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首页 第五章_冷挤压工艺及模具设计

第五章_冷挤压工艺及模具设计.ppt

第五章_冷挤压工艺及模具设计

152*****537@sina.cn
2013-05-12 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《第五章_冷挤压工艺及模具设计ppt》,可适用于工程科技领域

冷挤压工艺及模具设计冷挤压工艺及模具设计第五章冷挤压工艺及模具设计冷挤压工艺及模具设计冷挤压工艺冷挤压模具设计冷挤压模的典型结构冷挤压工艺及模具设计冷挤压工艺及模具设计冷挤压工艺冷挤压是一种先进的少无切削加工工艺之一。它是在常温下使固态的金属在巨大压力和一定的速度下通过模腔产生塑性变形而获得一定形状零件的一种加工方法。冷挤压的工艺过程是:先将经处理过的毛坯料放在凹模内借助凸模的压力使金属处于三向受压应力状态下产生塑性变形通过凹模的下通孔或凸模与凹模的环形间隙将金属挤出。它是一种在许多行业广泛使用的金属压力加工工艺方法。冷挤压过程的关键问题是想法降低材料的变形抗力提高模具的承载能力。冷挤压工艺及模具设计冷挤压工艺及模具设计冷挤压的分类根据金属被挤出的方向与凸模运动方向的关系冷挤压一般可分为正挤压、反挤压、复合挤压三种基本方式。.正挤压如图所示挤压时金属流动方向与凸模流动方向相同适用于各种形状的实心件、管件和环形件的挤压.反挤压如图所示挤压时金属流动方向与凸模运动方向相反适用于各种截面形状的杯形件的挤压冷挤压工艺及模具设计冷挤压工艺及模具设计.复合挤如图所示挤压时金属流动方向相对于凸模运动方向一部分相同另一部分相反适用于各种复杂形状制件的挤压改变凹模孔口或凸、凹模之间缝隙的轮廓形状就可以挤出形状和尺寸不同的各种空心件和实心件。图正挤压图反挤压图复合挤冷挤压工艺及模具设计冷挤压工艺及模具设计冷挤压的特点冷挤压的特点主要包括以下三个方面:()节约原材料生产效率高冷挤压是少无切削加工工艺与切削加工相比节约原材料同时冷挤压是在压力机简单的往复运动中生产零件生产效率高比切削加工高倍。冷挤压工艺及模具设计冷挤压工艺及模具设计()提高零件的力学性能在冷挤压过程中金属处于三向挤压应力状态变形后材料的组织致密又有连续的纤维流向变形中的加工硬化也使材料的强度和刚度大大提高从而可用低强度钢材代替高强度钢。()可加工形状复杂的零件对复杂零件可以一次加工成型加工十分方便大批大量生产时加工成本低。冷挤压工艺及模具设计冷挤压工艺及模具设计()提高零件的精度降低表面粗糙度由于金属表面在高压、高温(挤压过程中产生的热量)下受到模具光滑表面的熨平因此制件表面很光表面强度也大为提高。冷挤压零件的精度可达T~T级有色金属冷挤压零件的表面粗糙度可达Ra=~μm。有的冷挤压件无需切削加工。冷挤压工艺及模具设计冷挤压工艺及模具设计冷挤压毛坯的制备冷挤压坯料形状与尺寸挤压件的毛坯形状设计是否合理将直接影响制件的形状与尺寸并且还将影响模具的寿命。冷挤压用毛坯通常都是棒料或块料其截面形状可根据制件的相应截面形状确定。一般情况下确定毛坯形状的原则是:旋转体及轴对称多角类选用圆柱形毛坯矩形零件可选用矩形毛坯。此外还应考虑采用何种挤压方法如图所示采用正挤压法时用实心毛坯能挤出实心件用空心坯料能挤出空心件。反挤压时毛坯的形状采用实心和空心均可。冷挤压工艺及模具设计冷挤压工艺及模具设计冷挤压毛坯尺寸是根据制件挤压前后体积相等的原则进行计算的。如果挤压后还要进行切削加工则毛坯的体积V坯还应按制件实际体积V件再加上切削消耗量即V坯=V件V修。