T型杆冷墩冷挤压模具设计【13张CAD图纸和毕业论文】【2014年原创】

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目      录
1. 冷墩的定义及特点 2
1.1.冷墩的定义 2
1.2.冷墩的优点及技术难点 2
1.3.冷墩的发展趋势 3
2.材料分析 5
2.1.材料化学成分及机械性能 5
2.2.材料的力学性能分析 5
2.3.毛坯尺寸的确定 6
2.4.坯料制备方法 6
2.5.坯料的软化处理、表面处理及润滑 6
2.5.1.坯料的软化处理 6
2.5.2.坯料的表面处理 7
2.6.坯料的润滑处理 8
3.成形工序冷墩力的计算 10
3.1.变形程度的计算 10
3.2.图算法冷墩力的计算 10
3.3.总冷墩力 11
3.4压力机的选择（冷墩设备的选择） 11
4.模具设计 13
4.1冷墩模具设计的基本要求 13
4.1.1.模具设计时需考虑的安全措施 13
4.1.2.冷墩模具的整体设计 13
4.2. 凸、凹模的设计 14
4.2.1凸模的设计 14
4.2.2.凹模的设计和尺寸 15
4.3.凸、凹模固定圈的设计 17
4.4.预应力圈 17
4.5.压力垫板的设计 18
4.6.顶出装置的设计 18
4.7.顶出装置的设置 19
4.8.导向装置的设计（导柱导套的设计） 20
4.9.模架的设计 20
5.模具材料的选择 21
参 考 文 献 24
致　谢 25

摘　要
毕业设计是在模具专业理论教学之后进行的实践性教学环节。是对所学知识的一次总检验，是走向工作岗位前的一次实战演习。其目的是，综合运用所学课程的理论和实践知识,设计一副完整的模具训练、培养和提高自己的工作能力。巩固和扩充模具专业课程所学内容，掌握模具设计与制造的方法、步骤和相关技术规范。熟练查阅相关技术资料。掌握模具设计与制造的基本技能，如制件工艺性分析、模具工艺方案论证、工艺计算、加工设备选定、制造工艺、收集和查阅设计资料，绘图及编写设计技术文件等。
本设计主要对T型冷墩件模具进行设计。结合公司实际生产要求和产品的特点，在厂原有的设计上，对模具进行了改进设计。本设计对金属加工工艺进行了分析，得出了最佳加工方案，在充分保证零件质量与精度的前提下，选择高生产率的加工工艺，降低生产成本，从而有效地节约了材料。本设计中使用计算机软件进行了辅助设计，在保证高精度的同时简化了传统的繁琐计算过程，使设计更为便捷。
该金属棒从坯料到T形件，完全成形，所设计的模具较为典型，也具有一定的代表性。本设计的重点与难点是多道工序的结合以及对凸、凹模刃口尺寸的计算，因为它将直接影响零件的质量。

