静触头高压开关挤压模具毕业设计说明书

河南科技大学毕业设计(说明书)I静触头的成形挤压模具设计摘 要ZF-126 静触头是高压开关的关键部分，材料为铬青铜 QCr0.5。本文根据该静触头的结构特点，在现有设备为 315t 油压机的情况下，提出棒料三次热挤压成形工艺方案, 并设计挤压成形模具。第一次先反挤压棒料成带底杯形件，然后冲底修整；再经第二次反挤压使制件的内孔扩大，外径不变，并使制件一端基本成形；第三次镦粗凸缘，成形最终所需形状。根据经验确定热挤压温度为 800。挤压完成后制件经少量切削加工即可满足使用要求。与传统加工方法相比，制件质量好，材料利用率大幅提高，经济效益显著。本工艺采用三序挤压成形，需要设计三套挤压模具。在模具设计时，采用通用模架，降低了制造成本。第一套模具凸模设计为平底锥形结构.与第一套凸模相比第二套模具凸模上带有型芯。第三套凸模设计成组合式结构。三套模具凹模均采用两层组合式结构，提高了凹模强度。关键词：静触头，热挤压，挤压模具，铬青铜河南科技大学毕业设计(说明书)IIForming Extrusion Die Design Of Static ContactABSTRACTZF-126 static contact is a key part of high-voltage switches,the material is chromium bronze QCr0.5.Under the existing equipment for 315t hydraulic machine case,and based on the structural characteristics of the stationary contacts，put forward three bar hot extrusion forming process and designed extrusion die .The first backward extruded bar stock into a bottomed cup, then rushed at the end trim;and then through a second backward extrusion of the inner parts of the expanding hole, left diameter unchanged,one part of the article was shaped .Third upset flange, forming a final desired shape.Empirically,determined the temperature of hot extrusion at 800 .After the completion of parts by extruding, a small amount of cutting can meet the requirement .Compared with the traditional processing methods, better part quality, significantly improve material utilization, significant economic benefits.This process uses three sequences extrusion,it need to design three setsextrusion dies. In the mold design, used common mold, reducing manufacturing costs.The first set of die punch designed for flat conical structure.Compared with the first punch ,mandrel with the second sets punches.Design of the third punch into modular structure.Three cavity dies are made of two modular structure, improved the die strength.KEY WORDS: static contact,hot extrusion,extrusion