泵座零件溫擠壓模具設(shè)計

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寧波大學(xué)科學(xué)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計）開題報告 畢業(yè)論文（設(shè)計）開題報告 題目：泵座零件溫擠壓模具設(shè)計 專 業(yè)： 泵座零件溫擠壓模具設(shè)計 學(xué) 號： 094174044 學(xué)生姓名： 章祺杰 指導(dǎo)教師： 任睿 2012年12月 1溫擠壓工藝特點 1.1與冷擠壓相比的特點 （1）金屬塑性提高，變形抗力下降 溫擠壓時可以將坯料加熱到再結(jié)晶溫度以下塑性好、變形抗力較低的溫度區(qū)域，以降低變形力。經(jīng)測試，一般情況下溫擠壓的成形力僅為冷擠壓的1/3～1/2，降低了設(shè)備噸位和模具負荷。 （2）溫擠壓件的尺寸精度和表面質(zhì)量接近冷擠壓件 溫擠壓的成形溫度越低，其制件的尺寸精度也越高，表面粗糙度值也越低，更接近于冷擠壓件的質(zhì)量；反之，尺寸精度和表面質(zhì)量隨溫度上升而下降。 （3）每道工步的變形量較冷擠壓大，可減少工步數(shù)由于溫擠壓時金屬塑性好，金屬的流動性能要明顯優(yōu)于冷擠壓，在冷擠壓時要數(shù)道工步完成的成形在溫擠壓時可能只要一道即可完成，生產(chǎn)效率提高。 （4）可連續(xù)生產(chǎn)，有利于降低成本冷擠壓在多工步成形時，工步間需要進行軟化和潤滑處理。溫擠壓在多工步成形時，一般可在連續(xù)加熱后連續(xù)成形，不需要進行工步間的軟化和表面處理，減低了生產(chǎn)成本。 （5）對模具的要求高 冷擠壓時僅需對模具進行潤滑，不考慮模具的冷卻；而溫擠壓時不僅要對模具進行潤滑，還要給予模具充分冷卻。 1.2與熱擠壓相比的特點 （1）尺寸精度和表面質(zhì)量遠優(yōu)于熱擠壓件 由于溫擠壓加熱溫度要低于熱擠壓，避開了鋼的劇烈氧化溫度，同樣在非保護氣氛中溫擠壓坯料的氧化極微，無脫碳現(xiàn)象，避免了因氧化、脫碳等造成的缺陷，使擠壓件的尺寸精度和表面質(zhì)量大大提高。 （2）擠壓件得到強化，不需要進行擠壓后熱處理 溫擠壓后可以使擠壓件產(chǎn)生加工硬化，對于低碳鋼而言可以改善切削性能，不需要進行正火調(diào)節(jié)硬度。對于一些不需要進行最終熱處理的零件，溫擠壓的強化作用足以滿足其對力學(xué)性能的要求。 （3）對模具的使用要求高 熱擠壓時可以對模具進行模內(nèi)循環(huán)水冷卻，也可進行外部噴射水冷卻，而不影響金屬的成形性能。溫擠壓時只能采用模內(nèi)循環(huán)水冷卻，因為外部冷卻水接觸坯料會使坯料過冷，使溫擠壓無法進行。對于一些變形量不大的零件，熱擠壓時可不對坯料進行潤滑處理，也可使模具達到相當?shù)膲勖?。但溫擠壓時，坯料與模具的接觸應(yīng)力雖比冷擠壓時小得多，但在無潤滑的條件下會出現(xiàn)早期失效。由此可見，溫擠壓對模具的要求比冷、熱擠壓高得多。 （4）對坯料的加熱方法要求高 由于溫擠壓坯料加熱時不得出現(xiàn)嚴重的氧化和脫碳現(xiàn)象，對爐溫控制的準確性要求高。故應(yīng)盡可能采用電加熱方法，如感應(yīng)加熱和電阻爐加熱等?；鹧婕訜嵋矁H限于煤氣和天然氣加熱，一般情況下不采用煤或油加熱。 2選材以及熱處理 2．1 模具材料 溫擠壓模具在工作過程中,由于承受著高溫和高壓的作用,因此模具鋼應(yīng)具有磨性、韌性、硬度和紅硬性等綜合性能。如用3Cr2W8V鋼制造的破碎機軸頭溫擠壓模, 坯料是45鋼, 當模具硬度為51HRC-52HRC時,由于3Cr2W8V鋼在高硬度下塑性和韌性都較低, 僅擠壓860件產(chǎn)品模具就發(fā)現(xiàn)有裂紋。