【锻压模】T型杆冷墩模具设计【CAD图纸+毕业论文】【2014年原创】
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【锻压模】T型杆冷墩模具设计【CAD图纸+毕业论文】【2014年原创】,锻压,型杆冷墩,模具设计,cad,图纸,毕业论文,原创
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设计说明书 第 1 页 共 27 页 目 录 1. 冷墩的定义及特点 . 2 . 3 . 3 . 4 . 6 . 6 . 6 . 7 . 7 面处理及润滑 . 7 . 7 . 8 处理 . 9 . 11 . 11 . 11 . 12 力机的选择（冷墩设备的选择） . 12 . 14 墩模具设计的基本要求 . 14 . 14 . 15 凸、凹模的设计 . 15 模的设计 . 15 . 16 模固定圈的设计 . 18 . 19 . 19 装置的设计 . 19 . 20 柱导套的设计） . 21 . 21 . 23 参 考 文 献 . 26 致 谢 . 27 设计说明书 第 2 页 共 27 页 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； 辅助设计 ； 模具结构 设计说明书 第 3 页 共 27 页 1. 冷墩 的定义及特点 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。 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 面粗糙度可达 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 冷墩设计说明书 第 4 页 共 27 页 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 20002500如制造一个直径 38厚 100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 2300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）。 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。 设计说明书 第 5 页 共 27 页 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 51024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 39344值 592384 法郎，仅相当于冷墩 件专业生产厂家的 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。 设计说明书 第 6 页 共 27 页 能 材料 牌号 ： 200 渗碳钢 ，渗碳钢通常为含 碳 量为 低碳钢。汽车上多用其制造传动 齿轮 ，是中淬透性渗碳钢中 n ，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。20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 碳 C： 锰 S：允许残余含量 P：允许残余含量 许残 余含量 许残余含量 料的 力学性能 分析 力学性能： 20拉强度 b ( 1080(110) 屈服强度 s ( 835(85) 伸长率 5 (%)： 10 断面 收缩率 (%)： 45 设计说明书 第 7 页 共 27 页 冲击功 J)： 55 冲击韧性值 J/ 69(7) 硬度： 21720度 :03kg/性模量 :207松比 :热率 :0 坯料的选择，在很大程度上决定着 冷墩 件的质量。