()其中V修为修边余量或切削加工量(mm)一般取挤压件体积的~。求得的毛坯体积与毛坯横截面积后之比即为毛坯的高度h­即。()冷挤压工艺及模具设计冷挤压工艺及模具设计坯料的制备冷挤压坯料制作要求十分细致、严格有一定的平面度表面粗糙度、精度要求。可采用剪切加工、板料落料加工、切削加工及其它特殊方法加工毛坯的上、下端面必须平整。毛坯的软化热处理对毛坯进行软化热处理的目的是降低材料硬度提高塑性得到良好的金相组织消除内应力以降低材料的变形抗力提高模具的寿命和零件质量。冷挤压工艺及模具设计冷挤压工艺及模具设计毛坯软化热处理规范可从相关手册中查到。但是由于保温时间同被处理毛坯尺寸、毛坯放置方法及装炉量等诸多因素有关因此在实际生产流程中应根据具体情况确定保温时间。在冷挤压工序之间还应根据变形程度和冷作硬化程度的大小适当安排工序间软化热处理工序。对于黄铜与硬铝挤压件挤压后务必进行消除内应力的退火。对于要求高的碳钢和不锈钢件挤压后也需进行消除应力退火的工序。冷挤压工艺及模具设计冷挤压工艺及模具设计黄铜常用加热到~。C保温两小别缓慢冷却至室温的退火方法消除内应力不锈钢CrlNiTi的消除内应力退火温度为℃对于硬铝挤压件常用加热到℃保温小时缓冷至室温的去应力退火处理以便消除冷挤压所产生的残余应力。冷挤压工艺及模具设计冷挤压工艺及模具设计毛坯的表面处理与润滑润滑对冷挤压的影响十分重要。毛坯与凸、凹模和芯抽接触面上的摩擦不仅影响金属的变形和挤压件的质量.而且直接影响挤压单位压力的大小、模具的强度和寿命等。所以冷挤压时的润滑常常可能成为冷挤压成败的关键。为尽量减小摩擦的不利因素影响、除模具工作表面粗糙度要求高外、还要采用良好而可靠的润滑方法。常用的润滑剂有液态的(如动物油、植物油、矿物油等)也有固态的(如硬脂酸锌、硬脂酸钠、二硫化钥、石墨等)它们可以单独使用.也可以混合使用。冷挤压工艺及模具设计冷挤压工艺及模具设计对于有些材料为了确保冷挤压过程中的润滑层不被过大的单位接触压力所破坏毛坯要经过表面化学处理。例如碳钢的磷酸盐处理(磷化)、奥氏体不锈钢的草酸盐处理、铝合金的氧化、磷化或氟硅化处理、黄铜的钝化处理等。经化学处理后的毛坯表面覆盖一层很薄的多孔状结晶膜它能随毛坯一起变形而不剥离脱落经润滑处理后在孔内吸附的润滑剂可以保持挤压过程中润滑的连续性和有效的润滑效果。冷挤压工艺及模具设计冷挤压工艺及模具设计冷挤压变形程度在冷挤压过程中变形程度是决定使用设备压力大小及影响模具寿命的主要因素之一若要提高生产率就必须增大每次挤压的变形程度以减少挤压次数。但变形程度越大其变形抗力也越大就会降低模具的寿命甚至引起凸模折断或凹模开裂。因此对各种挤压材料都应选择合适的变形程度。冷挤压工艺及模具设计冷挤压工艺及模具设计变形程度的表示方法变形程度是表示挤压时金属塑性变形量大小的指标其最常用的表示方法有两种:截面收缩率和挤压面积比。()截面收缩率()式中冷挤压的截面收缩率见表、表F冷挤压变形前毛坯的横截面积mmF冷挤压变形后工件的横截面积mm。冷挤压工艺及模具设计冷挤压工艺及模具设计()挤压面积比()式中G挤压面积比F冷挤压变形前毛坯的横截面积mmF冷挤压变形后工件的横截面积mm与G之间存在如下关系:()冷挤压工艺及模具设计冷挤压工艺及模具设计许用变形程度冷挤压时一次挤压加工所容许的变形程度称为许用变形程度。不同材料有不同的许用变形程度。在工艺上每道冷挤压工序的变形程度应尽量小于许用值使模具承受的单位挤压力不超过模具材料许用应力(目前一般模具材料的许用应力为~Nmm)确定许用变形程度数值是冷挤压工艺计算的一个重要依据因为冷挤压许用变形程度的大小决定了制件所需的挤压次数。