关 键 词：

含CAD图纸、文档所见所得 JH70 摩托车 主轴 坯冷镦 模具设计 CAD 图纸 文档 所得

资源描述：

购买设计请充值后下载，，资源目录下的文件所见即所得，都可以点开预览，，资料完整，充值下载就能得到。。。【注】：dwg后缀为CAD图，doc,docx为WORD文档，有不明白之处，可咨询QQ:414951605

内容简介：

重 庆 理 工 大 学毕 业 设 计（论文）开 题 报 告题 目 JH70JH70 摩托车主轴坯冷镦模具设计摩托车主轴坯冷镦模具设计 二级学院 机械学院机械学院 专 业 机械设计及自动化机械设计及自动化 班 级 机械机械 5 5 班班 姓 名 李雨菲李雨菲 学 号 1090402051010904020510 指导教师 冯文杰冯文杰 系 主 任 龚海峰龚海峰 时 间 2013.32013.3 1 1、本课题的研究目的及意义、本课题的研究目的及意义 近些年来，冷挤压技术成为一项在各行各业得到迅速发展的新工艺，同时还是机械产品零件加工中的一项重要手段，同其它制造工艺相比，冷挤压工艺具有“优质、高产、低消耗、低成本”等优势。如今，在汽车、电子通信、轻工、建筑、航空航天、军工、日用五金等制造业中都起着极其重要的作用。尤其在21世纪的零件制造业中，产品价格的市场竞争日益剧烈，冷挤压技术已成为各企业继续发展与开拓的重要指标之一。普遍认为，一个国家的冷成形（冷挤压、冷锻、冷镦及冲压等）加工技术水平，是这个国家汽车工业水平、工业化水平乃至现代化水平的一种重要标志和反映。可以说，冷挤压技术在一个国家的工业体系中占有举足轻重的地位。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,用挤压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。同时，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8g。新产品的高要求,将促进精化生产工艺的发展。可以说，冷挤压技术有着十分广阔的发展前景和很大的提升空间。所以，本次毕业设计意义在于：（1）理解掌握冷挤压技术的原理、特点、加工过程以及冷挤压模具的设计制造方法。（2）在对上述基本问题熟练掌握的基础上，对冷挤压技术领域的重点难点问题有一个比较深入的理解，争取产生自己的想法，并针对某些缺陷和不足提出自己的改进方案。（3）在进行毕业设计的过程中通过对以往所学课程的运用对专业知识进行复习、重新理解和融会贯通，并最终运用到生产实际当中去。（4）在毕业设计过程中对自身的自主设计和创新能力得到一个质的提升，对以后的工作有很大帮助。2 2、本人对课题任务书提出的任务要求及实现目标的可行性分析、本人对课题任务书提出的任务要求及实现目标的可行性分析 本人在大学期间系统的学习了材料成形技术基础、机械制图等相关专业课程和金工实习、生产实习等相应实习课程，并会熟练使用 AutoCAD、Solidworks 等制图和三维建模软件。在资料查找方面，学校图书馆提供了大量可供阅读的相关书籍、技术手册、图册等等宝贵资料，同时还可以在互联网上查找到所需内容作为补充。学校的实验室、工程训练中心等场所也为我们提供了充足的实验场所，可以针对毕业设计过程中出现的某些技术问题进行直观的分析和处理。可以说，硬件条件是十分充足的。但在进行毕业设计的过程中还是可能遇到一些问题，比如某些难点问题不能很好的理解，第一次进行比较完整的课题研究缺乏相关经验等。但相信这些问题是可以通过自身努力和指导老师的引导、帮助顺利解决的。综上所述，本人认为实现课题任务书中提出的任务要求是可行的。3、本课题的关键问题及解决问题的思路、本课题的关键问题及解决问题的思路 冷挤压时的单位及压力很大，有时可能达到材料抗拉强度的 4 到 6 倍甚至更高，远超一般金属塑性加工时的单位压力，冷挤压模具的工作条件非常恶劣。这就对冷挤压模具的质量提出了很高的要求，在保证模具正常工作的情况下，还要达到规定的使用寿命。因此，本课题的关键问题就在于模具的材料、结构设计和一定使用寿命的保证。（1）模具的选材及热处理工艺。冷挤压模具工作环境要求其材料具备高硬度、高强度、高韧性、高耐压能力、高耐磨性、足够的耐热性和良好的工艺性能，但是在大多数条件下，要使一种材料同时具备上述所有优良特性是不可能，同时也是不经济的。所以，应该根据具体情况选择最符合使用条件，同时又相对经济廉价的材料。（2）模具的结构设计。因为作用在冷挤压凹模内壁的压力很大，为了防止模具产生纵向开裂，不宜采用整体式结构的冷挤压凹模，而应采取组合凹模的结构。采用组合结构的冷挤压凹模可很好地解决模具纵向开裂的问题。（3）防止模具损坏与保证寿命。冷挤压模具的失效形式主要有磨损、变形、破裂等。为防止模具的早期失效，可选用热硬性好、抗压强度高的高速工具钢作为模具的材料，并经淬火处理，采用圆角过渡，防止应力集中，同时提高毛坯尺寸精度和表面光洁度，采用合适的润滑措施。4、完成本课题所需的工作条件（如工具书、计算机、实验、调研等）及解决办法、完成本课题所需的工作条件（如工具书、计算机、实验、调研等）及解决办法 工作条件：（1）查找工具书，有冷挤压实用技术 机械设计手册 材料成型技术基础 机械工程材料 冲压模具设计与制造 机械制造工艺学 等。（2）实验室和工程训练中心提供了实验场所和设备。（3）相关软件，如 AutoCAD、Solidworks 等。 解决方法：首先阅读课题相关的资料、书籍，提出解决问题的可行办法和具体步骤；然后根据掌握的相关知识制定出摩托车主轴坯冷镦工艺方案并完成与之配套的组合凹模的设计；最后设计出冷镦专用模架并完成三维建模。5、工作方案分析及进度计划、工作方案分析及进度计划本课题的研究总共有八周的时间，划分为四个阶段。 第一阶段，第 12 周，完成 JH70 摩托车主轴坯冷镦工艺方案制定 。 第二阶段，第 34 周，完成冷镦专用模架设计。 第三阶段，第 56 周，完成组合凹模设计。 第四阶段，第 78 周，完成冷镦专用模架的三维建模和平面图纸的绘制，整理设计说明书和参考文献。报告人： 年 月 日指导教师意见 指导教师： 年 月 日开题报告应根据教师下发的设计（论文）任务书，在指导教师的指导下由学生独立撰写。前前 言言 冷挤压成型是指所成型的零件达到或接近成品零件的形状和尺寸1，它是在传统的金属塑性加工基础上发展起来的一项新技术。近几年来，冷挤压技术是各行各业得到迅速发展的新工艺之一，也是产品零件加工中的重要手段，与其它制造工艺（如切削加工、铸造、锻造）相比，它具有“优质、高产、低消耗、低成本”的优点。目前，在汽车、电子通信、轻工、建筑、航空航天、军工、日用五金等制造业中都起着极为重要的作用1。尤其是21世纪的零件制造业中，我国加入 WTO 后，产品价格的市场竞争日益剧烈，冷挤压技术已成为各企业继续发展与开拓的重要指标之一2。