深杯形件冷挤压工艺分析及变薄拉深模具设计
《冷挤压成型工艺及模具设计》课程大纲
《冷挤压成型工艺及模具设计》课程教学大纲一、课程名称（中英文）中文名称：冷挤压成型工艺及模具设计英文名称：Cold Extrusion Processes and Die Design二、课程编码及性质课程编码：0817761课程性质：选修课三、学时与学分总学时：24学分：1.5四、先修课程机械设计、材料成形工艺、金属学及热处理和材料成形原理等五、授课对象本课程面向材料成型及控制工程专业学生开设，也可以供材料科学与工程专业和电子封装技术专业学生选修。
六、课程教学目的（对学生知识、能力、素质培养的贡献和作用）本课程是第七学期开设的一般选修课，其教学目的主要包括：1、掌握金属材料冷挤压的变形性质和成型规律，以及冷挤压模具设计的方法；2、掌握冷挤压成型工艺及模具设计的特点及国内外发展概况，查找并掌握冷挤压技术及模具设计发展前沿的新技术的特性；3、掌握挤压成形的各种方法，能独立编制工艺规程和设计冷挤压模具，分析和解决冷挤压生产问题，具有今后从事冷挤压成型工艺和复杂模具开发与设计的能力。
表1 课程目标对毕业要求的支撑关系七、教学重点与难点：教学重点：1）本课程以介绍冷挤压成型工艺与模具为主体、以讲述两者的设计为重点；2）在全面了解与掌握挤压成形的材料原理及力学原理的基础上，重点学习冷挤压加工工序和模具的设计；3）重点学习的章节内容包括：第2章“挤压基本原理”（6学时）、第5章“冷挤压加工工序设计”（4学时）、第6章“冷挤压模具设计”（6学时）。
教学难点：1）冷挤压成型工艺及模具设计是实践性极强的课程之一，本课程将密切结合学生的生产实习、课程设计、实验课等实践环节，培养学生对冷挤压成型工艺及模具的认识及设计能力，提高授课质量与效果。
2）通过本课程学习，要求掌握冷挤压成型工艺的变形特点、应用范围、质量控制方法等，具备合理设计冷挤压成型工艺和复杂模具的实践能力。
八、教学方法与手段：教学方法：（1）采用现代化教学方法（含PPT演示，工艺动画，视频资料等），讲授冷挤压工艺的变形特点及应用领域，以提高教学效果及效率；（2）采用课堂教学与学生PPT汇报、交流讨论等方式，进行课堂互动，吸引学生的注意力、激发学生的学习热情，提高学生的学习效果。
杯形件冷挤压成形研究
可 缺少的 重要加 工手段 之一 。随着 计算机 模拟 技术 的发展 ， 有 限 元 模 拟 技 术 作 为 一 种 有 效 的 数 值 计 算 方 法 已 经 被 广 泛 应
用 于 锻 压 成 形 仿 真 ，可 以 跟 踪 成 形 过 程 、 再 现 力 学 量 场 、预
测 成 形 缺 陷 。 本 文 结 合 冷 挤 压 的 数 值 模 拟 对 杯 形 件 的挤 压 进 行 成 形 模 拟 ， 为 今 后 批 量 生 产 的 工 艺 改进 做 好 技 术 准 备 。 图 ｌ 示 为 某 杯 形 件 工 件 图 ，材 料 为 ｌ 钢 。经 分 析 ，决 定 所 ０
关 键 词 ：冷 挤 压 ；杯 形 件 ； 模 具 结 构 ； 有 限 元 模 拟
Ｒ ｅ ｅ ｒ ｈ ｏ ｌ ｔ ｕ ｉ ｎ Ｐ ｏ ｅ ｓｆ ｒ Ｃｕ ‘ｓ ａ ｄ Ｗ ｏ ｋ ｉ ｃ ｓ ａ ｃ ｆＣｏ ｄ Ｅｘ ｒ ｓｏ ｒ ｃ ｓ ｏ ｐ＿ ｈ ｐｅ 。 ｒ ｐｅ ｅ
采 用 冷 挤 压 工 艺 加 工 ， 工 艺 流 程 为 ：制 备 毛 坯 软 化 处 理 ＿ ÷ 酸 洗 ＿ 磷 化 处理 ＿ 皂化 润 滑 反 挤 压 成形 。 ＋ ÷
固 １ 杯 形 件 Ｉ 件 图
１大压力板 ２ 垫块 ３ 定位座 ４凹模 ５ 凹模 外套 ６弹簧 ７压力板 ８ 上模座 ９定位板 １ ０卸料板 １ 凸模 １ 凹模 中套 １ １ ２ ３调整螺钉 １ 顶杆 １ ４ ５小压 力板
杯 形 件 冷 挤 压 成 形 研 究
刘 华伟 田福 祥 （ 岛 砰 工 大 学 ， 东 青 岛 ， ６ ０ ３ 青 山 ２６ ３）
摘 要 ：分析 ｒｆ 形ｔ 的冷挤 ｂ 彤 Ｉ艺，论述 ＇冷挤 Ｊ １ ＇ ： ｔ ： 譬 ： ｒ 馍 结｛ 蓉川 仃 走 横拟 技术 ．对 ｒｆ 冷挤 工艺进｛ 行性 研究 ，为其生， 匈 ｉ ： ｒ・ 提供 ，依槲 采川冷挤¨ ： 『 Ｉ ｉＩ艺 Ｊ ： ｌ 怀形 仆．政 藩 ｒ ｌ仆的机做悄 能 ．抛 高 ｒ零件精 度和表 质 疑．硅 降低 ｒ材 料ｆ ｌ Ｊ ： ｉＥ ｌ ｊ
第五章冷挤压工艺及模具设计
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2020/12/11
第五章冷挤压工艺及模具设计
冷挤压工艺及模具设计
•5.1 冷挤压工艺
•5.2 冷挤压模具设计 • •5.3 冷挤压模的典型结构
