第七章冷挤压工艺与模具设计PPT课件.ppt

冷冲压工艺与模具设计配套课件主编：陈剑鹤 于云程机械工业出版社1第7章 冷挤压工艺与模具设计 7.1 典型案例7.2 概述7.3 冷挤压工艺性分析7.4 冷挤压工艺参数计算7.5 冷挤压模具结构设计 27.1 典型案例大功率电容器外壳工件名称：大功率电容器外壳生产批量：大批量材料：纯铝1050A（L3）壁厚：4mm37.2 概述7.2.1 概念 冷挤压是将冷挤压模具装在压力机上，利用压力机简单的往复运动，是使金属在模腔内产生塑性变形，从而获得所需要的尺寸、形状及一定性能的机械零件。7.2.2 冷挤压方法1.正挤压 a）b）正挤压空心件a）挤压示意图 b）毛坯与挤压零件a）b）正挤压实心件 a）挤压示意图 b）毛坯与挤压零件4a）b）反挤压a）挤压示意图 b）毛坯与挤压零件 a）b）复合挤压 a）挤压示意图 b）毛坯与挤压零件 2.反挤压3.复合挤压54.径向挤压a）b）冷模锻零件 a）毛坯 b）零件 a）b）径向挤压a）毛坯 b）零件5.实例挤压方式的选择工件的冷挤压成形工艺方案有以下三种：1）采用圆柱毛坯，径向挤压成形凸缘部分；反挤压成形筒部。2）采用圆柱毛坯，预成形杯形；正挤压达到工件要求。3）采用圆柱毛坯，复合挤压一次成形。（采用）67.2.3 采用冷挤压必须解决的主要问题和模具结构的要求1.采用冷挤压必须解决的主要问题1)冷挤压加工的材料2)冷挤压工艺方案3)毛坯软化热处理方案4)毛坯表面处理方法及润滑剂5)模具结构，模具工作寿命、生产率和安全6)冷挤压模具材料及热处理方法7)机器与设备72.对冷挤压模具结构的要求1）模具的强度和刚度2）模具工作部分的形状和尺寸3）模具的材料选择、加工方案和热处理规范4）模具安装、易损件的更换、拆卸、安装5）模具导向6）模具制造、成本7）放、取制件的操作87.3 冷挤压工艺性分析7.3.1 冷挤压变形特征1.正挤压时的金属流动试件毛坯 试件挤压后的网格92.反挤压时的金属流动反挤压杯形金属的流动情况 103.影响金属流动的主要因素1）摩擦力的影响2）模具形状的影响3）变形程度的影响4）其它因素的影响a）b）c）d）凹模中心锥角对金属流动的影响a）-60 b）-90 c）-120 d）-180117.3.2 冷挤压工艺性要求1.冷挤压件的尺寸设计原则1）金属流动剧烈处的过渡圆角半径R应尽可能增大，与挤压力方向垂直的受力面应增大斜度。2）为防止变形抗力急剧增大及延长模具寿命，应控制凹模与凸模间的金属在成形终了时的最小厚度s和b。3）挤压件的最终尺寸d和D不能太小或相差太大，应在允许的变形程度范围内。2.挤压件的精度和表面粗糙度精度见表7-2表7-4表面粗糙度：有色金属为Ra0.4mm；黑色金属为Ra0.8mm。123.实例工艺性分析 根据零件工作图结构形状分析，该零件不能用冷挤压成形的方法完全成形，孔23.5应采用成形后用钻销方法再加工成形。31阶梯孔不利于挤压成形，应在成形后用镗销方法加工成形。因此，将该零件转换成可挤压成形的形状，如图所示。挤压成形形状 137.4 冷挤压工艺参数计算7.4.1 毛坯尺寸的确定1.毛坯直径 采用实心圆柱毛坯，其直径为工件筒部外径，则D=工件外径=362.毛坯体积 毛坯尺寸计算的原则为等体积法计算。即：毛坯体积=工件体积（1）工件筒部体积14（2）筒部凸缘部分体积（3）毛坯高度尺寸H凸缘部分毛坯尺寸计算图 157.4.2 冷挤压变形程度的计算 常用断面缩减率S来表示，也可用挤压比R或对数挤压比来表示，计算方法见表7-4。实例采用端面缩减率S计算挤压变形程度。径向挤压部分的变形程度S反挤压部分的变形程度SSS，故可一次挤压成形。167.4.3 冷挤压力的计算实际工作中以查图表确定为主。1.有色金属单位挤压力p的确定有色金属单位挤压力 172.