普遍认为，一个国家的冷成形（冷挤压、冷锻、冷镦及冲压等）加工技术水平，是这个国家汽车工业水平、工业化水平乃至现代化水平的一种重要标志和反映。1.1.冷挤压基本概念冷挤压基本概念1.1冷挤压加工简介 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1。目前，我国已能对铅、锡，铝、铜、锌及其合金、低碳钢、中碳钢、工具钢、低合金钢与不锈钢等金属进行冷挤压，甚至对轴承钢、高碳高铝合金工具钢、高速钢等也可以进行一定变形量的冷挤压。在挤压设备方面，我国已具备设计和制造各级吨位挤压压力机的能力。除采用通用机械压力机、液压机、冷挤压力机外，还成功地采用摩擦压力机与高速高能设备进行冷挤压生产。1.2 冷加压加工的分类1 1.2.1 正挤压 正挤压时，金属的流动方向与凸模的运动方向一致。正挤压可以制造各种形状的实心件和空心件，如螺钉、芯轴、顶杆、支架、管子、套管、弹壳及衬套等。 1.2.2 反挤压 反挤压时，金属的流动方向与凸模的运动方向相反。反挤压可以获得各种形状的杯形 空心工件，如罩壳、外壳、套筒、套管、屏蔽罩及灯座等。 1.2.3 复合挤压 挤压时，毛坯一部分金属流动方向与凸模运动方向相同，而另一个部分金属流动方向与凸模运动方向相反。这是正挤压和反挤压组合在一起的一种挤压方法。复合挤压方法可以制造双杯类零件，如汽车活塞销4；也可以制造杯杆类零件，如缝纫机梭芯。 1.2.4 径向挤压 挤压时，金属的流动方向与凸模运动方向相垂直。径向挤压又可分为向心挤压和离心挤压，径向挤压用来制造斜齿轮、花键盘等零件。 1.2.5 减径挤压 它是变形程度较小的一种变态正挤压法，毛坯截面仅作轻度的缩减。减径挤压主要用于制造直径差不大的阶梯轴类零件以及作为深孔杯形件的修整工序。 1.2.6 斜向挤压 挤压时，金属的流动方向倾斜或弯曲于凸模的运动方向。斜向挤压主要用于制造具有倾斜或弯曲枝芽的各种复杂形状零件。 1.2.7 镦挤法 变形时，金属的流动具有挤压和镦粗的特点，即一部分金属沿凸模轴向流动，另一部分金属则沿径向流动2。它是冷镦与冷挤压相结合的一种成形方法，称为镦挤法。镦挤法主要用于制造大头类零件及阶梯轴类零件。正挤压、反挤压、复合挤压与减径挤压是冷挤压方法中应用最广的四种成形方法。这四种方法的金属流动方向都与凸模的轴线平行，因此又统称为轴向冷挤压。2 2. .冷冷挤挤压压工工艺艺的的特特点点2.1 冷挤压工艺的优点 2.1.1 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2。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)。 2.1.2 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。 2.1.3 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。 2.1.4 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。 2.1.5 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。2.2 冷挤压工艺的缺点 2.2.1 变形抗力高 冷挤压时，被挤压材料的变形抗力较高，其中最有实用意义的是钢的冷挤压，其变形抗力高达 2000MPa 以上3。这样的超高压力，对模具材质、结构以及加工制造等提出了更高的要求。 2.2.2 模具寿命短 由于冷挤压模具承受着很大的单位压力作用，最高可达3000MPa，模具易磨损、易破坏；虽然在模具材料和模具结构等方面采用了很多有效的措施，但与冲压模具相比，其使用寿命还是不高的。据有关资料统计，正挤压用的钢制凸模平均寿命为 2 万件左右，凹模为 3 万件左右8；而冲裁或拉深的模具寿命一般高达 10 万件以上。 2.2.3 对毛坯的要求较高 冷挤压加工时对毛坯的要求比其他金属塑性成形加工工艺都高，否则，会是模具受到损坏。对与冷挤压毛坯，除了要求毛坯具有准确的几何形状和较高的尺寸精度外，还要求再冷挤压变形之前对毛坯进行一定的软化退火处理及表面润滑处理。 2.2.4 对冷挤压设备要求较高 当实施冷挤压工艺过程时，除了要求冷挤压设备应有较大的强度以外，还要求有较好的刚度。此外，还要求设备具有良好的精度并具有可靠的保险装置。3.13.1 冷挤压模具设计冷挤压模具设计 冷挤压时的单位及压力很大，有时可能达到材料抗拉强度的 4 到 6 倍甚至更高，远超一般金属塑性加工时的单位压力。在冷挤压过程中，单位及压力大小主要是受模具强度的限制，当今所用的冷挤压模具材料强度最高为 2500 到3000MPa。如果超过这个值，模具就将被破坏，或降低模具寿命。由此可见，冷挤压模具的工作条件极其恶劣7。所以，为了确保模具的正常工作和使用寿命，模具必须能耐静态高压，耐冲击，经受得住工件和模具表面之间的摩擦，同时要耐疲劳。作用在模具上的压力必须引导到压力机工作台面和压力机机架上。虽然金属在压缩下发生塑性变形，但是模具中的工作应力却是一个复杂的抗张、抗压力和切应力的联合应力5。由于工作应力很高，模具承载时将会产生明显的弹性变形。因此，模具设计者必须找出一个能承受和分配这种应力和应变的途径。综上所述，对于冷挤压模具设计的基本要求如下：（1）冷挤压模具部分的材料应具有高强度、高硬度、高耐磨性、一定的韧性以及良好的热硬性、热稳定性、耐热疲劳性等性能，并应选用合适的加工方法和热处理规范。（2）模具工作部分的过渡处应采用光滑的圆角过渡，以防止产生较大的应力集中而开裂，造成模具的早期失效11。（3）模具工作部分上下底板之间一定要设有厚实的经淬硬的压力垫板以承受压力，扩大承压面积，使从凸模或凹模传来的高压力得到较大程度的缓和，防止压坏上下底板6。（4）冷挤压时，凹模内腔要受到很大的径向应力作用，在强度不足时就会发生切向破裂，为了提高模具工作部分的强度，冷挤压凹模一般不采用整体式结构，而采用施加预应力的组合式结构12，凸模有时也采用组合式结构。（5）上下底板一般不采用铸铁材料制造，而采用足够厚度的中碳钢经锻造或直接用钢板制成，以保证模具具有较高的强度和刚性。4.14.1 冷挤压技术现状及发展方向冷挤压技术现状及发展方向 4.1 冷挤压的发展概况 冷挤压技术发展的初期是非常缓慢的，长期以来只对几种软金属（铅和锡）进行挤压。直到 19 纪末 20 世纪初，才开始挤压较硬的有色金属（锌、铝、紫铜、黄铜等）至于钢的挤压，由于冷挤压时需要很大的压力，在当时不能解决挤压钢用的 模具材料、合适的润滑剂与大吨位的压力机等问题，长时间一直认为挤压钢是十分困难甚至是不可能的。1906 年，英国人科斯利特（ T.W.coslett）发现用磷酸盐处理钢件制品是一种较理想的防锈方法，但工序繁多，而经济效益又差，故未被广泛采用。