煤粉机用辊套嵌板挤压模设计

紫琅职业技术学院毕业设计题 目：煤粉机用辊套嵌板挤压模设计副 标 题：学 生 姓 名：丁驹苑所在系、专业：机电工程系、模具设计与制造班 级：模具3091指 导 教 师：程洋日 期：2010.05.29I摘 要摘 要冷挤压是精密塑性体积成型技术中的一个重要组成部分。冷挤压是指在冷态下将金属毛坯放入模具模腔内，在强大的压力下和一定的速度作用下，迫使金属从模具中挤出，从而获得所需的形状、尺寸以及具有一定力学性能的挤压件。显然，冷挤压加工是靠模具来控制金属流动，考金属体积的大量转移来形成零件的。本设计介绍了30万辊套网格零件结构分析、挤压工艺过程、挤压设备选择、模具结构的设计、凹凸模设计、挤压件质量分析、30万辊套网格模芯的结构、凸模加工工艺及模具各部件造型进行论述。与常规的辊套网格加工工艺相比，冷挤压成型的辊套网格具有强度高、网格尺寸精度高、表面耐磨度高、材料利用率高、生产效率高、设备投资少等优势。关键词：冷挤压；辊套网格；正挤压； 凸缘IIAbstractAbstractCold extrusion molding technology precise plastic volume is one of the important component. Cold extrusion is to point to in the cold metal blank in the mold cavity inside, in strong pressure and a certain speed function, forced out of metal from a mold, and obtain the shape, size and has some mechanical properties of extrusion parts. Obviously, cold extrusion processing is to rely on the mold to control the flow, take an examination of a large volume of metal parts of the transfer to form. This paper introduced the design of roller set of grid structure parts, extrusion process analysis process, extrusion equipment selection, die structure design, mold design, extrusion bump a quality analysis, 300000 roller set of grid punch structure, the punch processing technology and die parts modelling is described. And the conventional roller set of grid than processing technology, cold extrusion of roller set of grid has high strength, mesh size high precision, high degree of exterior wear-resisting, material utilization high, high production efficiency, equipment less investment and other advantages. Keywords: Cold extrusion，Roller set of grid，Are squeezing，flange 目 录目 录摘 要IAbstractII目 