黑色金属挤压力F的确定黑色金属反挤压力图算表18总挤压力F的计算 有色金属挤压力F单位挤压力p凸模工作部分横截面积S 例题中引用工件的挤压力F=pS=3002295.2=688560（N）关于S的计算参见毛坯尺寸确定部分，可知S2295.2 考虑一定的安全系数可选用1000kN压力机。197.5 冷挤压模具结构设计7.5.1 冷挤压凸模设计1.反挤压凸模a）b）c）反挤压凸模工作部分形状a）锥形带平底的凸模 b）尖角锥形凸模 c平底凸模有色金属反挤压凸模 20 当挤压纯铝薄壁件凸模工作部分长度较长时，为增加凸模的稳定性，可将凸模下端面开出工艺凹槽。实例采用该种结构。a）b）c）凸模工作端面工艺凹槽的形状a）圆形 b）方形 c）矩形212.实例用凸模结构 材料：Cr12MoV 热处理：6064HRC挤压凸模227.5.2 冷挤压凹模设计1.反挤压凹模 a）b）c）d）e）f）反挤压凹模的基本形式232.正挤压凹模 a）b）c）d）反挤压凹模的基本形式 243.组合凹模（1）凹模的总体结构 分为整体式和预应力组合凹模。组合凹模可分为两层和三层结构式。单位压力（p凹/MPa）凹模形式简 图10001200整体凹模1200p14001600二层组合凹模1400p22002500三层组合凹模组合凹模的选择25（2）二层组合凹模二层组合凹模 三层组合凹模（3）三层组合凹模26（4）组合凹模压合方法1）加热压合（热装）将外圈加热到适当温度，套装到内圈上，待外圈冷却后将内圈压紧。热装时可不必加工出斜度。2）强力压合 将各配合面做成一定的锥度，在室温下用液压机进行压合。a）b）预应力圈的装法a）由内到外 b）由外到内277.5.3 凸、凹模工作部分尺寸计算 凸、凹模工作部分尺寸计算公式见表7-13。7.5.4 冷挤压凸、凹模材料选择的要求1）凹模与凸模必须具有很高的强度和硬度，在高温下仍能保持足够的强度与硬度。2）凸模与凹模在冲击条件下工作，应具有相当的韧性。3）凸模材料应当有较好的抗弯强度。4）模具是在冷热交变应力的条件下工作，所以模具的材料应能经受这种考验。5）模具材料必须是较易于切削加工。287.5.5 凹模结构设计实例 模具工作时凸模进入凹模后必须形成封闭的模腔。实用两层组合凹模结构u2径向过盈量 装配斜角，取=0.529预应力组合凹模的设计步骤预应力组合凹模的设计步骤1）根据单位挤压力选择凹模结构形式）根据单位挤压力选择凹模结构形式2）选择确定总直径比）选择确定总直径比a，根据前面的推荐值，实例组合，根据前面的推荐值，实例组合凹模选择凹模选择a3143）确定各圆的直径）确定各圆的直径外圆外径外圆外径d3，由步骤，由步骤2，已知，已知d3=a31d1=466=264 d3取取260mm内圆半径内圆半径d2d2=a21d1 a21根据根据a31的取值，查右图的取值，查右图由凹模结构图，取由凹模结构图，取a21=1.8 d2=a21d1=1.866=118.8取取d2=120mm u2=2d2 c2=2d2两层组合凹模的a31与a21的关系304）确定组合凹模的轴向、径向过盈量）确定组合凹模的轴向、径向过盈量c2和和u2、2、2为为过盈量系数过盈量系数20.008 20.16则则u2=2d2=0.008120=0.96mmc2=2d2=0.16120=19.2mm两层组合凹模轴向过盈量系数2两层组合凹模径向过盈量系数2 315）确定组合凹模各部分结构尺寸）确定组合凹模各部分结构尺寸内圈（凹模）工作图 材料：40Cr 热处理：4547HRC外圈工作图326）冷挤压模模具结构顶件块材料：Cr12 热处理：5862HRC顶件块33冷挤压模具结构图冷挤压模具结构图1、2拉板 3、21螺母 4、20垫圈 5下模座 6弹簧 7导柱 8、12垫板 9导套 10上模座11拉杆 13凸模 14固定板 15组合凹模外圈 16凹模内圈 17顶件块 18空心垫板 19顶杆播放动画播放动画34