不过，这种防锈法的出现却极大地激发了人们去研究更简单而有效的新方法的积极性。到后来，用自动连续装置对钢毛坯进行磷酸锌防锈处理只需要两分钟。经磷酸锌处理过的毛坯表面附有脂肪润滑剂或钠皂薄膜，且这层薄膜不易脱落，挤压这种毛坯时，压力较小。这个发现使人们找到了一种理想的钢毛坯表面处理法一磷化皂化法。磷化皂化处理钢毛坯表面方法的出现使钢的挤压成为可能。1934 年，德国人采用磷化皂化法成功地冷挤出钢管9。二次世界大战期间，德国人需要大量弹壳，当时黄铜又供应不足，于是德国人秘密试验用冷挤压生产钢弹壳、后来，采用 合金工具钢 作模具材料，用冷挤压成功地挤出大批量钢弹壳类零件。第二次世界大战 以后，美国人窃取了德国人关于钢的冷挤压的全部资料，开始在美国用冷挤压秘密生产军火，开办了很多生产钢弹壳和弹体的军工厂。钢的冷挤压于 1947 年才正式用于民用工业。美国于 1949 年发表了各种钢材冷挤压后机械性能的实验数据。德国于1950 年、1953 年先后公布了钢的冷挤压的基本技术数据及冷挤压力和挤压功的实验结果。1957 年，日本引进了专用冷挤压机，开始在精密仪器和仪表中采用冷挤压技术。日本见这种新技术经济效益显著，很快把这种技术用于制造汽车和电气制件。现已成为遍及各个工业部门的重要加工手段。 3.2 冷挤压技术发展趋势 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。因此用挤压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。 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10。新产品的高要求，将促进精化生产工艺的发展。 专业化、规模化的组织生产仍是冷挤压生产的发展方向和趋势。在法国，以挤压成形工艺生产锻件的专业厂家19911994 年全员劳动生产率 ，即每人生产挤压件的产量及产值，均高于一般生产模锻件或者自由锻件的厂家。以 1994 年为例，专业厂家挤压件人均产量为 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，仅相当于挤压件专业生产厂家的77.1%和76.37%。自由锻件生产厂与之相比则更低。 挤压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挤压、温挤压工艺的推广应用，多工位冷挤压压力机、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。 新昌轴承套圈的冷挤大面积应用是在邵银标工程主导下发展起来，目前国内轴承套圈的冷挤压成型占了较大份额。参参考考文文献献：1洪慎章.冷挤压实用技术 .北京：机械工业出版社 ,20042贾俐俐.挤压工艺及模具 .北京：机械工业出版社 ,20043傅仕伟, 王珉, 左敦稳. 冷挤压孔抗疲劳增寿机理与试验研究J. 航空工艺技术, 19984刘长珍, 唐有乾, 李立. 开缝衬套冷挤压孔工艺J.航空制造技术, 20005冯文杰，陈莹莹，陈碧楠. 矩形花键轴冷挤压模具的失效形式分析. 机械设计与制造，20086宋鵾，冯文杰，杨涛，等. 弧齿锥齿轮冷挤压齿形凹模使用寿命. 重庆工学院学报：自然科学版，20087高锦张，陈文琳，贾俐俐. 塑性成形工艺与模具设计(第二版). 北京：机械工业出版社，20088上海交通大学冷挤压技术编写组. 冷挤压技术. 上海：上海人民出版社，19769洪深泽. 冷挤压工艺及模具设计. 合肥：安徽科学技术出版社，198510杨长顺. 冷挤压模具设计. 北京：国防工业出版社，199411冯宝伟,胡江东.日本汽车零件的冷锻技术.锻压机械,199812谢建新,刘静安,金属挤压理论与技术,北京:冶金工业出版社,200113CHUL S. LEE and ROBERT M. CADDELL Department of Mechanical Engineering, University of Michigan, Ann Arbor, Mich. (U.S.A.) Cold Extrusion and Cold Drawing of Polymeric Rod: The Influence on Subsequent Tensile and Compressive Mechanical Properties 14C.S. LEE, R.M. CADDELL and A.G. ATKINS Department of Mechanical Engineering, The University of Michigan, Ann Arbor, Mich. (U.S.A.)Heat Treatment of Cold Extruded Polycarbonate: Some Implications for Design Engineers 15Jun-Seok Choi, Hyun-Chul Lee and Yong-Taek Im National Research Laboratory for ComputerAided Materials Processing, Department of Mechanical Engineering, KAIST, 373-1, Guseong dong, Yuseong gu, Daejeon, 305-701, Korea.A study on chevron crack formation and evolution in a cold extrusion重重 庆庆 理理 工工 大大 学学文 献 翻 译二级学院 机械学院 班 级 机械 5 班 学生姓名 李雨菲 学 号 10904020510长梯形花键的冷挤压及其成形分析长梯形花键的冷挤压及其成形分析Yuan Anfu收稿日期：2007.8.21，接受日期：2008.3.10，网上发表日期：2008.4.15施普林格出版社伦敦有限公司 2008 年版权所有摘要：摘要：由于刚度的原因，长梯形花键的加工时十分困难的。在本文中，一种基于三维速度场的分析和对分析模拟软件 Deform-3D 5.0 的应用的特殊冷挤压技术已经应用于加工一种合格的 12840 的 16 齿梯形花键上。关键词：关键词：冷挤压，矩形花键，成形极限，变形1.介绍 由于矩形花键的根部很厚，故一般被应用于传递较大载荷的场合。因此，它被广泛应用与汽车工业中力的传递。本文主要聚焦于一个机械工业中的难题长梯形花键的加工。传统的机械加工手段，如铣、滚齿等由于其低下的效率和加工质量而不能不能用于批量生产这种花键。所以一些特殊制造方法如扭转、挤压等已经越来越被广泛应用。即便如此，正如图 1 中看到的那样，对于长梯形花键来说，二者在成形 17部分的时候仍存在一些难题。2.