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专科机械毕业设计592020年6月23日资料内容仅供参考，如有不当或者侵权，请联系本人改正或者删除。摘要本文经过对一个实际的零件隔环密封装置的冲压工艺设计和模具设计, 说明了常见机械结构设计的一般方法和步骤, 并给出了一些在设计过程中所遇到的问题和参加实际设计的感受。说明了在设计过程中应该树立的态度和作风, 设计所要达到的目的和需要培养的能力, 给出了一般论文的格式和写作方法。关键词: 装配图、 冷挤压、 冲压模具、 工艺计算、 结构设计、 隔环目 录1前言11.1挤压的概念、 种类、 特性及运用领域11.1.1挤压的概念:11.1.2挤压的方法11.1.3挤压的种类11.1.4冷挤压加工的特性及使用领域21.2挤压技术的历史与发展31.3中国挤压技术的发展情况42冷挤压工件的工艺分析62.1材料性能62.2零件挤压的工艺分析62.2.1零件的尺寸和公差62.3工艺方案的确定72.3.1相对变性程度的计算73主要的工艺参数计算及工序的确定93.1坯料原始尺寸及重量确定93.2制备毛坯103.2.1毛坯下料113.3 表面润滑处理113.4挤压力的计算123.4.1用图算法进行挤压力的计算123.5选用冷挤压设备133.5.1设备所要满足的冷挤压要求133.5.2确定压力机的类型及型号133.5.3做功校核134 压模具的设计154.1正挤压模工作部分的设计164.1.1正挤压凸模的设计154.2导向装置的设计224.3压力垫板的设计244.4模架的选用244.5冷挤压模具材料的选定255冲压的工艺分析及模具设计285.1工艺分析和工艺方案的确定285.2毛皮材料的规格和形状315.3模具工作部分尺寸和公差计算295.4冲裁力的计算305.5冲裁凹模的设计计算315.5.1凹模孔口形式的选择315.5.2凹模的主要技术要求325.6固定板的设计计算335.7卸料板的设计计算335.8.1凸模的类别345.8.2凸模结构设计385.8.3凸模材料365.9垫板的设计365.10模具其它零件的结构尺寸365.10.1选取模架365.10.2导柱导套的参数选择375.11压力机的选择395.11.1压力机的参数395.12模柄的选择40结 论42参考文献43致 谢441前言1.1挤压的概念、 种类、 特性及运用领域1.1.1挤压的概念:挤压是指坯料在三向不均匀压应力作用下, 从模具的孔口或缝隙挤出使之横截面积减小长度增加, 成为所需制品的加工方法。挤压变形的特征是由大截面向小截面的变形。1.1.2挤压的方法 正挤压 坯料从模孔中流出部分的运动方向与凸模运动方向相同的挤压方法。 反挤压 坯料的一部分沿着凸与凹模之间的间隙流出, 其流动方向与凸模运动方向相反的挤压方法。 复合挤压 同时兼有正挤、 反挤时金属流动特征的挤压方法 减径挤压 它是一种变形程度较小的变态正挤压法,坯料断面仅作轻度减缩. 径向挤压 挤压时金属流动方向与凸模的运动方向垂直. 镦挤复合法 它是将局部镦粗与挤压结合在一起的加工方法.1.1.3挤压的种类按照挤压坯料的温度分类: 1冷挤压 在室温下进行的挤压方法 2温挤压 将毛坯加热到再结晶温度以下的温度进行挤压, 便称为 温挤压。3热挤压 金属加热到再结晶温度以上进行的挤压方法。严格的说,冷挤压和温挤压皆属冷压力加工范畴,是指在金属再结晶温度 以下进行的挤压变形。1.1.4冷挤压加工的特性及使用领域挤压加工有许多的特点, 主要表现在挤压变形过程的应力应变状态、 金属流动行为、 产品的综合质量、 生产的灵活性与多样性、 生产效率与成本等方面。.提高金属的变形能力 金属在挤压时处于强烈的三向压应力状态, 能够充分发挥其塑性, 获得大变形量。.