机械毕业设计论文(ppt 48页)

摘要摘要 本文通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，说明了常用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。 关键词关键词：装配图、冷挤压、冲压模具、工艺计算、结构设计、隔环 目目 录录 1 1 前言前言 1 1 1.1 挤压的概念、种类、特性及运用领域1 1.1.1 挤压的概念:.1 1.1.2 挤压的方法1 1.1.3 挤压的种类1 1.1.4 冷挤压加工的特性及使用领域2 1.2 挤压技术的历史与发展3 1.3 我国挤压技术的发展情况4 2 2 冷挤压工件的工艺分析冷挤压工件的工艺分析 6 6 2.1 材料性能6 2.2 零件挤压的工艺分析6 2.2.1 零件的尺寸和公差6 2.3 工艺方案的确定7 2.3.1 相对变性程度的计算7 3 3 主要的工艺参数计算及工序的确定主要的工艺参数计算及工序的确定 9 9 3.1 坯料原始尺寸及重量确定9 3.2 制备毛坯.10 3.2.1 毛坯下料.11 3.3 表面润滑处理.11 3.4 挤压力的计算.12 3.4.1 用图算法进行挤压力的计算.12 3.5 选用冷挤压设备.13 3.5.1 设备所要满足的冷挤压要求.13 3.5.2 确定压力机的类型及型号.13 3.5.3 做功校核.13 4 4 压模具的设计压模具的设计 1515 4.1 正挤压模工作部分的设计.16 4.1.1 正挤压凸模的设计.15 4.2 导向装置的设计.22 4.3 压力垫板的设计.24 4.4 模架的选用.24 4.5 冷挤压模具材料的选定.25 5 5 冲压的工艺分析及模具设计冲压的工艺分析及模具设计 2828 5.1 工艺分析和工艺方案的确定.28 5.2 毛皮材料的规格和形状.31 5.3 模具工作部分尺寸和公差计算.29 5.4 冲裁力的计算.30 5.5 冲裁凹模的设计计算.31 5.5.1 凹模孔口形式的选择.31 5.5.2 凹模的主要技术要求.32 5.6 固定板的设计计算.33 5.7 卸料板的设计计算.33 5.8.1 凸模的类别.34 5.8.2 凸模结构设计.38 5.8.3 凸模材料.36 5.9 垫板的设计.36 5.10 模具其他零件的结构尺寸36 5.10.1 选取模架36 5.10.2 导柱导套的参数选择37 5.11 压力机的选择39 5.11.1 压力机的参数39 5.12 模柄的选择40 结结 论论 4242 参考文献参考文献 4343 致致 谢谢 4444 1 1 前言前言 1.11.1 挤压的概念、种类、特性及运用挤压的概念、种类、特性及运用领域领域 1.1.11.1.1 挤压的挤压的概念概念: : 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。 1.1.21.1.2 挤压的方法挤压的方法 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. 1.1.31.1.3 挤压的种类挤压的种类 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。 1.1.41.1.4 冷挤压加工的特性及使用冷挤压加工的特性及使用领域领域 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， 可以充分发挥其塑性，获得大变形量。 .制品综合质量高 挤压变形可以改善金属材料的组织，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）力学性能远高于其他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 挤压加工不但可以生产断面形状简单的工件、管、 棒、线材，而且还可以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 的制品是采用其他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 更换模具就可以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善。 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。 1.21.2 挤压技术的历史与发展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。 1.31.3 我国挤压技术的发展情况我国挤压技术的发展情况 在我国,解放前的冷挤压技术是很落后的。解放后随着我国工业生产 及科学技术的蓬勃发展,冷挤压技术得到了迅猛的发展。并且冷加压技术 在我国的工业化建设中起到了令人瞩目的成就。目前,我国已能对铝、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 几年还可以对轴承钢、高速钢进行一定变形量的冷挤压。 综合来说我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,但由于我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。这都影响了我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 2 冷挤压工件的工艺分析冷挤压工件的工艺分析 2.12.1 材料性能材料性能 这种隔环零件一般是不需要热处理的，可以被直接使用，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。 2.22.2 零件挤压的工艺分析零件挤压的工艺分析 2.2.12.2.1 零件的尺寸和公差零件的尺寸和公差 零件(高径比)H/D=15/30=0.51.2H/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=30.10dmax=ex+D=0.10+30=30.10， dmin=ei+D=-0.10+30=29.90mmdmin=ei+D=-0.10+30=29.90mm 。 内径最大及最小尺寸：Dmax=ES+D=0.10+17=17.10mmDmax=ES+D=0.10+17=17.10mm ,Dmin=EI+D=-,Dmin=EI+D=- 0.10+17=16.90mm0.10+17=16.90mm。 图 2.1 零件图 2.2.22.2.2 零件挤压成型的设计难零件挤压成型的设计难处处 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。 2.32.3 工艺方案的确工艺方案的确定定 2.3.12.3.1 相对变性程度相对变性程度的计的计算算 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： =d d1d d1/d d0d d0100%=1717/3030100%=32.1% 如上式计算我们可以看出,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/,并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, 还可以通过一次 挤压成型，所以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 根据实际及我国现有的钢料的规格,符合零件壁厚的管材没有,所以还是选 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,所以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，所以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，所以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,所以连皮的位 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。 