ANYANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY
本科毕业论文
自行车花盘冷挤压模具设计Design for cold extruding dies of the bicycle face
2008年05月
目录
第一章自行车花盘零件图纸及要求 (1)
第二章冷挤压工艺性分析 (30)
2.1 零件冷挤压工艺性分析 (40)
2.2 许用变形程度及变形程度的计算 (40)
2.3 挤压变形力的计算 (42)
第三章冷挤压毛坯的制备 (52)
3.1毛坯形状和尺寸的确定 (42)
3.2毛坯的软化处理 (42)
3.3毛坯的表面处理和润滑 (42)
第四章冷挤压模具设计 (52)
4.1 模具结构的选择 (53)
4.2 模架的选择 (60)
4.3模具工作部分设计 (42)
4.3.1凸模设计 (42)
4.3.2凹模设计 (42)
4.4导向、顶出及紧固件设计 (42)
4.4.1导向设计 (42)
4.4.2顶出装置设计 (42)
4.4.3模具固定方法设计 (42)
4.4.2 (42)
结论 (71)
致谢 (74)
参考文献 (75)
附录3：
自行车花盘冷挤压模具设计
专业班级：
指导教师：
职称：
摘要（空1格）×
××××××××××××××××××××××××××××××××
关键词：××× ×××
×××
Design for cold extruding dies of the bicycle face
Abstract （空1格）Key words ××× ××× ××× ×××
附录4：
引 言
×××××××××××××××××××××××××××××××××××××
第一章 自行车花盘零件图纸及要求
在电子、汽车、电机、电器、仪器、仪表、家电和通讯等产品中，60％～80％的零部件都要依靠模具成形。从1997年开始，我国模具工业产值也超过了机床工业产值。模具生产技术水平的高低，已成为衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志，在很大程度上决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力。
作为学过《模具设计》的学生应该掌握模具设计程序、设计思路，设计方法。基于此，以生活当中自行车的花盘作为工件，结合大学所学的机械设计知识，设计出一套能挤出自行车花盘的冷挤压模具。自行车花盘的参数如下：
第二章 冷挤压工艺性分析
2.1 零件冷挤压工艺性分析
1)材料：Q215为碳素结构钢，具有良好的可冲压性能。该钢的强度与塑性配合较好，冷弯性能和焊接性能也很好。在制造机械设备时，一般采用冷弯、焊接，而不用锻造和热处
工件名称：自行车花盘 生产批量：大批量 材 料：Q215
理。可用于制造工程构件和不重要的机械零件，如基座，螺栓等。承受冲击的工程构件或零件，如齿轮、吊钩等。还有焊接结构，如锅炉、容器等。
2）工件结构：如图所示，该零件结构较复杂，为回转体对称零件。零件可分为凸缘和盲孔两部分，故考虑使用复合挤压方式。
3）零件有一个凸缘，上部形状不规则，为本设计的难点。
2.2 许用变形程度及变形程度的计算
断面收缩率的计算：
由公式%1000
1
0?-=
A A A F ε ①上半部分：φ60正挤压A 1=πR 2=3.14*302=2826(mm 2) φ34 0A =πR 2=3.14*172=907.46 (mm 2)
代入公式得
%1000
1
0?-=
A A A F ε=-211.41% 挤压比3211.01
==
A A R ②下半部分：φ35 A 1=2
221R R ππ-=3.14*（17.52-14.52）
=961.625-660.185 =256.44(mm 2)
代入公式得%1000
1
0?-=
A A A F ε=71.74% 2.2 挤压变形力的计算
φ37部分反击压力计算图算法：
已知毛坯直径（或凹模直径）0d =φ34(mm 2)，凸模直径1d =φ29(mm 2)，毛坯长度0h =28(mm 2)，
毛坯材料为Q215，求解步骤如下：
a ．根据毛坯直径0d =φ34(mm 2)和凸模直径1d =φ29(mm 2)查图1，断面收缩率为70%=φ
b ．根据70%=φ和毛坯材料，查图2得未经修正的单位挤压力2220mp P =,同时根据70%=φ和8235.0d /h 00=，从图2查得毛坯相对高度修正系数98.0k h =
c ．未经修正的单位挤压力P 经过图3的毛坯相对高度校正（上部曲线）和外径校正（下部曲线）查得修正的单位挤压力P=2160（mp ）
d ．根据修正的单位及压力P 和凸模直径1d =φ29(mm 2)，查图4得总挤压力F=1450（kn ）。
第三章 冷挤压毛坯的制备
3.1 毛坯形状和尺寸的确定
本设计的毛坯已经给出，直径为34，高度28，前期锻造墩粗而成。
3.2 毛坯的软化处理
由于材料是Q215，经查表知， 热处理状态：长时间退火；
规范：920℃～960℃保温8小时，随炉冷却到680℃，再升温到960℃保温4小时，随路冷却到250℃出炉。
处理后硬度：100～110/HBS ，所需时间较长，但热处理后硬度较低。
3.3 毛坯的表面处理和润滑
表面处理与润滑是零件冷挤压的一个关键问题。他对零件的表面质量及模具的寿命有很大的影响。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在坯料表面形成特殊的润滑支撑层（磷酸盐处理、草酸盐处理等）。 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。在本设计中采用以下处理方式：
表面磷化处理，溶液成分：硝酸HNO 330～40（g/L ）、磷酸43PO H 30～40（g/L ）、氧化锌ZnO20～30（g/L ）,温度75～80℃，时间20分钟。
润滑方法:皂化液60～100（g/L）、温度60～70℃、时间20～30分钟。
第四章冷挤压模具设计
4.1 模具结构形式的选择
确定冷挤压模具总体结构形式时，主要考虑挤压件特点（形状、尺寸、精度）、成产批量和设备类型三个基本要素及设计、制造和使用三大技术环节。参考文献？
由于挤压件材料为低碳钢，变形程度大，形状复杂，我们采用预应力组合模具，各种镶块的分割形式，上或下卸、退料装置。批量生产、选择通用模架，分割形式，组合结构，具有导向装置、整体结构形式，模柄紧固。
4.2 模架的选择
零件生产要求大批量生产，所以选择通用模架，分割形式，组合结构，具有导向装置、整体结构形式，模柄紧固。为此，制定两套方案。
方案一：选择小型通用模架，没有导向装置，依靠凸、凹模自身实行导向。可东部分通过带孔的整体圆柱形模柄与压力机的滑块连接在一起。模座呈十字形，且两端均带有圆孔。上端装入凹模等工作零件，下端安装顶出装置。顶杆借助于三根均布的圆柱销带动环形顶出器，将滞留在凹模中的工件顶出模外。顶杆是由一对机械拉杆通过压力机滑块带动的。凸模和凹模均采用特制的圆形螺母紧固。在这种模架上，只要更换几个主要工作部件，便可进行各种零件的挤压。
方案二：选择反挤压导柱通用模架，模板和模座靠导柱、导套连接在一起，及凸凹模的相对位置是不可调节的，他们的同轴度要求，完全靠安装在模架上的导柱、导套予以保证。为了提高磨具寿命，凹模分割为两块，以销钉找正中心，确保上下两部分孔径的同轴，利用四个螺钉将其直接紧固在模座上。
