自行车花盘冷挤压模具设计(课程设计)概要

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1、ANYANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY 本 科 毕 业 论 文 自行车花盘冷挤压模具设计Design for cold extruding dies of the bicycle face2008年 05月目 录第一章 自行车花盘零件图纸及要求 1第二章 冷挤压工艺性分析302.1 零件冷挤压工艺性分析 402.2 许用变形程度及变形程度的计算 402.3 挤压变形力的计算 42第三章 冷挤压毛坯的制备 523.1毛坯形状和尺寸的确定 423.2毛坯的软化处理 423.3毛坯的表面处理和润滑 42第四章 冷挤压模具设计 524.1 模具结构的选择 534.2 模架的选择

2、604.3模具工作部分设计 424.3.1凸模设计 424.3.2凹模设计 424.4导向、顶出及紧固件设计 424.4.1导向设计 424.4.2顶出装置设计 424.4.3模具固定方法设计 424.4.2 42结论 71致谢 74参考文献 75附录3： 四号黑体、段前空1行 自行车花盘冷挤压模具设计小四宋体专业班级： 学生姓名： 指导教师： 职称：摘要（空1格） 小四宋体关键词： 14pt Time New Roman，Bold，段前空1行Design for cold extruding dies of the bicycle faceAbstract（空1格）12pt Time New

3、 RomanKey words 四号黑体、段前、段后间距为1行、居中附录4：小四宋体引 言第一章 自行车花盘零件图纸及要求在电子、汽车、电机、电器、仪器、仪表、家电和通讯等产品中，6080的零部件都要依靠模具成形。从1997年开始，我国模具工业产值也超过了机床工业产值。模具生产技术水平的高低，已成为衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志，在很大程度上决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力。工件名称：自行车花盘生产批量：大批量材 料：Q215作为学过模具设计的学生应该掌握模具设计程序、设计思路，设计方法。基于此，以生活当中自行车的花盘作为工件，结合大学所学的机械设计知识，设计出一套能挤出自行车

4、花盘的冷挤压模具。自行车花盘的参数如下：第二章 冷挤压工艺性分析2.1 零件冷挤压工艺性分析1)材料：Q215为碳素结构钢，具有良好的可冲压性能。该钢的强度与塑性配合较好，冷弯性能和焊接性能也很好。在制造机械设备时，一般采用冷弯、焊接，而不用锻造和热处理。可用于制造工程构件和不重要的机械零件，如基座，螺栓等。承受冲击的工程构件或零件，如齿轮、吊钩等。还有焊接结构，如锅炉、容器等。2）工件结构：如图所示，该零件结构较复杂，为回转体对称零件。零件可分为凸缘和盲孔两部分，故考虑使用复合挤压方式。3）零件有一个凸缘，上部形状不规则，为本设计的难点。2.2 许用变形程度及变形程度的计算断面收缩率的计算：

5、由公式 上半部分：60正挤压A=R=3.14*30=2826(mm) 34 =R=3.14*17=907.46 (mm) 代入公式得=-211.41% 挤压比 下半部分：35 A=3.14*（17.5-14.5）=961.625-660.185=256.44(mm) 代入公式得=71.74% 2.2 挤压变形力的计算 37部分反击压力计算图算法： 已知毛坯直径（或凹模直径）=34(mm)，凸模直径=29(mm)，毛坯长度=28(mm)，毛坯材料为Q215，求解步骤如下：a根据毛坯直径=34(mm)和凸模直径=29(mm)查图1，断面收缩率为b根据和毛坯材料，查图2得未经修正的单位挤压力,同时根

6、据和，从图2查得毛坯相对高度修正系数c未经修正的单位挤压力P经过图3的毛坯相对高度校正（上部曲线）和外径校正（下部曲线）查得修正的单位挤压力P=2160（mp）d根据修正的单位及压力P和凸模直径=29(mm)，查图4得总挤压力F=1450（kn）。第三章冷挤压毛坯的制备3.1 毛坯形状和尺寸的确定本设计的毛坯已经给出，直径为34，高度28，前期锻造墩粗而成。3.2 毛坯的软化处理由于材料是Q215，经查表知，热处理状态：长时间退火；规范：920960保温8小时，随炉冷却到680，再升温到960保温4小时，随路冷却到250出炉。处理后硬度：100110/HBS，所需时间较长，但热处理后硬度较低。