所以我就拟选定上面的方案,其他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 3 主要的工艺参数计算及工序的确定主要的工艺参数计算及工序的确定 3.13.1 坯料原始尺寸及重量确定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,所以坯料的落料一定要精 确,所以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: =V V1+V V2 V0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 N/4303015 N N/4171715 N N/4115- N N/4/4151.981.98 =10597.5 3402.975 27.475 46.315 =7121 =N N/4/417172 +N N/4/4/116.5 =453.73 + 12.9525 =467 =V V1+V 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=10.74mm 3.23.2 制备制备毛坯毛坯 3.2.13.2.1 毛坯下料毛坯下料 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，但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，所以该例中我们不考虑这种备料方法。 棒料还可以通过锯切方法备料，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，并且锯屑的损失很大，所以这里也不予以考虑。 为了精确下料，我们在此采用线切割备料的方法，这样既可以得到断 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，所 以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。 3.33.3 表面润滑处理表面润滑处理 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 Na3PO4Na3PO4 2580g/L, 水玻璃 Na2SiO3Na2SiO3 1015g/L,处理温度85,处理 时间 1525min)。 （2）流动冷水洗。 （3）酸洗(硫酸)H2SO4H2SO4 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。 3.43.4 挤压力的计算挤压力的计算 3.4.13.4.1 用图算法进行挤压力的计算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。 3.53.5 选用冷挤压设备选用冷挤压设备 3.5.13.5.1 设备所要满足的冷挤压要求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 3.5.23.5.2 确定压力机的类型及型号确定压力机的类型及型号 由于该零件所需的挤压力很小,并且零件形状简单,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。 3.5.33.5.3 做功校核做功校核 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 滑块行程工作台尺寸 标称 压力 标称 压力 行程 固定调节 标称行程次 数(不小于) 最大封闭 高度 封闭高度调 节量 左右前后 行程行程 800KN9mm130mm12mm 60 次 380mm100mm800mm540mm 4 4 压模具的设计压模具的设计 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,加上剧烈的磨损和反复作用的载荷,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。 完成的工件可以方便的卸出。 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。 4.14.1 正挤压模工作部分的设计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。 4.1.14.1.1 正挤压凸模的设计正挤压凸模的设计 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,所以设计时一定要 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。所以： 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 49. 4 14 10 ?42 ?16. 9 0-0. 02 ?29. 9+0. 020 0.02 M 0. 8 图 4.1 凸模尺寸 4.1.24.1.2 顶出杆的设计顶出杆的设计 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/h6H7/h6。 图 4.2 顶出杆尺寸图 4.1.34.1.3 正挤压凹模的设计正挤压凹模的设计 (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善,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。 内凹模可以采用硬质合金。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： 但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+h3H=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/d1d4/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=8.88mm 4.3：组合凹模图结构图 4.1.44.1.4 组合凹模的压合工艺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。 4.24.2 导向装置的设计导向装置的设计 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, ,还可以提高 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,所 以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 0.8 1.2 硬度 58 62HRC 基本尺寸 25 +0.013 0 d 极限 偏 差 +0.021 0 基本尺寸 38 D 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 0.8 1.2 硬度 58 62HRC 基本尺寸 25 0 -0.009 d 极限 偏 差 0 -0.013 L 110180 4.34.3 压力垫板的设计压力垫板的设计 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。 