005 焊枪嘴冷挤压工艺及模具设计毕业论文(原版)

摘要本论文介绍了冷挤压基本原理，冷挤压模具的结构与各部分工作原理，对冷挤压产品提出了基本的设计原则，对设计进行验证主要是对挤压设备的相关重要参数进行验证，在校验合格后，进行成型零件加工工艺过程的制定，既要保证挤压件件的质量，又要兼顾经济性。同时又详细介绍了焊枪嘴冷挤压模具设计过程，冷挤压模具凸、凹模的设计方法，模架的选用及模具整体安装与配合等问题。关键词 冷挤压；模具；模具设计；焊枪嘴AbstractThis thesis describes the basic principles of cold extrusion, cold extrusion die structure and the part of the work principle of the cold extrusion products made the basic design principles for the design verification is mainly related to important parameters in extrusion equipment to verify , after passing the check to carry out forming part machining process development, we must ensure the quality of extruded parts, while keeping in mind economy. At the same time a detailed description of the valve mandrel design process cold extrusion dies, cold extrusion dies convex and concave die design methods, the choice of mold and mold the whole installation and tie in with other issues.Key words cold extrusion; mold; mold design; valve mandril不要删除行尾的分节符，此行不会被打印- II -目录摘要IAbstractII第1章 绪论11.1选题目的和意义11.2模具工业在国民经济中的地位11.3模具的分类和占有量21.3. 1模具分类21.3.2冷挤压的特点及应用21.3.3挤压方法的分类31.4我国模具工业的现状41.5我国模具技术的现状及发展情况51.6国外模具工业的发展情况51.7 本章小节5第2章 挤压工艺性分析及参数计算72.1零件工艺性分析72.1.1工件二维零件图、三维造型图72.1.2模具总体方案设计及可行性分析82.2材料的工艺分析92.2.1材料表面光洁、平整、无锈92.2.2挤压用材料的规格92.2.3材料挤压参数的确定102.2.4材料选择工艺102.3零件结构工艺性112.3.1挤压件的结构工艺性112.3.2挤压件的尺寸精度、表面处理和润滑122.4本章小结15第3章 冷挤压力的计算及压力机的选择163.1冷挤压压力的阶段性163.2影响冷挤压的压力的主要因素173.3冷挤压压力计算193.4冷挤压设备的选择203.4.1对冷挤压设备的要求203.4.2冷挤压压力机优缺点分析213.4.3冷挤压压力机的确定223.5本章小节24第4章 冷挤压模具设计254.1冷挤压模具特点和基本组成254.2模具主要零件及结构设计254.2.1凸凹模结构设计254.2.2顶杆结构设计304.2.3下模板结构设计314.2.4导柱导套结构设计314.2.5卸料零件结构设计324.2.6销钉、螺钉结构设计324.3凸、凹模强度校核334.3.1凸模强度校核334.3.2凹模强度校核344.4冷挤压模具材料的选用344.4.1冷挤压模具材料344.4.2冷挤压模具材料的选用方法354.5模具整体结构图354.6本章小结36第5章 模具的装配385.1零件技术要求385.2装配技术要求385.3主要组件的装配395.3.1凸模和凸模固定板的装配395.3.2导套和上模板，导柱和下模板的装配395.3.3导柱与导套的技术要求及装配395.4本章小结40结论41致谢42参考文献43附录144附录245附录346千万不要删除行尾的分节符，此行不会被打印。在目录上点右键“更新域”，然后“更新整个目录”。打印前，不要忘记把上面“Abstract”这一行后加一空行- V -第1章 绪论1.1选题目的和意义近年来，金属冷挤压成形工艺在我国取得了长足的发展，迅速成为最常用的，最有前途的处理方法，所以它在工业生产中越来越重要。