同时，它对金属的 冷墩 工艺过程等都有很大的影响。如果坯料尺寸选择得不合理，不但会造成金属的过分损耗，而且还会严重影响 冷墩 工艺过程的顺利进行。所以说，正确地选择和计算冷墩 坯料的种类、尺寸和公差是十分重要的。 冷墩 坯料的形状应该根据零件相应横截面的形状来确定。一般旋转体及轴对称多角类零件可以选用圆柱形坯料。 本例直接选用 12的标准棒料，通过剪机截切下料。 本设计中，产品形状规则，可以计算产品体积，计算结果为 据体积相等原则，帮料长度应该为 107。 坯料制备方法有 截切下料 、冲裁下料、切削下料、锯切下料等多种方法，可按需选用。在机械压力机上用专用的截切模对棒料或管料进行截切下料是应用得最为广泛的方法。 本例通过 截切下料 ，与其他方法相比可以节省原料。 面处理及润滑 为了改善 冷墩 坯料的 冷墩 性能和提高模具的使用寿命，大部分材料在 冷墩 前和多道 冷墩 工序之间必须进行软化处理，以降低材料的硬度，提高材料的塑性，设计说明书 第 8 页 共 27 页 得到良好的显微 组织，消除内应力 。 坯料 20 冷墩 过程中为避免产生裂纹，应使坯料表面形成一层氧化膜或者磷化膜。这是一层多孔、致密的氧化膜或者磷化膜，成灰黑色，可用氧化处理、磷化处理或者氟硅化处理来获得。由于这层氧化膜中可充填大量的润滑剂，所以在 冷墩 时可取得较好的润滑效果。 两种表面方案： 方案一： 氧化处理 其工艺流程如下： 1）汽油清洗以去除油污 2)热水清洗 (60 100 C) 3)流动冷水清洗 4)酸洗 (工业硝酸 400 800g/L,25)冷水清洗 2次 6)氧化处理 (工业氢氧化钠 60g/L,温读 50 70 C,时间 1 4表面成均匀细致的多孔灰黑色结晶膜为宜 )。 7）流动冷水清洗 除了采用氧化处理来 产生润滑支撑层外，还可以采用磷化处理和氟硅化处理。实验表明，当采用磷化处理加工业菜油润滑时，挤出的零件的表面粗糙度 表面光泽 。当采用氟硅化处理加工业菜油润滑时，挤出的零件的表面质量比磷化处理略有提高，但光泽不好，且氟化处理过程中会产生有毒物质，因此尽量不要采用 。 方案二： 磷化处理 配方为： 磷酸二氢锌（ 2） 28g，磷酸（ 75%） 25g，铬酸（ 10g，十二烷基硫酸钠，（润滑剂） 1L。处理温度 55 60 C,处理时间 2 3 纯铜、黄铜在 冷墩 中为获得较高的表面质量，往往进行钝化表面处理，以便在坯料表面形成一层钝化膜作为润滑剂的支撑层。钝化表面处理工艺流程如下： 1）汽油清洗，以去除油污。 2)热水清洗 (60 100 C) 设计说明书 第 9 页 共 27 页 3）冷水清洗（两次）。 4）钝化。 5）冷水洗。 6）干燥。 钝化液配方为： 铬酐 200 250g/L,硫酸 8 16g/L,硝酸 30 50g/L。处理温度为 20 C,时间5 10s。 经过比较，由于方案二污染，并且酸的成分比较多，所以选择方案一的表面处理。 两种润滑方案： 方案一：工业菜油，应用效果良好， 冷墩 件外表面粗糙度为 方案二：皂化，应用效果尚好， 冷墩 件表面粗糙度在 经比较，方案二皂化处理的效果好于工业菜油处理，耐压能力强。 成形工艺方案的 制定 该 产品成形重点是 墩 由所给配料及零件图可知是通过 冷墩方法 成形实现的 。 根据零件形状和材料及零件图分析制定工艺方案 一 如下图 1； 展开图制件图1. 下料 ， 2. 冷墩 设计说明书 第 10 页 共 27 页 方案一 ： 第一步：下料； 第二步： 冷墩 ； 方案二：可以用机加工的方法成形，机加工会造成材料的浪费，增加了成本投入。 方 案 三：压力铸造。不过 材料是 20金，压铸性能不好。 综合考虑，方案一模具结构简单， 无切削加工，大大节约了原料 可以作为优先选择的方案。 