將模具硬度降低48HRC后, 韌性稍有提高, 但硬度下降后又使模具發(fā)生塑性變形強烈磨損,擠壓到1500件時,模具因塑性變形量過大而失效。最后把模具用鋼改為H11,4Cr5MoSiV鋼, 該鋼在中溫( 400-500℃ ) 具有較高的熱強性,而且耐磨性、韌性、熱疲勞性都較好, 52HRC-55HRC下使用, 模具使用壽命提高2-4倍。對策:選擇在高溫下熱膨脹率小, 具有耐磨性和紅硬性及足夠的沖擊韌度模具材料,模具材料在模具升溫后屈服強度應(yīng)高于擠壓時作用在模具(凸、凹模)上的單位擠壓力。用低溫擠壓那些 GR( 4Cr3Mo3W4VTiNb)HM1 ( 35Cr3Mo3W2V ) 鋼替換傳統(tǒng)鋼種3Cr2W8V。3Cr2W8V鋼經(jīng)650℃ 回火后雖仍保持高的硬度和強度, 但在急冷急熱條件下工作時, 易出現(xiàn)熱疲勞開裂, 在硬度45HRC以上時, 斷裂韌性值不是很高, 此外抗氧化能力也較差。用GR鋼、HM1鋼可以彌補3Cr2W8V的缺陷。中溫擠壓時使用鉻系鋼, 如 H11 ( 4Cr5MoSiV) 、H13( 4Cr5MoSiV1) 、4Cr5W2SiV等, 此類鋼由于含鉻較多, 淬透性較高, 淬火硬度增高, 具有高的強韌性和較高的的抗熱疲勞性能, 特別適用于急冷急熱的工作條件。高溫擠壓場合選用如 012Al( 5Cr4Mo3SMi nVAl ) 、CG- 2( 6Cr4Mo3Ni2WV) 5等, 此類鋼具有較高的強度和韌性。其韌性耐熱性高于鉻系鋼, 與鎢系鋼相近, 65Nb( 65Cr4W3Mo2VNb) 、HM3( 3Cr3Mo3VNb) 等鋼也 可作為溫擠壓模具材料。 2.2熱處理 模具壽命與熱處理工藝的選擇有關(guān)。若淬火溫度過高或保溫時間過長, 奧氏體晶粒長大, 大量碳化物溶入基體, 淬火后出現(xiàn)粗針馬氏體, 增加了熱處理應(yīng)力, 使模具變脆, 服役中容易開裂、折斷。淬火溫度過低, 合金碳化物溶解不充分, 鋼的淬透性下降, 回火穩(wěn)定性降低, 模具硬度偏低, 易造成模具塌陷、變形和磨損; 對于碳素工具鋼和合金鋼,若熱處理不當可能出現(xiàn)嚴重的網(wǎng)狀碳化物或片狀珠光體組織, 而高速鋼中碳化物則出現(xiàn)帶狀堆集, 工作時容易產(chǎn)生裂紋。對策: 采用合理的熱處理工藝。如某廠的3Cr2W8V鋼絲鉗溫擠壓模具, 用常規(guī)工藝處理時的失效形式為模腔兩側(cè)變形, 改用1100℃ 加熱、保溫出爐預(yù)冷2- 3min, 再放入50%K2NO3+50%NaNO3鹽浴中390℃ 保溫30min, 出爐空冷至室溫的等溫淬火及560℃×2h回火2次,金相組織為回火馬氏體+少量未溶碳化物, 模具硬度為48HRC, 每副模具的擠壓壽命由原來1000件提高到3000件以上。H13鋼經(jīng)鍛造余熱淬火和高溫回火預(yù)先熱處理, 再淬火回火后可得到細小、彌散的、均勻分布的粒狀碳化物, 模具的熱疲勞性能得以改善。又如對國家重點推廣的新型熱作模具鋼 HM1( 35Cr3Mo3W2V) 采用雙重強化(復(fù)合強化)處理, 壽命提高4- 5倍, 所謂雙重強化處理就是鍛后先固溶淬火, 然后滲硼
等溫淬火, 最后多次高溫回火。此外, 鍛造后的正規(guī)化退火, 粗加工后去除加工應(yīng)力的高溫回火或低溫回火, 精加工后的淬火與回火, 電火花加工后的去應(yīng)力低溫回火等也是提高模具壽命必不可少的熱處理工藝。 3模具結(jié)構(gòu)設(shè)計 模具設(shè)計是影響溫擠壓模具壽命的主要因素,設(shè)計上有缺陷的模具, 為模具的早期失效埋下了隱患, 如工作斷面急劇變化, 圓角過小或出現(xiàn)尖角,型腔出現(xiàn)凹凸或出現(xiàn)窄縫, 孔的位置不當造成壁厚不均, 型腔形狀不對稱造成偏心受載等。