成形的细节部分图 1 指的是将要被加工的长梯形花键，其详细信息如下：齿数：16 齿厚：1.3 材料：20Cr（GB）弹性模量：205Gpa 泊松比：0:29 密度：7850Kg/m3屈服强度：685Mpa 齿顶圆直径：Dt=12.8mm 齿根圆直径：10.86mm3.解决步骤：对于制造出一个合格的产品来说，存在两个待解决的问题： 3.1 模腔的结构：在挤压的过程中，模腔的结构直接影响变形的工件和应力应变分布。因此，有必要设计一种合理的模具结构，以适应实际成形条件来获得尽可能低的成形力。基于对挤压过程中金属流动规律的研究，可以设计出一种较为合理的模具结构。然后在相同实际条件下挤压的情况用 Deform 软件模拟。最后根据上述两个结果制造出挤压模具。 3.2 成形部分的刚度：至于本文中细长工件的成形，如何保证工件在冷挤压过程中刚度足够成为了一个压倒性的问题。所以，在实际挤压的过程中，传统的推压力被改变为拉力，同时被特殊机构支撑。上述这些技术被证明是行之有效的。 图 14.挤压分析在本文中，所有的分析都是在开模挤压的基础上进行的。 4.1 花键轴的形状函数由于梯形曲线的对称性，只有一半的形状绘制在图 2 中。根据此梯形花键的工作原理，得到它的表面形状函数如下： （1）其中，L 为模具型腔工作区的有效长度；Rb为基圆半径；g()的定义如下： （2）其中 Rt为花键的齿顶圆半径；Rr为花键的齿根圆半径；SR()为描述梯形花键的方程，如下： （3）其中，k为花键的压力角；t当花键顶圆是极半径时为角。 图 2 图 3 4.2 实际角度根据梯形花键的实际尺寸，式子（1） （2） （3）可被转化如下：1=5.83。 2=6.88。 3=12.3。 区域 1： （4）区域 2： （5）区域 3： （6）5.挤压仿真 本文中，应用了 Deform 软件模拟挤压过程，从而得出上述结论。仿真环境与下述实际情况是相似的： 5.1 仿真的目的 为了降低制造成本，节约时间和尽快获得一个合格花键，在本文中，对挤压的仿真已经完成。所以，仿真的目的在于获得基于工件在挤压过程中的应力应变光导角 （如图 5 所示） 。 5.2 仿真环境 分析软件：Deform-3D 5.0 分析模式：传热和形变 工件材料：AISI-1045（与 Cr20 类似） 目数：70000 节点：14452 元素：62766 分析步骤数：100 顶部和工件的摩擦系数：0.3 底部和工件的摩擦系数：0.085.3 设置模型和仿真 仿真模型如图 5 所示，该结构底模为图 4。底模和顶模的直径分别为 45和 25，厚度均为 10mm。在这个模型中，底模和顶模都是刚性的，工件的材料为塑料。在挤压过程中，顶模以 0.1mm/s 恒定的速度向下移动。工件的直径和长度分别为 12.9 和 25mm。在相同的条件下，对三组角度不同底模进行了仿真，分别为 20,25和 30。 图 4 图 55.4 仿真结果 步骤 10 的应变分布和步骤 24 的应力分布分别如图 6、7 所示。其他的最大应力和应变在这两个步骤中的值在表 1 中列出。图 8 是步骤 82 的仿真结果。 图 6 图 7从上述这些结果可以得出以下几个点：（1）不同导角的应力差异不明显，而不同导角的应变差异明显，而且最佳底模导角是 25。（2）通过挤压点可以看出，当导角为 25时最佳，而且在此角度下没有出现“锻压损失”且工件的挤压质量最高（见图 8） 。 图 86.实际挤压成型 结核和分析结果，我们以 25的导角打开底模。实际加工条件如下： 挤压机：特殊目的加工机 传力介质：高压液压油 油缸尺寸：4001000 工作压力：15 Mpa 工件材料：20Cr 润滑：油润滑 速度：约 1.4 mm/s 模具材料：烧结合金 负载模式下的挤压力：拉而不是推 为了得到高质量的产品，有一点值得注意的地方是：如何使工件在挤压过程中保持稳定。在该实验中，专用设备组装的部分可以保持稳定，且在挤压过程中不变形。此外，导向精度也十分重要，否则挤压力不能保持稳定，工件表面可能还会出现裂纹（如图 9 所示） 。 图 97.结论基于其效率高、精度高的优点，挤压技术在制造业中越来越多的引起了人们的关注。挤压也被称为无屑加工。尤其在某些部分的批量生产中挤压成为唯一的成形方式。从本文中可以得出如下结论：（1）上界分析是一种有用且有效的方法来计算在挤压过程中所需的理论功率，而且只要建立的模型与实际生产条件形似，则分析结果是准确的。（2）在一些合适的软件（如 Deform）的帮助下，成型过程模拟已经被广泛应用与日常生活中。根据仿真结果，在挤压模具投入生产之前可以对一些结构和参数进行必要的调整或修改。（3）关于细长花键的成形，除了挤压加工都要考虑的因素之外首先需要考虑的问题是刚度和稳定性，否则无法制造出合格的产品。（4）CAE 技术是个非常有用的工具，可以节省很多时间和成本。（5）到目前为止，在测试期间，虽然存在一些问题（如生产效率和找到最佳的挤压技术） ，一个合格的产品是可以被加工出来的。 编号 毕 业 设 计（论文）题目：JH70 摩托车主轴坯冷镦成形模具设计 二级学院 机械工程学院 专 业 机械设计制造及其自动化 班 级 机械设计六班 学生姓名 李雨菲 学号 10904020510 指导教师 冯文杰 职称 教授 时 间 2013.6 重庆理工大学毕业论文 JH70 摩托车主轴坯冷镦成形模具设计目 录摘要Abstract1.绪论 11.1 概述11.2 冷挤压技术的分类及简介11.3 冷挤压技术的特点2 1.3.1 冷挤压的优点2 1.3.1 冷挤压的缺点31.4 冷挤压技术现状及发展方向41.5 本课题要求51.6 预期目标及效果52.冷挤压零件62.1 零件基本尺寸及三维模型62.2 毛坯零件的选择及其性能指标72.3 零件加工前准备8 2.4 毛坯变形程度9 3.冷挤压模具设计11 3.1 冷挤压模架整体结构设计113.2 模具主要零部件的设计13 3.2.1 上模板的设计13 3.2.2 上模座的设计14 3.2.3 垫板的设计15重庆理工大学毕业论文 JH70 摩托车主轴坯冷镦成形模具设计 3.2.4 下模座的设计15 3.2.5 下模预应力圈的设计16 3.2.6 下模板的设计17 3.2.7 模圈导向套的设计18 4.组合凹模设计19 4.1 组合凹模结构形式的确定204.2 组合凹模各圈直径的确定204.3 组合凹模径向过盈量及轴向压合量的确定215.模具及其零部件的三维建模23 5.1 冷镦模具装配体三维模型23 5.2 非标准零部件三维模型24 6.总结30 7.致谢31参考文献32 重庆理工大学毕业论文 JH70 摩托车主轴坯冷镦成形模具设计摘要 本文主要针对 JH70 摩托车主轴坯冷镦成形模具的设计。本课题研究的核心问题是冷挤压组合凹模的设计。通过被加工零件的尺寸以及变形程度确定冷挤压的单位挤压力，从而确定冷挤压组合凹模的结构形式以及各圈直径，最后确定组合凹模的径向过盈量以及轴向压合量。再通过组合凹模的尺寸、形状确定冷镦模架其它零部件的形状及尺寸，从而最终确定整个模架结构、尺寸以及组合形式等要素。