冷挤压工艺与模具设计

冷冲压工艺与模具设计,配套课件 主编：陈剑鹤 于云程,机械工业出版社,第7章 冷挤压工艺与模具设计,7.1 典型案例 7.2 概述 7.3 冷挤压工艺性分析 7.4 冷挤压工艺参数计算 7.5 冷挤压模具结构设计,7.1 典型案例,大功率电容器外壳,工件名称：大功率电容器外壳 生产批量：大批量 材料：纯铝1050A（L3） 壁厚：4mm,7.2 概述 7.2.1 概念 冷挤压是将冷挤压模具装在压力机上，利用压力机 简单的往复运动，是使金属在模腔内产生塑性变形，从 而获得所需要的尺寸、形状及一定性能的机械零件。 7.2.2 冷挤压方法 1.正挤压,a） b） 正挤压空心件 a）挤压示意图 b）毛坯与挤压零件,a） b） 正挤压实心件 a）挤压示意图 b）毛坯与挤压零件,a） b） 反挤压 a）挤压示意图 b）毛坯与挤压零件,a） b） 复合挤压 a）挤压示意图 b）毛坯与挤压零件,2.反挤压,3.复合挤压,4.径向挤压,a） b） 冷模锻零件 a）毛坯 b）零件,a） b） 径向挤压 a）毛坯 b）零件,5.实例挤压方式的选择 工件的冷挤压成形工艺方案有以下三种： 1）采用圆柱毛坯，径向挤压成形凸缘部分；反挤压成形筒部。 2）采用圆柱毛坯，预成形杯形；正挤压达到工件要求。 3）采用圆柱毛坯，复合挤压一次成形。（采用）,7.2.3 采用冷挤压必须解决的主要问题和模具结构的要求 1.采用冷挤压必须解决的主要问题 1)冷挤压加工的材料 2)冷挤压工艺方案 3)毛坯软化热处理方案 4)毛坯表面处理方法及润滑剂 5) 模具结构，模具工作寿命、生产率和安全 6) 冷挤压模具材料及热处理方法 7) 机器与设备,2.对冷挤压模具结构的要求 1）模具的强度和刚度 2）模具工作部分的形状和尺寸 3）模具的材料选择、加工方案和热处理规范 4）模具安装、易损件的更换、拆卸、安装 5）模具导向 6）模具制造、成本 7）放、取制件的操作,7.3 冷挤压工艺性分析 7.3.1 冷挤压变形特征 1.正挤压时的金属流动,试件毛坯 试件挤压后的网格,2.反挤压时的金属流动,反挤压杯形金属的流动情况,3.影响金属流动的主要因素 1）摩擦力的影响 2）模具形状的影响 3）变形程度的影响 4）其它因素的影响,a） b） c） d） 凹模中心锥角对金属流动的影响 a）-60 b）-90 c）-120 d）-180,7.3.2 冷挤压工艺性要求 1.冷挤压件的尺寸设计原则 1）金属流动剧烈处的过渡圆角半径R应尽可能增大，与挤压力方向垂直的受力面应增大斜度。 2）为防止变形抗力急剧增大及延长模具寿命，应控制凹模与凸模间的金属在成形终了时的最小厚度s和b。 3）挤压件的最终尺寸d和D不能太小或相差太大，应在允许的变形程度范围内。 2.挤压件的精度和表面粗糙度 精度见表7-2表7-4 表面粗糙度： 有色金属为Ra0.4mm；黑色金属为Ra0.8mm。,3.实例工艺性分析 根据零件工作图结构形状分析，该零件不能用冷挤 压成形的方法完全成形，孔23.5应采用成形后用钻销 方法再加工成形。31阶梯孔不利于挤压成形，应在成 形后用镗销方法加工成形。因此，将该零件转换成可挤 压成形的形状，如图所示。,挤压成形形状,7.4 冷挤压工艺参数计算 7.4.1 毛坯尺寸的确定 1.毛坯直径 采用实心圆柱毛坯，其直径为工件筒部外径，则 D=工件外径=36 2.