了解和掌握金属冷挤压模具的设计过程中是非常重要的。本课题通过枪嘴的冷挤压模具设计的学生，了解金属冷挤压模具的工作原理和功能设计的基本过程。对于未来的工作，专门从事金属冷挤压模具设计基础。1.2模具工业在国民经济中的地位首先，模具是一种生产技术和设备，工业产品的重要基础，批量生产和新产品开发都离不开模具，模具零件的四级低（高精度，高复杂度，高一致性，高生产率和低能耗，低耗材）模具行业中扮演着越来制造业越来越重要的作用。其次，工业产品的普通人60% - 90%部分需要成型。模低精准，产品质量较差，模具生活是低，产品的成本很高是。现代模具和模具产业已成为技术；密集型和资本密集型行业和高技术已成为，的相互依赖关系，直接模具高技术产业化是必不可少的设备。模本身，另一方面高新技术的广泛运用，因为模具的制造已成为高新技术产业重要部分。以模具成型快速高质的低功耗，环境保护部分，体现国家可持续发展战略和科学的发展观。最后，根据国外统计，模具工业的发展可以带动相关产业的比例大约是1:100模具发展发展1000000000元，可带动相关产业100000000000元。2005年，我国模具企业的总销售额约为61000000000元。因此，模具工业的发展对国民经济的贡献是巨大的。1.3模具的分类和占有量1.3. 1模具分类模具主要分冲压模、塑料模、压铸模、热锻模等。1冲压模具（冲模） 冲裁模（无、少废料冲裁、整修、光洁冲裁、深孔冲裁精冲模等），弯曲模具，拉深模具，单工序模具（冲裁、弯曲、拉深、成形等），复合冲模，级进冲模；汽车覆盖件冲模，组合冲模，电机硅钢片冲模 板材冲压成形。2塑料成型模具压塑模具，挤塑模具，注射模具（立式、式、角式注射模具）；热固性塑料注射模具，挤出成形模具（管材、簿膜扁平机头等）发泡成形模具，低刀具工具泡注射成形模具，吹塑成形模具等 塑料制品成形加黄岩工艺（热固性和热塑性模塑料。3压铸模 热室压铸机用压铸模，立式冷室压铸机用压铸模，臣式冷室压铸机用压铸模，全立式压铸机用压铸模，有色金属（锌、铝、铜、镁合金）压铸，黑色金属压铸模 有色金属与黑色金属压力铸造成形工艺。4锻造成形模具模锻和大型压力机用锻模，螺旋压力机用锻模，平锻机锻模，辊锻模等；各种紧固件冷镦模，挤压模具，拉丝模具，液态锻造用模具等 金属零件成形，采用锻压、挤压。其中冷挤压模具发展迅速，成为当今最常用、最具前景的加工方法之一，所以它在工业生产中的地位越来越重要。1.3.2冷挤压的特点及应用1.挤压原理 冷挤压就是把金属毛坯放在冷挤压模腔中，在室温下，通过压力机上固定的凸模向毛坯施加压力，使金属毛坯产生塑性变形而制得零件的加工方法。2.冷挤压特点 (1)节约原材料。冷挤压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。冷挤压的材料利用率一般可达到80%以上。 (2)提高劳动生产率。用冷挤压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IT7IT8级，表面粗糙度可达R0.2R0.6。因此，用冷挤压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。冷挤压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，合理的冷挤压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挤压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，用冷挤压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。由于冷挤压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。1.3.3挤压方法的分类根据挤压时金属流动方向与凸模运动方向之间的关系，常用的挤压方法可以分为以下几类。 (1)正挤压 挤压时，金属的流动方向与凸横的运动方向相一致。正挤压又分为实心件正挤压空心件正挤压两种。正挤压法可以制造各种形状的实心件和空心件，如螺钉、心轴、管子和弹壳等。 (2)反挤压 挤压时，金屑的流动方向与凸模的运动方向相反，反挤压法可以制造各种断面形状的杯形件，如仪表罩壳、万向节轴承套等。 (3)复合挤压 挤压时，毛坯一部分金属流动方向与凸模的运动方向相同，而另一部分金屑流动方向则与凸模的运动方向相反，复合挤压法可以制造双杯类零件，也可以制造杯杆类零件和杆杆类零件。 (4)减径挤压 变形程度较小的一种变态正挤压法，毛坯断面仅作轻度缩减。主要用于制造直径相差不大的阶梯轴类零件以及作为深孔杯形件的修整工序。 以上几种挤压的共同特点是：金屑流动方向都与凸模轴线平行，因此可统称为轴向挤压法。