设计说明书 第 11 页 共 27 页 墩 力的计算 断面 减 缩率 = (00 9 毛胚截面积； 工件变形后的截面积； =22 =91% 查资料得： 20 冷墩 变形许用变形程度是 75%所以小于该材料的 冷墩 变形许用变形程度， 另，相对 高度 h/H =16/61=知 应该用两层组合凹模 两 层组合凹模结构，参数 设计说明书 第 17 页 共 27 页 凹模内径（按 冷墩 件最大外径）（ 4 6） 2 轴向压合量； 2 径向过盈量 ； 两层组合凹模各圈直径的确定 根据 冷墩 件图外径 40定了凹模型腔 0mm 4 4 4060 50便与辅助件连接，有螺钉和销钉的位置空间。 故总直径比 a3=d3/50/40=层组合凹模各圈直径，查资料得： 于等于 2*40=80 20mm a2=d2/ 凹模的尺寸计算方法： 型腔的尺寸根据零件的尺寸来确定，还要考虑零件材料的尺寸收缩变形等因素对外形的影响。预应力圈的尺寸是根据公式计算得到的。 根据经验公式可计算出各部分尺寸 凹模型腔高度 H2=h0+r+（ 5=107+3+（ 5=120模入口圆角半径 r=2 3 凹模型腔内径 D=40， 凹模总高度 H=120+5=125 过度外圆角半径 R= 1 四 ， 内 凹模 设计说明书 第 18 页 共 27 页 凹模采用 两 层预应力圈的设计，可以提高凹模承担强度的能力， 凹模横截面积的尺寸，若是杯形的，凹模的内腔尺寸越摩越大，故可以按零件的最小外径设计，而应取正公差。凹模的内部形状根据预成形后 冷墩 件的期望形状而定 ,过渡部分用圆角。 模固定圈的设计 1凸模固定板 凸模固定 板 的设计如图 五 与上模板配作图 五 凸模固定板 设计说明书 第 19 页 共 27 页 预应力圈 设计如图 六 ，与下模板连接，用台阶和内孔固定凹模 图 六 预压力圈 冷墩 时，模具型腔中单位冷寂压力很高，如凸模或凹模所传递 的轴向压力直接作用在上下模板上有可能造成模板压塌，因此必须在模板与凸凹模之间设置淬硬的压力垫板，有时简称垫板，以起减缓轴向压力的作用，降低应力密度，根据经验垫板厚度至少等于杆直径， H=12， 为方便加工，这里下模板加厚，可以释放应力。 防止垫块弹性变形和塑性变形 。 冷墩 时凸模或凹模作用于垫板表面积上的单位 冷墩 力应均匀分布在凸模或凹模支撑面的直径范围内，压力大致扩展成圆锥状传到垫板底面，压力分部以加压中心最小，其周边最小，垫板厚度增加时，受压面的传递直径增加，传递压力随之减小。因此应尽量加大垫板厚度，如果垫板的厚 度相同，则多层垫板力的传递范围比使用单层垫板大。因此，同样厚度时应 加大 。 顶出装置设计原则如下； 设计说明书 第 20 页 共 27 页 （ 1）顶杆的工作部分略带锥度，可延长使用寿 命 ； （ 2）顶端直径的121 2算，下端为了能承受较大的单位 冷墩 力，采用锥形结构， 或者台阶形结构， 增大支撑面的面积，取2d=（ 2 3） d， 含炭量小于 尺寸较小的 冷墩 件取较小值，含碳量大于 尺寸较大的 冷墩 件取较大值。 （ 3）顶杆的长度 将 冷墩 件顶出凹模的上平面即可；装配后，顶杆的工作端面应比凹模底面高出 （ 4）兼作 冷墩 凹模的顶杆，设计时必须与凹模一样考虑；不作 冷墩 凹模用的顶杆，应根据载荷的具体情况，以保证纵向稳定的要求进行设计。顶杆 须用工具刚制造。 图 七 顶料杆 设置 冷墩 结束后， 冷墩 件由于弹性变形的恢复，有可能 卡 在 凹 模上，这就需要将冷墩 件 顶出 ，将 冷墩 件从 凹模 里顶出 来的装 置称为顶 件装置。 在本例中，需要设计卸料装置， 材料选 45 钢， 淬 火硬度为 40 45有色金属 冷墩 导柱模架设计 顶料装置 如 下图： 设计说明书 第 21 页 共 27 页 图 八 顶料 板 柱导套的设计） 导柱导套导向在压力机精度较差的条件下，应在模具上设置导向机构。