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第五章冷挤压工艺及模具设计
冷挤压工艺及模具设计
•5.1 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。
• (3) 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。
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第五章冷挤压工艺及模具设计
冷挤压工艺及模具设计
• (4) 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。
• (5) 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。
第五章冷挤压工艺及模具设计
冷挤压工艺及模具设计
•5.1.4.2 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2500～3000N/mm2），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共65页
11、用道德的示腊
12、法律是无私的，对谁都一视同仁。在每件事上，她都不徇私情。—— 托马斯
13、公正的法律限制不了好的自由，因为好人不会去做法律不允许的事 情。——弗劳德
14、法律是为了保护无辜而制定的。——爱略特 15、像房子一样，法律和法律都是相互依存的。——伯克
1、最灵繁的人也看不见自己的背脊。——非洲 2、最困难的事情就是认识自己。——希腊 3、有勇气承担命运这才是英雄好汉。——黑塞 4、与肝胆人共事，无字句处读书。——周恩来 5、阅读使人充实，会谈使人敏捷，写作使人精确。——培根
拉深工艺及拉深模具的设计
拉深工艺及拉深模具的设计拉深工艺是一种常见的金属加工方法，用于将平面金属材料加工成具有凹凸形状的器件或零件。
它通常涉及到将金属板材通过拉伸的方式使其变形，以达到所需的形状和尺寸。
而拉深模具则是用于支撑和引导金属板材在拉深过程中发生变形的工具。
拉深工艺的设计需要考虑多个因素，包括材料的性质、板材的厚度和尺寸、拉深的形状和深度等。
首先，根据所需拉深的形状设计模具的结构和形状，并确定所需的深度和尺寸。
其次，需要选择合适的材料和工艺参数，以确保金属材料在拉深过程中能够保持良好的塑性变形能力，并且不会发生过度拉伸、断裂或破裂。
此外，还需要考虑到加工效率和成本等因素，以优化拉深工艺的设计。
拉深模具的设计是实现拉深工艺的关键。
它通常由多个部分组成，包括上模板、下模板、导柱、导套、导向装置、弹簧等。
上模板和下模板是用于支撑金属板材并施加压力的主要部分，它们的形状和结构决定了拉深的形状和深度。
导柱和导套用于引导上模板的移动，以确保拉深的精度和稳定性。
导向装置用于确保上模板和下模板的对位精度，避免偏移和倾斜。
而弹簧则用于提供足够的弹性力，以使上模板在拉深过程中能够平稳地移动。
在拉深模具的设计过程中，需要考虑到多个因素。
首先，需要进行模具的结构和形状设计，确保其能够满足所需拉深的形状和深度。
其次，需要选择合适的材料，以确保模具具有足够的强度和硬度。
同时，还需要进行模具的冷却设计，以提高模具的寿命和加工效率。
此外，需要进行模具的装配和调试，确保其能够正常使用并满足要求的加工精度和质量。
总之，拉深工艺及拉深模具的设计需要考虑到多个因素，包括材料的性质、工艺参数、加工效率和成本等。
通过合理的设计和优化可以实现高效、精确和稳定的拉深加工。
深孔薄壁件变薄拉深工艺及模具设计
Ｄｉ ｎｄ Ｍ ｏ ｄ Ｔｅ ｈｎ ｏ ｙ Ｎｏ ０１ ｅａ ｕｌ ｃ ｏｌ ｇ ．５ ２ ２
文 章 编 号 ：１ ０ —９ ４ ２ １ ） ５０ １—４ ０ １４ ３ （ ０ ２ ０ —０ ４０
深 孑 薄壁 件 变 薄 拉 深 工 艺及 模 具设 计 Ｌ
李 明明 ，季微 微 ，龚 爱 军 ，顾 冰 ，胡成 亮。
ｑ ｌｆｅ ｅ － ｕａ ｉ ｉ ｄ ｄｅ ｐ－ ｈｏｌ ｈｉ ａ ｌｐａ ｔ ｅ ｅ ｍ ａ ｅ ｔ ｎ ｗ ｌ ｒ ｓｗ ｒ ｎｕｆ ｃ ｕ ｅ ｎ ｍ ａｓ ｏｄｕ ｔｏｎ ｔ ｏｕ ｈ ｈｅ ｉ ｐｌ － ａ ｔ ｒ ｄ ｉ ｓｐｒ ｃ ｉ ｈｒ ｇ ｔ ｍ ｅ－
工 程 机 械 等 行 业 应 用 广 泛 。 由于 深 孑 薄 壁 件 具 Ｌ
有 高 径 比 大 的几 何 特 征 ， 形 过 程 中 变 形 量 较 成