另外还有径向挤压和镦挤法。1.4我国模具工业的现状近年来，模具企业在技术，质量，成本，服务等方面加大力度，特别是在技术进步上成效显著。技术创新是实现企业可持续发展不可或缺的必要条件，是提高竞争力的重要基础，技术水平，产品质量，降低成本。模具公司高度重视技术创新，坚持抓技术进步和工艺改进，提高核心竞争力，在激烈的市场竞争的公司。加大研发投入力度，依靠科技进步，科技创新，不断提高企业的制造水平，提高产品质量。尤其是中国汽车工业的迅速发展对模具工业提出了越来越高的要求，也为其发展提供了巨大的推动力，在过去的十年中，模具工业一直以15%的年增长率快速发展。中国汽车市场的巨大潜力，为汽车模具的发展带来了更广阔的发展空间。中国经济的快速发展提出了更高的要求，模具行业，也为其发展的强大动力。在过去的10年中，中国的模具工业一直以每年15%左右的增长速度快速发展。目前，我国约有20000以上的模具生产厂，员工超过50000000人，超过450000000000元的模具年产值。近年来，模具行业，加快结构调整步伐，主要用于大型，精密，复杂，长寿命模具及模具标准件发展速度高于行业整体增长速度；塑料模和压铸模的比例增加；专业模具制造商市场的数量和能力迅速增加。随着经济体制改革的不断深入，外资和民营企业的迅速发展。在现有的不平衡的地理分布我国模具工业的发展，东南沿海地区向中部和西部地区的快速发展，快速的在北方对南方的发展。模具在珠江三角洲和长江三角洲地区生产最集中的地区，模具的价值约占总产值的三分之二以上。中国的模具加工成本低，模具加工行业的发展越来越成熟，不断提高技术水平，提高人员素质，国内的投资环境越来越好，各种有利因素使越来越多的外国企业选择中国作为模具加工基地。结晶器行业面临一个突破的“一一五年”时期。1.5我国模具技术的现状及发展情况目前，在中国工业生产的特点是产品品种更新快，市场竞争激烈。在这种情况下，用户对模具制造的要求交货时间短”，“精度高，“质量好”，“价格低”。模具技术的发展应该与这些要求相适应。促进以信息技术提升模具工业的制造技术水平，是推动模具工业技术进步的关键环节。CADCAM的CAD/CAE技术在模具设计制造中的综合应用，是模具技术发展的一个重要里程碑。实践证明，模具的CAD / CAM / CAE技术是模具设计制造的发展方向。现在，通用的CADCAMCAE技术日趋成熟。随着计算机软件的发展和进步，技术培训是简化。流传的CAD模具CAD/CAM过程中应该把握的技术推广，重点扶持和机遇的国内软件应用的发展模具；加大技术培训和技术服务的力度进一步扩大CAE技术的；应用范围。对于模具设计的计算机软件，制作智能化，一体化方向。的CAD / CAE / CAM技术在模具工业中的应用，快速原型制造技术的应用，模具的设计和制造技术发生了重大的变化。模具的开发和制造水平的提高，在工业应用中的模具技术，还与电子信息等高新技术嫁接，实现高技术取决于数控高精密加工设备。1.6国外模具工业的发展情况全球模具市场呈现供不应求的局面，世界模具市场年交易总额为600650亿美元左右。美国、日本、法国、瑞士等国家年出口模具量约占本国模具年总产值的三分之一。国外模具总量中,大型、精密、复杂、长寿命模具的比例占到50%以上；国外模具企业的组织形式是大而专、大而精。随着时代的进步和技术的发展，国外的一些掌握和能运用新技术的人才如模具结构设计、模具工艺设计、高级钳工及企业管理人才，他们的技术水平比较高，故人均产值也较高。我国每个职工平均每年创造模具产值约合1万美元左右，而国外模具工业发达国家大多为1520万美元，有的达到 2530万美元。国外先进国家模具标准件使用覆盖率达70%以上，而我国才达到45。1.7 本章小节模具工业是国民经济的基础工业，是国际上公认的关键工业，工业发达国家称之为“工业之母”。模具成型具有效率高，质量好，节省原材料，降低产品成本等优点。采用模具制造产品零件已成为当今工业的重要工艺手段。模具在机械、电子、轻工、纺织、航空、航天等工业领域里，已成为使用最广泛的工业化生产的主要工艺装备，它承担了这些工业领域中60%80%产品零件，组件和部件的加工生产。“模具就是产品质量”，“模具就是经济效益”的观念已被越来越多的人所认识和接受。在中国，人们已经认识到模具在制造业中的重要基础地位，认识更新换代的速度，新产品的开发能力，进而决定企业的应变能力和市场竞争能力。目前，模具设计与制造水平的高低已成为衡量一个国家制造水平的重要标志之一。第2章 挤压工艺性分析及参数计算2.1零件工艺性分析2.1.1工件二维零件图、三维造型图图2-1 焊枪嘴二维零件图技术要求：1.零件未注公差部分为自由公差；2.零件材料为H1黄铜。图2-2 工件三维实体图2.1.2模具总体方案设计及可行性分析1总体方案设计(1)模具类型的选择该工件包括上部分深孔部分，根据零件形状应选用挤压模具进行挤压。