4.3 模具工作部分设计
冷挤模具的设计要求：冷挤压时，毛坯与模具摩擦很剧烈，对模具要求就较高：
（1）模具的工作部分要具有足够的强度、刚度及耐磨性。
（2）为了防止应力集中而损坏模具，模具工作部分要采用光滑的圆角过渡。
（3）凸、凹模与上、下模座之间应当有足够大的支撑面和一定厚度的淬硬垫板。
（4）模具在压力机上安装要紧固，工作部分拆卸方便。易损件要有互换性，便于安装固定。
（5）毛坯要容易放入模腔，大批量生产时易实现半自动和自动式送料。另外挤压后还需有灵活的卸料装置。
模具材料：Crl2MoV钢是我国最常用的冷作模具钢之一．由于其具有硬度高、强度大、热处理时体积变形小等特点，故多用于高负荷、高精度、高寿命的冷变形模具．目前导致模具损坏的因素很多，但主要的还是锻造工艺或热处理工艺不尽合理而造成的．而对于Crl2MoV 这种高碳、高铬钢，碳化物的不均匀度及合理的热处理工艺是影响模具使用寿命的决定因素，这对于高负荷的冷挤压模尤为突出．为此，改善Crl2MoV钢中碳化物的分布，采用合理的热处理工艺是提高模具使用寿命的关键措施．
1 冷挤压模的工作特点和失效分析冷挤压时，金属在三向不均匀的压力下进行塑性变形，此模具要承受很大的单位压力，一般高于1000MPa，同时金属在变形过程中会产生热效应，使工件和模具的温度升高，有时可达200℃以上；在冷挤压时，凹模承受切向拉应力，而凸模的受情况因挤压工艺不同而有所不同，正挤压时凸模承受压应力；反挤压和复合挤过程中，凸模先是承受压应力(在偏载时还存在弯曲应力)，在回程中又受到一定的拉应力，在挤压的工艺循环中，凸模承受拉、压交变应力，此时拉应力约为压应力的30倍．根据冷挤压的工作特点，其凸模常见的失效形式是“劈断”式破裂和“脱帽”式破裂．“劈断”式破裂与碳化物分布状态有很大关系；“脱帽”式破裂是在制件从凸模上脱下时，由于凸模的工作端承受拉应力而使端部折断．除此之外，还有弯曲、镦粗变形，擦伤损坏等失效形式．
2 冷挤压凸模的锻造
冷挤压凸模采用的是Crl2MoV钢，属高碳高铬型冷作模具钢，钢中存在大量的(Cr，re) C 型化物，其硬度(1800HV)较渗碳体和M6c型碳化物高，具有很高的耐磨性．但在铸态下，钢中的碳化物呈网状和大块状分布，使钢的强度和韧性很低．从冷挤压凸模的失效分析中发现，凸模的失效与碳化物的分布有很大关系．这种网状和大块状的碳化物无法通过热处理来改变的，它只有通过锻造才能使这些碳化物破碎并沿金属的变形方向分布．Crl2MoV钢作为冷挤压凸模材料在锻造中应严格执行锻造工艺，使得碳化物的级别不大于2.5；通过中温淬火和低温回火，使钢具有较高的强度和较好的韧性，以此可提高冷挤压模的使用寿命．
4.3.1凸模设计
方案一：选择正挤压实心凸模，其结构简单，易于制造且安装方便。
方案二：选择反挤压组合凸模，结构复杂，用于盲孔部分的成型。
4.3.2凹模设计
方案一：选择空心组合凹模，按照参考文献？表3-19，凹模的层数是按单位挤压力P 确定。整体挤压凹模在挤压时容易产生纵向裂纹，所以通常采用加预应力的组合凹模，以改善凹模工作时的应力分布情况，外圈可用中碳钢或中碳合金钢以节省模具钢，凹模内圈损坏后可以更换。
(1)总直径比d 和应力团层数的确定
增大凹模外径和凹模内径的总直径比d 可使危险断面应力值减小。如把d 从2提高到4，危险断面的合成应力降低20％，而把d 从4提高到10时，应力只降低6％，所以生产中采用的d 值一般为4—6。组合凹模的层数根据单位挤压力力值确定。
P ＜1000 MPa 时，采用整体凹模；
1000 MPa ＜P ＜1400 MPa 时，采用两层组合凹模； 1400 MPa ＜P ＜2500 MPa 时，采用三层组合凹模。
根据单位压力选择三层组合凹模结构，跟据表3-21，已知凹模内径（按挤压件最大外径）1d =60（mm ），4d =（4～6）1d ，取值为5得4d =51d =5*60=300（mm ），γ=1°30′； 安表3-21选取2δ=0.200，2β=0.0105，3δ=0.090，3β=0.0045，2d =1.701d =1.70*60=102（mm ），3d =2.90*1d =2.90*60=174（mm ）；
计算得出：2c =0.2*102=204（mm ），2μ=0.0105*102=1.071（mm ），3c =0.09*174=15.66（mm ），
3μ=0.0045*174=0.783（mm ）。
方案二：选择实心组合凹模，按照零件上部的轮廓形状设计上组合表面，由于主要承受压应力，中心部分采用过盈配合。
4.4导向、顶出及紧固件设计 4.4.1导向设计
冷挤压模具的准确导向，可使凸模工作时对准中心，减少因偏心负荷而折断凸模，且能 提高冷挤压件精度。 导向方法：
常见的导向方法有导柱导套导向、导板导向、凸模导向以及模口导向等四种。其中导柱导套导向使用最广，因为它安装调整方梗、导向精度高、寿命长。
方案一：凸模导向装置设计
适用于挤压件的壁厚精度要求较高、浅孔零件的反向挤压。凸模与导向部分的间隙通常在0.005～0.018mm范围内。该间隙必须按凸模在挤压中的膨胀量来校正，配合太紧会使凸模和导向衬套过早磨损。
常见的有三种导向方式：
a.涂抹工作部分A同凹模型腔工作部分实行导向；
b.凸模非工作部分A同凹模型腔工作部分实行导向；
c.凸模非工作部分A同凹模型腔非工作部分实行导向。
我们选择a方案，此方案适用于正向挤压和复合挤压方式。但是，这种导向方式，滑动部分的配合面积较大，凹模型腔面和凸模型腔面容易磨损。当采用整体结构凸模时，为了减小应力集中，提高凸模强度，凸模加粗部分与工作部分之间，应取较大的圆角半径，且平滑过渡。我们把凸模末端设计成圆锥形以减小应力集中。
方案二：导柱导套导向装置设计
导柱和导套与底座的紧固方法主要有三种：第一种是采用基孔制过渡配合，用压板螺钉将导柱导套紧固在上、下底座上；第二种采用基孔制过盈配合，将导柱导套直接压入上、下底座上；第三种采用低熔点合金、环氧树脂成无机粘结剂将导柱导套直接紧固在上、下底座上。
常用的导柱导套的结构形式和尺寸。为了保持良好的润滑状态，在导柱或在导套上开有油槽，导拄直径d征总长L皆做成统一的名义尺寸，其公差按压入段和导向段的配合性质而定，直径d的大小可根据模具的结构及导柱本身的强度、刚度等条件来确定，一般不得小于25mm。导柱的压入长度l不得小于1．5d，总长度L一般按模具的结构尺寸来确定，但必须保证凸模伸入凹模之前，导柱伸入导套10m加以上。导套内孔径dG与导校宜径d的配合一般为基孔制间隙配合。由于把导套压入是那上底板时，导套内孔径稍有缩小，因此，d1应
d导向段长度(L 比导拴直径d大0.5mm以上。压入段的长度l及导套外径D不得小于1.5倍
5
—l)＝(2—3)d。
4.4.2顶出装置设计
顶出装置一般都安装在下模上。当压力机没有顶出机构时，就需要在模具上设计一套完整的联动顶出装置，依靠安装在上底板上的反拉杆，当上模回程时带动顶板、顶杆、推动顶出杆顶出挤压件。当压力机备有顶出机构时，顶出装置的结构就比较简单，只需在模具上
设计顶杆和项出杆即可。