7、3.3 毛坯的表面处理和润滑表面处理与润滑是零件冷挤压的一个关键问题。他对零件的表面质量及模具的寿命有很大的影响。主要包括以下内容：去除表面缺陷。清洁、去脂、濯洗。去除表面氧化层（用酸洗或机械处理）。在坯料表面形成特殊的润滑支撑层（磷酸盐处理、草酸盐处理等）。润滑处理。其中，项处理的目的是改善表面质量，并为以后的磷酸盐处理和润滑处理做好准备。在本设计中采用以下处理方式：表面磷化处理，溶液成分：硝酸HNO3040（g/L）、磷酸3040（g/L）、氧化锌ZnO2030（g/L）,温度7580，时间20分钟。润滑方法:皂化液60100（g/L）、温度6070、时间2030分钟。第四章 冷挤压模具设

8、计4.1 模具结构形式的选择确定冷挤压模具总体结构形式时，主要考虑挤压件特点（形状、尺寸、精度）、成产批量和设备类型三个基本要素及设计、制造和使用三大技术环节。参考文献？由于挤压件材料为低碳钢，变形程度大，形状复杂，我们采用预应力组合模具，各种镶块的分割形式，上或下卸、退料装置。批量生产、选择通用模架，分割形式，组合结构，具有导向装置、整体结构形式，模柄紧固。4.2 模架的选择零件生产要求大批量生产，所以选择通用模架，分割形式，组合结构，具有导向装置、整体结构形式，模柄紧固。为此，制定两套方案。方案一：选择小型通用模架，没有导向装置，依靠凸、凹模自身实行导向。可东部分通过带孔的整体圆柱形模柄与

9、压力机的滑块连接在一起。模座呈十字形，且两端均带有圆孔。上端装入凹模等工作零件，下端安装顶出装置。顶杆借助于三根均布的圆柱销带动环形顶出器，将滞留在凹模中的工件顶出模外。顶杆是由一对机械拉杆通过压力机滑块带动的。凸模和凹模均采用特制的圆形螺母紧固。在这种模架上，只要更换几个主要工作部件，便可进行各种零件的挤压。方案二：选择反挤压导柱通用模架，模板和模座靠导柱、导套连接在一起，及凸凹模的相对位置是不可调节的，他们的同轴度要求，完全靠安装在模架上的导柱、导套予以保证。为了提高磨具寿命，凹模分割为两块，以销钉找正中心，确保上下两部分孔径的同轴，利用四个螺钉将其直接紧固在模座上。4.3 模具工作部分设

10、计冷挤模具的设计要求：冷挤压时，毛坯与模具摩擦很剧烈，对模具要求就较高：（1）模具的工作部分要具有足够的强度、刚度及耐磨性。（2）为了防止应力集中而损坏模具，模具工作部分要采用光滑的圆角过渡。（3）凸、凹模与上、下模座之间应当有足够大的支撑面和一定厚度的淬硬垫板。（4）模具在压力机上安装要紧固，工作部分拆卸方便。易损件要有互换性，便于安装固定。（5）毛坯要容易放入模腔，大批量生产时易实现半自动和自动式送料。另外挤压后还需有灵活的卸料装置。 模具材料：Crl2MoV钢是我国最常用的冷作模具钢之一由于其具有硬度高、强度大、热处理时体积变形小等特点，故多用于高负荷、高精度、高寿命的冷变形模具目前导致

11、模具损坏的因素很多，但主要的还是锻造工艺或热处理工艺不尽合理而造成的而对于Crl2MoV这种高碳、高铬钢，碳化物的不均匀度及合理的热处理工艺是影响模具使用寿命的决定因素，这对于高负荷的冷挤压模尤为突出为此，改善Crl2MoV钢中碳化物的分布，采用合理的热处理工艺是提高模具使用寿命的关键措施1 冷挤压模的工作特点和失效分析冷挤压时，金属在三向不均匀的压力下进行塑性变形，此模具要承受很大的单位压力，一般高于1000MPa，同时金属在变形过程中会产生热效应，使工件和模具的温度升高，有时可达200 以上；在冷挤压时，凹模承受切向拉应力，而凸模的受情况因挤压工艺不同而有所不同，正挤压时凸模承受压应力；反