通过查阅设计手册确定各个模架零部件的材料。本模具采用模口导向的形式保证在上、下模合模过程中的同轴度。本文还对整个冷挤压模具进行了三维建模，以便直观的表达冷挤压模具零部件的外形以及零件之间装配关系，方便读者对整个模具的工作原理及过程有一个清晰的了解。关键词：冷挤压、主轴坯、组合凹模、三维建模重庆理工大学毕业论文 JH70 摩托车主轴坯冷镦成形模具设计IAbstract This paper focuses JH70 Motorcycle spindle blanks cold upsetting mold design. The core problem of this research is a combination of cold extrusion die design. By the size of parts to be machined as well as to determine the degree of deformation of cold extrusion extrusion pressure units, in order to determine a combination of cold extrusion die of the structure as well as the diameter of the circle, and finally determine the composition of the die and the amount of interference radial axial compressive aggregate amount. Die through a combination of size, shape, cold heading mold to determine the shape and size of other components, which ultimately determine the overall mold structure, size and combination of other factors. Researching Design Manual to determine the various parts of the mold material. The mold is made in the form of the guide die to ensure the upper and lower mold clamping process of the concentricity. This paper also carried out throughout the cold extrusion dies three-dimensional modeling, there is a clear understanding to express the intuitive parts of cold extrusion die assembly relations between parts shape and allow readers to work on the whole principle and process of the mold .Keywords：cold extrusion，spindle blanks，conbination die，Three-dimensional modeling重庆理工大学毕业论文 JH70 摩托车主轴坯冷镦成形模具设计II重庆理工大学毕业论文 JH70 摩托车主轴坯冷镦成形模具设计01.绪论1.1 概述冷挤压成型是指所成型的零件达到或接近成品零件的形状和尺寸，它是在传统的金属塑性加工基础上发展起来的一项新技术。近几年来，冷挤压技术是各行各业得到迅速发展的新工艺之一，也是产品零件加工中的重要手段，与其它制造工艺（如切削加工、铸造、锻造）相比，它具有“优质、高产、低消耗、低成本”的优点。目前，在汽车、电子通信、轻工、建筑、航空航天、军工、日用五金等制造业中都起着极为重要的作用。尤其是 21 世纪的零件制造业中，我国加入 WTO 后，产品价格的市场竞争日益剧烈，冷挤压技术已成为各企业继续发展与开拓的重要指标之一。普遍认为，一个国家的冷成形（冷挤压、冷锻、冷镦及冲压等）加工技术水平，是这个国家汽车工业水平、工业化水平乃至现代化水平的一种重要标志和反映。1.2 冷挤压技术的分类及简介 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。目前，我国已能对铅、锡，铝、铜、锌及其合金、低碳钢、中碳钢、工具钢、低合金钢与不锈钢等金属进行冷挤压，甚至对轴承钢、高碳高铝合金工具钢、高速钢等也可以进行一定变形量的冷挤压。在挤压设备方面，我国已具备设计和制造各级吨位挤压压力机的能力。除采用通用机械压力机、液压机、冷挤压力机外，还成功地采用摩擦压力机与高速高能设备进行冷挤压生产。冷加压按金属流动方向可分为以下几类： 正挤压 正挤压时，金属的流动方向与凸模的运动方向一致。正挤压可以制造各种形状的实心件和空心件，如螺钉、芯轴、顶杆、支架、管子、套管、弹壳及衬套等。 反挤压 反挤压时，金属的流动方向与凸模的运动方向相反。反挤压可以获得各种形状的杯形空心工件，如罩壳、外壳、套筒、套管、屏蔽罩及灯座等。 复合挤压 挤压时，毛坯一部分金属流动方向与凸模运动方向相同，而另重庆理工大学毕业论文 JH70 摩托车主轴坯冷镦成形模具设计1一个部分金属流动方向与凸模运动方向相反。这是正挤压和反挤压组合在一起的一种挤压方法。复合挤压方法可以制造双杯类零件，如汽车活塞销；也可以制造杯杆类零件，如缝纫机梭芯。 径向挤压 挤压时，金属的流动方向与凸模运动方向相垂直。径向挤压又可分为向心挤压和离心挤压，径向挤压用来制造斜齿轮、花键盘等零件。 减径挤压 它是变形程度较小的一种变态正挤压法，毛坯截面仅作轻度的缩减。减径挤压主要用于制造直径差不大的阶梯轴类零件以及作为深孔杯形件的修整工序。 斜向挤压 挤压时，金属的流动方向倾斜或弯曲于凸模的运动方向。斜向挤压主要用于制造具有倾斜或弯曲枝芽的各种复杂形状零件。 镦挤法 变形时，金属的流动具有挤压和镦粗的特点，即一部分金属沿凸模轴向流动，另一部分金属则沿径向流动。它是冷镦与冷挤压相结合的一种成形方法，称为镦挤法。镦挤法主要用于制造大头类零件及阶梯轴类零件。正挤压、反挤压、复合挤压与减径挤压是冷挤压方法中应用最广的四种成形方法。这四种方法的金属流动方向都与凸模的轴线平行，因此又统称为轴向冷挤压。1.3 冷挤压技术特点1.3.1 冷挤压的优点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)。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。 