冷挤压模具设计及其成形过程_毕业论文(编辑修改稿)

冷挤压模具设计及其成形过程_毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

时采用一次成形，会出现挤压件开裂或模具过早地损坏。 究竟设计几道挤压工序合理，应根据零件形状、尺寸不同，所用材料性能不一样，变形程度大小、零件质量要求 和 现有设备综合考虑。 综上所述，在拟定工艺方案时，即要考虑技术上的可能性和先进性，又要注重经济效益。 为此，在设计工艺方案时，应该拟定两个 或两个 以上的工艺方案，然后对这些方案进行经济效益、技术可行性和先进性分析，以便得出最佳方案。 在选定最佳方案后，进行挤压件图设计，确定毛坯尺寸和形状，设计变形工序的尺寸。 当然要做到这一步，应拟定的工艺方案进行大致的计算，才能将各种方案的主要指标进行比较，才能选出最佳方案。 在此依照上述理念，对本次冷挤压工序数目进行确定。 依据 螺钉 的形状尺寸计算其总变形程度，得出其应变不超过一次冷挤压工序的许用应变，从这一点考虑该零件可以一次挤压成形。 然而为了利于卸件，使凸模不易折断，提高模具使用寿命和改善加工工艺，在生产中采用 三 次 挤压成形方案。 另外在挤压成形前，坯料准备阶段还要进行一次整平。 具体有以下安徽建筑工业学院毕业论文 14 几道工序： （ 1） 制坯工序设计 挤压是一种高效率工艺，特别是对于大批量零件的生产，一旦采用冷挤压方法投产，那么挤压前毛坯的下料，对实际生产来讲具有重要意义。 目前原材料一般采用棒料、板料、线料及管材等，而多数采用棒料。 在此选为棒料。 而棒料一般采用切削下料或剪切下料。 由于棒材用切削下料，材料利用率可达 70%90%,而用剪切下料，材料利用率可达 95%100%。 故从材料利用率上考虑，棒料冷态剪切是生产毛坯方法中最迅速和最便宜的一种，其中包括全封 闭式截切模和半封闭式截切模。 它们常常用于生产中小尺寸直径的毛坯 ,它具有以下一些优点： ， ， .但相比较而言前者截切端面质量好一点， 故 在此采用全封闭式截切模。 用截切模制备坯料，生产效率高，材料利用率高，但截断面比较粗糙，端面与中心轴线不能保持垂直，有一定的斜度，尤其是半封闭截切模，这种情况尤为严重。 因此坯料在截切后，一般用镦平模将坯料端面压平并校形后再进行挤压。 （下料由于 H0／ D0=／ 20=≥ 故选用剪切下料 即 采用全封闭式截切模来剪切下料； ） 综上所述，得出： ； ； ：剪切下料 ─ 镦平 ─ 校形。 （ 2）预成形工序设计 预成形工序是指得到半成品冷挤压件的工序，它主要是进行材料体积变形量的分配，为成品冷挤压件作形状和尺寸方面的准备。 它对冷挤压工艺的成败和冷挤压件的质量 以及 尺寸精度都有重要的影响。 确定预成形工序半成品的形状和尺寸，主要是要符合金属变形的规律和冷挤压变形的具体要求。 要求如下： A．预成形工序半成品的设计，应该最大限度地满足工艺和质量要求。 B．选择预成形工序半成品形状时， 要保证其在变形过程中与模壁之间的接触面最大。 安徽建筑工业学院毕业论文 15 C．在确定半成品的形状与尺寸时，应该考虑冷挤压件局部成形的工艺需要及所需要的材料储备。 D．采用 多道 工序挤压锥形件时，预成形工序半成品形状不应与成品的锥体形状一致，而且一般是前者的锥形角要大些，这样能使半成品放入凹模后与模壁及模腔下部有一定空隙存在、使得在成形过程中成形力减小，最后又能提高成形件锥体部分的表面质量。 （ 3）终成形设计 终成形工序是将预成形产品最终一次性成形为所需成品的最终工序。 在这个工序里，将挤出带有一定余量或没有余量，符合挤压件图形状、尺寸及质 量要求的挤压完成品。 终成形工序是按照挤压件图进行设计的。 设计时除考虑挤压件图上形状和尺寸要求，满足变形需要外，还应考虑预成形工件形状及尺寸对它的影响以及它们之间的配合关系。 （ 4）辅助工序设计 辅助工序设计是指除坯料准备和成形之外的其他工序，如除油、酸洗、退火、润滑和机械加工等。 接着将分别对这些工序讲述一下： 1） 软化处理 为了改善材料的冷挤压性能和提高模具寿命，大部分材料在冷挤压前需要进行软化处理。 过去对软化的要求，主要是降低材料的硬度，实际上材料的显微组织对挤压性能的影响也是很重要的。 