dies,chromium bronze河南科技大学毕业设计(说明书)III目 录前 言 .1第一章 挤压技术介绍 .21.1 挤压的定义及特点 .21.2 热挤压工艺特点 .2第二章 静触头工艺性分析 .42.1 零件图 .42.2 热挤压件图的制定 .42.2.1 挤压温度的选择 .52.2.1 确定挤压件图尺寸 .52.3 挤压工艺方案制定 .72.4 毛坯的制备 .9第三章 挤压力的计算 .103.1 变形程度计算 .103.2 挤压力的计算 .113.3 挤压设备 .12第四章 挤压模具设计 .134.1 模具结构设计 .134.2 挤压凸模设计 .144.3 挤压凹模设计 .164.3.1 两层组合凹模设计 .164.3.2 组合凹模的压合装配 .184.4 卸料和顶件装置的设计 .194.4.1 卸料装置 .194.4.2 顶件装置 .204.5 导向部分的设计 .21结 论 .22参考文献 .23河南科技大学毕业设计(说明书)1前 言挤压是有色金属、钢铁生产与零件成形加工的重要方法。对于形状复杂的制件传统挤压工艺及模具设计多以经验为主，经验法无法满足设计要求。挤压模具的特点是效率高，质量好，材料消耗少，少无切削。在近几年，挤压技术在金属材料塑性成形领域发展迅速，应用越来越广泛。挤压模具设计的好坏还直接影响挤压产品的质量。静触头是高压开关产品中的关键部件,一般采用铜、铝及其合金制造。触头零件工作时依靠自身刚性产生对动触头的压紧力，因此，触头零件除要求较高的导电率外，还要求具有较高的强度和刚度 1。该类零件传统生产工艺有两种：一是由离心铸造方式生产，成本低，但是零件易产生疏松，机械性能差。二是对厚壁管材进行切削加工，虽然相对于离心铸造的触头零件来说，提高了材料的机械性能，但其切削加工余量大，切削废料多，材料利用率很低。另外，相对于棒料，管材价格昂贵，因而增加了产品的成本。ZF-126 静触头是高压开关的关键部分，材料为铬青铜 QCr0.5。该零件为带凸缘的上下径不一致的管形零件。传统加工方法为采用外径 130mm、内径80mm 的厚壁管材来切削加工制造，但内孔机加工余量大，材料的利用率只有40%左右。挤压成形工艺是生产该型号静触头零件的一种很好的工艺方法。挤压完成后经少量切削加工即可满足使用要求。与传统加工方法相比，采用挤压工艺生产的静触头具有质量好、材料利用率高、生产成本低等优点，经济效益显著。本次设计根据该型号静触头的结构特点，决定采用三次挤压工序来生产该型号触头毛坯。传统新工艺采用热挤压加工，热挤压温度为 800。确定热挤压工艺流程为：下料一加热一反挤压一冲底一加热一反挤压一加热一镦粗凸缘。第一章 挤压技术介绍河南科技大学毕业设计(说明书)21.1 挤压的定义及特点挤压是金属压力加工的一种少切削或者无切削的加工工艺。挤压是将放在模具模腔内的金属坯料施加外力，迫使金属从模孔中挤出，获得所需断面形状、尺寸并具有一定力学性能的制件的塑性加工方法 2。按金属坯料的流动方向与凸模运动方向的关系挤压大致可分为以下三类：（1）正挤压 金属坯料的流动方向与凸模运动方向相同的挤压方式。（2）反挤压 金属坯料的流动方向与凸模运动方向相反的挤压方式。（3）复合挤压 金属坯料一部分流动方向和凸模运动的方向相同，另一部分的坯料流动方向与凸模运动的方向相反。挤压加工具有以下特点：（1）材料利用率高 挤压后的制件只需做少量切削加工或者不做切削加工便可直接使用，生产过程中废料的量很少，生产成本大大降低，经济性很好。（2）挤压件机械性能好 在挤压过程中金属材料的组织可以得到改善，提高了其机械性能。（3）成形范围广 越来越多的零件可以通过挤压制造出来，涉及各行各业。除成形简单的空心制件外还可制造具有复杂形状的零件。1.2 热挤压工艺特点热挤压是挤压的一种，顾名思义，热挤压就是对坯料进行加热后进行的挤压。加热温度一般在金属材料再结晶温度以上的某个温度范围内。相对冷挤压而言，热挤压具有以下优点： 在热挤压时，由于温度很高，金属的塑性很好，降低了挤压过程中金属材料材料的变形抗力，所需要的总的挤压力会大大降低。冷挤压时难以变形的材料经加热后塑性较好，减小了挤压力，使变形变得容易。由于降低了单位变形抗力，热挤压能够成形尺寸较大或者断面形状复杂的零件。由于挤压力的降低，在挤压时，可以选用吨位较小的挤压设备进行挤压生产，从而降低了模具所承受的单位负荷。