(2)挤压凸模的设计原则 凸模上断面的变化处的集中应力是引起凸模损坏的根本原因，因此减少或消除此处的应力集中是模具结构设计首要考虑的问题。模具根部断面变化大的台阶处采取锥面过度或大圆弧光滑连接应力集中要小。典型的凸模结构尺寸，工作部分尺寸均可在参考手册中查取。(3)挤压凹模的设计原则 确定冷挤压凹模的结构和工作型腔尺寸时，要考虑坯料的形状和尺寸，挤压件的精度要求，模具结构和强度，模具弹性变形和温升，模具磨损，寿命和经济性以及工艺特点和挤压变形的需要等。挤压过程中凹模所受压力很大并且压力分布很不均匀，设计凹模时，必须计算凹模内壁的切向拉应力并提出适当的加强措施。通常凹模挤压时的成形压力不应超过1900MPa，否则要减小变形程度活着降低模具寿命要求。2可行性分析 此工件为圆筒形，由上部深孔部分。材料为HI。具有良好的挤压性能，适合冷挤压。工件结构简单，上深孔与下潜孔之间有连皮；孔与孔、孔与边缘之间的距离通过最小壁厚满足要求。工件的尺寸全部为自由公差，尺寸精度较低，冷挤压完全能满足要求。2.2材料的工艺分析2.2.1材料表面光洁、平整、无锈材料表面应光洁无裂纹、麻点、划痕、结疤、气泡等缺陷，这将直接影响制件的外观性。在挤压过程中，还容易在缺陷部位产生应力集中而引起破裂。材料表面若不平，会影响剪切和冲压时的定位精度，以及由于定位不稳而造成废品，或因挤压过程中材料变形时的展开作用而损坏凸模冲头。在变形工序中，材料表面的平面度也会影响材料的流向，引起局部起皱或破裂。材料表面有锈，不但影响挤压性能，损伤模具，而且还会影响后续焊接和涂漆等工序的正常进行。2.2.2挤压用材料的规格挤压对毛坯的要求是十分严格的，毛坯质量的好坏将会对金属流动、挤压件质量、模具寿命等产生明显影响。冷挤压所采用的原材料品种主要有(1)线材主要用作镦挤螺栓之类零件的原材料。采用线材可CJ进行连续送料，因此生产率很高，但只能加工小型挤压件。一般情况下，所使用的线材直径为325mm，个别情況也有高达35mm的。线材主要用于连续多工位自动加工，故材料利用串很高。但工序之间不能进行中间退火，端面切断面又难以润滑，因此，模具工作部分易于磨损，加快了失效。(2)棒料主要用作形状复杂、尺寸较大挤压件的原材料。它与线材相比，生产率较低，伹可以进行中间退火处理及表面润滑处理。棒料的利用率也较高，采用锯切备料可达70%90%，采用压力机剪切备料几乎可达100%。当毛坯的长径比小于或等于s/d时，下枓是困难的，因此用棒料作为毛坯，必须限制长径不的小于3/4(或1)。(3)板料当毛坯的长径比小于3/4时，应选用板枓。采用冲裁法备料，毛坯尺寸误差小，精度高，但材料利用率较低，一般为40%一60%。根据以上分类原则，毛坯原材料应选择棒材加工。2.2.3材料挤压参数的确定根据坯料及零件的尺寸，计算出零件成型后的断面收缩率 (2-1) =222/25.62100%=73.8%挤压比 (2-2)对数挤压比 G=F0/F1 (2-3) =3.82F0 变形前的毛坯横截面积F1 变形后制品的横断面积2.2.4材料选择工艺冷挤该钢模具零件工艺路线为：下料锻造模坯退火机械粗加工冷挤压成型再结晶退火机械精加工渗碳淬火、回火研磨抛光装配。挤压常用钢材种类有碳钢、合金结构钢、不锈钢等。为了减少不均匀变形获得优质的冷挤压件，延长模具的使用寿命，冷挤压用钢材应具有如下一些性能：.较低的变形抗力，变形抗力越小，加工时所需的单位挤压力也越小。.较高的塑性 塑性越高，材料的变形能力就越好，越能承受较大塑性变形。.均匀的金相组织，品粒大小和状态对于冷挤压变形能力影响较大。该零件材料为20号钢，根据表2-1该钢强度低，韧性、塑性和焊接性均好。抗拉强度为335-500MPa，伸长率24%。表2-1 常用碳素结构钢的机械性能材料名称牌号材料状态力学性能抗剪强度/Mpa抗拉强度屈服点伸长率( )碳素08F已退火2303102753801802730结构钢082603602154102002710F220340275410190271026034029543021026152703803354702302520280400335500250243540052049062532019454405605306853601550440580540715380132.3零件结构工艺性2.3.1挤压件的结构工艺性(1)挤压件的形状：挤压件的形状应力简单、对称，有利于材料的合理利用。(2)挤压件内形及外形的转角： 挤压件内形及外形的转角处要尽量避免尖角，应以圆弧过渡，以便于模具加工，减少热处理开裂，减少挤压时尖角处的崩刃和过快磨损。