顶出装置主要有五种结构形式。图a中的圆形退件块装在凹模型腔里，可以直接顶科，结构简单，节省材料，便于加工制造，但挤压件可能将退料块带出模外；图b是应用较广的一种顶出装置，结构简单，制造方便；图c是一种具有代表性的环形顶出装置，惜助于顶出杆将三根按120度等分均布的顶杆带动环形顶件器，将零件从凹模中顶出；图d是顶出杆镶入凸模内、靠顶中间隔厚将挤压件顶出的一种顶出装置，主要用于复合挤压或带凸缘的杯形件的反挤压。由于挤压时各自的弹性变形不同，顶出杆的顶端面要比下凸模端面略突出一微小高度6，6的大小按正好抵消弹性变形量的原理来决定；图e是一种用于退件行程较大而杆径较小的实心件的正挤压。这种组合式的顶杆结构使用可靠，调整方便。
应注意的是，当压力机设有顶出机构时，采用反拉杆式联动顶出装置，当压力机回程到上死点就会妨碍第二次毛坯的放置。因此，为了使拉杆的动作不影响毛坯的放置，可在下底座上安装活动板。由图可知，当挤压件顶出一段距离后，通过斜面移动(图a)或通过带斜面的撑杆（图b）将活动板撑开，使顶出杆的底面悬空，这样顶出杆依靠自重就可以超前回到原来的位置。
4.4.3模具固定方法设计
将凸模和凹模牢固、精确地固定在模座上，对确保挤压工作的正常进行和提高模具使用寿命皆是十分重要的。同时，合理的紧固方法，还可以使模具结构简化，便于安装、调整和更换零件。
①凸模紧固方法
常用的凸模紧固方法有螺栓紧固、压板紧固、螺栓多级紧固和特种螺母紧固，螺栓紧固仅适用于单位压力较小的有色金属挤压模具上，此方法虽然牢固可靠，但更换凸模不方便，需卸下模板。利用压板和特制圆形螺母紧固凸模，是广泛采用的紧固方法，适用于各类中、小型挤压模具。
②组合凹模的紧固方法
常用的凹模紧固方法有在外加强圈上用螺钉与底座固定。用压板、螺钉紧固，侧面用螺钉调节对中和用达罗姆直接与底座固定。
方案一中选择用特制圆形大螺母固定。
方案二中选择用压板螺钉紧固。
结 论
××××××××××××××××××××××××××××××××××××
附录5：
致
×××××××××××××××××××××××××××××××××××××
×××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××
附录6：
[1]
[2] ××××××××××××××××××××××××××××××
[3] ××××××××××××××××××××××××××××××
挤压工艺及模具习题库参考答案 1.答：反挤压进入稳定阶段，坯料的变形情况可分为以下几个区域： 已变形区、变形区、过渡区、死区、待变形区。 2.答：三向应力之所以可以提高被挤压材料的塑形，归纳起来主要 原因是：第一：三向压应力状态能遏制晶间相对移动，阻止晶间变形。第二：三向压应力状态有利于消除由于塑性变形所引起的各种破坏。第三：三向压应力状态能使金属内某些夹杂物的危害程度大为降低。第四：三向压应力状态可以抵消获减小由于不均匀变形而引起的附加应力，从而减轻了附加应力所造成的破坏作用。 3.答：在塑形变形过程中，变形金属内部除了存在着与外力相应的 基本应力以外，还由于物体内各层的不均匀变形受到变形体整体性的限制，而引起变形金属内部各部分自相平衡的应力，称为附加应力。 4.答：实心件正挤压的金属流动特点：坯料除了受凹模工作表面的 接触摩擦影响外，还受到芯棒表面接触摩擦的影响，因而坯料上的横向坐标线向后弯曲，不再有产生超前流动的中心区域，这说明正挤压空心件的金属流动比正挤压实心件均匀一些。在进入稳定流动时，剧烈变形区也是集中在凹模锥孔附近高度很小的范围之内，金属在进入变形区以前或离开变形区以后几乎不发生塑性变形，仅作刚性平移。
5.答：附加应力不是由外力引起的，而是为了自身得到平衡引起的。 因此，当外力取消以后，附加应力并不消失而残留在变形体内部，成为残余应力。附加应力和残余应力的危害：第一：缩短挤压件的使用寿命；第二：引起挤压件尺寸及形状的变化；第三：降低金属的耐蚀性。 6.答：缩孔是指变形过程中变形体一些部位上产生较大的空洞或凹 坑的缺陷。当正挤压进行到待变形区厚度较小时、甚至只有变形区而无待变形区时，会产生缩孔。筒形件反挤压时进行到待变形区厚度较小，甚至当坯料底厚小于壁厚时仍继续反挤，则会因材料不足以形成较厚的壁部而产生角部缩孔缺陷。 7.答：挤压对金属组织和力学性能的影响有：挤压时，在强烈的三 向应力作用下金属晶粒被破碎，原来较大的晶粒挤压后变成为等轴细晶粒组织，因而提高了强度。 8.答：冷挤压时常用材料的形态有：线材、棒材、管料、板料等。 9.答：冷挤压坯料进行软化处理的原因：为了改善冷挤压坯料的挤 压性能和提高模具的使用寿命，大部分材料在挤压前和多道挤压工序之间必须进行软化处理，以降低材料的硬度，提高材料的塑形，得到良好的显微组织，消除内应力。 10.答：碳钢和合金钢坯料冷挤压前要进行磷化处理。磷化处理又叫 磷酸盐处理，也就是把钢坯放在磷酸盐溶液中进行处理。处理时金属表面发生溶解和腐蚀。由于化学反应的结果，在金属表面上形成一层很薄的磷酸盐覆盖层。
第六章冷挤压模具设计 本章通过一些典型的冷挤压模具结构,介绍冷挤压模具的特点、其工作零件及其它主要零部件的设计要点及步骤等。 第一节冷挤压模具的结构及分类 一、概述 冷挤压是在常温下对金属材料进行塑性变形，其单位挤压力相当大,同时由于金属材料的激烈流动所产生的热效应可使模具工作部分温度高达200℃以上,加上剧烈的磨损和反复作用的载荷，模具的工作条件相当恶劣。因此冷挤压模具应具有以下特点: (１）模具应有足够的强度和刚度，要在冷热交变应力下正常工作; (2)模具工作部分零件材料应具有高强度、高硬度、高耐磨性,并有一定的韧性； （3)凸、凹模几何形状应合理，过渡处尽量用较大的光滑圆弧过渡，避免应力集中； (4)模具易损部分更换方便，对不同的挤压零件要有互换性和通用性; (5）为提高模具工作部分强度,凹模一般采用预应力组合凹模,凸模有时也采用组合凸模; (6)模具工作部分零件与上下模板之间一定要设置厚实的淬硬压力垫板,以扩大承压面积,减小上下模板的单位压力,防止压坏上下模板； （7)上下模板采用中碳钢经锻造或直接用钢板制成,应有足够的厚度,以保证模板具有较高的强度和刚度。 典型的冷挤压模具由以下几部分组成： 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。 二、冷挤压模具分类 冷挤压模具有多种结构形式，可根据冷挤压件的形状、尺寸精度及材料来选择合适的模具结构形式。冷挤压模具可以按以下几个方面来分类。 （一）按工艺性质分类 模具按工艺性质可分为:正挤压模、反挤压模、复合挤压模、镦挤压模等。 1．正挤压模图6-１所示为实心件正挤压模。该模具更换相应的工作部
目录 前言 (1) 1冷挤压基础知识 (2) 1.1冷挤压的实质及方法分类 (2) 1.2冷挤压工艺的优缺点及应用范围 (2) 1.2.1冷挤压的特点 (2) 122冷挤压的优点 (3) 1.2.3冷挤压的缺点 (4) 1.2.4冷挤压工艺的应用范围 (4) 1.3冷挤压技术现状及发展方向 (5) 1.3.1冷挤压技术的现状 (5) 1.3.2冷挤压技术发展方向 (6) 1.4冷挤压模具设计基础知识 (6) 1.4.1冷挤压模具的构造及特点 (6) 1.4.2模具设计基本要求 (7) 1.4.3 模具设计的一般程序 (7) 1.5 本文研究的主要内容 (8) 2冷挤压件图的设计及毛坯准备 (10) 2.1冷挤压件图的设计 (10) 2.2毛坯的制备及处理 (12)