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、甚至几重庆理工大学毕业论文 JH70 摩托车主轴坯冷镦成形模具设计2百倍。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。 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。 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。1.3.2 冷挤压的缺点变形抗力高 冷挤压时，被挤压材料的变形抗力较高，其中最有实用意义的是钢的冷挤压，其变形抗力高达 2000MPa 以上。这样的超高压力，对模具材质、结构以及加工制造等提出了更高的要求。模具寿命短 由于冷挤压模具承受着很大的单位压力作用，最高可达3000MPa，模具易磨损、易破坏；虽然在模具材料和模具结构等方面采用了很多有效的措施，但与冲压模具相比，其使用寿命还是不高的。据有关资料统计，正挤压用的钢制凸模平均寿命为 2 万件左右，凹模为 3 万件左右；而冲裁或拉深的模具寿命一般高达 10 万件以上。对毛坯的要求较高 冷挤压加工时对毛坯的要求比其他金属塑性成形加工工艺都高，否则，会是模具受到损坏。对与冷挤压毛坯，除了要求毛坯具有准确的几何形状和较高的尺寸精度外，还要求再冷挤压变形之前对毛坯进行一定的软化退火处理及表面润滑处理。对冷挤压设备要求较高 当实施冷挤压工艺过程时，除了要求冷挤压设备重庆理工大学毕业论文 JH70 摩托车主轴坯冷镦成形模具设计3应有较大的强度以外，还要求有较好的刚度。此外，还要求设备具有良好的精度并具有可靠的保险装置。1.4 冷挤压技术现状及发展方向冷挤压技术发展的初期是非常缓慢的，长期以来只对几种软金属（铅和锡）进行挤压。直到 19 纪末 20 世纪初，才开始挤压较硬的有色金属（锌、铝、紫铜、黄铜等）至于钢的挤压，由于冷挤压时需要很大的压力，在当时不能解决挤压钢用的模具材料、合适的润滑剂与大吨位的压力机等问题，长时间一直认为挤压钢是十分困难甚至是不可能的。1906 年，英国人科斯利特（ T.W.coslett）发现用磷酸盐处理钢件制品是一种较理想的防锈方法，但工序繁多，而经济效益又差，故未被广泛采用。不过，这种防锈法的出现却极大地激发了人们去研究更简单而有效的新方法的积极性。到后来，用自动连续装置对钢毛坯进行磷酸锌防锈处理只需要两分钟。经磷酸锌处理过的毛坯表面附有脂肪润滑剂或钠皂薄膜，且这层薄膜不易脱落，挤压这种毛坯时，压力较小。这个发现使人们找到了一种理想的钢毛坯表面处理法一磷化皂化法。磷化皂化处理钢毛坯表面方法的出现使钢的挤压成为可能。1934 年，德国人采用磷化皂化法成功地冷挤出钢管。二次世界大战期间，德国人需要大量弹壳，当时黄铜又供应不足，于是德国人秘密试验用冷挤压生产钢弹壳、后来，采用合金工具钢作模具材料，用冷挤压成功地挤出大批量钢弹壳类零件。第二次世界大战以后，美国人窃取了德国人关于钢的冷挤压的全部资料，开始在美国用冷挤压秘密生产军火，开办了很多生产钢弹壳和弹体的军工厂。钢的冷挤压于 1947 年才正式用于民用工业。美国于 1949 年发表了各种钢材冷挤压后机械性能的实验数据。德国于1950 年、1953 年先后公布了钢的冷挤压的基本技术数据及冷挤压力和挤压功的实验结果。1957 年，日本引进了专用冷挤压机，开始在精密仪器和仪表中采用冷挤压技术。日本见这种新技术经济效益显著，很快把这种技术用于制造汽车和电气制件。现已成为遍及各个工业部门的重要加工手段。 随着能源危机的日趋严重，人们对环境质量将更加关注，加之市场竞争重庆理工大学毕业论文 JH70 摩托车主轴坯冷镦成形模具设计4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。因此用挤压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。 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。 专业化、规模化的组织生产仍是冷挤压生产的发展方向和趋势。在法国，以挤压成形工艺生产锻件的专业厂家19911994 年全员劳动生产率，即每人生产挤压件的产量及产值，均高于一般生产模锻件或者自由锻件的厂家。以 1994 年为例，专业厂家挤压件人均产量为 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，仅相当于挤压件专业生产厂家的77.1%和 76.37%。自由锻件生产厂与之相比则更低。 挤压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挤压、温挤压工艺的推广应用，多工位冷挤压压力机、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。新昌轴承套圈的冷挤大面积应用是在邵银标工程主导下发展起来，目前国内轴承套圈的冷挤压成型占了较大份额。1.5 本课题要求1、完成 JH70 摩托车主轴坯冷镦工艺方案制定 。 2、完成冷镦专用模架设计。 3、完成组合凹模设计。 4、完成冷镦专用模架的三维建模。1.6 预期目标及效果 1、掌握冷镦专用模架的设计方法。 2、掌握组合凹模的设计方法。 3、熟练应用三维软件对冷挤压模具进行三维建模。2.冷挤压零件重庆理工大学毕业论文 JH70 摩托车主轴坯冷镦成形模具设计52.1 零件基本尺寸及三维模型冷镦零件如下图所示：图 1由二维零件图建立三维模型如下：图 22.2 毛坯材料的选择及其性能指标毛坯零件图如下图所示：重庆理工大学毕业论文 JH70 摩托车主轴坯冷镦成形模具设计6图 3毛坯材料选取 20CrMo 钢，材料的基本情况如下：牌号：20CrMo标准：GB/T 3077-1988对应标准：JIS G4053：2003ASTM A29M：2005ISO 683-18：1996统一数字代号：A3020220CrMo 钢的淬透性较高，无回火脆性，焊接性相当好，形成冷裂的倾向很小，可切削性及冷应变塑性良好。一般在调质或渗碳淬火状态下使用，用于制造在非腐蚀性介质及工作温度低于 250、含有氮氢混合物的介质中工作的高压管及各种紧固件、较高级的渗碳零件，如齿轮、轴等。