圆角半径R的最小值，参照表2-3所示：表2-3冷挤压最小圆角半径挤压方式材料Rr正挤压低碳钢0.5-1.03.0铝合金0.2-0.53.0-5.0反挤压低碳钢0.2-0.50.5-1.0铝合金0.2-0.50.5-1.02.3.2挤压件的尺寸精度、表面处理和润滑一、冷挤压件尺寸精度 (一)影响尺寸精度的因素 近年来，随着冷挤压技术的进步，冷挤压件的尺寸精度已提高到可以与切削加工相媲美，可以获得尺寸精度相当高的冲挤压件。但是，冷挤压件尺寸精度的高低受加工条件的影响较大。主要的影响因素有 1设备的刚性及负荷能力的影响 在模具承载能力允许的情况下，能否获得精确的轴向尺寸，同沒备的刚性及负荷能力有直接关系。轴向尺寸系指杆形件的余料高度、杯形件的底部厚度及复合挤压件的中间隔厚。这些尺寸波动与模具及设备的刚度有着密切关系。设备的刚性不好，挤压时模具的弹性变形量会很大，必然引起轴向尺寸的波动。设备的吨位越大，挤压件的弹性变形越小，轴向尺寸越稳定，尺寸偏差超小。实践证明采用负荷能力较大的设备，对提高挤压件的轴向尺寸精度是有效的。 2模具尺寸精度的影响 挤压件的尺寸偏差，受模具尺寸变化的影响最大。而影响模具尺寸变化的因素有:模具的弹性变形、模具的材料，制造精度以及磨损，模具的温升等等。模具的温度升高，使模腔尺寸加大，挤压件的尺寸精度就得不到保证。挤压件的形状越复杂，变形程度和挤压力越大，发热程度也越剧烈，尺寸波动的幅度也就越大。模具的弹性变形主要取决于所承受的工作压力和所用的材料，并且还与被挤材料的性能、挤压件的变形程度和尺寸等有关。采用工具钢作模具显然比采用硬质合金作模具的弹性膨胀量要大，如果毛坯的硬度、强度高，挤压件尺寸和变形程度也很大时，挤压模具的弹性变形量必然要加大。因此，适当控制挤压变形程度，提高被挤压材料的塑性，选用优质的模具材料，对减小模具的弹性变形，提高模具使用寿命和挤压件的尺寸精度都是非常有益的。模具的制造精度高挤压件的尺寸也必然增高，但过高的摸具精度会增加制模费用。因此，必须经济合理地确定模具制造精度。在正常情况下，摸具磨损总是存在的，挤压件尺寸不可避免的会逐渐改变，因此，在设汁与制造模具时，要正确估计变形量，井设法将其控制在最低程度，以保证模具具有最大的磨损留量。 3毛坯材料性能及制造精度的影响 毛坯材料的成分、组织和性能以及备料时的形状与质量偏差对挤压件尺寸精度的影响，突出表现在对挤压力大小的影响上这些因素促使挤压力的变化必然要反映在模具弹性变形的差异上，这样就使挤压件的尺寸产生了误差。4. 变形条件的影响 提高变形速度可以使变形热来不及散失，从而使挤压件温度升高，变形抗力降低，因而模具的弹性变形量和磨损都会减小。无疑，这对获得稳定的挤压件尺寸是十分有利的。挤压时，将毛坯进行良好的表面润滑处理，使其具备良好的润滑状态，这就可以减小摩擦系数，降低挤压力，从而使模具的弹性变形量和磨损量也相应减小，挤压件的尺寸精度也得到了保证。 (二)反挤压零件尺寸精度选择 该零件为杯形件，尺寸精度可根据表2-4进行选择图2-3 反挤压杯形件的尺寸符号和基本形状表2-4 反挤压杯形件的尺寸精度精度二、冷挤压件的表面处理 冷挤压时单位挤压力很大，特别是钢的冷挤压单位挤压力高达2000MPa以上，使用一般的涂刷润滑剂极易被挤掉，不能起到润滑作用，毛坯表面也易被拉毛。因此，为了确保润滑剂起到良好的润滑效果，在润滑处理前，必须对毛坯进行表面处理。(一)黑色金属毛坯的表面处理和润滑 目前，碳钢和合金结构钢毛坯冷挤压前的表面处理和润滑采用的方法仍以磷化后皂化的效果为最佳。其工艺流程是： l清除表面缺陷 用软轴砂轮或拋光轮清除个別毛坯表面微小裂纹、折叠等缺陷。 2化学去油 采用氢氧化钠、碳酸钠、磷酸三钠、水玻璃等碱性水溶液，并加入少量去垢剂、表面活性剂等，以加强去垢能力。 3流动冷水清洗。 4热水清洗 以上两个工序都是为了防止碱性除油液带人下道酸洗液中彤响去锈能力。 5. 酸洗 一般采用盐酸或硫酸液去除表面氧化皮。 6流动冷水、热水清洗 该流程是防止将吸附在毛坯表面的酸洗液带入到下一流程磷化液中，影响磷化效果。 7磷化处理 将毛坯浸在磷酸盐溶液中，使其表面生成一层不溶性磷酸盐薄膜的处理方法，称为磷化处理。经磷化处理的毛坯可以减少毛坯与模具间的接触摩擦；提高冷挤压件表面质量和模具使用寿命。磷化处理之所以具有以上作用，是因为磷酸盐薄模具有如下一些特性： 磷化膜由细小片状结晶组织构成，呈多孔状态，对润滑剂有吸附作用，是贮存润滑剂的“仓库”。在冷挤压过程中，贮藏在细孔内的润滑剂被挤出，起润滑作用，从而减少了毛坯与模具间的摩擦阻力。 磷化膜与钢毛坯表面结合牢固。这是由于经磷化处理后，毛坯表面因金属的置换作用形成了一层磷酸铁，它与金属基体右很强的结合力，且有一定的塑性，在冷挤压过程中能与毛坯基体一起变形。经磷化处理的毛坯，其力学性能(如硬度、韧性等)不变，而耐磨性却大大提高。毛坯表面磷化层的耐热能力也很强，足以对付挤压时的温升，佃影响力学性能，消弱了与金属基体的结合力。 8流动冷水清洗。 