录I1、冷挤压的概述11.1冷挤压的概念11.1.1冷挤压加工的特点11.1.2冷挤压模具的基本结构11.1.3冷挤压模具分类22、工艺分析及模具结构设计22.1制件的工艺性分析及工艺计算22.1.1工艺分析23、模具总体设计及主要部件设计23.1径向尺寸算法23.2模板尺寸的确定43.2.1择模板材料43.2.2确定模板尺寸53.2.3挤压凸模与凸凹模结构尺寸确定53.3凸模刚度（细长杆失稳）校核63.4模具总体结构设计63.4.1送料定位机构设计73.4.2压块的卸除73.4.3模具主要零件的一般要求74、压力机的规格75、模具结构细节85.1设计构思85.2螺钉的安装85.3干涉检验86、模具装配图8致 谢10参考文献11I煤粉机用辊套嵌板挤压模设计1、冷挤压概述1.1冷挤压的概念1.1.1冷挤压加工的特点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。冷挤压技术的特点是:1.挤压零件尺寸准确表面光洁：目前我国研制的冷挤压件一般尺寸精度可达89级，陇度一般可达，若采用理想的润滑可达(指纯铝和紫铜零件)，仅次于精抛光表面。因此用冷挤压方法制造的零件，一般不需要再加工，少量的只需精加工(磨削)。2.节约原材料：冷挤压件材料利用率通常可以达到80%以上。如解放牌汽车活塞销动切削加工材料利用率为43.3%，而用冷挤压时材料利用率提高到92%；又如万向节轴承套改用冷挤压后，材料利用率由过去的27.8%提高到64%。可见，采用冷挤压方法生产机械零件，可以节约大量钢材和有色金属材料。3.生产率高：用冷挤压方法生产机械零件的效率是非常高的，特别是生产批量大的零件，用冷挤压方法生产可比切削加工提高几倍、几十倍、甚至几百倍。例如，汽车活塞销用冷挤压方法比用切削加工制造提高3.2倍，目前又用冷挤压活塞销自动机，使生产率进一步提高。一台冷挤压自动机的生产率相当于100台普通车床或10台四轴自动车床的生产率。4.可加工形状复杂的零件：如异形截面、内齿、异形孔及盲孔等，这些零件采用其它加工法难以完成，用冷挤压加工却十分方便。所示的零件，能方便的挤出。5.冷挤压件强度高、刚性好而重量轻：由于冷挤压采用金属材料冷变形的冷作强化特性，即挤压过程中金属毛坯处于三向压应力状态，变形后材料组织致密、且具有连续的纤维流向，因而制件的强度有较大提高。这样就可用低强度材料代替高强度材料。例如过去采用20Cr钢经切削加工制造解放牌活塞销，现改用20号钢经冷挤压制造活塞销，经性能测定各项指标，冷挤压法高于切削加工法制造活塞销。从以上特点，可以看出，冷挤压技术与目前各种加工方法比较，具有突出的优越性。这就为冷挤压代替切削加工、锻造、铸造和拉深工艺来制造机器零件，开辟了一条广阔的道路。冷挤压也有其不足之处，在实际的应用中有一些难点需要克服。1.对模具的要求高。冷挤压是毛坯在模具中受三向压应力而是变形抗力显著增大，这使得模具所受的应力远比一般的冲压模大，冷挤压金属粉末时，模具所受的应力常达到2000MPa2500MPa。所以模具除了要有高强度以外，还需要有足够的冲击韧性和耐磨性。所以冷挤压模具使用寿命远低于冲压模具。2.需要大吨位的压机。由于冷挤压时毛坯变形抗力大，需要用几十吨甚至几百吨的压力机。1.1.2冷挤压模具的基本结构典型的冷挤压模具有以下几个部分组成：1 )工作部分。如凸模、凹模、顶出杆等。2 )传力部分。如上、下压力垫板。3 )顶出部分。如顶杆、反拉杆、顶板等。4 )卸料部分。如卸料板、卸料环、拉杆、弹簧等。5 )导向部分。如导柱、导套、导板、导筒等。6 )紧固部分。如上下模板、凸模固定圈、固定板、压板、模柄、螺钉等。1.1.3冷挤压模具分类冷挤压模具具有多种结构形式，可根据冷挤压件的形状、尺寸精度以及材料来选择合适的模具结构形式。冷挤压模可以按一下两个方面分类。按工艺性质分类:正挤压模、反挤压模、复合挤压模、镦挤压模。按有无导向装置分类:导柱导套冷挤压模、模口导向冷挤压模、导筒导向冷挤压模以及无导向冷挤压模。2、工艺分析及模具结构设计2.1制件的工艺性分析及工艺计算2.1.1工艺分析t=40图1 零件图由图1可知，产品为圆片落料、圆片冲孔。产品形状结构简单对称，无狭槽、尖角；孔与孔之间、孔与零件之间的最小距离满足c1.5t要求。