2.2.1坯料形状和尺寸确定 (12) 222坯料的软化处理 (12) 223 坯料表面处理及润滑 (13) 2.3冷挤压工艺方案设计 (14) 2.4冷挤压模具材料 (15) 3挤压力的估算及挤压设备的选择 (16) 3.1影响单位挤压力的主要因素 (16) 3.2冷挤压力的估算及压力机选择 (18) 4模具结构设计 (19) 4.1凹模设计 (19) 4.1.1凹模的结构形状设计 (20) 4.1.2凹模各部分尺寸的设计计算 (20) 4.2上模部分结构设计 (23) 4.3导向装置 (24) 4.4卸料装置 (25) 4.5凹模压板紧固螺钉计算 (26) 4.6模具总体结构 (26) 5凸、凹模失效形式及分析 (28) 5.1凸模失效形式及分析 (28) 5.1.1凸模失效原因 (28)
挤压工艺及模具设计期末考试卷及答案 文件排版存档编号：[UYTR-OUPT28-KBNTL98-UYNN208]
2016—2017学年第二学期期终考试挤压工艺及模具设计试卷A 注：1.请考生将试题答案写在答题纸上，在试卷上答题无效。 2.凡在答题纸密封线以外有姓名、班级学号、记号的，以作弊论。 一、名词解释题（每题3分，共计3×5=15分） 1）反挤 2）型材挤压 3）“红脆”现象 4）皂化处理 5）脱碳现象 二、是否判断题（每题分，共计×10=15分） 1）复合挤压工艺中包含有正挤压、反挤压、减径挤压等挤压特性。 2）温挤压后的试件必须进行正火或退火等热处理，从而得到较好的综合 性能。 3）静液挤压是一种新型挤压工艺，能使脆性材料的挤压变成现实。 4）型材挤压之所以产品形式不一样，其决定因素在于模孔的不同设计。 5）温挤压的制件尺寸精度和表面粗糙度明显好于热挤压，但要差于冷挤 压的。 6）型材挤压时挤压速度与加热温度两者之间必须良好协调，否则其挤压 制件质量不能保证。 7）确定热挤压加热温度的范围，要综合考虑材料的塑性、质量和变形抗 力等因素。
8）挤压模特别是冷挤压模具的凹模多设计成预应力圈组合式凹模。 9）热挤压件图要参考冷挤压件图，在考虑多种因素的前题下，进行绘制 或设计。 10）冷挤压件一般要进行挤后的等温退火处理。 三、简答题（每题5分，共5×5=25分） 1）挤压时主变形区金属处于什么应力状态画出正挤压变形分区，表示其 应力应变状态 2）型材挤压时沿长度方向最易出现什么质量问题有什么措施解决 3）Conform连续挤压有何特点 4）相对比其他塑性成形工艺，挤压工艺有何特点 5）如何防止或消除挤压时的附加应力和残余应力 四、问答题（每题14分，共2×14=28分） 1）冷挤压时，挤压力与挤压行程存在一定的关系，请用曲线表示，各阶段有何特点影响冷挤压力的主要因素有哪些 2）图1为一中部带凸缘的杯形件制品，现在需要运用挤压工艺成形，请设计2套工艺方案，详细阐述每套方案的每一工步或工序，并绘制各步简图 五、综合题（共17分）
冷挤压模结构设计 上下模板是冷挤压压力的主要支承部分，由于冷挤压的单位压力较高，上下模板不能采用铸铁材料。上下模板加导柱、导套就组成有导向的冷挤压模架，无导柱、导套者则为无导向模架 图1为在导柱、导套导向通用反挤压模具。卸年亦有导向，其导向的基准仍为模架的导柱。反挤压时挤压件的端面往往是不平的，缺件时使凸模受力不均匀，可能造成凸模偏移而折断。缺件有强有力的导向时，提高了凸模的稳定性，这是因为卸件板与凸划亦有导向的缘故。反挤压适用模架兼作为下挤压及复合挤压使用。 图2为有导柱导套导向正挤压通用模具。 图3为镦挤复合模具。 通用反挤、正挤和镦挤复合模架中的组合凹模在相同吨位的压力机上都设计成可以互换的，提高了模具的使用范围。 模架精度可分为三级，其技术指标见表1，用于不同挤压件选用，常用的为Ⅱ级。 卸件板与顶件杆：挤压有时粘在凸模上，有时粘在凹模中，有此部件，能将打主挤压件取出。卸件板与顶件杆都是用于制件脱模的零件。 凸模与凹模垫板：通用冷挤压模具中，采用了多层垫板。为了防止高的挤压单位压力直接传递给模板而造成局部凹陷或变形，必须在凹模底端加上垫板，以便把加工压力均匀分散传递，起到缓冲作用。 凸模固定器及定位环：凸模固定器是将凸模安装在上模上，而定位环则可考虑挤压件的不同直径快速交换，提高了模具的通用性能。 凸模与凹模：冷挤压模具的工作部件，在设计时必须认真对待。应选用具一定韧性的高强度钢材制造。凸模与凹模承受了最大的冷挤压单位压力。为了加强凹模的强度，通常采用预应力组合凹模，可以用二层或三层组合而成。 表1
图1 图2
图3
接，不允许有加工刀痕存在。对于正挤压纯铝空心件的凸模，可采用型式b设计，凸模与芯轴制作成整体。 挤压黑色金属空心件，整体式凸模就不宜采用，在凸模本体与芯轴的直径急剧过渡区就很易断裂。应当采用型式c与型式d的组合式，使凸模本体与芯轴组合而成。 组合芯轴分固定式c与活动式d。固定用于芯轴直径较大，而活动式用于芯轴直径较小的环形件。活动芯轴可随变形金属同时向下滑动一锻距离，从而改善了芯轴的受拉情况，防止芯轴被拉断。 图5为下挤压凸模顶端形状的又一种型式。此型式有下列特点： （1）端面有0.5°～1°斜角，其作用是保证凸模的稳定性。特别是毛坯二端不平时尤为重要。（2）同凹模配合的有效长度为3～5mm，而不是全直筒式的。凸模在高的单位挤压力作用下，有时会使凸模直径胀大，增加了凸模下移的阻力。仅有3～5mm有效长度，就能确保凸模的使用精度。 （3）后角3°的存在，采用小圆弧相联，具有较低的应力集中系数，保证凸模具有较高的寿命。为此，这种型式的凸模亦广为采用。 公式1 图1
目录 第一章概述 (2) 第二章模孔布置 (3) 2.1模具的外形尺寸 (3) 2.2模孔的合理配置 (3) 第三章设计工作带长度 (5) 第四章设计导流腔 (8) 第五章型材模孔尺寸设计 (9) 第六章型材模具强度校核............................................................................................. 错误！未定义书签。第七章绘制模具图.. (14) 总结..................................................................................................................................... 错误！未定义书签。参考文献. (16)
第一章概述 1.从模具设计与制造的专业术语可知，用于成形加工的模具必须完成设计和制造两个阶段，它们相辅相成，缺一不可。本设计为型材模具课程设计。 2.设计时，首先根据工件横截面形状对模具的模孔进行布置；模孔布置设定后再对模具各段的工作带进行计算和设计，设计导流腔；选择模具材料并通过计算确定型材模孔尺寸；最后对所设计的模具进行强度校核及画出模具图；对此次课程设计进行总结。