若计算出的冷挤压变形程度超过许用值、则必须用多次挤压完成以延长模具寿命避免损坏模具。冷挤压工艺及模具设计冷挤压工艺及模具设计冷挤压的许用变形程度取决于下列各方面的因素:()可挤压材料的力学性能材料越硬许用变形程度就越小塑性越好许用变形程度越大。()模具强度选用的模具材料好且模具制造中冷、热加工工艺合理模具结构也较合理其模具强度就越高许用变形程度就越大。()冷挤压的变形方式在变形程度相同的条件下反挤压的力大于正挤压的力。反挤压的许用变形程度比正挤压小。冷挤压工艺及模具设计冷挤压工艺及模具设计()毛坯表面处理与润滑毛坯表面处理越好润滑越好许用变形程度也就越大。()冷挤压模具的几何形状冷挤压模具工作部分的几何形状对金属的流动有很大影响。形状合理时有利于挤压时的金属流动单位挤压力降低许用变形程度可以大些。在一般生产条件下模具强度、润滑条件及模具的几何形状都是尽量做到最理想的状态因此许用变形程度主要取决于被挤压材料和变形方式两个因素。冷挤压工艺及模具设计冷挤压工艺及模具设计表碳素钢及低合金钢的许用变形程度表有色金属冷挤压的许用变形程度冷挤压工艺及模具设计冷挤压工艺及模具设计冷挤压模具设计冷挤压模的特点由于冷挤压时单位挤压力较大因此冷挤压模具的强度、刚度及耐用度等方面其要求都比一般冲模高它与一般普通冲模相比主要有以下特点:.模具的工作部分与上、下底板之间一般都设有足够的支承面与足够厚度的淬硬垫板以承受很大的压力减少上、下底板上的单位压力。冷挤压工艺及模具设计冷挤压工艺及模具设计.模具的工作部分都采用光滑的圆角过渡以预防由于应力集中而导致其本身的损坏。.冷挤压模的上、下模板应有足够的厚度及刚性。一般采用钢或铸钢。.模具工作部分材料及热处理要求应比一般普通冲模要求高。冷挤压工艺及模具设计冷挤压工艺及模具设计冷挤压模设计要求.模具应具有足够的刚度和强度并且能在冷热交变应力的情况下模具应保证正常工作模具结构要合理如采用组合式模具。.选用合适的模具材料工作部分必须要有相当的韧性和耐磨性几何形状及参数要合理、准确。有利于毛坯塑性变形、降低单位挤压力。尽量采用光滑圆角过渡防止应力集中。冷挤压工艺及模具设计冷挤压工艺及模具设计.模具的易损部位应考虑通用性和互换性。并便于更换、修理。.对于精度要求较高的挤压件模具设计要有良好的稳定导向装置。.坯料取放应方便毛坯易放入模腔。.模具应安全可靠制造工艺简便成本低使用寿命长。为满足以上各项要求必须慎重考虑模具结构的设计、材料的选择、制造工艺及其热处理等问题。冷挤压工艺及模具设计冷挤压工艺及模具设计冷挤设备的选用与压力计算对冷挤压设备的基本要求:()刚性好活塞导向精度高()活塞空行程和回程速度较快()活塞工作行程速度较低不能有“脉冲”现象()有安全防护装置防止冲头断裂或坯料崩裂溅出伤人()便于观察挤压情况和控制挤压深度。冷挤压工艺及模具设计冷挤压工艺及模具设计冷挤压力的计算式中挤压应力kN安全系数取型腔在挤压方向上的投影面积mm单位挤压力,。见表。()冷挤压工艺及模具设计冷挤压工艺及模具设计表材料单位挤压应力q的值表冷挤压专用液压机主要技术规格冷挤压工艺及模具设计冷挤压工艺及模具设计冷挤模凸、凹模工作部分设计凸模与凹模是冷挤压模的主要工作零件其工作部分的形状和尺寸设计得合理会使金属流动阻力减少挤压力降低和延长模具的使用寿命。凸模的设计()反挤压凸模一般采用的反挤压凸模工作部分形状如图所示。冷挤压工艺及模具设计冷挤压工艺及模具设计图反挤压凸模工作部分形状冷挤压工艺及模具设计冷挤压工艺及模具设计图(a)、(b)、(c)是应用于黑色金属的几种反挤压凸模其中(a)、(b)应用较普遍效果好。