毛坯体积 毛坯尺寸计算的原则为等体积法计算。即： 毛坯体积=工件体积 （1）工件筒部体积,（2）筒部凸缘部分体积 （3）毛坯高度尺寸H,凸缘部分毛坯尺寸计算图,7.4.2 冷挤压变形程度的计算 常用断面缩减率S来表示，也可用挤压比R或对数 挤压比来表示，计算方法见表7-4。 实例采用端面缩减率S计算挤压变形程度。 径向挤压部分的变形程度S 反挤压部分的变形程度S SS ，故可一次挤压成形。,7.4.3 冷挤压力的计算 实际工作中以查图表确定为主。 1.有色金属单位挤压力p的确定,有色金属单位挤压力,2.黑色金属挤压力F的确定,黑色金属反挤压力图算表,总挤压力F的计算 有色金属挤压力F单位挤压力p凸模工作部分横 截面积S 例题中引用工件的挤压力 F=pS=3002295.2=688560（N） 关于S的计算参见毛坯尺寸确定部分，可知 S2295.2 考虑一定的安全系数可选用1000kN压力机。,7.5 冷挤压模具结构设计 7.5.1 冷挤压凸模设计 1.反挤压凸模,a） b） c） 反挤压凸模工作部分形状 a）锥形带平底的凸模 b）尖角锥形凸模 c）平底凸模,有色金属反挤压凸模,当挤压纯铝薄壁件凸模工作部分长度较长时，为增 加凸模的稳定性，可将凸模下端面开出工艺凹槽。实例 采用该种结构。,a） b） c） 凸模工作端面工艺凹槽的形状 a）圆形 b）方形 c）矩形,2.实例用凸模结构,材料：Cr12MoV 热处理：6064HRC 挤压凸模,7.5.2 冷挤压凹模设计 1.反挤压凹模,a） b） c）,d） e） f） 反挤压凹模的基本形式,2.正挤压凹模,a） b） c） d） 反挤压凹模的基本形式,3.组合凹模 （1）凹模的总体结构 分为整体式和预应力组合凹模。组合凹模可分为两 层和三层结构式。,组合凹模的选择,（2）二层组合凹模,二层组合凹模,三层组合凹模,（3）三层组合凹模,（4）组合凹模压合方法 1）加热压合（热装） 将外圈加热到适当温度，套装到内圈上，待外圈冷 却后将内圈压紧。热装时可不必加工出斜度。 2）强力压合 将各配合面做成一定的锥度，在室温下用液压机进 行压合。,a） b） 预应力圈的装法 a）由内到外 b）由外到内,7.5.3 凸、凹模工作部分尺寸计算 凸、凹模工作部分尺寸计算公式见表7-13。 7.5.4 冷挤压凸、凹模材料选择的要求 1）凹模与凸模必须具有很高的强度和硬度，在高温下仍能保持足够的强度与硬度。 2）凸模与凹模在冲击条件下工作，应具有相当的韧性。 3）凸模材料应当有较好的抗弯强度。 4）模具是在冷热交变应力的条件下工作，所以模具的材料应能经受这种考验。 5）模具材料必须是较易于切削加工。,7.5.5 凹模结构设计实例 模具工作时凸模进入凹模后必须形成封闭的模腔。,实用两层组合凹模结构 u2径向过盈量 装配斜角，取=0.5,两层组合凹模的a31与a21的关系,两层组合凹模轴向过盈量系数2,两层组合凹模径向过盈量系数2,内圈（凹模）工作图,材料：40Cr 热处理：4547HRC 外圈工作图,6）冷挤压模模具结构 顶件块,材料：Cr12 热处理：5862HRC 顶件块,冷挤压模具结构图,冷挤压模具结构图 1、2拉板 3、21螺母 4、20垫圈 5下模座 6弹簧 7导柱 8、12垫板 9导套 10上模座 11拉杆 13凸模 14固定板 15组合凹模外圈 16凹模内圈 17顶件块 18空心垫板 19顶杆,播放动画,