制品综合质量高 挤压变形能够改进金属材料的组织, 提高其力学性能, 特别是对于一些具有挤压效应的铝合金, 起挤压制品在淬火时效后, 纵向( 挤压方向) 力学性能远高于其它加工方法生产的同类产品。与轧制、 锻造等加工方法相比, 挤压制品的尺寸精度高、 表面质量好。.节约原材料 挤压属于少、 无切削加工, 大大节约了原材料。.产品范围广 挤压加工不但能够生产断面形状简单的工件、 管、 棒、 线材, 而且还能够生产断面形状复杂的实心和空心件、 型材、 制品断面沿长度方向分阶段变化的和逐渐变化的变断面型材, 其中许多断面形状的制品是采用其它塑性加工方法无法形成的。挤压制品的尺寸范围也非常广。.生产灵活性大、 生产效率高 挤压加工具有很大的灵活性, 只要更换模具就能够在同一台设备上生产形状、 尺寸规格和品种不同的产品,挤压操作简便, 容易掌握, 生产效率高, 对工人技术等级要求较低。除了上述挤压共有的优点, 冷挤压还具有以下几个特点: 1够得到强度大、 刚性好而质量轻的零件2零件精度等级高、 表面粗糙度低3节约能源, 工作环境得到较大改进。冷挤压虽有很多优点, 但变形抗力大, 限制了可生产零件的尺寸及难变形材料的成形。1.2挤压技术的历史与发展挤压技术的发展经历了漫长的历史过程.19世纪末,法、 英、 美、 德等国开始用冷挤压法生产软质有色金属零部件.第一次世界大战期间.美国采用冷挤压法大批量生产黄铜弹壳,并企图用冷挤压法生产钢制弹壳,但未获成功,原因是当时还不可能用工具钢作为模具材料,也没有找到良好的表面处理方法和润滑剂.第一次世界大战后,德国人于1921年制造出冷挤压钢管专用的挤压机,经过近十年的研究及实验,直到1931年冷挤压钢管才在实验室里试制成功,但不能正式投入生产,其原因也是由于钢冷挤压时变形抗力过大,找不到用于生产的模具材料和表面润滑处理方法第二次世界大战前夕,德国对弹壳的需求量猛增,当时用黄铜材料制造弹壳,因原料来源不足,满足不了战争的需求.为了扩大弹壳的生产量,德国秘密试制用冷挤压法生产钢弹壳,但一直未获成功,直到1942年德国人找到了采用表面磷化、 皂化处理法,并用合金工具钢作为模具材料,成功的用冷挤压方法生产大量的钢弹壳,当时在战场上引起了极大地轰动与震撼。第二次世界大战一结束,美国查明了德国人关于钢冷挤压的一切资料,并聘用德国专家,继续深入的研究钢的冷挤压,大规模的开办了用冷挤压法生产钢制弹壳和弹体的军工厂.第二次世界大战以后冷挤压开始由军用转向民用化。从1949年开始,美、 德等国在民用工业中采用冷挤压法加工各种钢制零件,并进一步开展了钢的冷挤压研究工作。日本于1957年引进第一台专用冷挤压力机,首先在钟表等精密仪器工业中采用冷挤压加工。由于这种加工方法经济效益显著,不久,便在大批量生产的汽车和电器等工业部门中得到广泛的运用,现已成为一种重要的加工手段,遍及于各个工业部门。1.3中国挤压技术的发展情况在中国,解放前的冷挤压技术是很落后的。解放后随着中国工业生产及科学技术的蓬勃发展,冷挤压技术得到了迅猛的发展。而且冷加压技术在中国的工业化建设中起到了令人瞩目的成就。当前,中国已能对铝、 锡、 纯铜、 无氧铜、 黄铜、 锡青铜、 锌及其合金、 纯铝、 防锈铝、 锻铝、 硬铝、 镍,可伐合金、 泊莫合金、 低碳钢、 以及中碳钢等许多金属进行冷挤压,近几年还能够对轴承钢、 高速钢进行一定变形量的冷挤压。综合来说中国的冷挤压技术的研究水平还是很高的,在冷挤压技术的推广过程中也曾达到非常发达的阶段,但由于中国工业制造业本身不是十分发达,冷挤压零件运用最广的汽车制造业不发达; 缺乏专用的压力机; 缺乏冷挤压专用钢种; 国内冷挤压生产类企业分散,规模小,达不到规模经济。这都影响了中国冷挤压技术的发展及广泛的推广与运用。