关键词　　冷墩模具；CAD；辅助设计；模具结构

1. 冷墩的定义及特点
1.1.冷墩的定义
冷墩是精密塑性体积成形技术中的一个重要组成部分。冷墩是指在冷态下将金属毛坯放入模具模腔内，在强大的压力和一定的速度作用下，迫使金属从模腔中挤出，从而获得所需形状、尺寸以及具有一定力学性能的冷墩件。显然，冷墩加工是靠模具来控制金属流动，靠金属体积的大量转移来成形零件的。
1.2.冷墩的优点及技术难点
目前，冷墩技术已在紧固件、机械、仪表、电器、轻工、宇航、船舶、军工等工业部门中得到较为广泛的应用，已成为金属塑性体积成形技术中不可缺少的重要加工手段之一。二战后，冷墩技术在国外工业发达国家的汽车、摩托车、家用电器等行业得到了广泛的发展应用，而新型冷墩材料、模具新钢种和大吨位压力机的出现便拓展了其发展空间。日本80年代自称，其轿车生产中以锻造工艺方法生产的零件，有30%～40%是采用冷墩工艺生产的。随着科技的进步和汽车、摩托车、家用电器等行业对产品技术要求的不断提高，冷墩生产工艺技术己逐渐成为中小锻件精化生产的发展方向。与其他加工工艺相比冷墩有如下优点：
1）节约原材料。冷墩是利用金属的塑性变形来制成所需形状的零件，因而能大量减少切削加工，提高材料利用率。冷墩的材料利用率一般可达到80%以上。
2）提高劳动生产率。用冷墩工艺代替切削加工制造零件，能使生产率提高几倍、几十倍、甚至上百倍。
3）制件可以获得理想的表面粗糙度和尺寸精度。零件的精度可达IT7～IT8级，表面粗糙度可达R0.2～R0.6。因此，用冷墩加工的零件一般很少再切削加工，只需在要求特别高之处进行精磨。
4）提高零件的力学性能。冷墩后金属的冷加工硬化，以及在零件内部形成合理的纤维流线分布，使零件的强度远高于原材料的强度。此外，合理的冷墩工艺可使零件表面形成压应力而提高疲劳强度。因此，某些原需热处理强化的零件用冷墩工艺后可省去热处理工艺，有些零件原需要用强度高的钢材制造，用冷墩工艺后就可用强度较低的钢材替用。
5）可加工形状复杂的，难以切削加工的零件。如异形截面、复杂内腔、内齿及表面看不见的内槽等。
6）降低零件成本。由于冷墩工艺具有节约原材料、提高生产率、减少零件的切削加工量、可用较差的材料代用优质材料等优点，从而使零件成本大大降低[3] 。
冷墩技术在应用中存在的难点主要有：
1）对模具要求高。冷墩时毛坯在模具中受三向压应力而使变形抗力显著增大，这使得模具所受的应力远比一般冲压模大，冷墩钢材时，模具所受的应力常达2000MPa～2500MPa。例如制造一个直径38mm,壁厚5.6mm，高100mm的低碳钢杯形件为例，采用拉延方法加工时，最大变形力仅为17t，而采用冷墩方法加工时，则需变形力132t，这时作用在冷墩凸模上的单位压力达2300MPa以上。模具除需要具有高强度外，还需有足够的冲击韧性和耐磨性。此外，金属毛坯在模具中强烈的塑性变形，会使模具温度升高至250℃～300℃左右，因而，模具材料需要一定的回火稳定性。由于上述情况，冷墩模具的寿命远低于冲压模。
2）需要大吨位的压力机。由于冷墩时毛坯的变形抗力大，需用数百吨甚至几千吨的压力机。
3）由于冷墩的模具成本高，一般只适用于大批量生产的零件。它适宜的最小批量是5～10万件。
4）毛坯在冷墩前需进行表面处理。这不但增加了工序，需占用较大的生产面积，而且难以实现生产自动化。
5）不宜用于高强度材料加工。
6）冷墩零件的塑性、冲击韧性变差，而且零件的残余应力大，这会引起零件变形和耐腐蚀性的降低（产生应力腐蚀）。
1.3.冷墩的发展趋势
1）随着能源危机的日趋严重，人们对环境质量将更加关注，加之市场竞争日益加剧，促使锻件生产向高效、高质、精化、节能节材方向发展。因此用冷墩成形等工艺手段所生产的精化锻件的产量，在市场竞争中将得到较大的发展。
2）汽车向轻型化、高速度、平稳性方向发展，对锻件的尺寸精度、重量精度及力学性能等都提出了较高的要求。如轿车发动机用连杆锻件除对大小头之间的误差有要求外，对每件的重量误差也要求不大于八克。新产品的高要求，将促进精化生产工艺的发展。
3）专业化、规模化的组织生产仍是冷墩生产的发展方向和趋势。在法国，以冷墩成形工艺生产锻件的专业厂家1991－1994年全员劳动生产率，即每人生产冷墩件的产量及产值，均高于一般生产模锻件或者自由锻件的厂家。以1994年为例，专业厂家冷墩件人均产量为 51024KG，创产值775688法郎。而同期一般性生产模锻件的厂家，其人均产量仅为39344KG，产值592384法郎，仅相当于冷墩件专业生产厂家的77.1%和76.37%。自由锻件生产厂与之相比则更低。
4) 冷墩专机将成为一种发展趋势。随着中小型锻件的精化生产发展及冷墩、温冷墩工艺的推广应用，多工位冷墩压力机、精压机及针对某种锻件而设计制造的专机会得到大力发展。

2.材料分析
2.1.材料化学成分及机械性能
材料牌号：20CrMnTi
20CrMnTi是渗碳钢，渗碳钢通常为含碳量为0.17%-0.24%的低碳钢。汽车上多用其制造传动齿轮，是中淬透性渗碳钢中Cr Mn Ti 钢，其淬透性较高，在保证淬透情况下，具有较高的强度和韧性，特别是具有较高的低温冲击韧性。20CrMnTi表面渗碳硬化处理用钢。良好的加工性，加工变形微小，抗疲劳性能相当好。主要用途有：用于齿轮，轴类，活塞类零配件以及汽车，飞机各种特殊零件部位。
化学成份含量