冷擠壓工藝與模具設(shè)計

冷沖壓工藝與模具設(shè)計,配套課件 主編：陳劍鶴 于云程,機械工業(yè)出版社,第7章 冷擠壓工藝與模具設(shè)計,7.1 典型案例 7.2 概述 7.3 冷擠壓工藝性分析 7.4 冷擠壓工藝參數(shù)計算 7.5 冷擠壓模具結(jié)構(gòu)設(shè)計,7.1 典型案例,大功率電容器外殼,工件名稱：大功率電容器外殼 生產(chǎn)批量：大批量 材料：純鋁1050A（L3） 壁厚：4mm,7.2 概述 7.2.1 概念 冷擠壓是將冷擠壓模具裝在壓力機上，利用壓力機 簡單的往復(fù)運動，是使金屬在模腔內(nèi)產(chǎn)生塑性變形，從 而獲得所需要的尺寸、形狀及一定性能的機械零件。 7.2.2 冷擠壓方法 1.正擠壓,a） b） 正擠壓空心件 a）擠壓示意圖 b）毛坯與擠壓零件,a） b） 正擠壓實心件 a）擠壓示意圖 b）毛坯與擠壓零件,a） b） 反擠壓 a）擠壓示意圖 b）毛坯與擠壓零件,a） b） 復(fù)合擠壓 a）擠壓示意圖 b）毛坯與擠壓零件,2.反擠壓,3.復(fù)合擠壓,4.徑向擠壓,a） b） 冷模鍛零件 a）毛坯 b）零件,a） b） 徑向擠壓 a）毛坯 b）零件,5.實例擠壓方式的選擇 工件的冷擠壓成形工藝方案有以下三種： 1）采用圓柱毛坯，徑向擠壓成形凸緣部分；反擠壓成形筒部。 2）采用圓柱毛坯，預(yù)成形杯形；正擠壓達(dá)到工件要求。 3）采用圓柱毛坯，復(fù)合擠壓一次成形。（采用）,7.2.3 采用冷擠壓必須解決的主要問題和模具結(jié)構(gòu)的要求 1.采用冷擠壓必須解決的主要問題 1)冷擠壓加工的材料 2)冷擠壓工藝方案 3)毛坯軟化熱處理方案 4)毛坯表面處理方法及潤滑劑 5) 模具結(jié)構(gòu)，模具工作壽命、生產(chǎn)率和安全 6) 冷擠壓模具材料及熱處理方法 7) 機器與設(shè)備,2.對冷擠壓模具結(jié)構(gòu)的要求 1）模具的強度和剛度 2）模具工作部分的形狀和尺寸 3）模具的材料選擇、加工方案和熱處理規(guī)范 4）模具安裝、易損件的更換、拆卸、安裝 5）模具導(dǎo)向 6）模具制造、成本 7）放、取制件的操作,7.3 冷擠壓工藝性分析 7.3.1 冷擠壓變形特征 1.正擠壓時的金屬流動,試件毛坯 試件擠壓后的網(wǎng)格,2.反擠壓時的金屬流動,反擠壓杯形金屬的流動情況,3.影響金屬流動的主要因素 1）摩擦力的影響 2）模具形狀的影響 3）變形程度的影響 4）其它因素的影響,a） b） c） d） 凹模中心錐角對金屬流動的影響 a）-60 b）-90 c）-120 d）-180,7.3.2 冷擠壓工藝性要求 1.冷擠壓件的尺寸設(shè)計原則 1）金屬流動劇烈處的過渡圓角半徑R應(yīng)盡可能增大，與擠壓力方向垂直的受力面應(yīng)增大斜度。 2）為防止變形抗力急劇增大及延長模具壽命，應(yīng)控制凹模與凸模間的金屬在成形終了時的最小厚度s和b。 3）擠壓件的最終尺寸d和D不能太小或相差太大，應(yīng)在允許的變形程度范圍內(nèi)。 2.擠壓件的精度和表面粗糙度 精度見表7-2表7-4 表面粗糙度： 有色金屬為Ra0.4mm；黑色金屬為Ra0.8mm。,3.實例工藝性分析 根據(jù)零件工作圖結(jié)構(gòu)形狀分析，該零件不能用冷擠 壓成形的方法完全成形，孔23.5應(yīng)采用成形后用鉆銷 方法再加工成形。31階梯孔不利于擠壓成形，應(yīng)在成 形后用鏜銷方法加工成形。因此，將該零件轉(zhuǎn)換成可擠 壓成形的形狀，如圖所示。,擠壓成形形狀,7.4 冷擠壓工藝參數(shù)計算 7.4.1 毛坯尺寸的確定 1.毛坯直徑 采用實心圓柱毛坯，其直徑為工件筒部外徑，則 D=工件外徑=36 2.毛坯體積 毛坯尺寸計算的原則為等體積法計算。