化学成份：碳 C ：0.170.24 硅 Si：0.170.37 锰 Mn：0.400.70重庆理工大学毕业论文 JH70 摩托车主轴坯冷镦成形模具设计7硫 S ：允许残余含量0.035 磷 P ：允许残余含量0.035 铬 Cr：0.801.10 镍 Ni：允许残余含量0.030 铜 Cu：允许残余含量0.030 钼 Mo：0.150.25力学性能：抗拉强度 b (MPa)：885(90) 屈服强度 s (MPa)：685(70) 伸长率 5 (%)：12 断面收缩率 (%)：50冲击功 Akv (J)：78 冲击韧性值 kv (J/cm2)：98(10)硬度 ：197HB 试样尺寸：试样毛坯尺寸为15mm2.3零件加工前准备毛坯软化处理为了改善材料的冷挤压性能，提高塑性降低硬度和变形抗力，消除内应力和得到良好的金相组织，以降低单位挤压力和提高模具使用寿命，在冷挤压加工之前或多道冷挤压工序之间，必须对毛坯进行软化处理。20CrMo 钢采用球化退火作为其软化热处理工艺，使珠光体中的渗碳体及二次渗碳体球化而进行的一种退火。20CrMo 钢的退火规范如下图所示： 图3 20CrMo 钢的球化退火规范毛坯表面处理与润滑重庆理工大学毕业论文 JH70 摩托车主轴坯冷镦成形模具设计8为了降低冷挤压件与冷挤压模工作部分的摩擦，降低冷挤压的单位挤压力，提高冷挤压件的表面质量，减少模具的磨损，对冷挤压毛坯进行润滑与表面处理。对该冷挤压零件润滑于表面处理主要包括以下内容： （1）去除表面缺陷。 （2） 清洁、去脂、濯洗。 （3）去除表面氧化层（用酸洗或机械处理） （4）在毛坯表面形成特殊的润滑支撑层磷酸盐处理。 （5）润滑处理。 其中（1）（3）项处理的目的是改善表面质量，并为以后的磷酸盐处理和润滑处理做好准备。 具体操作如下：采用软轴砂轮或抛光轮进行机械的清理以实现去除表面缺陷。在清洁、去脂和濯洗工序，采用以下配方作为清洗剂：氢氧化钠 60100g/L 碳酸钠（大苏打） 6080g/L 磷酸钠 2580g/L 水玻璃 1015g/L 处理温度为85，处理时间控制在1525分钟。在进行去油处理后要对效果进行检查，用水直接淋在零件上，如果已彻底去油，则谁能浸润所有表面。在化学去油后，要在热水中对毛坯进行冲洗，在80的热水中进过46次吊动。在去除表面氧化层工艺中，采用酸洗处理。将毛坯浸入硫酸、盐酸或其混合液中，使锈层逐渐剥落或溶解。酸洗溶液成分及处理工艺如下：硫酸 ：120180g/L，盐：810g/L，处理温度为6575，处理时间控制在515分钟。2.4毛坯变形程度重庆理工大学毕业论文 JH70 摩托车主轴坯冷镦成形模具设计9 冷镦时，毛坯高度减小，直径增大，变形程度用下式表示： ，式中，100%00HHHh冷镦时变形程度（%） ；毛坯镦粗前的高度（mm） ；H毛坯h0H镦粗后的高度（mm） 。 根据上式计算出本次冷镦的毛坯变形程度为=16.15%h 重庆理工大学毕业论文 JH70 摩托车主轴坯冷镦成形模具设计103.冷挤压模具设计 冷挤压的最大特点之一是单位挤压力很大，可能达到材料抗拉极限的 4 到6 倍甚至更高，远超一般塑性加工过程的单位挤压力。冷挤压模具连续工作时温度可达 200-300，有时还可能更高。可见，冷挤压模具的工作环境是相当恶劣的。这就对模具的结构、材料、加工工艺等方面提出了比较高的要求，以使其具有耐高压、耐冲击和耐摩擦等特点，从而在恶劣的工作条件下能过正常工作，同时保证一定的使用寿命。所以，所设计的冷挤压模具应具有以下特点：（1）模具应具有足够的刚度及强度，在冷热温度及交变应力环境下，模具所选用材料应保证不被破坏或变形而失效。所以如上、下模板等模具零件应保证有足够的厚度，直接工作的零件应选用较好的材料。（2）模具的工作部分要有足够的韧性及耐磨性，如采用专用模具钢作为上、下凹模的材料。（3）易损零件应保证拆卸及安装快捷，便于更换，在大量生产过程中，要保证易损件具有较好的互换性。（4）凸、凹模应具有合理的几何形状，以避免产生应力集中，有利于金属在挤压过程中的塑性流动，降低单位及压力，提高模具的承载能力。（5）模具应具有比较精确的导向装置，以使模具从开始挤压到挤压结束的整个过程中都能有比较良好的对中性和同轴度，如此才能保证制造出符合要求的挤压件。尤其是当压力机导向精度较低，而产品要求精度要求又较高时，一个合适模具导向装置则显得更为重要。（6）必须保证操作人员在使用模具生产过程中的安全，尽量使安装、拆卸模具的过程简化，易于操作。（7）在保证使用要求和一定使用寿命的前提下，尽量降低模具的生产成本。如在模具材料，制造工艺，加工精度的选择上严格控制成本。综合以上设计要求，并结合具体模具的实际情况，JH70 摩托车主轴坯冷镦模具模架及主要零部件设计如下：重庆理工大学毕业论文 JH70 摩托车主轴坯冷镦成形模具设计113.1 冷挤压模架整体结构设计JH70 摩托车主轴坯冷镦模具整体结构如下图所示，模具采用模口导向的冷镦模架。由于上、下凹模所承受单位及压力很高，一般使用寿命较低，需要经常更换，故将上、下凹模设计成锥形固定，以方便装卸。同时，这样设计也使模具的承压面积增大，使压力不至过于集中。同时，在上模及上模座之间设计有淬硬垫板，以防止过大的压力将上模座压溃，整个上模用一个特型紧固螺母包裹住。为了便于将挤压完成的工件从模具中取出，设计了顶出装置下模座中的顶杆。工件挤压完成后，顶杆通过向上顶顶料杆，顶料杆再最终将工件从模具中顶出。在设计顶料杆的过程中着重考虑了它的长度，使顶料杆的大头接触到模座垫板之前能保证将工件完全从模具中顶出。由于冷挤压力过程中下模部分的的压力几乎完全由顶料杆承担，故在顶料杆下方与下模座之间设计有垫块及垫圈，从而将压力均匀分散到下模座上，增大了传力面积，同时放置于下模座中的垫圈还起到支撑顶杆的作用。此模架采用较为简便的模口导向，这种通过模具自身实行导向的设计使上、下模对正简单，导向精度高且简单方便，是冷镦模具较理想的导向方式。在上、下模合模的过程中模圈导向套先与下模固定套接触并配合导向，导向一段距离之后上凹模再与工件接触，此后的整个挤压过程中模圈导向套始终与下模固定套配合导向，从而保证了挤压过程中上、下模的同轴度。 此模具具有导向良好简便，易于拆装换模，模具零件制造简单等优点，基本上满足了设计要求。下图即为模具装配图：重庆理工大学毕业论文 JH70 摩托车主轴坯冷镦成形模具设计12 图 41-上模板 2-上模座 3-上模座 4-模圈导向套 5-六角头螺钉 6-下模预应力圈 7-顶料杆 8-下模座 9-垫圈 10-内六角圆柱头螺钉 11 下模板 12-内六角圆柱头螺钉 13-垫板 14-杆芯 15-上凹模 16-上模预应力圈 17-下凹模 18-垫板 19-垫块 20-顶杆 3.2 模具主要零部件的设计3.2.1 上模板的设计材料基本尺寸的确定通过查阅手册，确定上模板的材料为 45 钢。根据上模尺寸确定上模板长宽尺寸为 580455，确定厚度为 70mm，保证了上模板的强度，使其在很高的挤压力作用下不会失效。螺钉孔及定位凹槽的设计根据上模座的尺寸确定螺钉连接的位置，从而确定出上模板上螺钉孔的位置。根据挤压力的大小，为保证上模板与上模座之间足够的连接强度，也考虑到二者连接后必须保证上模板是一个平面以便上模板能顺利地与压力机连接，故确定采用 M12 内六角圆柱头螺钉连接。