4.44.4 模架的选用模架的选用 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。 4.54.5 冷挤压模具材料的选定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 20002500MPa，还要经受着 极高的摩擦阻力和温度变化,所以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,所以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,这样可以避免由于冲击,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,并 且价格不贵,加工起来容易。 冷挤压模具其他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。冷挤压模具其他零件材料的选用明细 表 4.3 冷挤压模具其他零件材料的选定 零件名称材料牌号热处理硬度 HBC 凸、凹模具 Cr12MoV 6062 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 5 冲压的工艺分析及模具设计冲压的工艺分析及模具设计 5.15.1 工艺分析和工艺方案的确定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，但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，所以这里要用手工送料。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，所以我们要利用零 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。所以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 Z 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。 5.25.2 毛皮材料的规格和形状毛皮材料的规格和形状 图 5.1 冲压毛坯零件图 5.35.3 模具工作部分尺寸和公差计算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 Z Zmin =0.460mm Z Zmax =0.640mm Z Zmin- Z 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 5.45.4 冲裁力的计算冲裁力的计算 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=75736N 5.55.5 冲裁凹模的设计计算冲裁凹模的设计计算 5.5.15.5.1 凹模孔口形式的选择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，所以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，所以我们选取凹模厚度=15mm。壁厚 A=1.2=1.215=18mm。 图 5.2 凹模结构形式图 5.5.25.5.2 凹模的主要技术要求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 0.8 0.4 ， 底面与销孔的=1.6 0.8。，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。 5.65.6 固定板的设计计算固定板的设计计算 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=15mm 5.75.7 卸料板的设计计算卸料板的设计计算 卸料板一般有两种常用的形式，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，但他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，并且不需要卸料板压住以防起皱，所以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。其外形尺寸与凹模外形 尺寸一致，成型孔基本与凹模尺寸相同。厚度查冷冲模设计指导得 =10mm。 5.85.8 冲裁凸模的设计冲裁凸模的设计 5.8.15.8.1 凸模的类凸模的类别别 直通式凸模，其工作部分和固定部分的形状尺寸做成一样，这类凸模 可以采用成型磨削、线切割等方法进行加工。这类凸模的工作端应进行淬 火。台阶式凸模，其工作部分和固定部分的形状尺寸不同。以上是凸模的 两种基本类型。 5.8.25.8.2 凸模结构设计凸模结构设计 凸模刃口形式为圆形凸模。加工成台阶式结构。由于冲裁直径小，为 了改善凸模强度和刚度，在中部增加一个过渡阶段。 该凸模以台肩与固定板固定，凸模与凸模固定板的配合部分，采用过 度配合（H7/m6 或 H7/n6）。 由王孝培主编表 839 可查得圆形阶梯凸模的相关参数如下表： 表 5.1 圆形阶梯冲孔凸模相关参数 D(m6)H 基本尺寸偏差型型 1720+0.0212436 凸模长度 L=HL=H1 1+H+H2 2+Y+Y 式中凸模固定板厚度，mm。 卸料板厚度，mm。 Y附加的长度，包括凸模刃口的修磨量，凸模进入凹模的深度 （0.5mm），凸模固定板与卸料板的安全距离 A 等。其中 A 取 15 20mm。 由冯炳尧主编的“模具设计与制造简明手册M”表 1252 取 =20mm 2=10mm L= 20 + 10 + (15 20)= 4550mm 。 取 48mm。凸模尺寸如图 5.3 所示。 图 5.3：冲孔凸模尺寸图 5.8.35.8.3 凸模材料凸模材料 凸模的材料与凹模一样，其热处理硬度为 6064HRC。 5.95.9 垫板的设计垫板的设计 由冯炳尧主编.“模具设计与制造简明手册M“表 1252 查得垫板 的相关参数如下表： 表 5.2 垫板相关参数 垫板 （GB2858.681） D H 63 6 5.105.10 模具其他零件的结构尺寸模具其他零件的结构尺寸 5.10.15.10.1 选取模架选取模架 由冯炳尧主编 “模具设计与制造简明手册M”可查得模架相关参数 如下表（GB2851.681）： 表 5.3 冲孔模具模架参数 63 最大 115 125 130 140 H 最小 100 110 110 120 20 25 25 30 经分析取 5.10.25.10.2 导柱导套的参数选择导柱导套的参数选择 （1）导柱参数的选择 在选用时应注意导柱的长度应保证冲模在最低工作位置时，导柱上端 面与上模座顶面的距离不小于 1015mm（考虑到模具修磨后其闭合高度将 减小），而下模座底面与导柱底面的距离为 0.51mm。 由冯炳尧主编模具设计与制造简明手册M,得到滑动导柱的相关参数 【选用 A 型（GB286.181）】见下表： 表 5.4 滑动导柱的相关参数 材料 20 钢 热处理 渗碳深度 0.8 1.2 硬度 58 62HRC 基本尺寸 25 0 -0.009 d 极限 偏 差 0 -0.013 L 110180 取 L=150mm。 （2）导套参数的选择 导套的几何尺寸要求，由冯炳尧主编,得到导相关参数【选用 A 型 （GB286.181）】见下表 表 5.5 滑动导套的相关参数 材料 20 钢 热处理 渗碳深度 0.8 1.2 硬度 58 62HRC 基本尺寸 25 +0.013 0 d 极限 偏 差 +0.021 0