的方 法 ， 计 了筒 形 件 拉 深模 具 ， 迟 了开 裂 的 设 推 产 生 ， 高 筒 形 件 生 产 质 量 与 效 率 。聂 兰 启 提 介 绍 了变 薄 拉深 工 艺 的特 点 ， 析 了 壁 厚 变 薄 、 分 直 径 缩 小 的 变 形 过 程 ， 出 用 加 工 率 描 述 变 形 提
法 ， 同类 变 薄拉 深 件 的工 艺计 算 提 供 参 考 。 为 本 文 以某 深 孔 薄 壁 件 为 例 ， 用 多 层 整 体 凹模 采
ｍｅ ａｔｏｎ ｏｆｔ ｏｃ ｓ ｎｄ ｄ ｅ． ｎｔ ｉ ｈｅ ｐｒ ｅ ｓ ａ ｉ Ｋｅ ｗｏ ｄｓ ｙ ｒ ：ｄｅ ｐ— ｅ ａ ｈｉ — ｌ ｒ ｓ ｒ ｎｉ ｏ ｅｓ ；ＦＥ ｉ ｕ ａ ｉ ｅ ｈｏｌ ｎｄ ｔ ｎ ｗａ ｌｐａ ｔ ；ｉ ｏ ｎｇ ｐｒ ｃ ｓ ｓｍ ｌ ｔｏｎ；ｄ ｅ ｄｅ ｉ ｉ ｓｇｎ
冷挤压工艺和模具设计说明书模板
冷挤压工艺及模具设计
5.2 冷挤压模具设计
5.2.1 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： 1．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2500～3000N/mm2），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
3．复合挤如图5-3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5-1 正挤压图
5-2 反挤压图
5-3 复合挤
冷挤压工艺及模具设计
程度。
冷挤压工艺及模具设计
4.1.4.1 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。 (1) 截面收缩率 式中
毕业设计(论文)-冷挤压模具设计说明书
毕业设计（论文）-冷挤压模具设计说明书摘要阶梯形零件是多种复杂形状的组合，其成形工艺较难，在工艺设计和变形方案的制定上，有其独自的特点。
这类零件一般可采用板料多道拉深来成形。
但是对于本设计中的阶梯方铝罩零件来说，其内外都呈现阶梯状且形状不一致辞，并且由于中间过渡部分形状不规则，因此不可能用板材成形工艺成形，而只能采用挤压等其他方法成形。
对于复杂的阶梯形零件,一次挤压不容易达到预期成形效果。
因此，一般采用有预成形的多道次挤压工艺。
其中的关键是如何合理分配材料变形程度，控制材料流动，减少过度变形，从而得到合格的零件。
本文探讨了阶梯方铝罩挤压的可行性，通过对产品零件图的分析，制定了几种工艺方案并进行分析比较，在选择最优方案的同时也制定了工艺流程。
在此基础上详细地介绍了阶梯方铝罩挤压模具的设计过程。
采用冷挤压工艺加工后，提高了零件的精度和表面质量，改善了强度和韧性，减少了切削加工量，节约了原材料，提高了生产效率，也改善了零件的组织性能。
关键词:阶梯方铝罩，成形工艺，冷挤压，模具设计IABSTRACTMulti-step part is a combination, which is composed with various complicated shapes. Its forming craft is more difficult. So it has its own characteristic in the technological design and the distortion plan formulation. Generally, this kind of components can be formed with the technology of multi-drawing the sheet. However, the product in this paper is not so regular. Its shape has steps both in exterior andinterior and the shape is irregular. At the same time, the middle transition part is so complex that it is impossible to adopt the drawing technology to form. Therefore, we need to consider the cold extrusionand other way to get the shape. It is no easy to achieve the anticipated formed effect with only one extrusion, because the step-shape is so complex. It