9中和处理 采用氢氧化钠溶液，将磷化镀膜时附着的酸性物质中10和，以延长润滑液的使用寿命，得到良好的润滑层。10润滑处理 磷化后的润滑处理方法较多，皂化就是一种最常用的方法。皂化处理是在60-70的硬脂酸钠(Cl7H35COONa)溶液中浸泡15min，使毛坯表面牢固地附上一皂化层作润滑剂。此外，采用机油洒加适量的二硫化钼作润滑剂，其润滑效果也很好。因此，冷挤压前刚坯料应进行磷酸盐与润滑表面处理。表面处理的主要内容有：去除表面缺陷；清洁、去脂、清洗；去除表面氧化层；在坯料表面形成特殊的润滑支承层-磷酸盐处理和润滑处理。其中前三项的是改善表面质量，并为以后的磷酸盐与润滑处理做好准备。(二)冷挤压材料的软化处理为了降低毛坯变形抗力，提高塑性，改善组织，细化晶粒，使金属材料易于冷挤压，通常在冷挤压前或多道冷挤压工序之间必须进行软化处理。冷挤压常用金属材料软化处理规范见附表3常用冷挤压材料软化热处理规范。2.4本章小结本章主要对工件的工艺进行了分析，确定工艺方案，结论此工件可以挤压。挤压用材料的表面和内在性能对挤压成品的质量影响很大，要求挤压材料厚度精确、均匀。表面光洁，无斑、无疤、无擦伤、无表面裂纹等。模具的精度和结构直接影响挤压件的成形和精度。模具制造成本和寿命则是影响挤压件成本和质量的重要因素。模具设计和制造需要较多的时间，这就延长了新挤压件的生产准备时间。因此在挤压前对坯料进行尺寸精度校核，表面软化处理和润滑是非常重要的。第3章 冷挤压力的计算及压力机的选择冷挤压的挤压力是设计模具的基础和设备选择的依据，同时又可以衡量挤压的难易程度，所以，挤压力是冷挤压工艺的一个重要参数。目前，求挤压力的方法有理论计算法、经验公式计算法和图算法。无论采用哪种方法，所求得的挤压力均因变膨速度、温度、润滑条件、硬化效应和模具结构等一系列因素的影响而有很大误差，所以，挤压力是难以准确计算的，因此在选用设备时应给以较大的安全系数。3.1冷挤压压力的阶段性在冷挤压过程中，挤压力并不是一个常数，而是随压力机的行程而变化，且显示出明显的阶段性(图3-1)由图可知，冷挤压力与行程的关系一般可以分为三个阶段：第阶段：凸摸下行，金属材料开始产生塑性变形，挤压力急剧增高。当正挤压达到a点、反挤压达到a点时，挤压开始。在这一阶段中挤压力必须克服金属内部的变形阻力以及毛坯与模具间的摩擦力，使所有的金属晶格完全被压紧。对于正挤压，这一阶段是由凸校接触金属开始直至金属流入凹模口处为止；对于反挤压，这一阶段是凸模接触金属开始，直至金属流人凸、凹模间隙处为止。第阶段：凸模继续下行，迫使金属继续流动。在这一阶段中，只改变毛坯高度，变形区稳定不变。对手正挤压，挤压力从a到b。略有下降，其原因是毛坯与模具接触面积逐渐变小，而使摩擦力逐渐减小的缘故；对于反挤压，挤压力从a到b基本稳定不变。冈在此阶段内，塑性变形区高度不随时间而改变，挤压力也不随行程而变化，故称为稳定变形阶段。第阶段：当毛坯的剩余厚度小于稳定变形时的塑性变形区高度以后，凸模再向下运动时，挤压力又急剧上升。正挤压沿bc曲线上升，反挤压沿bc曲线上升。由上述分析可以得出，挤压最好在第阶段结束之前进行如果第阶段结束后，仍继续挤压，挤压力就急剧增加，模具或压力机就容易损坏。如果第阶段完毕就结束挤压，此时挤压余料厚度h0等于稳定变形区高度h1。如果第阶段结束后仍继续挤压，但限制挤压力增高值不超出模具材料的许用单位压力p0，此时毛坯在非稳定变形状态下仍可继续变形，这样既可充分发挥模具材料的潜力又可节省原材料消耗。此时挤压余料厚度h0可小于稳定变形区高度h1。图3-1 冷挤压力与行程的关系3.2影响冷挤压的压力的主要因素一、影响挤压力的因素.被挤压金属的化学成分、组织结构和力学性能金属抗拉强度对挤压力的影响很大。抗拉强度高的金属在挤压变形中所需的变形力比低强度的金属大得多，因此，挤压高合金钢比挤压普通碳素合金钢需要更大的挤压力。金属的抗拉强度随着化学成分的不同而异，其中，碳元素对钢材力学性能和挤压力的影响要比合金元素大得多。例如含锰量对挤压力的影响仅为含碳量的1/4。随着含碳量的增加不仅使钢材的抗拉强度显著提高，也使钢材的屈服点和硬度值均有较大的升高，而使断面缩减率和伸长率相应减小。钢中硅的存在会使含碳量低的钢材变得又硬又脆，从而使挤压力显著提高。硫对钢材的常温强度特性虽无重大影响，但硫化物在钢材中的存在，将严重影响钢材的热挤压性能，使其在加热过程中出现红脆现象。所以作为挤压坯料的钢材中含硫量不应大于0.06。.挤压方式在相同条件下挤压同一种金属材料，采用正挤压、反挤压和复合挤压所需的挤压力各不相同。一般情况下反挤压比正挤压力大，复合挤压力略小于单向正挤压力或单向反挤压力。反挤压时，挤压件的壁厚越小，则所需的单位挤压力就越大。但当壁厚小到一定数值后，单位挤压力会急剧升高。