由上可知冷挤压技术的前期发展是从软金属到硬金属,从手工到机械化,半连续化,连续化的过程, 未来挤压将更多的向小断面超精密型材与大型型材的挤压,等温挤压,水封挤压,冷却模挤压,高速挤压,静液挤压,粉末挤压,半固体金属挤压,多坯料挤压,超导材料的挤压方向发展。2冷挤压工件的工艺分析2.1材料性能这种隔环零件一般是不需要热处理的, 能够被直接使用, 原因是它所使用的Q235钢属普通碳素结构钢。其含碳量在0.12%0.22%之间, 韧性、 焊接, 塑性良好, 有一定程度的强度, 广泛用于齿轮、 轴、 螺钉、 螺母等。2.2零件挤压的工艺分析2.2.1零件的尺寸和公差零件(高径比)H/D=15/30=0.51.2用冲压设计资料的冷挤压相关部分查它的极限偏差, 由288页表6-9可知: 零件的外径极限偏+0.10。内径极限偏差+0.10+0.20。外径最大及最小尺寸: dmax=ex+D=0.10+30=30.10, dmin=ei+D=-0.10+30=29.90mm 。内径最大及最小尺寸: Dmax=ES+D=0.10+17=17.10mm ,Dmin=EI+D=-0.10+17=16.90mm。 图2.1 零件图2.2.2零件挤压成型的设计难处怎样保证下料准确怎样保证挤压模具的强度, 和坯料良好的流动性、 塑性怎样准确的计算出挤压力,降低对挤压成型设备的要求工艺流程尽量简单化,减少生产费用。2.3工艺方案的确定2.3.1相对变性程度的计算为了确保挤压时不超出模具的许用”单位压力”,根据挤压单位压力与变形程度的关系,内径的一次成型范围必须受最小、 最大许用变形程度的限制。Q235反挤压时, 最大许用变形程度应满足75%。而我们根据零件图按反挤压筒形件实际计算得断面缩减率为: =d1d1/d0d0100%=1717/3030100%=32.1%如上式计算我们能够看出,这个零件的变形程度非常的小,远远小于许用变性程度, 挤压时变形抗力很小,在加之Q235有一定的塑性, 在润滑充分的情况下一次挤压成型是完全没有问题,模具承压强度肯定不会超过250Kg/,而且能够保证模具寿命在万件以上。由于零件的变形程度非常小,零件结构也非常简单, 还能够经过一次挤压成型, 因此可用的挤压方式和方法比较多。但在挤压过程中不应该只注意断面缩减率这一个方面,综合考虑安全、 经济、 金属的流动的性能、 和零件的综合质量等诸方面问题,我们选定以正挤压方案作为本次零件挤压成型的方案。在此方案中用正挤压成型,因为正挤压的挤压力相对来说比反挤压小一些,这对设备的要求就会低一些。在挤压这个零件我们准备选用棒料作为原始坯料,当然如果有壁厚达到要求的钢管挤压起来势必会更加方便,但根据实际及中国现有的钢料的规格,符合零件壁厚的管材没有,因此还是选择棒料作为原始坯料。实心棒料在挤压成空心件或管材件时,一次挤压成型在理论上是可行的,但在实际生产中及现有的模具制造技术及制造公差范围内是非常困难的,因此我们会选择在零件的中孔留下一层连皮,以防止在一次成型过程中上面的凸模与下面凸模直接接触而造成挤压力的陡然增大进而导致模具的破损及压力机的损坏, 因此在此我们按杯型件挤压成型计算。先将其挤压成中间带连皮的杯型件, 再冲去连皮。本着最大限度的实现经济利益,节约原材料及能源的原则。中心的连皮不能留的太厚,因为太厚就会造成这一部分金属的极大浪费,同时也会造成下一道工序即冲掉连皮时耗能过大。太薄在挤压成C 型的过程中会产生较大的变形力而会影响模具的寿命, 因此综合考虑工艺可行性、 安全性、 经济性能的指标,我们选择中间连皮厚度为2mm。根据金属流动的特点,以及外界的条件影响和金属本身的惯性,在单作用立式冷挤压压力机上金属总是向上流得快,而向下流的慢,因此连皮的位置会在零件靠下的位置,为了使凹模制造更为方便,我们将连皮的位置放在离零件下表面 1mm处,这样既方便挤压凹模的制造,又方便轻松地冲掉连皮。因此我就拟选定上面的方案,其它可能的方案这里就不一一去列举分析了。