即： 毛坯體積=工件體積 （1）工件筒部體積,（2）筒部凸緣部分體積 （3）毛坯高度尺寸H,凸緣部分毛坯尺寸計算圖,7.4.2 冷擠壓變形程度的計算 常用斷面縮減率S來表示，也可用擠壓比R或?qū)?shù) 擠壓比來表示，計算方法見表7-4。 實例采用端面縮減率S計算擠壓變形程度。 徑向擠壓部分的變形程度S 反擠壓部分的變形程度S S<<S ，故可一次擠壓成形。,7.4.3 冷擠壓力的計算 實際工作中以查圖表確定為主。 1.有色金屬單位擠壓力p的確定,有色金屬單位擠壓力,2.黑色金屬擠壓力F的確定,黑色金屬反擠壓力圖算表,總擠壓力F的計算 有色金屬擠壓力F單位擠壓力p凸模工作部分橫 截面積S 例題中引用工件的擠壓力 F=pS=3002295.2=688560（N） 關(guān)于S的計算參見毛坯尺寸確定部分，可知 S2295.2 考慮一定的安全系數(shù)可選用1000kN壓力機。,7.5 冷擠壓模具結(jié)構(gòu)設(shè)計 7.5.1 冷擠壓凸模設(shè)計 1.反擠壓凸模,a） b） c） 反擠壓凸模工作部分形狀 a）錐形帶平底的凸模 b）尖角錐形凸模 c）平底凸模,有色金屬反擠壓凸模,當(dāng)擠壓純鋁薄壁件凸模工作部分長度較長時，為增 加凸模的穩(wěn)定性，可將凸模下端面開出工藝凹槽。實例 采用該種結(jié)構(gòu)。,a） b） c） 凸模工作端面工藝凹槽的形狀 a）圓形 b）方形 c）矩形,2.實例用凸模結(jié)構(gòu),材料：Cr12MoV 熱處理：6064HRC 擠壓凸模,7.5.2 冷擠壓凹模設(shè)計 1.反擠壓凹模,a） b） c）,d） e） f） 反擠壓凹模的基本形式,2.正擠壓凹模,a） b） c） d） 反擠壓凹模的基本形式,3.組合凹模 （1）凹模的總體結(jié)構(gòu) 分為整體式和預(yù)應(yīng)力組合凹模。組合凹?？煞譃閮?層和三層結(jié)構(gòu)式。,組合凹模的選擇,（2）二層組合凹模,二層組合凹模,三層組合凹模,（3）三層組合凹模,（4）組合凹模壓合方法 1）加熱壓合（熱裝） 將外圈加熱到適當(dāng)溫度，套裝到內(nèi)圈上，待外圈冷 卻后將內(nèi)圈壓緊。熱裝時可不必加工出斜度。 2）強力壓合 將各配合面做成一定的錐度，在室溫下用液壓機進(jìn) 行壓合。,a） b） 預(yù)應(yīng)力圈的裝法 a）由內(nèi)到外 b）由外到內(nèi),7.5.3 凸、凹模工作部分尺寸計算 凸、凹模工作部分尺寸計算公式見表7-13。 7.5.4 冷擠壓凸、凹模材料選擇的要求 1）凹模與凸模必須具有很高的強度和硬度，在高溫下仍能保持足夠的強度與硬度。 2）凸模與凹模在沖擊條件下工作，應(yīng)具有相當(dāng)?shù)捻g性。 3）凸模材料應(yīng)當(dāng)有較好的抗彎強度。 4）模具是在冷熱交變應(yīng)力的條件下工作，所以模具的材料應(yīng)能經(jīng)受這種考驗。 5）模具材料必須是較易于切削加工。,7.5.5 凹模結(jié)構(gòu)設(shè)計實例 模具工作時凸模進(jìn)入凹模后必須形成封閉的模腔。,實用兩層組合凹模結(jié)構(gòu) u2徑向過盈量 裝配斜角，取=0.5,兩層組合凹模的a31與a21的關(guān)系,兩層組合凹模軸向過盈量系數(shù)2,兩層組合凹模徑向過盈量系數(shù)2,內(nèi)圈（凹模）工作圖,材料：40Cr 熱處理：4547HRC 外圈工作圖,6）冷擠壓模模具結(jié)構(gòu) 頂件塊,材料：Cr12 熱處理：5862HRC 頂件塊,冷擠壓模具結(jié)構(gòu)圖,冷擠壓模具結(jié)構(gòu)圖 1、2拉板 3、21螺母 4、20墊圈 5下模座 6彈簧 7導(dǎo)柱 8、12墊板 9導(dǎo)套 10上模座 11拉桿 13凸模 14固定板 15組合凹模外圈 16凹模內(nèi)圈 17頂件塊 18空心墊板 19頂桿,播放動畫,