（1）尺寸精度 任务书对挤压件的尺寸精度要求为IT12级，查参考文献2知，普通冷挤压时对于该挤压件的精度要求为IT12IT11级，所以尺寸精度满足要求。（2）挤压件表面质量 因为一般的金属粉末冷挤压都会出现粘模的现象，从而导致挤压件表面质量不良。（3）产品材料分析 对于挤压件材料一般要求的力学性能是强度低，塑性高，表面质量和厚度公差符合国家标准。本设计的产品材料为Fe5金属粉末。另外产品对于厚度与表面质量没有严格要求，所以尽量采用国家标准的板材，其挤压出的产品表面质量和厚度公差就可以保证 经上述分析，产品的材料性能符合冷挤压加工要求。3、模具总体设计及主要部件设计3.1径向尺寸算法径向的计算,对于需要整形的零件，一般根据压件成品的尺寸精度要求，先计算整形模的尺寸，然后根据整形模尺寸，计算成型模的尺寸；对于不整形的压件，可直接计算成型模尺寸。从整形余量角度，可将整形分为正整形和负整形。所谓正整形，即留整形余量的整形；负整形是不留整形余量，靠压件变形产生挤压作用的整形。本设计中整形属于负整形。（一） 计算公式1.整形模（1） 阴模孔径: D整=D最小+1 式中: D最小_压件外径最小尺寸,mm；1_外径整形回弹量，查表 （2）芯棒外径: d整=D最大-2式中:d最大_压件内孔最大直径，mm；2 _内孔整形回弹量，查表342.成型模（1）阴模孔径: D成=D整（1+c-g）式中：D整_整形阴模孔径，mm；c_烧结收缩率，% 查表2 g_压坯回弹率，% 查表1 （2）芯棒外径: d成=d整（1+c-g）式中：d整_整形芯棒外径，mm；c_烧结收缩率，% 查表2 g_压坯回弹率，% 查表1表1 铁、铜压坯的回弹率g表2 铁、铜压坯的烧结率c表3 外箍内时的整形余量和回弹量表4全整形时的整形余量和回弹量3.2模板尺寸的确定3.2.1择模板材料根据产品的形状简单、精度不高，要求耐磨性较好、淬火变形小，使用寿命长的特点，凸模和凹模材料选用Cr12Mo4V，上、下模座板材料为常用的Q235，其余非标准件材料选用45钢。3.2.2确定模板尺寸1) 凹模的厚度： H=Kb 式中 b 凹模孔的最大宽度 (mm ) K 系数H 凹模厚度通过差表 系数K=0.35 H=1750.3561.25所以厚度为61.25 。 通过凹模板的确定，可算出其他板的厚度 下模座厚度：61.251.591.875mm 导向板厚度： 12mm 凸模固定板厚度：61.250.849 mm 垫板厚度： 12mm 上模座厚度： 61.251.591.875mm2模板尺寸：下模座：265mm265mm91.875mm 凹模板：196.5mm120mm61.25mm 凸模固定板：196.5mm120mm49mm 垫板：196.5mm120mm12mm 上模座：236.5mm160mm42mm3)选用标准螺钉： 根据模具要求和为便于安装，查模具设计指导书表325 选用8枚M8的圆柱头内六角螺钉。3.2.3挤压凸模与凸凹模结构尺寸确定挤压凸模长度凸模长度应根据冲模的整体结构来确定。一般情况下，在满足使用要求的前提下，凸模越短，其强度越高，材料越省。采用固定卸料板的冲裁模的长度为： Lh 1+ h2 + h3 + (1520)mm式中 h1 凸模固定板的厚度； h2 导向板厚度； h3 增加长度，包括凸模进入凹模的深度(0.5mm1mm； L 凸模长度。式中的(1520)mm 包括凸模进入凹模的深度、凸模修模量、冲模在闭合状态下凹模板到凸固定板的距离。一般根据具体结构再加以修正。 其中 凸模固定板h1=10mm；凹模板厚h2=8mm；导向板厚h3=12mm; 凸模修磨量Y=18则 L=22.4 + 12 + 1 + 20 = 55.4mm 为了加工方便，故冲孔凸模取56mm 。凸模强度（压应力）校核 在一般情况下，凸模的强度是足够是的，无需校核。但对于特别细长的凸模或板料厚度较大的情况，应对凸模进行压应力和弯曲应力的校核，检查其危险断面尺寸和自由长度是否满足长度要求。校核公式为 式中 凸模最小断面积，； 凸模材料的许用压应力，凸模材料选用Cr12MoV，查参考文献2知，（20002500）MPa，取1200 MPa。因为 MPa所以凸模强度校核符合要求。