挤压时，一般都在三 向压应力状态下使金属产生塑性变形，金属流动十分强烈，冷挤压时变形抗力大，冷作硬化严重。 因此，钢质坯料在冷挤压前必须进行软化处理。 其目的是降低材料的硬度，提高塑性，消除内应力并得到良好金相组织。 软化处理有以下两个方面的内容： ① 坯料的软化处理是为了降低强度和硬度，提高塑性，改善金相组织； ② 工序间的软化热处理，主要是为了消除加工硬化和内应力。 钢材不同，所选用的软化热处理的方法也不同。 一般碳的质量分数在 %以下的碳钢和合金钢，多采用球化退火。 等温退火一般用在合金钢，它比完全退火的时间短，氧化部脱碳较轻，内部 组织和硬度分布较均匀。 低温退火只能作为变形工序间的消除应力退火。 固溶处理适用于奥氏体不锈钢的软化热处理。 奥安徽建筑工业学院毕业论文 16 氏体型合金（例如 GH140）也可用淬火软化。 铝、铜有色合金则有的用淬火软化，有的用退火软化。 此外，有时还要对冷挤压后的成品进行适当的热处理（例如不锈钢、黄铜件为防止开裂的热处理）。 常用 冷挤压钢退火后的硬度要求见表 21 表 21 常用冷挤压钢退火后的硬度要求 钢号 bmax MPa maxHB 钢号 bmax MPa maxHB 10 15 20 35 550 660 650 680 83 87 91 93 45 15Cr 35CrMo 710 680 700 95 93 95 对于钢材来说，珠光体组织成为影响挤压性能的重要因素，从降低冷挤压力来看，球化退火后，组织不仅硬度小，强度低，而且塑性较高，并随着钢材中含碳量的增加 显得 越明显。 对含碳量较高的材料，除了考虑到改善挤压性能外，也为改善挤压后的加工性、热处理质量及力学性能，均应采用 球化退火。 碳钢的硬度与热处理关系如图 所示。 其中 1表示正火（片状珠光体）； 2表示退火（片状珠光体）；球化退火（球状珠光体）。 图 碳钢硬度与热处理的关系 安徽建筑工业学院毕业论文 17 碳素钢和合金钢的球化退火工艺规范如图。 图 碳钢和合金钢热处理规范 2） 表面 预 处理及润滑 冷挤压前，应当对钢坯料进行表面处理。 至于在各变形工序之间是否要重新进行表面处理，则应更具变形条件来决定。 冷挤压时，金属材料会产生强烈的塑性变形，单位挤压力很大，特别是钢的冷挤压，最大的单位挤压力可达2500MPa。 在这么高的单位 压力下，如果没有进行好表面预处理和良好的润滑是不行的。 剧烈的冷挤压变形后，在下一道冷挤压工序前应当再进行磷酸盐与润滑表面处理。 但对于变形并不剧烈的拉延，压底以及镦粗等工序，则不必在每道工序间都进行表面处理。 表面处理的主要内容有：去除表面缺陷；清洁、去脂、清洗；去除表面氧化层；在坯料表面形成特殊的润滑支承层 —— 磷酸盐处理和润滑处理。 其中前三项处理的目的是改善表面质量，并为以后的磷酸盐与润滑处理做好准备。 表面处理及润滑的目的是除掉毛坯的缺陷，除掉氧化层与油污，便于润滑，从而减小摩擦，降低挤压力。 如钢在冷挤压 时，毛坯与模具的接触压力往往高达 2500Mpa，远远超过了一般压力加工的接触压力。 在这种情况下，必需进行良好的润滑，否者将严重安徽建筑工业学院毕业论文 18 破坏零件的表面质量，并使模具很快地磨损，以致冷挤压工艺无法实现。 如果将普通的润滑剂直接涂在毛坯或模具表面上，则在挤压过程中不能形成连续的润滑薄膜，不起润滑作用。 在毛坯表面上镀铜、镀锌等，虽然能过解决冷挤压润滑问题，但其成本较高，效果又不是非常让人满意。 后来经过研究发现，能过牢固地黏附在一般金属表面上的磷酸盐薄膜可以作为润滑剂的支持层，使施加在经磷化处理后的毛坯表面上的润滑剂，在整个挤 压过程中具有良好的润滑效果。 黑色金属冷挤压时，其润滑作用为： ① 降低冷挤压时被挤压零件与模具的摩擦力； ② 避免被挤压材料表面与模具具有直接摩擦引起的黏结现象，提高挤压件表面质量； ③ 降低挤压时变形力和变形功消耗； ④ 提高模具寿命。 黑色金属毛坯表面的处理及润滑，包括钢的表面磷化处理（不锈钢采用草酸盐处理）和磷化处理前的除油脂、清洗、清除氧化皮和磷化处理后的润滑。 针对本零件材料（为 45），故而在此采用磷化处理。 磷化就是在钢毛坯表面上生成一层不溶磷酸盐薄膜。 