当然，在 冷墩 壁厚较大的零件时，可以降低要求。 采用导柱导套导向时，沿用一般冲模的设计方法来确定导柱的长度，当滑块位于上死点时候，导柱最好不要与导套脱离，在下死点时，导柱不应触及压力机滑块的底平面。 导柱导套导向在 冷墩 模中应用比较广泛，一般将导柱和导套分别用压配合 压入下模座和上模座。导柱导套之间采用滑动配合，通常采用二级精度公差，在 冷墩 极薄壁零件或要求较高的条件下应采用一级精度公差，导柱导套固定在模座上的长度应不小于导柱直径的 。导柱可取 2 4 倍。 冷墩 工艺可以在油压机，冲床，摩擦压力机上进行，也可以在专用多 冷墩机上进行。因此， 冷墩 模架的结构除应根据 冷墩 件的批量，品种不同而满足不同设备的要求外，还应满足下述几点： 模架精度稳定。 于更换。 于实现机械化。 设计说明书 第 22 页 共 27 页 于制造和检验。 设计说明书 第 23 页 共 27 页 目前，模具材料可以在低合金工具钢，高碳高铬合金工具钢，高速钢，硬质合金等较为广泛的范围内选用。因此，按照 冷墩 工艺特性的要求，合理选用模具材料，制定正确的热处理工艺，是保证获得具有较长使用寿命及经济合理性的重要环节 。 为了合理选用模具材料，首先应对模具在 冷墩 过程中的工作情况及所要求的性能进行分析 。 一、模具在 冷墩 过程中承受的应力 墩 力：金属在 冷墩 时的变形抗力是很大的，如 冷墩 低碳钢（ b=400（兆帕）反 冷墩 的单位 冷墩 力可达 2000 3000（兆帕），当润滑和表面处理不当时，其单位 冷墩 力甚至高达 3000 3500（兆帕），这个数值已超过了一般模具钢的弹性极限，有可能使模具在 冷墩 过程中产生微量的塑性变形，而使 冷墩 件尺寸精度较差，严重时将发生模具的破损。 毛坯两端不平，毛坯与凹模间隙大，模具加工及装配的同轴度偏差过大等原因，都会引起凸模承受较大的偏心弯曲应力，而导致模具 早期折断。 械式的 冷墩 机，实际上是以连续的冲击式施加负荷于模具上。近年来，虽然广泛采用了液压缓冲装置，但仍不可能完全消除这种冲击负荷。对于高硬度（ 0）的模具，当存在某些表面和内部缺陷时，会引起应力集中而过早脆裂。 腔内的金属在强大外力作用下，产生塑性流动时，会引起模具表面的磨损。当模具表面存在贫碳、软点、组织不均匀等缺陷时，会加速模具的磨损产生模具表面早期破坏。 于金属的变形与摩擦原 因而产生的热，在连续生产过程中，会使模具的温度逐步上升：可能达到 200 甚至更高，对于一些模具材料，会产生回火作用，而降低模具的性能。 二、 冷墩 工艺对模具材料的要求 综合前述的 冷墩 模具在工作过程中所承受的负荷情况，模具材料应能满足以下几方面的基本要求。 具在 冷墩 过程中要同时承受极大地 冷墩 力、弯曲应力、设计说明书 第 24 页 共 27 页 冲击等复杂的负荷。故要求所选用的材料，经过热处理后，应具有高的强韧性。因此，模具材料应有良好的淬透性（保证模具能淬透）及均匀的组织。大块的碳化物及严重的偏折，纤维方向性 和非金属夹杂等内部缺陷，都会使模具的强韧性降低，或在受负荷时引起应力集中，造成模具早期破坏。 连续生产时，模具的温升有时达到或超过 200 ，这对用 160 180 作回火温度的模具材料，会使强度、硬度下降，故用于温升较高的模具材料，应具备良好的抗回火稳定性。 具应有高的耐磨性，才能保证正常的使用寿命，生产出大批量合格的 冷墩 件。一般来说，钢的硬度与耐磨性在一定条件下是成正比的。故要求模具材料不但要有足够的淬透性，还要有高的淬硬性。但除了硬度外，决定钢 的耐磨性的还有热处理后基体组织的粗细，成分、过剩与口火析出碳化物相多少、大小、类型、分散度及红硬性等。 冷墩 模具的制造周期长，工艺复杂，精度要求高。一般均须经过锻造、切削加工、热处理
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