should use multi-extrusion craft with pre-form forging. So the key is how to distribute rationally the distortion degree, control material flow, reduce the excessive deformation and obtain the qualified components. The feasibility of extrusion forming of multi-step part was discussed in this article. With the analysis of several technological programs, the optimal plan was made and selected, the technological process was determined. Based on the pre-discussion, the extrusion die was design and the design process is presented detailedly. By using the cold extrusion craft process, the precision and the surface quality of the product is improved, the intensity and toughness is got better, the cutting process is reduced, the raw material is saved. Not only does it enhanced the production efficiency, but also improve the organization of component.Keywords: multi-step part，forming technique，cold extrusion，die designII目录第1章冷挤压技术的介绍 .............................................11.1冷挤压工艺的实质 .................................................11.2冷挤压工艺的优点 .................................................11.3冷挤压工艺的缺点 .................................................21.4冷挤压工艺的应用范围 .............................................31.5冷挤压工艺的的发展方向 ...........................................3 第2章工艺分析及制定 ...............................................42.1产品零件的分析 ...................................................42.2工艺方案的分析 ...................................................5 第3章毛坯制备及处理 ..............................................113.1冷挤压件毛坯的制备 ..............................................113.2冷挤压件材料的软化热处理 ........................................133.3冷挤压件的表面处理与润滑 ........................................14 第4章冷挤压力 .....................................................164.1影响冷挤压压力的主要因素 ........................................164.2变形程度 ........................................................164.3冷挤压力的计算 ..................................................17 第5章冷挤压设备的选择 ............................................185.1冷挤压设备的基本要求 ............................................185.2冷挤压设备的选择 ................................................18 第6章冷挤压模具设计 ..............................................206.1冷挤压模具特点 ..................................................206.2冷挤压模架设计 ..................................................206.3凸、凹模设计 ....................................................216.3.1反挤压凸模的设计 (21)6.3.2反挤压凹模的设计 (23)6.3.3反挤压凸、凹模制造公差 (25)第7章模具结构部件设计 (26)7.1上模具部分结构设计 ..............................................267.2卸件装置设计 ....................................................27III7.3下模具部分结构设计 ..............................................297.4模具结构和工作原理 ..............................................307.5成形模具三维图 ................................ 错误～未定义书签。
冷挤压工艺及模具设计课件
对修复后的模具进行全面检测 和调试，确保其性能达到要求 。
05
冷挤压工艺与模具 设计的未来发展
新材料的应用
高强度轻质材料
随着新材料技术的不断发展，高强度轻质材料如钛合金、铝合金等在冷挤压工 艺中的应用将更加广泛，能够满足产品轻量化、高性能的要求。
复合材料
复合材料的出现为冷挤压工艺提供了更多的可能性，通过将不同材料组合在一 起，可以实现单一材料无法达到的性能，提高产品性能和降低成本。
合理布局
根据产品特点和工艺要求，合 理布置模具结构，确保产品成
型和出模顺利。
优化流道设计
优化模具流道设计，减少流动 阻力，降低成型难度和压力。
增强刚性和稳定性
为确保模具在使用过程中不易 变形和损坏，应加强模具的刚 性和稳定性设计。
易于维修和更换
模具结构应便于维修和更换损 坏或磨损的部件，降低维护成
本。
冷挤压特点
冷挤压工艺具有高效率、高精度、低 成本等优点，能够加工出形状复杂、 精度要求高的零件，广泛应用于汽车 、家电、电子、航空航天等领域。
冷挤压的应用范围
汽车零件制造
家用电器制造
冷挤压工艺可以用于制造汽车发动机、底 盘、电气系统等零部件，如活塞、连杆、 气瓶等。
家用电器中的金属零部件，如空调压缩机 、冰箱压缩机、洗衣机电机等，也广泛采 用冷挤压工艺制造。
模具的制造工艺
选择合适的加工方法
根据模具材料和结构特点，选择合适的加工方法，确保模具精度 和表面质量。
控制加工参数
合理控制加工参数，如切削速度、进给量等，以提高加工效率和模 具质量。
热处理和表面处理
根据需要，对模具进行热处理和表面处理，提高其硬度和耐久性。
03
冷冲压工艺与模具设计职业岗位核心课程情境三拉深模设计
十二 常用拉深模结构
（一） 首次拉深模 2 带压边装置的首次拉深模
弹性压边装置
十二 常用拉深模结构
（一） 首次拉深模 2 带压边装置的首次拉深模
带限位装置的压边圈
十二 常用拉深模结构
（一） 首次拉深模 2 带压边装置的首次拉深模
双动压力机用刚性压边装置的工作原理
带刚性压边装置的拉深模
十二 常用拉深模结构
拉深模的分类
按工艺特点可以分为：简单拉深模、复合拉深模、级进拉深模。 按工艺顺序可以分为：首次拉深模和以后各次拉深模。 按模具结构特点可以分为：带导柱，不带导柱、带压边圈和不带压边圈的 拉深模。 按使用的压力机可以分为：单动压力机和双动压力机用拉深模。
（一） 首次拉深模
1 无压边装置的首次简单拉深模
无压边装置的以后各次拉深模
十二 常用拉深模结构
（二） 以后各次拉深模 2 带压边装置的以后各次拉深模
如图所示为一副带压边装置的以 后各次拉深模。该模具为常见结构形式， 其中毛坯的定位是利用压边圈的外形， 也就是说压边圈的外形应该与毛坯的内 形相配合。
无压边装置的以后各次拉深模
正装式落料拉深复合模
无压边圈的首次拉深模
十二 常用拉深模结构
（一） 首次拉深模 2 带压边装置的首次拉深模
带压边圈正装首次拉深模