磷化膜具有以 下一些特性： ① 磷化膜是无机盐，由细小片状结 晶组织构成，它成多孔状态，对润滑剂有吸附作用，薄膜的厚度为 750 微米； ② 磷化膜与钢表面结合很牢固，因为钢表面转变成磷酸盐。 此结合层具有一定塑性，在冷挤压时能与钢一起变形； ③ 经过表面磷化处理的钢材，其力学性能，如硬度、韧性等没有改变，而耐磨性大大提高； ④ 磷酸盐处理层使变形金属与模具隔开，避免了他们之间直接接触，不会撕坏模腔表面，因而模具工作寿命得到提高； ⑤ 磷化膜随着模温提高，性能也发生改变，只能短时间耐温 400 500℃，当温度达到 500℃，由于磷酸盐和氧化铁的作用而变为褐色，磷化膜黏结金属的能力降低，温 度再升高时，磷化膜将要破坏； ⑥ 磷化膜不抗酸碱。 在挤压时为了最大限度地减少毛坯与模具间的摩擦力，减少变形抗力和变安徽建筑工业学院毕业论文 19 形功，提高模具的寿命，经过磷化处理后的毛坯需要进行润滑。 目前国内各工厂常用润滑剂有：硬脂酸纳、肥皂、二硫化钼、石墨机油或动物油等。 在此选为硬脂酸纳。 工艺方案确定 根据上述分析，很容易知道冷挤压过程中，零件变形过两次（即 正挤压变形和镦挤 变形）。 根据这点我深入分析得出以下两套方案： 一、 方案的初步拟定 方案一：分四道工序成形出制件。 （ 1） 初始坯料经受正挤压，成形的杆部直径等于零件底端杆部直 径12mm。 （ 2） 将成形的杆部以上的部分进行聚料。 （ 3）再将挤压件的头部进行镦挤，镦挤成六边形形状。 （ 4）机加工零件底端杆部的锥角。 方案二： 分三道工序成形出制件。 （ 1）将初始坯料进行镦平，镦成直径为 20mm，高为 的圆柱形坯料。 如图（ a）所示。 （ 2） 将镦平后的零件的下端进行正挤压，挤压出来的杆部直径为 12mm，高为 78mm。 如图（ b）所示。 (3)在 将挤压件的头部先聚料后镦挤成六边形，并形成底端杆部的锥角。 如图（ c）所示。 图（ a）镦挤 图（ b）预成形 图（ c）终成形 安徽建筑工业学院毕业论文 20 图 方案二 以上所绘制的图为草图，各工序中成形后的零件图参见零件图 （ a） 、零件图 （ b） 、零件图 （ c），其对应的三维立体图如图 所示。 图（ a）镦挤 图（ b）预成形 图（ c）终成形 图 三、两种方案的比较与选择 方案一中成形工序较多，且毛坯不规范 ， 尺寸不精确，因此第一步 不能直接就进行正挤压，而要将毛坯进行镦平。 方案一 与 后一 个 方案 相比， 工艺设计安徽建筑工业学院毕业论文 21 不合理。 所以选择方案二更合理。 各主要工序工作特点进一步分析 综上所述，此零件所需主要工序如下：准备材料→下料→镦平、校形→预成形→退火与磷皂化→终成形→机加工→渗碳淬火→电镀。 各主要工序工作特点如下： ① 准备材料 先前讲述过，在此我们选择的材料为棒料。 ② 下料 考虑到剪切断面质量、废料损失、生产效率这些方方面面，在此采用全封闭式截切模来剪切下料。 ③ 镦平 下料完毕后，由于截断面比较粗糙，端面与中心轴线不能保持 垂直，有一定的斜度，尤其是半封闭截切模，这种情况尤为严重。 因此坯料在截切后，一般用镦平模将坯料端面压平并校形后再进行挤压。 在此要确定毛坯的相关尺寸，其具体尺寸如图 所示； 图 镦挤零件图 ④ 预成形 为了最终能够获得所需精度的零件，在成形过程中一般不采用一次性成形而获得零件，实际中为获得高精度零件，中间都要增加一道工序，尽管有时一次性成形的变形程度小于许用变形常数。 这样可以在毛坯与最终成形之间有一过安徽建筑工业学院毕业论文 22 渡成形过程，以便于获得满足我们所需冷挤压样品。 在此要确定毛坯的相关尺寸，其具体尺寸如图 所示 图 预成形零件图 ⑤ 退火与磷化处理 由于工件经过镦平、预成形之后，其内部晶粒被挤压拉长而成细长晶粒，形成纤维组织。 变形程度愈大，晶粒挤得愈长，细长晶粒要再变形所需变形力更大，因而冷挤压后金属得到强化。 由于挤压是三向压应力状态，经过挤压后金属材料组织结构更加致密，微小的气孔、缩松和微裂被压合了，使金属进一步强化。 从而这时金属已不适合于再 次 冷挤压，为了取得较好的冷挤压性能，一般采用等温退火或球化退火，本工序要注意保护工件以防氧化脱碳，应使用真空炉退火、。