热挤压时，由于在挤压时，金属材料温度很高，其挤压时许用变形程度要比冷挤压时大，因此需要多次挤压时，每次挤压的变形程度可以适当增大，这样就可以减少挤压次数。 河南科技大学毕业设计(说明书)3与冷挤压工艺相比热挤压工艺会存在以下不足： （1）由于热挤压成形温度很高，因此模具材料必须有较高的耐热性。在热挤压时，模具的温度较高，制件的强度和表面硬度等机械性能会受到影响，因此热挤压模具要有相应冷却系统。另外，必须选择热强度高的模具材料，提高材料在高温时的热硬性和热耐疲劳性能。 （2）热挤压件的表面质量差，尺寸精度不高。由于坯料在加热时会产生氧化皮，挤压件表面的粗糙度会增大，尺寸精度也会降低。经热挤压后的工件，一般还不符合零件的质量要求，需要再进行切削加工。 热挤压工艺的主要过程： 下料 加热 挤压成形 粗加工 精加工 第二章 静触头工艺性分析2.1 零件图本次设计的产品为 ZF126 静触头，其为带法兰筒形零件,筒壁上开有槽和孔，河南科技大学毕业设计(说明书)4材料为铬青铜 QCr0.5。壁厚较薄为 5mm。其 ZF126 静触头示意图如图 2-1。图 2-1 ZF-126静触头零件图2.2 热挤压件图的制定ZF126 静触头传统上采用外径 130mm、内径 80mm 的厚壁管材切削加工制造，内孔机加工余量大，材料利用率只有 40%左右，而且生产效率低。挤压成形工艺是生产该型号静触头零件的一种很好的工艺方法。挤压完成后经少量切削加工即可满足使用要求。与传统加工方法相比，采用挤压工艺生产的静触头具有质量好、材料利用率高、生产成本低等优点，经济效益显著。目前，一般机械零件按照切削加工方法进行设计的加工基准，还有零件的形状等，大多不适用挤压工艺进行生产。因此，在考虑采用挤压工艺进行生产机械零件时，首先要根据产品零件的结构对其进行修改，使之符合挤压件的相关要求，能通过挤压工艺来进行制造。本次设计决定采用热挤压方式来生产该型号触头，挤压前需要确定热挤压温度，并确定挤压件图尺寸。2.2.1 挤压温度的选择ZF126 静触头材料为铬青铜 QCr0.5。在常温下 QCr0.5 塑性好、变形抗力很河南科技大学毕业设计(说明书)5低，十分适合通过挤压成形其制件，但由于该型号触头零件尺寸较大，若采用冷挤压成形需要的挤压力较大，对模具要求高。在现有设备为 3150KN 液压机的情况下难以成形。在一定的温度范围内，QCr0.5 易于压力加工，具有良好的塑性和较低的变形抗力，可通过锻造，挤压等变形工艺，改善其内部组织，提高性能 3。通过对不同温度下铬青铜的抗拉强度与屈服强度进行分析可知，当温度高于600时铬青铜的屈服强度和抗拉强度随温度的升高而缓慢下降，在 800- 900之间达到最小，铬青铜的塑性最好 4。故确定铬青铜的热挤压温度为 800。在生产过程中要先对其进行加热，加热温度选择 800，使其软化后再进行挤压操作。研究表明，QCr0.5 可进行热处理强化，其热处理规范为：热加工温度800950;淬火温度 9501000水冷。Cr 在 QCr0.5 中含量在 5%左右，对铜的导电率几乎没有影响。图 2-2不同温度下铬青铜合金的抗拉强度与屈服强度2.2.1 确定挤压件图尺寸1. 冷挤压件图的绘制 冷挤压件图实在零件图的基础上考虑到加工工艺、加工余量后绘制的。考虑到在 800挤压时，QCr0.5 会被氧化产生氧化皮和留机加工余量，挤压件内、外圆双边加 3mm 的余量。在设计时，端部加 5mm 余量作为挤压件的基本尺寸。零件图上的孔和槽以及触头圆弧部分由挤压后对制件进行机械加工制造。综合以上考虑，绘制冷挤压件图如图 2-3 所示。河南科技大学毕业设计(说明书)6图 2-3 冷挤压件图 图 2-4 热挤压件图2.热挤压件图的绘制 热挤压件图是控制生产过程、设计和制造模具的依据，热挤压件图以冷挤压件图为基础进行绘制。考虑到铬青铜在 800是的热膨胀，热挤压件图尺寸相对于冷挤压件图尺寸应有所增加。其理论尺寸按下式计算：式（2-1）)1(lL式中，L 是热挤压件尺寸（mm）；l 是冷挤压件尺寸（mm）； 为挤压结束温度下金属的冷缩率，铜合金一般为（1.01.3%)。取铬青铜挤压结束温度时的冷缩率为 1.1% 。则可根据公式（2-1）计算热挤压件图理论尺寸如下：m 94 3.= )1%+(93122）（7 . ) (7031 12 .= )+ (2m09%09）（根据以上计算绘制热挤压件图尺寸如图 2-4 所示。河南科技大