这一方案的生产流程是: 落料表面润滑处理 复合挤压成型 冲去连皮3主要的工艺参数计算及工序的确定3.1坯料原始尺寸及重量确定因为挤压是一种成型精度较高的成型方法,因此坯料的落料一定要精确,因此在计算坯料体积时把零件分成各个小的块,分别计算在做算术运算, 最后得出一个准确的总体积。根据图1的零件图计算坯料:=V1+V2V0为坯料的总体积; V1为零件最终的体积; V2为机械加工要除去的体积=N/4303015 N/4171715 N/4115-N/4151.981.98=10597.5 3402.975 27.475 46.315=7121=N/417172 +N/4/116.5=453.73 + 12.9525=467=V1+V2=7588根据查相关资料得Q235钢的密度为=0.00779g/。则毛坯的总质量G=G=0.007797588=59g选用截面直径=30mm的棒料作为毛坯,高度h为 h=10.74mm3.2制备毛坯3.2.1毛坯下料在冷挤压成型生产中, 下料准确是非常重要的, 它直接关系的挤压件的外形尺寸和公差, 而在挤压生产中毛坯的制备方法与其外形尺寸有很密切的关系, 一般棒料和管料是采用截切的方法, 一般需要设计专用的截切模, 这种方法备料生产率高, 材料利用率高, 可是截切后断面不整齐, 这对挤压模具的寿命会有很大的影响, 因此该例中我们不考虑这种备料方法。棒料还能够经过锯切方法备料, 这种方法备料断面会很平整, 尺寸精度也很高, 但生产率太低, 而且锯屑的损失很大, 因此这里也不予以考虑。为了精确下料, 我们在此采用线切割备料的方法, 这样既能够得到断面平整尺寸精度高的坯料, 又不会浪会太多的坯料, 经济效率也很高, 因此我们选用线切割的方法来切割直径为30mm的棒料, 棒料的厚度h=10.74mm。3.3 表面润滑处理毛坯表面去油及清楚氧化皮之后,进行磷化加皂化处理。具体操作步骤如下: ( 1) 化学去油(氢氧化钠NaOH 60100g/L, 碳酸钠 6080g/L,磷酸钠Na3PO4 2580g/L, 水玻璃Na2SiO3 1015g/L,处理温度85,处理时间1525min)。( 2) 流动冷水洗。( 3) 酸洗(硫酸)H2SO4 120180g/L ,氯化钠NaCl 810g/L ,处理温度6575,处理时间510min)。( 4) 流动水洗,是为了防止吸附在坯料表面的酸洗液带入下道磷化液中,影响磷化效果。 ( 5) 热水洗,为磷化处理预热。( 6) 磷化处理(配方为: 氧化锌ZnO 9g/L ,磷酸 23g/L ,水O 1L。该配方的总酸度为1620点,游离酸度为2.54.5点,温度为8595,处理时间为2030min。( 7) 流动冷水洗。( 8) 中和处理 ,采用氧化钠溶液对坯料磷酸盐薄膜上附着的酸性物质进行中和,防止残留的磷酸对润滑液产生不良影响,保证润滑质量。皂化处理(硬脂酸钠COONa 59g/L,处理温度6070,处理时间10min。也可不用上面这种方式,而采用猪油或机油拌二硫化钼做润滑,也可取得较满意的润滑效果,其中猪油的效果较机油更好。经过皂化处理以后,在正挤压过程中可降低15%左右的挤压力。3.4挤压力的计算3.4.1用图算法进行挤压力的计算 查贾俐俐主编的挤压工艺及模具第57页图4-16 黑色金属反挤压计算压力用图算表, 得: F=400KN 由此可知,利用公式计算法和图解计算法所得出的挤压力基本吻合。3.5选用冷挤压设备3.5.1设备所要满足的冷挤压要求( 1) 刚度要求高 挤压时工艺力大,载荷集中,为保证冷挤压质量、 提高模具寿命, 挤压机必须具备较大的刚度。( 2) 共键变形能量大 ( 3) 设备精度高 为提高冷挤压件的质量和模具寿命,要求滑块的导向精度高。( 4) 合适的挤压速度 ( 5) 可靠地顶料装置3.5.2确定压力机的类型及型号由于该零件所需的挤压力很小,而且零件形状简单,加工工艺也很简单,在这里我们考虑比较简单通用的曲柄压力机。