为保证上模座与上模板连接位置的正确，避免在连接过程中二者出现滑移，在上模板上设计了用于固定上模座的的重庆理工大学毕业论文 JH70 摩托车主轴坯冷镦成形模具设计13凹槽，从而确保了上、下模具的同轴度。U 形槽的位置及尺寸的确定 U 形槽用于上模板与压力机的连接，其距离是根据压力机上 T 形槽之间的距离确定的，此模具采用的是 200T 油压机，T 形槽之间的最小距离是 200mm，再综合上模板的尺寸，最终确定了两个 U 形槽的距离为 200mm。再根据模板的尺寸确定 U 形槽宽度为 30mm，长度为 40mm。起吊孔的设计为了便于模板的移动、起吊，在板的侧面设计了两个 M20 的起吊孔，也可用于上模板角度、位置的调整。这里确定起吊孔的深度为 20mm。上模板零件图如下图所示：图 53.2.2 上模座的设计上模座在整个模具中起着十分重要的作用。不仅固定着整个上模，使上模重庆理工大学毕业论文 JH70 摩托车主轴坯冷镦成形模具设计14固定在上模板上，而且保证了上、下模的同轴度，起到了至关重要定位作用。为了使上模座准确固定在上模板上，在模座上方设计了与上模板凹槽配合的凸台，凸台不仅起到了固定及定位的作用，还满足了制造工艺的要求。由于上模座外缘有于上模紧固螺母啮合的螺纹，螺纹应避免一直延伸到模座根部，故凸台的设计实现了这一要求。上模座如下图所示：图 63.2.3 垫板的设计为了将挤压力均匀分散到上、下模座上，避免被集中的压力压溃，在上、下与上、下模座之间分别设计了淬硬垫板，其中位于下模与下模座之间的垫板通过 6 颗 M10 的六角头螺钉将上模固定套一起固定到下模座上。两块垫板的厚度为 20mm，使其具有了足够的强度。同样，垫板上也设计了起吊孔，以便于垫板的起吊和移动。垫板零件图如下图所示：重庆理工大学毕业论文 JH70 摩托车主轴坯冷镦成形模具设计15图 73.2.4 下模座的设计与上模座一样，下模座在整个模具结构中同样起着至关重要的作用。除了承载下模，连接下模与下模板之外，与上模板类似的，下模板也担负着定位的任务，保证了下模与上模的同轴度。下模中心位置设计有凹槽，用于承载和定位下模。凹槽底部开有螺纹孔，用于连接固定垫板和下模预应力圈。根据下模预应力圈的尺寸确定了螺纹孔的位置，进而确定了下模座凹槽内螺纹孔的位置。下模固定套尺寸查手册决定采用 M10 六角头螺钉作为连接紧固件。同时，下模座的底部也设计有 6 个均布螺纹孔，用于模座与下模板的连接固定。同样，根据模座尺寸确定了螺纹孔的位置，此处采用 M16 内六角圆柱头螺钉连接。凹槽中心开有通孔，用于容纳顶料杆及其垫块，通孔直径取决于顶料杆大头部分的直径，由于通孔和顶料杆大头之间应留有间隙，故通孔直径应略大于顶料杆大头直径。下模座如下图所示：图 83.2.5 下模预应力圈的设计下模预应力圈用于承载、固定下模。同时，在上、下模合模的过程中还通过与模圈导向套的配合起到导向的作用。预应力圈内孔尺寸根据下凹模外圆尺重庆理工大学毕业论文 JH70 摩托车主轴坯冷镦成形模具设计16寸确定。为了增大传力面积，防止过大的集中力将固定套压溃，将下模固定套内圈设计成锥面形状。其外全尺寸与模圈导向套尺寸相符，以保证精确导向。根据固定套的尺寸确定出螺钉通孔的位置，通过 M10 六角头螺钉将其固定在下模座上。内圈具体尺寸等设计详见下章。下模固定套如下图所示：图 93.2.6 下模板的设计下模板在挤压过程中起到支撑整个模具的作用，其设计过程与上模板类似。简述如下：材料及基本尺寸的的确定通过查阅手册，确定下模板材料为 45 钢。长宽尺寸为 700550，厚度定为 100mm，较上模板增加了厚度。定位凹槽及螺纹孔的设计下模板上表面设计有定位凹槽，用于定位和固定下模座，直径由下模座外圆直径确定。定位凹槽底部开有 6 个均布螺纹孔，用于与下模座的连接紧固，螺钉采用 M16 内六角圆柱头螺钉。起吊孔的设计和上模板一样，下模板侧面也开有起吊孔，所不同的是下模板起吊孔设计有 4个，这是由于下模板体积、重量较上模板大，故起吊孔的数量有所增加。起吊孔采用 M20 螺纹孔，深度为 20mm。下模板如下图所示：重庆理工大学毕业论文 JH70 摩托车主轴坯冷镦成形模具设计17图 103.2.7 模圈导向套的设计模圈导向套是整个模具导向装置的核心，起着保证上、下模同轴度的的关键作用。模口导向通过模具自身零件实现导向，导向简便、实用、可靠，导向效果优于导柱导向，是冷镦模具常采用的导向方式。模口导向的关键是，在冷镦之前要保证让下模进入上模的模口导向套先导向一段距离，所以，要计算模口导向套导向部分的高度。具体计算过程如下：下凹模腔高度为 100mm，毛坯高度为 130mm，当把毛坯装入下模腔中后，毛坯高出下凹模上表面的距离为30mm，挤压之前又要先导向一段距离。所以，确定模圈导向套导向部分的高度为 65mm。模圈导向套与下凹模预应力圈采用基孔制间隙配合 H7/h6。模圈导向套如下图所示：重庆理工大学毕业论文 JH70 摩托车主轴坯冷镦成形模具设计18图 11重庆理工大学毕业论文 JH70 摩托车主轴坯冷镦成形模具设计194.组合凹模设计如前所述，作用在冷挤压凹模内壁的单位挤压力是非常大的，如果冷挤压凹模采用整体式结构就有可能产生纵向开裂。实践和理论分析都证明，采用单纯增大壁厚的办法打不到提高凹模强度的目的，而采用组合式结构是一种解决凹模纵向开裂行之有效的办法。因此，组合凹模在冷挤压技术中得到了广泛应用。本模具就采用了双层组合凹模的设计，设计过程如下：4.1 组合凹模结构形式的确定冷镦单位压力的确定：根据公式式中：P自由镦粗的单)HDf31(1p位压力（MPa） ；变形终了时变形抗力（MPa）,由值查图；f摩HH0ln擦因数，一般取 f=0.1；镦粗变形后的直径（mm） ；镦粗变形KDKH后的高度（mm） 。查图并计算得单位挤压力为 p=1235MPa，查实用冷挤压技术知，两层组合凹模的许用单位挤压力为 1400MPap2500MPa，故采用两层组合凹模。其结构如下图所示：图 12 两层组合凹模结构4.2 组合凹模各圈直径的确定查阅冷挤压实用技术得如下公式：23121322)64(dddddd重庆理工大学毕业论文 JH70 摩托车主轴坯冷镦成形模具设计20根据所加工零件的尺寸确定两层组合凹模各圈直径的大小。为保证凹模强度要求，各直径尽量取较大值。即上组合凹模：=17.5mm，=5=87.5mm，1d2d1d=2=175mm；考虑到此模具模口导向的设计，下模圈直径应小于上模圈，故3d2d下模组合凹模各圈直径为=17.5mm，=4=70mm，=2=140mm。1d2d1d3d2d4.3 组合凹模径向过盈量与轴向压合量的确定以上组合凹模为例计算过程如下：在确定了各圈直径之后，便可确定处2d的径向过盈量与轴向压合量先从两层组合凹模径向过盈系数与直径比的2d2c关系查出径向过盈系数=0.0095，又按两层组合凹模轴向压合系数与直径比2的关系查出轴向压合系数=0.18.则，2 =0.83mm，=15.75mm2d22d2c22d采用基孔制过盈配合取 H