12、挤压和复合挤过程中，凸模先是承受压应力(在偏载时还存在弯曲应力)，在回程中又受到一定的拉应力，在挤压的工艺循环中，凸模承受拉、压交变应力，此时拉应力约为压应力的30倍根据冷挤压的工作特点，其凸模常见的失效形式是“劈断”式破裂和“脱帽”式破裂“劈断”式破裂与碳化物分布状态有很大关系；“脱帽”式破裂是在制件从凸模上脱下时，由于凸模的工作端承受拉应力而使端部折断除此之外，还有弯曲、镦粗变形，擦伤损坏等失效形式2 冷挤压凸模的锻造冷挤压凸模采用的是Crl2MoV钢，属高碳高铬型冷作模具钢，钢中存在大量的(Cr，re) C 型化物，其硬度(1800HV)较渗碳体和M6c型碳化物高，具有很高的耐磨性但在铸

13、态下，钢中的碳化物呈网状和大块状分布，使钢的强度和韧性很低从冷挤压凸模的失效分析中发现，凸模的失效与碳化物的分布有很大关系这种网状和大块状的碳化物无法通过热处理来改变的，它只有通过锻造才能使这些碳化物破碎并沿金属的变形方向分布Crl2MoV钢作为冷挤压凸模材料在锻造中应严格执行锻造工艺，使得碳化物的级别不大于2.5；通过中温淬火和低温回火，使钢具有较高的强度和较好的韧性，以此可提高冷挤压模的使用寿命4.3.1凸模设计方案一：选择正挤压实心凸模，其结构简单，易于制造且安装方便。方案二：选择反挤压组合凸模，结构复杂，用于盲孔部分的成型。4.3.2凹模设计方案一：选择空心组合凹模，按照参考文献？表3

14、-19，凹模的层数是按单位挤压力P确定。整体挤压凹模在挤压时容易产生纵向裂纹，所以通常采用加预应力的组合凹模，以改善凹模工作时的应力分布情况，外圈可用中碳钢或中碳合金钢以节省模具钢，凹模内圈损坏后可以更换。 (1)总直径比d和应力团层数的确定 增大凹模外径和凹模内径的总直径比d可使危险断面应力值减小。如把d从2提高到4，危险断面的合成应力降低20，而把d从4提高到10时，应力只降低6，所以生产中采用的d值一般为46。组合凹模的层数根据单位挤压力力值确定。 P1000 MPa时，采用整体凹模； 1000 MPaP1400 MPa时，采用两层组合凹模； 1400 MPaP2500 MPa时，采用三

15、层组合凹模。根据单位压力选择三层组合凹模结构，跟据表3-21，已知凹模内径（按挤压件最大外径）=60（mm），=（46），取值为5得=5=5*60=300（mm），=130；安表3-21选取=0.200，=0.0105，=0.090，=0.0045，=1.70=1.70*60=102（mm），=2.90*=2.90*60=174（mm）；计算得出：=0.2*102=204（mm），=0.0105*102=1.071（mm），=0.09*174=15.66（mm），=0.0045*174=0.783（mm）。 方案二：选择实心组合凹模，按照零件上部的轮廓形状设计上组合表面，由于主要承受压应力，中

16、心部分采用过盈配合。4.4导向、顶出及紧固件设计4.4.1导向设计冷挤压模具的准确导向，可使凸模工作时对准中心，减少因偏心负荷而折断凸模，且能提高冷挤压件精度。 导向方法：常见的导向方法有导柱导套导向、导板导向、凸模导向以及模口导向等四种。其中导柱导套导向使用最广，因为它安装调整方梗、导向精度高、寿命长。方案一：凸模导向装置设计适用于挤压件的壁厚精度要求较高、浅孔零件的反向挤压。凸模与导向部分的间隙通常在0.0050.018mm范围内。该间隙必须按凸模在挤压中的膨胀量来校正，配合太紧会使凸模和导向衬套过早磨损。常见的有三种导向方式：a. 涂抹工作部分A同凹模型腔工作部分实行导向；b. 凸模非工