带锥形压边圈的倒装拉深模
十二 常用拉深模结构
（一） 首次拉深模 2 带压边装置的首次拉深模
压边装置
弹性压边装置
①橡皮压边装置 ②弹簧压边装置 ③气垫式压边装置 带限位装置的压边圈
刚性压边装置： 带刚性压边装置的拉深模
圆筒件切边原理
多工序复合模 1-小压边橡皮;2-小件拉深冲孔凸模;3-上顶料器;4-落料拉深凸凹模;
带有自动上下料装置的深孔杯形件冷挤压模具设计
收稿日期：2000—09—05作者简介：滕宏春，男，39岁，副教授带有自动上下料装置的深孔杯形件冷挤压模具设计130025吉林工业大学滕宏春张凤兰张志强徐景昌摘要分析了采用油压机和机械压力机进行冷挤压时带有自动上下料装置的模具设计上的区别。
为了能提高效率，让油压机往复运动行程尽量缩短，模具结构中采用了增距放大机构并分析了实际应用中出现的误差，增加了可调结构，可完全实现快速自动上下料。
关键词自动上下料冷挤压模具放大机构设计中图分类号TG375+.41!前言对于外径较大而孔深的杯形件来说，其挤压生产更适合在油压机上进行。
但是，与机械压力机相比，油压机冷挤压的挤压和顶出方式决定了它的生产效率较低。
油压机冷挤压顺序是下行挤压!上行!停止!顶出缸顶出零件!顶出杆退回。
而机械压力机冷挤压顺序是下行挤压!上行同时靠拉杆顶出零件。
由于机械压力机冷挤压动作顺序简单，因而带有自动上下料装置的模具早已在生产中成功应用。
而在油压机上进行冷挤压，本身生产效率就比机械压力机低，如果再采用液压式机械手，虽然安全但效率会更低，有效的方法是在模具上设计与油压机挤压动作一致的自动上下料装置。
本文设计了依靠型板将油压机的上下往复运动转变为自动上下料机构的水平运动，并通过411增距放大机构解决了上下料运动距离短的问题。
同时，对所设计机构的运动误差进行了分析，为带有自动上下料装置的深孔杯形件冷挤压模具设计提供了理论依据。
"模具结构设计".!设计条件和要求本文设计的带有自动上下料装置的冷挤压模具，是为了挤压外径为!41mm ，孔径!36mm ，孔深30mm 的弹壳零件，挤压设备为YT-5000kN 油压机。
在不降低生产效率，不改变油压机行程长度的情况下，通过设置型板带动水平自动上下料装置移动（最大可移动50mm ）。
取上下料装置的水平移动行程为200mm ，这样，需要设计一个411的放大机构，同时，还需另设计一套送进毛坯的装置。
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第32卷第3期Vo l 32 No 3锻 压 技 术FORGING &STAMPING TECHNOLOGY2007年6月Jun.2007深杯形件冷挤压工艺分析及变薄拉深模具设计*任国成1**,王广春2,徐淑波2,蔡元兴1(1 山东建筑大学材料学院,山东济南 250014;2 山东大学材料学院,山东济南 250061)摘要:以典型冷挤压深杯形件为例,通过对零件的形状及材料的性能分析计算后确定出最佳的工艺方案,给出了各成形工序图及润滑与软化处理规范,并对其中的变薄拉深工序进行了模具设计。
在设计中,首先通过工艺力计算,选用了合适的成形设备,并根据工艺特点和成形设备特性,选择和设计了变薄拉深模具的主要零件,最后给出了变薄拉深模具的总装图。
实践证明,所给出的成形工艺及设计的模具能够实现深杯形件的冷挤压成形,所成形的工件尺寸精度高、强度性能好。
关键词:深杯形件;冷挤压;变薄拉深;模具设计中图分类号:TG376 3 文献标识码:A 文章编号:1000-3940(2007)03-0068-03Cold extrusion process analysis and ironing die design for deep cup -shaped workpieceREN Guo -cheng 1,WANG Guang -chun 2,Xu Shu -bo 2,C ai Yuan -xing 1(1 Schoo l of M at erial Science and Engineer ing ,Shando ng Jianzhu U niversit y,Jinan 250014,China2 School of M ater ial Science and Engineering ,Shando ng U niver sity,Jinan 250061,China)Abstract:T aking a deep cup -shaped par t as an ex ample,the best co ld ex tr usio n pr ocess plan w as deter mined thr ough t he component shape and the