正挤压时，凹模于挤压件接触面积的单位挤压力远大于凸模的，使得凹模的受力较凸模更大磨损更为严重，因此，正挤压时变形程度的最大值取决于凹模的极限载荷，设计正挤压模时应充分注意这一点。.变形程度应根据挤压压力和所选模具的材料，同时考虑挤压时模具的升温情况来决定挤压变形程度的极限值，因为挤压力及变形功随着变形程度的增加而增大。.挤压模工作部分的几何形状挤压模工作部分的几何形状设计合理，可以使金属阻力大为减小，从而使变形力变形功相应的减小。反挤压模的凸模做成平底形状，挤压力最大，做成球面形状挤压力最小，但断面缩减率大于60%后，球面凸模的单位挤压力将会急剧提高。平底锥面反挤压凸模中心锥角应取120至130。过大的中心锥角，降低单位挤压力的作用不显著。锥底直径在d1等于（0.5-0.7）d的范围内选取。为了减小挤压后的机加工量，在需用范围内业可以将反挤压凸模设计成平底形状，但凸模的端部应尽量选用大的过度圆角。.润滑状态润滑对于挤压是非常重要的。理想的润滑不仅能减小与挤压模之间的摩擦，使挤压力显著下降，而且还能显著提高挤压模具的寿命。生产实践中，冷挤压、温挤压、热挤压不用润滑剂和润滑效果不理想时得不到良好的挤压件。.加热温度金属坯料随着加热温度的升高，其强度极限降低，塑性提高。所以，为了降低挤压力，挤压温度总是越高越好。加热到150200复合挤压时，挤压力可比室温时减少10%；加热到100200反挤压时，挤压力可比室温时减少20%40%。一般情况下，低温温挤压可减小变形抗力15%，中温及高温温挤压的变形抗力可减少到室温时的0.250.5.有色金属温挤压时加热温度对挤压力的影响，也是很明显的。对纯铝将室温20时的挤压力设为100%,那么在150时的挤压力为59%，200时的挤压力为41%。选择温挤压温度时还应考虑挤压设备的类型。如果在高速锤上进行温挤压，由于变形速度高，在钢的蓝脆温度以下温挤压，挤压力也可以明显下降；采用设备吨位较大时，温挤压温度便可选择低一些；产品的尺寸精度与表面质量要求高，温挤压温度应选的低些。.变形速度的大小为缩短挤压时间，不使被挤压坯料的温度下降过多，使被挤压金属内外层性能保持一致，同时减少热挤压模工作部分受热时间，一般来说希望挤压速度高一些，但是过大的挤压速度会使被挤压金属表面层的拉应力加大，严重时以至被拉裂，过大的挤压速度还会加快挤压模工作部分的磨损。另外，挤压速度较大而没有采取相应措施时，热挤压模的工作部分容易受冲击作用而损坏，在开始挤压的瞬间，冲击的影响是相当严重的，这一点在选择挤压速度时不可忽视，必须采取有效的预防措施。钢制挤压件的热挤压，不论变形程度大小，当初挤压速度较小时，增加挤压速度对挤压力没有什么影响，只有将挤压速度增大到一定值时，挤压力才开始有降低的趋势。钢制机械零件热挤压的挤压速度，一般控制在6090m/min的范围内较为合适。3.3冷挤压压力计算计算单位挤压力，参考【2】反挤压时的挤压力为： P2=F2C2m (3-1)式中 P2最大挤压力（MPa）； F2毛坯横截面积（mm2）；C2约束系数F2=4/（25.6）2=514.4576mm2 C2查表可知 C2=2m查表可知 m=890MPaP2=514.45762890=457867.264 MPa因此，凸模上最大单位力为P= (3-2)单位挤压力为2410MPa挤压力P=cpF=1.32410379.94=1190KN式中 c安全系数取1.3 F凸模工作部分投影面积1.决定在凸模上所承受的单位挤压力（凸模单位面积上承受的压力）。目前冷挤压模具钢的许用单位挤压力一般为2500MPa，工作条件良好时可达到3000MPa。2.决定挤压变形所需的总挤压力。将凸模承受的单位挤压力乘凸模的水平投影面积，即可算出变形所需要总的挤压力。根据零件形状、尺寸、材料计算出单位挤压力为2410MPa，最大挤压力为1190KN,根据【2】查表最大挤压力、单位挤压力在许用范围内。3.4冷挤压设备的选择3.4.1对冷挤压设备的要求冷挤压时单位挤压力很大，对挤压件的精度要求高，因此，对冷挤压使用的压力机提出了一些特殊要求。.能量大，从拎挤压加工的压力-行程图（图3-1）来看，冷挤压加工的压力大，行程也很长，所以用于冷挤压的压力机需要很大的能量。.刚性要好 冷挤压的单位压力大，载荷集中，极易使模共和压力机产生变形。因此，为了保证较高的冷挤压件精度和较长的模具寿命，就必须要求压力机具有较好的刚性。.导向精度要高 因为对冷挤压件的精度要求较高，因此单靠模具的导向装置来导向是不能满足要求的。另外，当压力机的导向精度较低时，滑块下平面与工作台平面之间会产生倾斜，凸模会囚受到附加弯曲应力的作用而折断。因此，为了保证冷挤压件的尺寸精度和较长的模具寿命，就必须要求压力机和滑块的导向精度要高。.要具备顶出机构 冷挤压后，工件可能残留在凹模中，需要把它顶出来。由此要求压力机具有结构简单的、在不拆卸下模的情况下能，精确调节的顶出机构顶出力一般应为压力机标称压力的10%左右。.