根据所计算的挤压力F=400KN,再根据工艺计算力图,又考虑到顶出的零件能轻易地从压力机落下,选择机构简单的可倾式压力机比较适宜。可初选开式可倾压力机J23-40,因为此时工艺计算力图完全落在压力机许用负荷图安全区内。3.5.3做功校核对J23-40压力机查得其参数 标称压力=400KN 标称压力行程=7mm =0.4=8mm压力机做功能力 =0.315=0.3154008=1008J而此时工件变形功为Fs=400KN7mm=2800J故选J23-40压力机做功不够,设备过载。改选J23-80压力机则有 =800KN =9mm =11.3mm=0.315=0.31580011.3=2851故J23-80为所选压力机。表3.1 J23-80压力机的参数一览表标称压力标称压力行程滑块行程标称行程次数(不小于)最大封闭高度封闭高度调节量工作台尺寸固定行程调节行程左右前后800KN9mm130mm12mm60次380mm100mm800mm540mm4 压模具的设计挤压时单位压力较大,同时由于金属材料的激烈流动所产生的热效应可使模具工作部分温度高达200以上,加上剧烈的磨损和重复作用的载荷,模具的工作条件相当恶劣。为保证模具寿命及压力机结构形式不被损坏,设计模具应当符合下列要求: 工作部分凸模、 凹模、 顶出器应当具有较高的强度与较长的使用寿命。工作部分能简捷而可靠地的固定在模架上。模具的易损部分拆换方便。毛坯放置容易,在大量生产时可采用自动或半自动送料装置。完成的工件能够方便的卸出。模架能紧固的安装在压力机上。能保证操作人员的安全。制造简单,成本费用低。4.1正挤压模工作部分的设计冷挤压模具工作部分是指凸模、 凹模、 顶杆等在挤压时直接参与挤压过程的一些零件。4.1.1正挤压凸模的设计正挤压凸模的作用主要是传递挤压力, 设计时应考虑其强度及凸模与凹模的间隙,因为如果间隙太大挤压后的零件上容易形成毛刺,间隙太小又无法保证当凸模变形后直径增大其与凹模的配后关系,因此设计时一定要选择合适的凸模尺寸及公差范围。根据经验公式再综合考虑该挤压件的形状特点,工艺特点,材料特性,制造公差等,得出如下尺寸: 挤压内孔凸模顶尖直径: =16.9mm。 内孔顶尖长度L=12mm。凸模工作部分直径=凹模型腔-0.02mm=30-0.02=29.98mm确定凸模挤压的工作部分高度h h =凹模工作部分高度+卸料板厚+3mm该例中挤压件均留在凹模内。不需要卸料板。因此: h=23.74+0+3=26.74mm支撑部分直径 =(1.82.0)d=1.429.98=42mm支撑部分高度=(0.30.5)d=0.329.98=9mm圆角半径R=(0.51.0)d R=0.529.98=15mm图4.1 凸模尺寸4.1.2顶出杆的设计 杆的作用在这套模具中非常重要, 有两方面的作用: 把工件从凹模腔内顶出去是一方面的作用, 它是凹模型腔的一部分是更重要的一方面, 起到成型的作用。顶出杆与凹模顶出孔的配合部分不做成直径相同的圆柱体, 而应该做成下图4.3的结构。为了防止顶出杆因弹性变形产生横向加粗而卡死在凹模内, 顶出杆与凹模顶出孔的配合部分不做成直径相同的圆柱体, 而做成下图所示结构, 顶出杆直径与凹模顶出孔配合的部分高度h=4mm。顶出杆直径与凹模孔配合, 应按挤压时不产生纵向毛刺、 且又便于顶出的原则来选取二者配合关系, 一般情况采用基孔制间隙配合H7/h6。图4.2 顶出杆尺寸图4.1.3正挤压凹模的设计(1)凹模的结构形式: 在冷挤压生产实践中人们发现,整体式凹模在挤压中受到单位挤压力较大时,往往导致凹模向外扩张而产生切向开裂。为了提高冷挤压凹模的强度,确保凹模在较大的单位挤压力下较长的使用寿命,一般采用预应力组合凹模的结构形式。