第二章模孔布置 2.1模具的外形尺寸 ①模具外形D 模子外圆直径主要依据挤压机吨位和挤压筒大小、模孔的合理布置及制品尺寸来确定，并考虑模具外形尺寸的系列化，便于更换、管理，一般一台挤压机上最好只有1~2种规格。型材部分模具外形尺寸如下所示： 表1-1 型材、棒材用部分模具外形尺寸 挤压机能力/MN 模具外形尺寸 D1D2H （°）h h1 11.76 148 150.6 30 3 2~3 1.5 148 152.5 40 3 2~3 1.5 148 154.5 70 2 2~3 1.5 19.6 200 203.4 40 3 3~4 1.5 200 204.5 60 3 3~4 1.5 200 207.5 80 3 3~4 1.5 49 265 275.5 60 8 4~8 2.5 350 370.9 60 9 4~8 2.5 350 324.6 70 10 4~8 2.5 350 384.4 70 10 4~8 2.5 又因为挤压筒的内径为200mm，挤压机能力为19.6MN，则选取D=200mm ②在挤压机设计时，通常选取单位压力位1000MPa时的挤压筒D t作为基本参数来确定模具的厚度，其关系为： H=（0.12~0.22）D t 所以H=（0.12~0.22）D t=0.12~0.22）3200=24~44mm 又因为模子厚度主要是根据强度要求及挤压机吨位来确定，在保证模具组件（模子+模垫+垫环）有足够强度的条件下，模子的厚度应尽量薄。一般H=25~80mm，80MN以上吨位挤压机取80~150mm。模具厚度也应系列化。 所以取H=40mm 2.2 模孔的合理配置 单孔挤压时的模孔布置 ①具有两个以上对称轴的型材，型材的重心布置在模子中心 ②具有一个对称轴，如果断面壁厚差不大，应使型材的对称轴通过模子的一个坐标轴，使型材断面的重心位于另一个坐标轴上。 ③对于非对称的型材和壁厚差别很大的型材，将型材重心相对模子中心偏移一定距离，且
目录 第一章冷挤压工艺的特点及模具分类 (2) 一、冷挤压工艺 (2) 二、冷挤压模具特点 (2) 三、典型的冷挤压模具组成 (3) 四、冷挤压模具分类 (3) 五、冷挤压的特点 (4) 第二章模具工作部分设计 (5) 一、冷挤压模设计要求 (5) 二、正挤压凸模 (6) 三、正挤压凹模 (7) 第三章模具组成及工作过程原理 (8) 一、自行车前钢碗正挤压模具装配图 (8) 二、工作过程 (10) 第四章听课感受及意见与建议 (11) 一、感受 (11) 二、意见和建议 (11)
参考文献 (11) 第一章冷挤压工艺的特点及模具分类 一、冷挤压工艺 冷挤压的工艺过程是：先将经处理过的毛坯料放在凹模内，借助凸模的压力使金属处于三向受压应力状态下产生塑性变形，通过凹模的下通孔或凸模与凹模的环形间隙将金属挤出。它是一种在许多行业广泛使用的金属压力加工工艺方法。 二、冷挤压模具特点 1、模具应有足够的强度和刚度，要在冷热交变应力下正常工作； 2 、模具工作部分零件材料应具有高强度、高硬度、高耐磨性，并有一定的韧性； 3、凸、凹模几何形状应合理，过渡处尽量用较大的光滑圆弧过渡，避免应力集中； 4、模具易损部分更换方便，对不同的挤压零件要有互换性和通用性； 5、为提高模具工作部分强度，凹模一般采用预应力组合凹模，凸模有时也采用组合凸模； 6、模具工作部分零件与上下模板之间一定要设置厚实的淬硬压力垫板，以扩大承压面积，减小上下模板的单位压力，防止压坏上下模板； 7、上下模板采用中碳钢经锻造或直接用钢板制成，应有足够的厚度，以保证模板具有较高的强度和刚度
、典型的冷挤压模具组成 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。 在第二章内容中将主要介绍模具的工作部分的设计 四、冷挤压模具分类 根据金属被挤出的方向与凸模运动方向的关系，冷挤压一般可分为正挤压、反挤压、复合挤压三种基本方式。 1、正挤压如图1-1所示，挤压时金属流动方向与凸模流动方向相同，适用于各种形状的实心件、管件和环形件的挤压； 2、反挤压如图1-2所示，挤压时金属流动方向与凸模运动方向相反，适用于各种截面形状的杯形件的挤压； 3、复合挤如图1-3所示，挤压时，金属流动方向相对于凸模运动方向，一部分相同，另一部分相反，适用于各种复杂形状制件的挤压；改变凹模孔口或凸、凹模之间缝隙的轮廓形状，就可以挤出形状和尺寸不同的各种空心件和实心件。 cd
1. 绪论 1. 1 挤压的定义及分类 1. 1. 1 挤压的定义 挤压是将挤压模具装在压力机上, 将金属坯料放入模腔内, 利用压力机的往返运动, 在强大的压力和一定的速度之下, 迫使金属在挤压模的型腔内发生塑性变形, 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挤压件。挤压是在很强的三向应力状态下的成型的过程, 因而允许很大的变形量, 更适于低塑性材料的成型。显然, 挤压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型零件的; 在整个变形过程中, 其材料的体积是保持不变的[1]。 挤压成型速度范围很广, 它既可在专用挤压机上进行, 也可在一般的机械压力机、液压机、摩擦压力机以及高速空气锤上进行。挤压成型温度范围也很广, 它既可在常温、中温下进行, 也可在高温中进行。根据制品形状的要求, 有各种与之相配的模具。挤压模具是挤压生产中最重要的工具, 它的结构形式、各部分尺寸、模具材料、模具的装配形式等, 对挤压力、金属流动的均匀性、制品尺寸的稳定性、制品表面质量以及模具自身的使用寿命等都产生极大的影响[2]。 1. 1. 2 挤压的分类 ( 1) 按毛坯加热温度的不同分类 1) 冷挤压在室温中对毛坯进行挤压。 冷挤压的特点及应用范围; 采用冷挤压法加工能够降低原材料消耗, 材料的利用率高达70%~90%[4]。在冷挤压中, 金属材料处于三向不等的压应力作用下, 挤压后金属材料的晶粒组织更加细小而密实; 金属流线不被切断, 而是沿着挤压件轮廓连续分布; 同时, 由于冷挤压利用了金属材料经冷加工而产生的加工
硬化的特性, 使冷挤压件的强度大为提高, 从而提供了用低强度钢代替高强度钢的可能性[3]。另外, 冷挤压靠强大的压力来熨平毛坯表面, 因此能够获得较高尺寸精度和较低表面粗糙度的冷挤压件。 冷挤压模具与一般冷冲模相比, 工作时所受的压力大得多, 因而在强度、刚度和耐磨性等方面的要求都较高。冷挤模不同于冷冲模的地方主要有: ●凹模一般为组合式( 凸模也常常见组合式) 结构; ●上﹑下模板更厚, 材料选择得更好, 满足模具的强度要求; ●导柱直径尺寸较大, 满足模具的刚度要求; ●工作零件尾部位置均加有淬硬的垫板; ●模具易损件的更换、拆卸更方便[5]。 从上述分析能够看出, 冷挤压加工具有”高产、优质、低消耗”的特点, 在技术上和经济上都有很高的实用价值。当前, 已在机械、仪表、电器、轻工、航宇、船舶、军工等工业部门中得到较为广泛的应用, 已成为金属塑性成形技术中不可缺少的重要加工手段之一。 当然, 冷挤压也有一些缺点, 比如, 单位挤压力较大, 模具使用寿命较短[11]。可是, 随着科学技术的发展, 模具材料的开发, 模具结构的合理化, 缺点会被克服, 优越性会得到充分发挥。 2) 温挤压将毛坯加热到金属再结晶温度以下的某个适当的温度范围内进行挤压。 3) 热挤压将毛坯加热到金属再结晶温度以上的某个适当的温度范围内进行挤压。 ( 1) 按毛坯材料种类不同分类 1) 有色金属挤压被挤压毛坯材料为有色金属及其合金。 2) 黑色金属挤压被挤压毛坯材料为黑有色金属及其合金[6]。 1. 1. 3 挤压基本方法 根据挤压时金属流动方向与挤压轴运动方向之间的关系, 常见的挤压方法