對策: 充分考慮型腔的斷面形狀, 工作帶的形狀應(yīng)光滑連接, 盡可能避免尖角、窄縫等應(yīng)力集中源的產(chǎn)生, 防止熱處理開裂和擠壓過程開裂。模具設(shè)計時還應(yīng)考慮模具的結(jié)構(gòu)盡可能有利于金屬的流動, 達到模具各部位受力均勻; 對于型腔中有凸臺懸臂的結(jié)構(gòu), 在滿足產(chǎn)品使用要求的前提下, 懸臂伸出量應(yīng)盡可能短一些, 截面大一些,保證模具應(yīng)有足夠的強度和剛度。當模具型腔壁厚為型腔深度的1~ 1.5倍時, 易損部分應(yīng)采用鑲塊的結(jié)構(gòu)形式。 圖1所示為典型反擠壓實心件用凸模, 結(jié)構(gòu)上工作部分長度l 應(yīng)避免細長形, 防止剛度和強度不足壓斷或折斷。凸模的上端面直徑D比工作部分直徑d稍大, 以減少對模座的單位壓力, 增加凸模的穩(wěn)定性。過渡區(qū)以15左右的錐角過渡, 并以大圓角R圓滑過渡, 其余直徑突變處以r 過渡。圖2所示為典型的正擠壓凹模, 為了便于金屬塑性流動和減小模具負荷, 避免內(nèi)腔裂紋的出現(xiàn),通常將凹模出口部分設(shè)計成錐形, 由于錐形入口的凹模截面變化量較小, 應(yīng)力較小, 裂紋產(chǎn)生的機率也較小。 采用組合式模具。當模具設(shè)計為整體式時, 直徑過渡處不可避免地存在無圓角過渡, 易造成應(yīng)力集中, 引起裂紋, 如圖3a所示。而組合式模具在應(yīng)力集中處把模具分割為兩部分或幾部分, 如圖3b、c所示, 可避免應(yīng)力集中和裂紋的產(chǎn)生。 4零件擠壓成形工藝制定 某廠生產(chǎn)的鎂合金零件結(jié)構(gòu)如圖4.該零件底部及內(nèi)腔均為錐形，用擠壓棒材 圖4 錐形零件圖和擠壓件圖 切削加工方式生產(chǎn)，工時長，材料利用率僅為31%，會破壞原材料的流線性而影響零件性能，選用壓鑄工藝生產(chǎn)此零件時，易產(chǎn)生卷入性氣孔、夾雜等鑄造缺陷，降低了零件的力學(xué)性能。該零件選擇溫擠壓成形，可在保證零件的力學(xué)性能及零件尺寸的條件下，減少金屬的切削加工量，提高材料利用率，節(jié)約生產(chǎn)成本。 通過對零件結(jié)構(gòu)特點以及金屬流動特點、工藝可行性等方面考慮，在零件外形上添加余量，尖叫部分設(shè)計成圓角，在此基礎(chǔ)上設(shè)計出擠壓件圖如1.擠壓成形后，底部和內(nèi)腔通過少量切削加工即可達到零件所需尺寸，外形通過機加精確成形。該零件成形工藝過程為：棒料→鐓粗預(yù)成形底部→反擠。工藝流程圖如圖5。 圖5零件溫擠壓工藝路線 5主要內(nèi)容與基本要求 1．收集有關(guān)溫擠壓，模具，泵零件等方面的資料并閱讀研究 2．分析溫擠壓的特點，溫擠壓件的質(zhì)量和力學(xué)性能 3．泵座零件工藝分析及工藝方案選擇 4．泵座零件工藝參數(shù)設(shè)計計算 5．泵座擠壓力的計算 6．壓力機的選擇 7．泵座零件擠壓模具 6計劃進度 1. 任務(wù)布置，資料收集與閱讀研究1周 2. 分析原理，制定設(shè)計方案，完成文獻總述和開題報告1－2周 3. 進行初步的設(shè)計2－3周 4. 研究、討論、修訂設(shè)計方案2－3周 5. 完善設(shè)計思路確定最終設(shè)計方案2－3周 6. 畢業(yè)設(shè)計工作總結(jié)，答辯準備1－2周 7. 答辯 7主要參考文獻： [1] 洪深澤《擠壓工藝及模具設(shè)計》 機械工業(yè)出版社 1995年 [2] 吳詩惇《沖壓工藝學(xué)》 西北工業(yè)大學(xué)出版社 1987年 [3] 劉靜安《輕合金擠壓工具與模具》上下兩冊 冶金工業(yè)出版社 1990年 [4] 劉靜安《擠壓模具技術(shù)的理論與實踐》科學(xué)技術(shù)文獻出版社重慶分社1989年