组合凹模有很多优点: 组合凹模能显著提高凹模在挤压时的承载能力,提高内凹模的强度。节省了昂贵的模具钢。原来整个凹模要用高级合金工具钢制成,现在仅内凹模用高级合金工具钢即可。预应力圈可改用较差一些的合金钢或中碳钢来制成。由于内凹模尺寸小,热处理容易,提高了模具钢热处理质量,同时小尺寸规格模具钢碳化物偏析情况得到改进,提高了模具钢的原始材质,当内凹模损坏后,仅需要调换内凹模,预应力圈仍可继续使用。内凹模能够采用硬质合金。大大的延长了模具的使用寿命,硬质合金呈脆性,抗拉性能差,其不可能作为整体式凹模的材料。但当组合凹模设计使得凹模内壁挤压时完全没有切向拉应力过切向拉应力较小时,硬质合金就能作为内凹模的材料充分发挥其硬度高,极耐磨的特点,这样就拓宽了模具材料的范围。综上分析,在做隔环这一零件冷挤压过程中,我们选择三层组合凹模, 对一定尺寸的组合凹模进行强度分析得知, 三层组合凹模的强度时整体式凹模强度的1.8倍。(2)组合凹模的尺寸计算内凹模尺寸的计算: 可是考虑毛坯尺寸会有一定的偏差, 在这里根据经验公式应该再加上0.2 , = 0.2。式中D为挤压件外形的基本尺寸, D=30mm。为挤压件公差, 它等于工件外形最大极限尺寸与最小极限尺寸之差, 由本文第二章中的数据=30.10-29.90=0.2凹模圆角半径r=3mm凹模工作模腔高度=工作部分高度+凸模入口圆角半径+(23mm)即: =( 10.74+7) +3+3=23.74mm 。刃口高度=2.04.0 。在这里我们取=4.0mm 。刃口部分直径=28mm顶件部分高度=( 0.51.0) D=0.530=15mm 。顶件部分直径= 。凹模总体高度H=h1+h2+h3=4+23.74+15=42.74mm 。凹模腔壁做成15脱模斜度, 便于金属流动和容易顶卸工件, 顶杆和凹模配合应密合, 以免金属流入顶杆和凹模底间隙, 造成卡死现象。加强圈与紧固圈的计算: 凹模的总直径比一般取46。在此我们根据一些经验取=5查贾俐俐主编的挤压工艺及模具一书,第26页图6-30 在三层组合凹模中及合理数值与总直径比之间的关系得: =d4/d1=4 =120mm = =301.55=46mm=2.4530=74mm同样查上书的第127、 128页,图6-33三层组合凹模的径向过盈系数与总直径比的关系,图6-34三层组合凹模的轴向压合系数与总直径比的关系得: 径向过盈系数 =0.0106 =0.006轴向压合系数 =0.204 =0.12根据公式计算得到: 径向过盈量 =0.010646=0.487mm =0.00674=0.444mm轴向压合量 =0.20446=9.4mm =0.1274=8.88mm4.3: 组合凹模图结构图4.1.4组合凹模的压合工艺根据组合凹模过盈量的大小及具体生产条件,选用常温强力压合法。常温下在液压机上先将加强圈压入紧固圈中,再将内凹模压入加强圈中。压合时必须采用一些必须的防护装置,以保证操作者安全。4.2导向装置的设计一般在冷挤压模具都有必要设计导向装置,以保证减少因偏心负荷所产生的弯曲力矩而损坏凸模, 冷挤压时凸凹模同轴度要求, ,还能够提高冷挤压件的精度。因为在隔环的挤压这一实例中, 凸模的长度不长, 挤压力也不是很大,因此我们选取导柱导套的布置形式为: 中间布置双导柱。 表4.1 滑动导套的相关参数 材料 20钢 热处理 渗碳深度0.81.2 硬度5862HRC d 基本尺寸 25极限偏 差 +0.013 0 +0.021 0 D 基本尺寸 38 极限偏差 +0.050 +0.034 L A型 8095 H A型 2838表4.2 滑动导柱的相关参数 材料 20钢 热处理渗碳深度0.81.2 硬度5862HRC d 基本尺寸 25 极限偏 差 0 -0.009 0 -0.013 L 1101804.3压力垫板的设计如果凸模、 凹模所传递的轴向压力直接作用在上下模板上, 有可能造成模板的压塌, 因为在挤压过程中, 模具型腔中的单位挤压力很高。