目录 一、挤压相关知识及发展状况 (2) 二、总设计过程概论 (5) 三、实心型材模设计 (7) 四、总结与体会 (19)
1.1 挤压加工方法 挤压是有色金属、钢铁材料生产与零件成型加工的主要方法之一，也是各种复合材料、粉末材料等先进材料制备与加工的重要方法。从大尺寸金属铸锭的热挤压开坯、大型管棒型材的热挤压加工至小型精密零件的冷挤压成型，从粉末、颗粒料为原料的复合材料直接固化成型到金属间化合物、超导材料等难加工材料，现代挤压技术得以广泛的应用。 挤压加工的方法主要有正挤压，反挤压，侧向挤压，玻璃润滑挤压，静液挤压，连续挤压。挤压加工特点是处于强烈的三向压应力状态，这有利于提高金属的塑性变形能力，提高制品的质量，改善制品内部微观组织和性能。除此以外，挤压加工还具有应用范围广，生产灵活性大，工艺流程简单和设备投资少的特点。应用挤压加工工艺最多的材料是低熔点的有色合金，如铝及铝合金。 1.2 铝加工行业的分布 中国的铝加工企业主要集中于沿海(广东、福建、浙江、上海、江苏、山东、河北、天津、北京、辽宁)地区，即珠江三角洲(广州一深圳为中心的经济圈)、长江三角洲(上海为中心的经济圈)、环渤海湾地区(京津经济圈)所占比例较大，许多铝加工企业都云集于此三大经济圈。在珠三角地区，主要集中在佛山地区，其中大沥更是全国，甚至世界地区铝加工业的佼佼者。 1.3铝及铝合金的特点与应用 铝及铝合金具有一系列特性，在金属材料的应用中仅次于钢材而居第二位。目前全世界铝材的消费量在1800万吨以上，其中用于交通运输（包括铁道车辆、汽车、摩托车、自行车、汽艇、快艇、飞机等）的铝材约占27%，用于建筑装修的铝材约23%，用于包装工业的铝材约占20%。随着中国经济建设的高速发展，人民生活水平的不断提高，中国的建筑行业发展迅速，包括铝型材在内的
一、绪论 1.1 挤压加工方法 挤压是有色金属、钢铁材料生产与零件成型加工的主要方法之一，也是各种复合材料、粉末材料等先进材料制备与加工的重要方法。从大尺寸金属铸锭的热挤压开坯、大型管棒型材的热挤压加工至小型精密零件的冷挤压成型，从粉末、颗粒料为原料的复合材料直接固化成型到金属间化合物、超导材料等难加工材料，现代挤压技术得以广泛的应用。 挤压加工的方法主要有正挤压，反挤压，侧向挤压，玻璃润滑挤压，静液挤压，连续挤压。挤压加工特点是处于强烈的三向压应力状态，这有利于提高金属的塑性变形能力，提高制品的质量，改善制品内部微观组织和性能。除此以外，挤压加工还具有应用范围广，生产灵活性大，工艺流程简单和设备投资少的特点。应用挤压加工工艺最多的材料是低熔点的有色合金，如铝及铝合金。 1.2 铝加工行业的分布 中国的铝加工企业主要集中于沿海(广东、福建、浙江、上海、江苏、山东、河北、天津、北京、辽宁)地区，即珠江三角洲(广州一深圳为中心的经济圈)、长江三角洲(上海为中心的经济圈)、环渤海湾地区(京津经济圈)所占比例较大，许多铝加工企业都云集于此三大经济圈。在珠三角地区，主要集中在佛山地区，其中大沥更是全国，甚至世界地区铝加工业的佼佼者。 1.3铝及铝合金的特点与应用 铝及铝合金具有一系列特性，在金属材料的应用中仅次于钢材而居第二位。目前全世界铝材的消费量在1800万吨以上，其中用于交通运输（包括铁道车辆、汽车、摩托车、自行车、汽艇、快艇、飞机等）的铝材约占27%，用于建筑装修的铝材约23%，用于包装工业的铝材约占20%。随着中国经济建设的高速发展，人民生活水平的不断提高，中国的建筑行业发展迅速，包括铝型材在内的建筑装饰材料不断增加。铝型材的应用已经扩展到了国民经济的各个领域和人民生活的各个层面。 根据铝合金的成分和生产工艺特点,通常分为变形铝合金与铸造铝合金两大类。变形铝合金也叫熟铝合金，根据据其成分和性能特点又分为防锈铝，硬铝，超硬铝，锻铝和特殊铝等五种。 铝合金比纯铝具有更好的物理力学性能：易加工、耐久性高、适用范围广、装饰效果好、花色丰富。铝合金分为防锈铝、硬铝、超硬铝等种类，各种类均有各自的使用范围，并有各自的代号，以供使用者选用。铝合金型材具有强度高、重量轻、稳定性强、耐腐蚀性强、可
《冷冲压工艺与模具设计》课程习题集 一、单选题 1. 下列不是模具失效的原因是( ) A．磨损 B.氧化 C.崩刃 D. 折断 2.模具的压力中心就是冲压力( )的作用点。 A .最大分力 B .最小分力 C .合力 D.冲压力 3.为保证压力机和模具正常工作，模具的压力中心应与压力机的压力中心( ) A.重合 B.不重合 C.偏离 D.大小相同 ; 4.点的主应力状态图有( ) 种种种种 5.曲柄压力机可分为曲轴压力机和偏心压力机，其中偏心压力机具有( ) A．压力在全行程中均衡 B.闭合高度可调，行程可调 C．闭合高度可调，行程不可凋 D.有过载保护 6.能进行三个方向送料，操作方便的模架结构是( ) A.对角导柱模架 B.后侧导柱模架 C.中间导柱模架 D.四导柱导架 7.导板模中，要保证凸、凹模正确配合，主要靠( )导向 $ A.导筒 B.导板 C.导柱、导套 D.导料销 8.复合模中同时具有落料凸模和冲孔凹模作用的零件称为( ) A.凹模 B.凸模 C.凸凹模 D.卸料板 9.冲裁模的台阶式凸模安装部分（固定部分）与凸模固定板的孔的配合采用( ) A. H7/m6 s6 a6 r6 10.冲裁变形过程中的塑性变形阶段形成了( ) A.光亮带 B.毛刺 C.断裂带 D.圆角带 11.落料时，其刃口尺寸计算原则是先确定( ) ￥ A.凹模刃口尺寸 B.凸模刃口尺寸 C.凸、凹模尺寸公差 D.孔的尺寸 12.冲裁模采用始用挡料销是为了提高材料的（） A.强度 B.塑性 C.利用率 D.硬度 13.模具的合理间隙是靠（）刃口尺寸及公差来实现。 A.凸模 B.凹模 C.凸模和凹模 D.凸凹模
挤压工艺及模具设计Extrusion Technology and Mould Design
一、挤压工艺分类 挤压可分为以下三类： 1）冷挤压，又称冷锻，一般指在回复温度以下（室温）的挤压。 2）温挤压，一般指坯料在金属再结晶温度以下、回复温度以上进行的挤压。对于黑色金属，以600℃为界，划分为低温挤压和高温挤压。 3）热挤压，指坯料在金属再结晶温度以上进行的挤压。
1）冷挤压工艺 冷挤压是在冷态下，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、尺寸以及一定力学性能的挤压件。 冷挤压与热锻、粉末冶金、铸造及切削加工相比，具有以下主要优点： 1）因在冷态下挤压成形，挤压件质量好、精度高、其强度性能也好； 2）冷挤压属于少、无切削加工，节省原材料； 3）冷挤压是利用模具来成形的，其生产效率很高； 4）可以加工其它工艺难于加工的零件。 。
2）温挤压工艺 温挤压成形技术是近年来在冷挤压塑性成形基础上发展起来的一种少无切削新工艺，又称温热挤压。它与冷、热挤压不同，挤压前已对毛坯进行加热，但其加热温度通常认为是在室温以上、再结晶温度以下的温度范围内。对温挤压的温度范围目前还没有一个严格的规定。有时把变温前将毛坯加热，变形后具有冷作硬化的变形，称为温变形。或者，将加热温度低于热锻终锻温度的变形，称为温变形。 从金属学观点来看，区分冷、热加工可根据金属塑性变形后有无加工硬化现象存在来决定似乎更合理些。在金属塑性变形后存在加工硬化现象这个过程称为冷变形及温变形。