mater ial pr operty analy sis.For ev ery for ming step,the lubricat ing and softening tr eat -ment criter io n w ere g iven.T he die f or ironing pr ocess w as designed.In the die design,the appr opriate equipment was chosen firstly thr ough calculat ing the form ing force.T he impor tant components of the ironing die w ere desig ned ac -cor ding to the pro cess and equipment character istics.Finally ,the assembly diag ram o f the iro ning die was designed.T he pr act ice pr oves that the process pro po sed in t his paper and t he desig n die can be used to achieve the cold ex trusion o f the deep cup -shaped part.T he size pr ecision of the part fo rmed by this set o f crafts is hig h,and the intensity per -fo rmance is also impr oved.Keywords:deep cup shaped par t;cold ex tr usio n;ir oning;die desig n*国家自然科学基金资助课题(50475130)及教育部新世纪优秀人才支持计划资助课题(教技司[2005]290号)**男,30岁,硕士研究生收稿日期:2006-12-26;修订日期:2007-01-251 引言随着能源危机的日趋严重,人们对环境质量更加关注,加之市场竞争日益加剧,促使锻件生产向高质、高效、节材、节能的方向发展。
因此,用冷挤压成形生产精化锻件的工艺手段,在市场竞争中将得到较大的发展。
冷挤压技术是一种高精、高效、优质、低耗的先进生产工艺技术,较多应用于中小型锻件规模化生产中。
与常规模锻工艺相比,可以节材30%~50%,节能40%~80%,而且,具有材料利用率高、产品质量好、生产效率高等诸多优越性。
深杯形件在汽车及军工弹体等产品中有广泛的应用,采用冷挤压成形工艺,可同时达到成形与改性的目的,而且可提高材料利用率和生产效率。
2 典型深杯形件的工艺分析某深杯形零件如图1所示,该零件所用材料为20钢,其抗拉强度为 b =360~510M Pa,挤压性能良好。
此零件孔深为10倍直径,直壁厚为0 25mm,几何形状简单。
因零件壁厚较小,对模具精度和凸凹模的同轴度要求较高,模具的精度IT 7级。
2 1 坯料尺寸及形状确定考虑坯料制造误差和压力机行程下止点控制的误差,在长度上加修整量4 5mm 。
按零件图求得坯料体积V 0=401 43mm 3,坯料外径取d 0=9 5m m,以利于坯料在凹模模腔内定位。
则毛坯高度为:h 0=V 0/A 0=401 43/[ 9 52/4]=5 67mm(1)式中 A 0 坯料横截面积。
坯料可采取带锯床下料,要求两端锯切平齐。
图1 深杯形件工件图Fig 1 Deep cup shaped part2 2 挤压工艺方案确定20钢反挤压F 可为68%~78%,正挤压 F 可为78%~85%,而工件的总变形程度为92 52%,所以不能一次成形,应采用多道工序;该零件为典型深杯形件,可选用一次反挤压和一次正挤压工序成形。
挤压杯形件的壁厚不小于1mm,而该工件的壁厚为0 25m m,因此,需在挤压工序完成后增加变薄拉深工序。
为保证工件形状及精度,须在变薄拉深工序后增加整形工序和切边工序。
经过对变形程度和挤压力的分析计算,可确定反挤压-正挤压-变薄拉深-整形-修边的工艺方案。
各工序完成后的半成品工件如图2所示。
图2 深杯的成形工序图Fig 2 Forming procedure of the d eep cu p s haped part2 3 润滑与软化处理为使材料在挤压过程中获得适合于塑性流动的变形条件,挤压前对坯料进行磷化皂化,提供足够的韧性,能经受重压而不致破坏的润滑层,以降低工具载荷,减小磨损,延长模具寿命。
同样,在变薄拉深之前也要进行磷化皂化处理。