为了减缓轴向压力作用, 需把淬硬压力垫板设置在凸、 凹模与模板之间。在洪深泽主编的挤压工艺及模具设计第126页图-6-43查得:压力的传递情况和图6-44: 压力比、 直径比与相对板厚的关系。初步确定上凸模压力垫板厚度t1=6mm直径D1=50mm凹模压力垫板t2=6mm, 直径D2=120mm。材料为45钢, 热处理硬度4348HRC。4.4模架的选用根据凸凹模外径、 厚度等尺的关系, 查模架设计与制造简明手册第175页表1-107: 复合模圆形厚凹模典型组合尺寸, 我们选用闭合高度H=140165mm的模架。凸、 凹模固定板厚度分别为14mm, 16mm。上下模座厚度分别为20mm, 25mm。闭合高度的校核: 即: =25+20+( 6+6) +49.74 +42.74+10.74=160.22mm该模架符合要求。4.5冷挤压模具材料的选定冷挤压时,模具型腔中单位挤压力可高达 2500MPa, 还要经受着极高的摩擦阻力和温度变化,因此冷挤压模具的工作条件是十分恶劣的,因此合理的选择冷挤压模具的材料在冷挤压工艺中是非常重要的一环。因为冷挤压模具的材料的性能关系着所生产出产品的质量,并直接影响着模具的使用寿命,因此模具材料必须要具有较高的强度和较高的硬度,这样才能在挤压过程中避免工作零件本身的塑性变形,破坏和磨损; 它还必须具备相当高的韧性,这样能够避免由于冲击,偏心载荷疲劳应力集中而引起的折断或开裂破坏; 它还必须具备较高的耐磨性,以保证制造出来的模具具有较高的使用寿命; 它必须具备足够的耐热性能,在挤压过程中模具工作零件的局部温度可高达300左右.在此高温下要求材料保持硬度不变。它必须具有良好的加工性能,在热加工时,锻造性能要好,机加工时容易进行切削,热处理时,应有较宽的温度区间变形和热裂倾向小。综上各方面因素, 在考虑之前设计的模具结构形式及经济性,模具工作部位的稳定性,可靠性等因素,在此凸、 凹模我们选用高合金工具钢Cr12MoV。因为该种钢热处理变形小,淬透性好,耐磨性较高,韧性优良,而且价格不贵,加工起来容易。冷挤压模具其它零件在工件中也受到一定的压力作用, 根据其受力情况及工作环境而选择以下材料。冷挤压模具其它零件材料的选用明细表4.3 冷挤压模具其它零件材料的选定零件名称材料牌号热处理硬度HBC凸、 凹模具Cr12MoV6062模柄、 模板、 模座45 凸、 凹模压力垫板45淬硬4348顶杆Cr12MoV淬硬6062内预应力圈5CrNiMo淬硬4244外预应力圈45淬硬3840导杆、 导套20表面渗碳、 淬火5660螺钉、 螺栓45弹簧65Mn淬硬4048 5冲压的工艺分析及模具设计5.1工艺分析和工艺方案的确定 虽然冲压该工件的各工序简单, 工件厚度t=3mm, 较薄, 需要的冲裁力不会太大, 可是由于该零件是经过挤压后的半成品, 且外形是圆形, 不容易实现自动化送料, 因此这里要用手工送料。同时对于此隔环的冲裁定位也相当重要, 因为我们没有设计专门的定位装置, 因此我们要利用零件本身与凸模之间的配合来实现定位。冲去连皮为本工序,在冷冲压里属于冲孔。因此设计基准应为冲孔凸模,考虑凸模磨损后会较小孔件的尺寸,为提高模具的寿命,在制造新模具时应把凸模尺寸做得趋向于冲孔件的最大极限尺寸。设计凸模初始时区初始间隙的最小值Zmin, 原因是间隙在模具磨损后会增大。分别加工法和单配加工法是传统的冲裁模具制造方法有两种。我们选用分别加工法来制造冲裁模具是因为我们这里冲裁隔环零件中间的连皮形状简单、 间隙较大、 精度要求不是十分严格。因为运用分别加工法制造模具制造周期短,便于成批制造,凸模、 凹模具有互换性。我们需要冲去孔中的连皮是我们所需要的隔环零件的下一个工序。皮如上图所示厚2mm。