要有可靠的过载保护装置 在冷挤压过程中，往往由于毛坯尺寸超差、材质不均匀以及其它原因而造成过载。为了保护摸具及设备，用于冷挤压的压力机必须具备可靠的过载保护装置。.能提供合适的挤压速度 冷挤压加工是将大断面的毛坯压缩成小断面的挤压件。因此在挤压过程中会有冲击作用，特别是当挤压速度较高时，上模接触金属毛坯的瞬间速度迅速降低而产生冲击。所以，要求用于冷挤压的压力机能提供合适的挤压速度。一般要求压力机具有较高的空程向下和回程速度，而当上模接触金属毛坯前其速度迅速下降，在挤压过程中，挤压速度应尽可能馁持均匀。一般认为较好的挤压速度在0.10.4m/s范围内。 .具有对模具进行润滑冷却的装置 冷挤压时单位压力大且在冷挤压过程中又会产生大量的热量。因此用于冷挤压的压力机要求具有良好的润滑冷却装置，应能及时地向模具及被挤压毛坯喷射润滑冷却液，进行强制性的润滑和冷却，从而延长摸具寿命。3.4.2冷挤压压力机优缺点分析通常用于冷挤压的压力机主要分为两大类；机械压力机和液压机。两者各有特点，应视具体情况选用。一般说来，机械压力机主要用于冷挤压批量较大的中、小型零件，而对于批量较小的大型零件采用液压机较为合理。下面将两类压力机的特性进行比较分析。.行程次数 机械压力机的行程次数比液压机高得多，因此生产率也高焊多。但液压机在一定范围内可任意调节行程次数，而机械压力机却不能调节。.行程长度 液压机比机械压力机的行程长度要长，且可任意调节。因此，液压机可以挤压毛坯长度较长、能量要求较大的零件。.压力大小 液压机能在整个行程中得到相同的压力和保持最高压力，而机械压力机根据行程位置不同所发出的压力是变化的，在下死点附近时可以发出标称压力，离开下死点越远，发出的压力越小，在行程中点附近时，发出的压力仅为标称压力的35%50%。.下死点位置 机械压力机的下死点位置是一定的，而液压机是用限位开关来限定的，下死点的位置精度比机械压力机差得多。因此，对于保证良好的挤压件的底厚精度来说，液压机不如机械压力机。.电动机功率 机械压力机由于有飞轮积蓄能量，因此电动机功率可以是冷挤压加工所需能量的几分之一，下次工作以前，仅需补充失去的那部分能量。液压机没有飞轮，在采用液压泵直接传动的液压机上，液压泵的电动机功率往往需要大干冷挤压所需的变形功率。因此，液压机比相同吨位的机械压力机的电动机功率高得多。.粘滞性 一般地说，液体是不可压缩的。但当液体中溶入较多的空气，且承受2lMPa左右的高压时，高压缸内的液体就有压缩性。这就会引起高压缸内高压液体的体积变化，有无负荷时高压缸容积的变化约为l左右，是液压机机身弹性变形的数倍。因此，在液压机上进行冷挤压加工，当凸模刚与被挤压毛坯接触时，会产生瞬间停滞。这就会造成挤压负荷上升，缩短模具的寿命。但这种停滞现象能使液压机在行程终点时保持压力，减少回弹，提高冷挤压件精度。机械压力机无这种停滞现象。.侧压 机械压力机由于结构上的原因，会产生水平分力，促使导轨磨损间隙加大，导向精度下降，当挤压凸模较长时，此水平推力是折断凸模的原因。液压机滑块不会产生水平方向的分力。.过载保护装置 液压机有安全阀作为过载保护装置，比较安全可靠。机械压力机过载保护装置是机械式的，可靠性不如安全阀。.维修与保养 液压机易漏损需常更换密封装置，维修费比机械压力机高。 3.4.3冷挤压压力机的确定一、压力机的主要技术参数（1）公称压力 压力机滑块下滑过程中的冲击力就是压力机的压力。压力的大小随滑块下滑的位置不同，也就是随曲柄旋转的角度不同而不同，如图24中曲线所示。图3-2 压力机许用压力曲线（2）滑块行程长度滑块行程长度是指曲柄旋转一周滑块所移动的距离，其值为曲柄半径的两倍。选择压力机时，滑块行程长度应保证毛坯能顺利地放入模具和挤压件能顺利地从模具中取出。（3）行程次数 即滑块每分钟冲击次数。应根据材料的变形要求和生产率来考虑。（4）封闭高度和调节量 滑块在下死点时，滑块底面到工作台面的距离，称为封闭高度。封闭高度调节装置所能调节的距离，称为封闭高度调节景。当滑块在下死点时，滑块调整到最上位置，滑块底面到工作台面的距离，称为最大封闭高度，滑块调到最了位置，滑块底面到工作台面的距离，称为最小封闭高度。装模高度是指滑块在下死点时，滑块下表面到工作台垫板上表面的距离。封闭高度与装模高度之差就是垫板厚度。（5）工作台尺寸和滑块底面尺寸 这是指工作台和滑块底面的前后、左右的距离。 工作台面长、宽尺寸应大于模具下模座尺寸，并每边留出60100mm，以便于安装固定模具用的螺栓、垫铁和压板。当制件或废料需下落时，工作台面孔尺寸必须大于下落件的尺寸。二、压力机的选取首先根据前面计算挤压力为1190KN，凸模上最大单位挤压力为2410MPa，所以选用的挤压力设备为300吨摩擦压力机。双盘摩擦压力机（300t）主要技术参数如下：1. 公称压力 300吨；2. 最