3.3凸模刚度（细长杆失稳）校核校核公式 式中 凸模最大自由高度； E 凸模材料弹性模量，一般取MPa； 凸模最小断面惯性矩，圆形断面； 支承系数，无导板导向；安全系数，钢取23。 代入公式得 mm实际 mm40.96mm 所以凸模刚度符合要求3.4模具总体结构设计本挤压模具无废料排除，当金属粉末搅拌均匀后直接倒入模具型腔内，上、下模合模压制，没有其他的多余的步骤，操作简单方便，应用广泛。但金属粉末在挤压时抗力较大，因此模具所受的应力较大，所以必须严格控制凸凹模的壁厚。以确保足够的强度。3.4.1送料定位机构设计为了取件的方便，将此步骤省略。3.4.2压块的卸除为了简化模具，本设计直接采用下模顶出的方式卸料，3.4.3模具主要零件的一般要求1.阴模（1）阴模的高度应能容纳压坯所需要的松散粉末，并使上下模冲有良好的定位和导向。（2）能保证压坯的几何形状和尺寸精度。（3）工作表面要有良好的粗糙度。（4）工作表面要有高的硬度和良好的耐磨性。（5）在工作压力下应有足够的强度和刚度。（6）根据产品的批量和复杂程度，选择模具材料的优劣。（7）结构上应便于制造和维修，便于安装操作方便。（8）能是压件完好的脱出压模。（9）平磨后须退磁2.芯棒（1）保证压坯的几何形状和尺寸精度（2）工作表面应有良好的粗糙度。（3）与上下冲模应有良好的定位和导向。（4）工作表面要有高的硬度。机动模芯棒的连接或固定端有足够的刚性和韧性，热处理硬度应适当降低。（5）成型异型孔的芯棒结构，应保证能将压件托出芯棒；结构要方便操作，利于工作。（6）设计应考虑材料的利用，较长较大的芯棒可采用组合结构。3模冲（1）工作表面要有足够的硬度和耐磨性，材料的选择与热处理应考虑有适当的韧性。（2）上下模冲对阴模和芯棒应有良好的定位和导向，应有合理的配合间隙，复合的模冲应能脱出压件。（3）上下模冲的工作面和配合面应有良好的粗擦度，非工作段的外径可适当缩小，内孔可适当的放大，以减少精加工与阴模、芯棒的摩擦。（4）有关部位应能保障不垂直度，不平行度和不同心度等技术要求。（5）平磨后须退磁4、压力机的规格压力机的规格主要是根据模具的公称压力通过计算F=180.97查表，的压力机规格如下：公称压力KN 2000滑块行程mm 700滑块行程速度 空程下行 100mm/s 工作 8mm/s 回程 52mm/s最小闭合高度mm 180 最大闭合高度mm 700模具闭合高度应满足HminH10mmH闭HmaxH5mm Hmin 最小闭合高度H 垫板厚度H闭 允许闭合高度Hmax 最大闭合高度所以180mm12mm10mmH闭360mm12mm5mm所以模具的闭合高度应在 178mmH闭343mm压力机可选：YHD32-2005、模具结构细节5.1设计构思在进行模具结构及零件设计时，需首先根据产品确定总体结构，然后一次为基础，详细设计其中的组成零件。这一过程实际上就是自顶向下的设计过程。模具组成零件的形状除受成形工艺形状约束外，还受其在模具中所处的位置及其他零件的关系约束，只有总装在结构基础上，才能获得零件的相关约束，进行零件的设计。 为此，在利用CAD画图时，应采用自顶向下的设计模式，依次实现模具结构及零件的设计。具体表述为：首先，根据产品确定模具的总体框架结构，从典型结构库中实体化一种导向结构图，然后直接在该总体结构下，设计其他相关模具零件，以使零件设计和装配设计相关联。这样，在设计某一零件时，其相关零件的形状变化可被自动处理，从而保证设计结构一致性。当零件设计完成后，可将装配结构中的每一零件输出到相应的文件中，用来产生相应零件的装配图，并标注相关尺寸、技术要求等。5.2销钉 螺钉的安装上下模座各安装四个紧固螺钉，斜对角各安装两个销钉。5.3干涉检验零件装配完成以后，个别零件之间可能出现型号干涉的情况，需对装配体进行干涉检查；否则零件有可能无法安装或正常工作。需对零件重新进行装配或修改零件尺寸，直到消除干涉为止，表明各个零部件被正确安装，可以正常工作。6、模具装配图本次设计采用的是无导向冷挤压成型模，金属粉末填充后，上模下压，一次成型，然后下模顶出。如图7所示图7 1上模座 2上模垫板 3上模固定板 4下模 5下模固定