在靠近环壁处还有一个小斜角,在冲掉连皮时将隔环零件翻个面即: 把带有斜角的一面朝上,然后再进行冲裁。5.2毛皮材料的规格和形状图5.1 冲压毛坯零件图5.3模具工作部分尺寸和公差计算冲裁模初始双面间隙Z可由丁松聚主编的冷冲压技术第46页表3-3: 得: 最小、 大间隙Zmin =0.460mm Zmax =0.640mm Zmin- Zmax = 0.640-0.460=0.180mm查第49页表3-6: 简单形状冲裁时凸、 凹模的制造偏差 得: 凹模的制造偏差=+0.020mm凸模的制造偏差=-0.020mm+=0.020+0.020=0.0400.180mm故能满足分别加工时的要求5.4冲裁力的计算该零件的冲裁连皮是普通平口冲裁冲裁力F=KLt =1.3(3.1417)3340 =70782N其中: L为冲裁件的周长(mm)K系数,是考虑到刃口钝化、 间隙不均、 材料力学性能与厚度波动等因素而增加的安全系数。常取K=1.3 t为板料厚度(mm) 为材料的抗剪强度(MPa),查Q235钢的抗剪强度为304373MPa。在这里我们折中取=340MPa。卸料力F顶件力=F查第57页表3-8卸料力、 推件力和顶件力系数得: =0.02 =0.05=0.0270782=1415N =0.0570782=3539N =F+ =70782+1415+3539=75736N5.5冲裁凹模的设计计算5.5.1凹模孔口形式的选择凹模孔口形状是指凹模型孔的轴剖面形状。其基本形式主要有直壁式、 斜壁式、 凸台式等。直壁式刃口冲裁时磨损大, 洞口磨损后会形成倒锥形, 因此每次修磨的刃磨量大, 总寿命低。冲裁时, 工件易在孔内积聚, 严重时使凹模涨裂。斜壁式的特点与直壁式相反, 在一般的工件或废料向下落的模具中应用广泛。凸台式洞口, 其淬火硬度为3540HRC, 是一种低硬度的凹模刃口。可用捶打斜面的方法来调整冲裁间隙, 直到试出合格的冲裁件为止, 因此这种形式又称铆刀口凹模, 主要用于冲裁板料厚度0.3mm以下的小间隙、 无间隙模具。连皮厚度t=3mm, 经分析比较选用凸台式凹模, 凹模的外形尺寸一般按照经验方法确定。连皮厚度t=3mm, 属厚料冲裁, 经分析比较选用直刃壁式凹模。凹模的外形尺寸一般按照经验方法确定, 凹模的孔口高度一般不宜过大, 一般是按材料厚度( t) 选取。在这里凹模厚度= =19mm。但在这里我们根据经验, 考虑不需要这么厚的凹模, 因此我们选取凹模厚度=15mm。壁厚A=1.2=1.215=18mm。图5.2 凹模结构形式图5.5.2凹模的主要技术要求 凹模的型孔轴线与顶面应保持垂直, 凹模底面与顶面应保持平行。为提高凹模寿命与凹模的底面和型孔的孔壁应光滑, 表面粗糙度为0.80.4 , 底面与销孔的=1.60.8。, 模具刃口要有高的耐磨性并能承受冲裁时的冲击力, 因此应有高的硬度与适当的韧性。形状简单的凸模常选用T8A、 T10A等制造。形状复杂、 淬火变形大, 特别是用线切割方法加工时, 应选用合金工具钢, 如Cr12、 9Mn2V、 CrWMn等制造。本例中我们选用CrWMn, 钢, 其热处理硬度为5862HRC。5.6固定板的设计计算 凹模固定板的厚度与凹模一致, 取24mm。凸模固定板在此处用经验公式求得: =( 0.60.8) =0.819=15mm5.7卸料板的设计计算卸料板一般有两种常见的形式, 即固定式卸料板和弹性式卸料板。固定式卸料板装于下模, 具有卸料力大、 工作可靠、 模具安装方便等优点; 弹性卸料板除了在冲裁后进行卸料外, 还可在冲裁前压住材料, 使冲制的工件平整度好, 但她一般冲制材料厚度小于1.5mm或较软的材料。因为隔环厚度较厚, 而且不需要卸料板压住以防起皱, 因此我们选择更加稳定的固定式卸料板。固定式卸料板与凸模的双边间隙0.20.6mm。其外形尺