3）热挤压工艺 热挤压是几种挤压工艺中最早采用的挤压成形技术，它是在热锻温度时借助于材料塑性好的特点，对金属进行各种挤压成形。目前，热挤压主要用于制造普通等截面的长形件、型材、管材、棒料及各种机器零件等。热挤压不仅可以成形塑性好，强度相对较低的有色金属及其合金，低、中碳钢等，而且还可以成形强度较高的高碳、高合金钢，如结构用特殊钢、不锈钢、高速工具钢和耐热钢等。
1.冷挤压的定义及特点 1. 1 冷挤压的定义 冷挤压是精密塑性体积成形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挤压件。显然，冷挤压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。 1. 2 . 冷挤压的优点及技术难点 目前，冷挤压技术已在紧固件、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，冷挤压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，而新型挤压材料、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%是采用冷挤压工艺生产的。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，冷挤压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挤压有如下优点： 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IT7～IT8级，表面粗糙度可达R0.2～R0.6。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
A、凹模 B、凸模 C、凸凹模
4、下列工序中属于成形工序的是（ C ） A、落料 B、拉深 C、冲孔 5、复合模的分类是根据落料凹模的安装位置来确定的, 落料凹模安装在上模称为（ C ） A、正装式复合模 B、连续模 C、倒装式复合式 6、导正销与凸模的配合为：（A ） A、H7/h6 B、H7/f6 C、H7/k6 7、弯曲角度?越小（或中心角越大）回弹积累越大回弹也（ B ） A、越小 B、越大 C、不变 8、为保证压力机和模具正常工作，模具的压力中心应与压力机的压力中心（A ） A、重合 B、不重合 C 、偏离 9、冲裁模采用始用挡料销是为了提高材料的（ C ） A、强度 B、塑性 C、利用率 10．拉深系数m一般取值为。（A ） A、<1 B、>1 C、<0 三、判断题（每小题2分，共20分） 1、板料落料件尺寸等于凹模刃口尺寸，冲孔时孔的尺寸等于凸模刃口尺寸。（√） 2、板料冲裁时凸、凹模间隙过大时落料件尺寸小于凹模尺寸，冲孔时孔的尺寸大于凸 模尺寸，（√） 3、滚珠导向是一种无间隙导向精度高，寿命长（√） 4、板料弯曲时在中性层以外区域纤维受压缩变短；中性层以内区域纤维受拉伸而伸长。 （×） 5、板料弯制U形件时，凸、凹模的间隙越大工件回弹越小。（×） 6、冲裁模的凹模在下模，凸模在上模的称为倒装模（×） 7、板料弯曲时相对弯曲半径r/t越小，其变形程度就越大越容易产生裂纹。（√） 8、相对弯曲半径r/t越大，回弹越大。（√） 9、压力机在一次行程中只完成一道工序的冲裁模称为复合模。（×） 10、压力机在一次行程中、依次在几个不同的位置上，同时完成多道工序的冲模称为 复合模。（×） 四、名词解释（每小题3分，共5小题， 15分） 1、拉深系数：以拉深前后的坯料直径之比来表示。 2、单工序冲裁模：指在压力机一次行程内只完成一个冲压工序的冲裁模。 3、搭边：排样时冲裁件之间以及冲裁件与条料侧边之间留下的工艺废料。
第6章冷挤压工艺与模具设计 一、目的与要求 了解冷挤压工艺方法及冷挤压模具结构组成。 二、主要内容 冷挤压分类，冷挤压件工艺性分析，冷挤压模具设计。 三、难点与重点 冷挤压必须解决的主要问题 四、授课方式 多媒体授课。 五、思考题 6—1 冷挤压加工有哪些类型?各适用于什么场合？ 6—2 冷挤压加工有什么优点? 6—3 冷挤压对毛坯有何要求？ 6—4 如图所示的冷挤压件，试确定坯料形状及尺寸。 6—5 如图所示的冷挤压件，材料为10号钢，试计算冷挤压力的大小。 题6—4图题6—5图 6—6 预应力组合凹模是如何提高挤压凹模的整体强度的?若凹模承受的单位压力是1300MPa，通常采用几层凹模? 六、小结
6.1 概述 冷挤压是指在室温条件下，利用压力机的压力，使模腔内的金属毛坯产生塑性变形，并将金属从凹模孔或凸、凹模的缝隙中挤出，从而获得所需工件的加工方法。 6.1.1、冷挤压的分类 根据冷挤过程中金属流动的方向和凸模运动方向的相互关系，可将冷挤压分为正挤压、反挤压、复合挤压、径向挤压等。 1、正挤压挤压时金属流动方向与凸模运动方向一致（见图6-1）。适用于带凸缘的空心件和杯形件、管件、阶梯轴等制件的挤压。 2、反挤压挤压时金属流动方向与凸模运动方向相反（见图6-2）。适用于杯形件、 图6-1正挤压图6-2反挤压 3、复合挤压挤压时一部分金属的流动方向与凸模运动方向相同，而另一部分金属的流动方向与凸模运动方向相反（见图6-3）。适用于各种断面的制件，如圆形、方形、六角形、齿形、花瓣形等的挤压。 4、径向挤压挤压时金属流动方向与凸模运动方向相垂直（见图6-4）。适用于具有
《冷冲压工艺及模具设计》考试试题（1） 适用专业模具专业时量：120min 闭卷记分 学生班级姓名学号 一、填空：（每小题2分，共20分） 1、冷冲压工艺有两大类，一类是，另一类是工序。 2、冲裁的变形过程主要包括、、。 3、下模板与导柱的配合为，导柱与导套的配合为。 4、冲裁时废料有和两大类。 5、弯曲时，零件尺寸标注在外侧，凸凹模尺寸计算以为基准 6、拉深可分为和两种。 7、冷挤压变形程度的表示法有、、。 8、冷冲模按工序性质可分为、、、、。 9、翻边系数的表达式为ｍ＝。 10、在JB23－63型压力机的型号中，63表示。 二、名词解释：（每小题4分，共12分） 1、冲裁： 2、连续模： 3、模具闭合高度： 三、问答题：（每小题5分，共15分） １、指出下面冲裁过程F－ｈ曲线中各曲线段各为什么阶段？ OA段：AB段： BC段：CD段： 2、什么叫弯曲时的回弹？减小回弹的措施有哪些？ 3、什么叫冲裁尺寸精度？影响冲裁精度的主要因素是什么？ 四、说明下例模具属何种类型？并指出图中各序号零件的名称。 （15分）
五、计算题：（24分） １、计算下例弯曲件毛坯尺寸，并确定凸凹模尺寸。材料为Ｑ235，ｔ＝ 2.0mm，尺寸32为未注公差Δ＝0.62，δd＝0.03，δp＝0.02，Z＝1.1t，C= 3.0。（12分） ２、确定下例拉深件需几次才能拉深完成，并确定各 次拉深系数。拉深系数值见下表示，材料为08钢，t＝2mm， 毛坯直径Ｄ＝283mm，零件图如下图示。（12′） 六、编织加工下例零件时的合理工艺路线，并说明各道工 序采用何种类型的模具？材料为08钢。（１４分）