17、作部分A同凹模型腔工作部分实行导向；c. 凸模非工作部分A同凹模型腔非工作部分实行导向。我们选择a方案，此方案适用于正向挤压和复合挤压方式。但是，这种导向方式，滑动部分的配合面积较大，凹模型腔面和凸模型腔面容易磨损。当采用整体结构凸模时，为了减小应力集中，提高凸模强度，凸模加粗部分与工作部分之间，应取较大的圆角半径，且平滑过渡。我们把凸模末端设计成圆锥形以减小应力集中。 方案二：导柱导套导向装置设计导柱和导套与底座的紧固方法主要有三种：第一种是采用基孔制过渡配合，用压板螺钉将导柱导套紧固在上、下底座上；第二种采用基孔制过盈配合，将导柱导套直接压入上、下底座上；第三种采用低熔点合金、环氧树脂成无

18、机粘结剂将导柱导套直接紧固在上、下底座上。 常用的导柱导套的结构形式和尺寸。为了保持良好的润滑状态，在导柱或在导套上开有油槽，导拄直径d征总长L皆做成统一的名义尺寸，其公差按压入段和导向段的配合性质而定，直径d的大小可根据模具的结构及导柱本身的强度、刚度等条件来确定，一般不得小于25mm。导柱的压入长度l不得小于15d，总长度L一般按模具的结构尺寸来确定，但必须保证凸模伸入凹模之前，导柱伸入导套10m加以上。导套内孔径dG与导校宜径d的配合一般为基孔制间隙配合。由于把导套压入是那上底板时，导套内孔径稍有缩小，因此，d1应比导拴直径d大0.5mm以上。压入段的长度l及导套外径D不得小于1.5倍导

19、向段长度(Ll)(23)d。4.4.2顶出装置设计顶出装置一般都安装在下模上。当压力机没有顶出机构时，就需要在模具上设计一套完整的联动顶出装置，依靠安装在上底板上的反拉杆，当上模回程时带动顶板、顶杆、推动顶出杆顶出挤压件。当压力机备有顶出机构时，顶出装置的结构就比较简单，只需在模具上设计顶杆和项出杆即可。 顶出装置主要有五种结构形式。图a中的圆形退件块装在凹模型腔里，可以直接顶科，结构简单，节省材料，便于加工制造，但挤压件可能将退料块带出模外；图b是应用较广的一种顶出装置，结构简单，制造方便；图c是一种具有代表性的环形顶出装置，惜助于顶出杆将三根按120度等分均布的顶杆带动环形顶件器，将零件从

20、凹模中顶出；图d是顶出杆镶入凸模内、靠顶中间隔厚将挤压件顶出的一种顶出装置，主要用于复合挤压或带凸缘的杯形件的反挤压。由于挤压时各自的弹性变形不同，顶出杆的顶端面要比下凸模端面略突出一微小高度6，6的大小按正好抵消弹性变形量的原理来决定；图e是一种用于退件行程较大而杆径较小的实心件的正挤压。这种组合式的顶杆结构使用可靠，调整方便。 应注意的是，当压力机设有顶出机构时，采用反拉杆式联动顶出装置，当压力机回程到上死点就会妨碍第二次毛坯的放置。因此，为了使拉杆的动作不影响毛坯的放置，可在下底座上安装活动板。由图可知，当挤压件顶出一段距离后，通过斜面移动(图a)或通过带斜面的撑杆（图b）将活动板撑开，

21、使顶出杆的底面悬空，这样顶出杆依靠自重就可以超前回到原来的位置。4.4.3模具固定方法设计将凸模和凹模牢固、精确地固定在模座上，对确保挤压工作的正常进行和提高模具使用寿命皆是十分重要的。同时，合理的紧固方法，还可以使模具结构简化，便于安装、调整和更换零件。凸模紧固方法常用的凸模紧固方法有螺栓紧固、压板紧固、螺栓多级紧固和特种螺母紧固，螺栓紧固仅适用于单位压力较小的有色金属挤压模具上，此方法虽然牢固可靠，但更换凸模不方便，需卸下模板。利用压板和特制圆形螺母紧固凸模，是广泛采用的紧固方法，适用于各类中、小型挤压模具。组合凹模的紧固方法常用的凹模紧固方法有在外加强圈上用螺钉与底座固定。用压板、螺钉紧固，侧面用螺钉调节对中和用达罗姆直接与底座固定。方案一中选择用特制圆形大螺母固定。方案二中选择用压板螺钉紧固。结 论附录5：四号黑体、段前间距为2行、段后间距为1行、居中致 谢小四宋体附录6：中文文献五号宋体四号黑体、段前间距为2行、段后间距为1行、左顶格、段后间距为1行、居中英文文献五号Arial参考文献：1 2 3