(c)在实际中也有使用的但这种凸模的单位挤压力要比图中(a)型凸模约大。图(d)、(e)、(f)是适用于有色金属的反挤压凸模(e)对挤压薄壁零件有利。图(g)适用于软金属这种凸模叫活门凸模。其作用是在挤压壁很薄的零件时防止在卸料时形成真空吸附而产生损坏。而(h)、(i)型凸模是在零件底部有一定形状要求时采用。冷挤压工艺及模具设计冷挤压工艺及模具设计凸模的有效长度要合适太长易产生纵向弯曲失稳。凸模的有效长度L与直径d之比(Ld)一般可参考下列数据:反挤压纯铝时:Ld≤~反挤压紫铜时:Ld≤~反挤压黄铜时:Ld≤~反挤压低碳钢时:Ld≤~冷挤压工艺及模具设计冷挤压工艺及模具设计当单位压力较大时应选用较小的Ld值单位挤压力不大时可选用大的Ld值。对于纯铝、紫铜反挤压用的细长凸模为了增加其稳定性可以在凸模端面作工艺槽。工艺槽必须对称、同轴心否则反而起不良作用。工艺槽宽一般取~mm深~mm。尖角处应用圆弧连接工艺槽的形状如图所示。反挤压凸模工作部分尺寸可参考表选取。冷挤压工艺及模具设计冷挤压工艺及模具设计表凸模工作部分尺寸参数冷挤压工艺及模具设计冷挤压工艺及模具设计反挤压凸模结构形状见图。凸模结构是影响凸模寿命的主要因素之一凸模结构上截面变化处的应力集中是引起凸模碎断的根本原因而减少或消除应力集中则是模具结构设计的重要任务。在凸模截面变化大的台阶处采用锥面过渡大圆弧光滑连接比起用台阶圆弧过渡的应用要小其结构形式见图(a)、(b)。对受力情况恶劣的反挤压凸模作成图(c)、(d)之形状从减少或消除应力这点出发更为合理。冷挤压工艺及模具设计冷挤压工艺及模具设计图工艺槽的各种形状冷挤压工艺及模具设计冷挤压工艺及模具设计图反挤压凸模型式冷挤压工艺及模具设计冷挤压工艺及模具设计d=挤压件内孔直径d=d(~)mmd≥dd≥dR=(~)dr=°~°L=挤压件内孔高度(~)mmL=卸料板高度(~)mmL≈d()正挤压凸模图是正挤压凸模的各种型式。实心件正挤压凸模比较简单可按图(a)、(b)的型式设计。(b)型端部的锥度有防止凸模纵向开裂的作用。冷挤压工艺及模具设计冷挤压工艺及模具设计对正挤压空心件的凸模设计要特别注意。纯铝空心件正挤压可使用图(c)的整体式凸模。对于挤压较硬的金属材料特别是黑色金属的挤压应采用图(d)、(e)的组合式凸模。(e)型组合式凸模与芯轴之间采用IT级Hk过渡配合芯轴与凸模本体之间没有相对滑动在挤压过程中芯轴受摩擦而产生很大的拉应力因而仅适用于芯轴直径较大、或挤压材料不太硬、或摩擦系数较小的条件。(d)型组合凸模、凸模孔与芯轴之间用IT级间隙配合Hh。挤压过程中由于摩擦力的作用芯轴可随变形金属同时向下滑动从而大大减弱了芯轴的受拉情况避免芯轴拉断。冷挤压工艺及模具设计冷挤压工艺及模具设计图正挤压凸模型式冷挤压工艺及模具设计冷挤压工艺及模具设计()挤压凸模的材料选择见表。表挤压凸模的材料选择冷挤压工艺及模具设计冷挤压工艺及模具设计凹模的设计()反挤压凹模反挤压凹模有图所示的几种结构型式。整体式凹模见图(d)其特点是结构简单但因对模具强度和顶件不利使用极少。常用的几种见图(a)、(b)、(c)及(f)。凹模型腔参数见表。由于组合凹模预应力圈的预紧力在凹模的端面较小而在中央部分较大。所以对于在端面进行镦挤的凹模(图f)应使成形部分表面低于凹模端面以提高模具寿命。冷挤压工艺及模具设计冷挤压工艺及模具设计图反挤压凹模冷挤压工艺及模具设计冷挤压工艺及模具设计表反挤压凹模型腔参数冷挤压工艺及模具设计冷挤压工艺及模具设计()正挤压凹模正挤压凹模有图所示的几种结构型式。凹模一般采用预应力的结构。图(a)是整体式凹模这种凹模在使用中直筒部分与锥角相交处产生应力集中容易开裂所以常采用图中的(b)、(c)及(d)等剖分式结构。