为了提高材料的塑性,降低其硬度和变形抗力,以及消除冷作硬化和内应力,原材料以及挤压后的工件都要进行软化处理。
热处理规范为:800 保温6h,随炉冷却到350 ,处理后的硬度为110~125H BS 。
由于变薄拉深后工件的残余应力很大,拉深完成后也要进行低温回火处理以消除之。
3 变薄拉深工序的模具设计深杯形件的正挤工序和反挤工序都属于常规工艺,在此对其模具设计不再赘述。
反挤工序后的工件壁厚为1mm,而工件规定壁厚为0 25mm ,可采用变薄拉深工艺达到要求。
该工件的总延伸系数为4 44,平均延伸系数为1 65,所以,采用三层凹模的结构可完成该工艺。
3 1 有关工艺力计算三层凹模的变薄拉深系数分别取0 53,0 63,0 76,则可求得其相应中间工序的壁厚为0 53,0 339,0 25mm,根据变薄拉深力的计算公式F = d n (t n -t n -1) b K ,可求得总工艺力为28kN,其中d n 为n 次工序后工件外径,t 为壁厚, b 为材料的抗拉强度,K 为系数,20钢选2 0。
由此可见变薄拉深工序的工艺力较小但凸模行程较长,因此可选用摩擦压力机完成该工序。
3 2 模具的结构设计为便于脱模,凸模设0 5 的拔模斜度并设出气孔。
为便于修模,顶部采用锥柄用螺钉固定在模柄上。
凹模的工作高度不易太大,太大增加摩擦阻力,太小则易磨损。
此处工件外径<10m m,工作带高度可均取0 9m m 。
由于凸模特殊的固定方式,采用非标准模座。
上模座模柄与上模座做成一体,厚度取40m m;下模座厚度取50m m,模架尺寸为325mm 300m m 。
考虑到所选设备工作台尺寸较小,采用后侧导柱布置。
选取标准导柱导套,闭合高度为190m m 左右,导柱32mm 190mm,导套32mm 105m m 43mm 。
为增加导向精度,在拉深之前采用一校模圈放在凹模上端对模,对准之后将校模圈取下再进行拉深。
模具结构装配简图如图3所示。
4 结论(1)该工艺能够实现深杯形件的挤压成形加工且冷挤压件的尺寸精度高、强度性能好。
(下转第95页)69第3期任国成等:深杯形件冷挤压工艺分析及变薄拉深模具设计K 的气动肌腱。
从图8可以看出,直径为40m m 的肌肉气缸,当压缩空气的压力仅为3 6 105Pa 即可满足气动肌肉的收缩量,肌肉的长度仅为123m m 。
比传统的刚性气缸尺寸大幅减小。
如改变进气压力,可以准确控制气动肌肉的收缩量从而控制压力机的压力行程。
图8 气动肌腱输出拉力与肌腱收缩率及压力之间的关系图Fig 8 Force -dis placem ent graph of fluidic m uscle6 结语气动肌腱作为一种新型的驱动器,由于其初拉力大、利用进气压力可以精确控制其行程、结构简单、尺寸小、重量轻的特点,从而在出力大行程小的应用场合具有普通气缸所不可比拟的优越性。
本文中基于一根气动肌腱和斜楔与双铰链连杆机构组合所提出的设计方法是一种传动简单、结构紧凑、噪音小、增力比大且易于实现的小型压力机或台式冲压机的新型设计思路,为进行挤压或锻造等工艺的小型锻压设备的设计提供了一种新的驱动方式。
参考文献:[1] Stefan H es se.The Fluidic M uscle in Application [M ].E s -slingen,Germ any:Fes to AG &Co.KG,2003[2] 杨钢,李宝仁,刘军.气动肌腱:一种新型气动执行元件[J].中国机械工程,2003,14(15):1347-1349[3] 王雄耀,张国兴.气动肌腱在振动料斗领域的应用[J ].流体传动与控制,2004,3(2):28-30.[4] FEST O 公司.FEST O 气动产品样本.Esslingen ,Germany:Fes to AG &Co.KG,2005[5] 李永堂,付建华,白墅洁,等.锻压设备理论与控制[M ].北京:国防工业出版社,2005[6] 隋立明,王祖温,包钢.气动肌肉的刚度特性分析[J ].中国机械工程,2004,15(3):242-244.(上接第69页)图3 变薄拉深模具装配图1 内六角圆柱头螺钉M8 80mm2 凸模3 上模座4 定位圈5 特型螺母6 导套7 凹模固定圈8 导柱9 下模座10 凹模1 11 内六角圆柱头螺钉M 12mm 70m m 12 凹模213 六角头螺栓M 5mm 25mm 14 圆柱螺旋压缩弹簧1 8mm 25mm 23mm 15 托板 16 弹簧固定法兰17 刮件器 18 凹模3 19 圆柱销12m m 80mmFig 3 As sem bly draw ing of the ir oning die(2)变薄拉深不同于普通拉深工艺,变薄拉深工艺成形的工件,金属晶粒细密,强度提高,壁厚均匀,粗糙度较低。