1 绪论 (3) 1.1 本课题的目的和意义 (3) 1.2 本课题的主要研究内容 (4) 1.3 小结 (5) 2 复杂壳体冷挤压工艺的确定 (5) 2.1 冷挤压工艺概述 (5) 2.2挤压零件分析 (7) 3、挤压工艺分析 (9) 3.1 坯料尺寸的确定 (9) 3.2 毛坯软化处理 (10) 3.3 冷挤压毛坯表面处理与润滑 (10) 3.4变形程度计算 (13) 3.5确定挤压次数 (13) 4 挤压设备选择 (14) 4.1挤压力的确定 (14) 4.2挤压设备类型选择 (14) 4.3液压式压力机型号选择 (14) 5模具的结构型式及其主要零部件的设计 (15) 5.1冷挤压模具的结构分析 (15) 5.1.1冷挤压模具的组成部分 (16) 5.1.2对模具设计的要求 (16) 5.2冷挤压模具的结构特点 (17) 5.3 模具材料的选择 (17) 5.3.1冷挤压模具工作零件的材料要求 (17) 5.3.2冷挤模零件材料选取 (18) 5.4凸模设计 (18) 5.4.1 分流控制腔的设计 (19) 5.4.1.1 分流控制腔的结构形式及位置确定 (19) 5.4.1.2 控制腔高度尺寸（i h ）的确定 (20) 5.4.2凸模的结构及尺寸 (20) 5.5凹模的设计 (21) 5.6卸料和顶出装置的设计 (23) 5.7 挤压模具模座的设计 (24) 5.7.1上模座的设计 (24) 5.7.2 下模座的设计 (26) 5.8导柱导套的设计 (27) 6、装配图 (29) 7 复杂壳体成形过程的有限元仿真 (31) 7.1有限元分析软件的背景介绍 (31) 7.1.1 DEFORM 的介绍 (31) 7.1.2 DEFORM 的功能 (32)
挤压模具设计思路简介 一、当一个新的型材断面拿到手后，首先要先绘出型材的CAD图以供客户确认，要先分清是建材还是工业材，以分别采取不同的型材标准（建材GB5237，工业材GB6892）。 二、要注意型材的宽厚比是否适合挤压、有无悬臂、公差配合尺寸、表面处理要求以及实心型材还是空心型材，把这些与客户沟通好后双方确定型材图，计算型材的周长、面积及米重，这是产品开发的基本内容同时也是一个模具设计者所应具备的基本知识。 当型材断面确定后要先进行机台及模具规格的确定，这里先分实心型材和空心型材两种情况。对实心型材来说，如果型材悬臂较大的情况下有时也采用假分流的设计方式，这里悬臂较大指的是型材悬臂部分的悬臂长度与悬臂宽度减去空刀的比值K，即： 悬臂长L 悬臂宽h-悬臂空刀C×2 K值越大模具压塌或挤偏的可能性就越大，所以在L、h一定的情况下，在不影响型材流出的情况下尽量减少C的值来减小K值，以符合书中K值要求；或者也可采用假分流将悬臂大的部分放在桥下；以及加支撑块、销钉或反面螺钉固定，变单点支撑为双点支撑等特殊设 计方法等。所有这一切均以减少悬臂部分的挤压力为前提，具体内容参照《铝型材挤压模具设计制造与维修》一书上5-7页内容。 模具设计分以下几步： 1、机台及模具规格的确定 a．机台确定分挤压筒直径和挤压机出口两部分，由S筒=1/4ΠD2算出挤压筒面积；由λ=S筒/S型算出挤压比，一般实心型材对于6063而言λ=8~70均适合挤压，空心型材一般λ=8~40适合挤压； b．当λ适合后，由挤压机出口对照型材的长宽等外围尺寸来确定是否适合该机生产；当a.b两项均合适后选择该机台合适的模具规格； c．导入客户已经确认的型材图然后放合适
铝型材 百科名片 工业铝型材 铝型材，就是铝棒通过热熔、挤压、从而得到不同截面形状的铝材料。铝型材的生产流程主要包括熔铸、挤压和上色三个过程。其中，上色主要包括：氧化、电泳涂装、氟炭喷涂、粉末喷涂、木纹转印等过程。 目录 铝型材分类方法 铝型材生产流程 其它相关信息 编辑本段 铝型材分类方法 一、按用途可以分为以下几类： 1. 门窗的建筑用门窗铝型材[1]（分为门窗和幕墙二种）. 2. CPU散热器的专用散热器铝型材 3. 铝合金货架铝型材,他们的区别在于截面形状的不同.但都是通过热熔挤压生产出来的. 4..工业铝型材：主要用于自动化机械设备、封罩的骨架以及各公司根据自己的机械设备要求定制开模，比如流水线输送带、提升机、点胶机、检测设备等等，电子机械行业和无尘室用得居多!
二、按合金成分类： 可分为1024、2011、6063、6061、6082、7075等合金牌号铝型材，其中6系的最为常见.不同的牌号区别在于各种金属成分的配比是不一样的，除了常用的门窗铝型材如60系列、70系列、80系列、90系列、幕墙系列等建筑铝型材之外，工业铝型材没有明确的型号区分，大多数生产厂都是按照客户的实际图纸加工的. 三、按表面处理要求分类： 1. 阳极氧化铝材 2. 电泳涂装铝材 3. 粉末喷涂铝材 4. 木纹转印铝材 5. 刨光铝材(分为机械刨光与化学抛光二种，其中化学抛光成本最高，价格也最贵) 1、熔铸是铝材生产的首道工序。 主要过程为： （1）配料：根据需要生产的具体合金牌号，计算出各种合金成分的添加量，合理搭配各种原材料。 （2）熔炼：将配好的原材料按工艺要求加入熔炼炉内熔化，并通过除气、除渣精炼手段将熔体内的杂渣、气体有效除去。 （3）铸造：熔炼好的铝液在一定的铸造工艺条件下，通过深井铸造系统，冷却铸造成各种规格的圆铸棒。 2、挤压：挤压是型材成形的手段。先根据型材产品断面设计、制造出模具，利用挤压机将加热好的圆铸棒从模具中挤出成形。常用的牌号6063合金，在挤压时还用一个风冷淬火过程及其后的人工时效过程，以完成热处理强化。不同牌号的可热处理强化合金，其热处理制度不同。 3、上色 (此处先主要讲氧化的过程) 氧化：挤压好的铝合金型材，其表面耐蚀性不强，须通过阳极氧化进行表面处理以增加铝材的抗蚀性、耐磨性及外表的美观度。 其主要过程为：
冷冲压工艺与模具设计
《冷冲压工艺与模具设计》复习题 四、问答题（每题4分，共8分） 1、某公司用复合模冲制图2所示垫片，零件材料为45Mn，料厚3.5mm，模具工作零件采用合金工具钢Cr12，热处理工艺合理，但是模具投产后不久，出现模具工作零件损坏，无法冲压。请指出： 1）损坏的工作零件名称； 2）损坏的原因； 3）为了保证模具正常工作，提出改进措施。 图 2、分析图3零件的弯曲工艺，指出： 1）工艺不合理处及会导致的质量问题； 2）为了保证产品质量，提出改进措施。 图
3、分析图2零件的弯曲工艺，指出： 1）工艺不合理处及会导致的质量问题； 2）为了保证产品质量，提出改进措施。 4、图3所示为低碳钢的拉伸力学性能曲线，请写出金属 1和金属2 哪种材料对冲压更有利，并说明理由。五、计算题（第1题5分、第2题10分、第3题3分，共18分） 1、拉深件尺寸如图4所示（单位mm ），材料为10钢： 1）写出毛坯尺寸计算式并代入数据（考虑修边余量）； 2）设毛坯直径为Φ100mm ，计算拉深次数（许用拉深系数按表中最大值考虑，写出计算过程,保留小数1位）。 图 图
2、冲制图5所示一般精度的冲裁件（单位mm ），材料为50钢，料厚1mm 。 1）根据零件形状，你认为用分开加工法还是配合加工法比较合理。 2）确定基准件，计算凸、凹模刃口尺寸及制造公差（保留小数2位）。 3）计算冲裁力（强度按表中最大值考虑）。 3、计算图6弯曲件的毛坯长度（单位mm ），零件材料08钢，料厚1mm,(保留小数1位)。 4 、冲制图4所示一般精度的冲裁件（单位mm ），材料为Q235，料厚1mm 。 1）根据零件形状，你认为用分开加工法还是配合加工法比较合理。 2）确定基准件，计算凸、凹模刃口尺寸及制造公差（保留小数2位）。 3）计算冲裁力（抗拉强度按表中最大值考虑）。 图图