正挤压凹模型腔参数见表。图正挤压凹模冷挤压工艺及模具设计冷挤压工艺及模具设计表正挤压凹模型腔参数冷挤压工艺及模具设计冷挤压工艺及模具设计凸、凹模工作部分尺寸计算凸、凹模工作部分尺寸计算可按拉深模的有关原则来考虑计算公式见表。冷挤压工艺及模具设计冷挤压工艺及模具设计注:D(或d)挤压件基本尺寸mm凹模尺寸mm凸模尺寸mmΔ挤压件公差mmt挤压件壁部厚度mm凹模制造公差mm凸模制造公差mm。冷挤压工艺及模具设计冷挤压工艺及模具设计组合凹模组合凹模设计为了解决凹模的横向裂纹生产中采用横向或纵向剖分的凹模结构为了提高凹模强度防止纵向裂纹产生生产中普遍使用预应力组合凹模。()组合凹模型式的确定根据凹模内壁、侧向压力()的数值确定组合凹模型式见表。冷挤压工艺及模具设计冷挤压工艺及模具设计表组合凹模的型式冷挤压工艺及模具设计冷挤压工艺及模具设计()二层组合凹模设计(图)图二层组合凹模压合冷挤压工艺及模具设计冷挤压工艺及模具设计凹模内径(按挤压件最大外径)mmmmγ=°′(锥度可以向上亦可以向下)d处轴向压合量mmd处径向过盈量mm。式中、、按表。冷挤压工艺及模具设计冷挤压工艺及模具设计表二层组合凹模设计参数冷挤压工艺及模具设计冷挤压工艺及模具设计冷挤压模的典型结构正挤压模这是一副微型电机转子正挤压模。凹模采用镶拼结构并采用一层预应力套为了保证工件Φmm部分在挤出过程中不致弯曲凹模下部装有导向套。顶件采用橡皮顶件装置挤压时由压杆通过推杆将橡皮压缩使顶杆不影响金属流动。上模装有行程限止块以控制模具闭合高度保证mm的工件尺寸。冷挤压工艺及模具设计冷挤压工艺及模具设计图正挤压模冷挤压工艺及模具设计冷挤压工艺及模具设计下模座、、、螺钉垫板顶板导柱导套上模座导向套行程限制块压杆凸模垫板模柄、、、销钉凸模固定板导套导柱预应力套凹模凹模镶块弹顶板橡皮螺母双头螺杆推杆下垫板冷挤压工艺及模具设计冷挤压工艺及模具设计反挤压模图可调式反挤压模凸模固定端为锥形凸模和紧固套圈由螺母锁紧固定在上模部分。由于挤压力通常较大因此在凸模固定端设置淬硬的垫板、凹模采用三层预应力组合形式预应力组合凹模的中心位置可通过若干组螺钉和和压板予以调整。整个三层凹模在压合靡平后由压板将其紧压在下模座中。顶杆与预应力组合凹模圈构成了反挤压凹模的模腔顶杆承受整个轴向反挤压力其底部设置垫板。顶杆的中心位置也可通过若干组螺钉予以调整。挤压后工件易滞留在凹模中由顶杆和推杆将零件顶推出模腔。挤压件也可能紧箍在凸模上则由卸料板将其卸下。冷挤压工艺及模具设计冷挤压工艺及模具设计上模座、垫板凸模紧固套圈螺母预应力组合凹模、压板顶杆、调节螺钉垫座推杆卸料板图可调式反挤压模冷挤压工艺及模具设计冷挤压工艺及模具设计复合挤压模这是一套加工铝质材料的复合挤压模。模具工作过程为:将毛坯放在凹模模腔内上模下行凸模开始工作挤压金属使之向上、下两个方向流动当下方金属接触到顶杆时已充满凹模金属只能向上流动而使工件成形。上模上行上模的拉杆通过轴销拉动杆套、托板将顶杆、提起从而将工件顶出凹模。如若工件套在凸模上当凸摸上行时卸件块便将工件卸下。冷挤压工艺及模具设计冷挤压工艺及模具设计图复合挤压模(一)冷挤压工艺及模具设计冷挤压工艺及模具设计图复合挤压模(二)冷挤压工艺及模具设计冷挤压工艺及模具设计、、、螺钉、、销钉托板顶板拉杆套下模座弹簧顶杆凹模定位套左导柱螺母圆螺母拉杆压板钢丝圈卸料块左导柱螺纹套固定板上模座垫板紧套垫块模柄卸料架弹簧右导套右导柱螺纹环凸模垫块螺母

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