿命也较高,而且油压机一般都有安全阀,实现过载保护。结合压力机许用负荷图与工艺示功图的要求,决定选用一种合适的液压机。查挤压液压机图表可以选择压力机的型号为四柱万能液压机YB32-
4、200,公称压力200吨,滑块行程700mm。(2)模拟分析在以上设计与计算的基础上,使用AFDEX软件进行模拟分析,其结果显示可以加工出所需零件。截图如下:Stage1:Stage2:挤压过程流线分布:挤压过程弹塑性形变区域:接触面的力分布:挤压完成,全部充满: 方案二:选取坯料为直径55.5mm,长111mm的圆棒。 (1)采用两步成形:A正挤压+B减径挤压成形力计算及设备选择:A正挤压第一步:A=(55.5-36)/55.5=57.9%由下表知,单位挤压力取下端小值p=2000Mpa则F=pA0=2000x3.14x55.5/4=4836KNB减径挤压第二步:A=(36-27.5)/27
5、.5=41.6%由下表知,单位挤压力取下端小值p=1300Mpa则F=pA0=1300x3.14x36/4=1323KN设备选冷挤压用四柱液压机Y61-1000型,压力1000吨,行程1000毫米,压力行程可调。模具示意图如下: 工步图: (2)以下是数值模拟的过程第一步:第二步:在第二步时出现报错:在第二步时软件报错,可见,第二种方案不可行。分析原因,是因为在第二步的挤压过程中,挤压力太大,使得上半截已经加工好的部分发生了变形,未约束的部分也发生了变形,影响了下一步加工。经分析,我们认为可改为分部进行减径挤压,先减径挤压下端27.5部分,再挤压30.4部分。总结:由方案一和方案二的对比分析,最终我们确定了方案一是合适的加工方案,即选择正挤压+镦粗两部工艺完成零件的加工工艺设计。
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