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
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、可塑性好、变形量小、无污染、无毒、防火性强，使用寿命长（可达50—100年），回收性好，可回炉重炼。
1.4挤压工模具的材料
常用挤压工具钢化学成分
本设计选用模具材料为4Cr5MoSiV1，又称H13钢。钢中碳化物类型有
623C M 、C M 6。钒在钢中起回火时二次硬化作用；Cr 、Mo 、W 、V 能提高钢抗回
火软化能力，保持高温下的强度、韧度；硅提高钢的回火稳定性和抗热疲劳能力。铬和硅还能提高抗氧化和抗烧蚀性。 常用挤压工具钢及其机械性能：
二、总设计过程概论
2.1 挤压工艺流程
金属制品是经若干个工序制作出来的，每个工序按一定顺序连接起来，就形成了工艺。工艺要在一定条件下完成，有特定的工艺参数。
挤压工艺流程：铸锭加热→挤压→切压余→淬火→冷却→切头尾→切定尺→时效→表面处理→包装入库
2.2挤压工艺及工艺参数条件的确定
应考虑挤压温度、挤压速度、润滑、模具（种类形状、形状等）、切压余、切头尾、淬火、冷却、等多方面的因素，合理地选择工艺或参数。
1）铸锭的加热温度
3003铝的最高允许加热温度为550℃，下限温度为320℃，为了保证制品的组织，性能，表面质量，为了降低变形抗力，挤压时锭坯的加热温度不宜过高，应尽量降低挤压温度。一般取490～530℃。
2）挤压筒预热
模具的成分多为合金钢，由于导热性差，为避免产生热应力，挤压前挤压筒要预热，为保证挤压制品的质量，并且具有良好的挤压效应，挤压筒温度可取400℃～450℃。可采用通电自行预热。
3）模子预热
避免急热，延长模具寿命，应对模具进行预热。
4）挤压温度
热挤压时，加热温度一般是合金熔点绝对温度的0.75～0.95倍，挤压过程
中温度最好控制在500℃左右。
6）挤压速度
考虑金属与合金的可挤压性，制品质量要求及设备的能力限制，本设计的
挤压速度取min
/
0.2
~
8.0m
V=
锭，min
/
80
~
60m
V≤
流出
。
7）工模具的润滑
因本设计采用热挤压，故不采用润滑。
8）模具
模具应具有足够的耐高温疲劳强度和硬度，较高的耐回火性及耐热性，足够的韧性，低的热膨胀系数和良好的导热性，可加工性，及经济性，本设计采用4Cr5MoSiV1作为模具的材料，热处理的硬度为HRC48～52。
9）切压余
本设计视挤压设备而定，一般20～30mm，要控制质量，切去缩尾等缺陷。10）淬火
本工艺过程中，制品挤出后可通过设置风扇对制品进行吹风来达到风淬（固溶强化）的目的，或采用喷水雾的方法。
11）冷却
直接露置在空气中冷却，达到自然时效的目的。
12）切头尾
一般挤压制品的头部和尾部都存在缺陷，为了不影响制品的性能，需要进行切头尾的工
作。切头尾的量可以是300～500mm或500～1000mm，本次设计头尾各切300mm。13）切定尺
本次设计取每根制品6m长作为切定尺的标准。
14）时效
时效处理可以分为两种：自然时效和人工时效。自然时效即让挤压制品在空气中停放；
人工时效对3xxx系铝合金可在180～240℃下保温6～8h。
15）表面处理
为了提高制品的耐蚀性和抗疲劳性等，可以对其进行表面处理。表面处理一般有：阳极氧化、着色、喷粉、喷涂、电泳、抛光等。
16）包装入库
将铝合金成品进行包装入库。
三、实心型材模设计
3.1所要设计的实心型材制品
图1 v型材截面
（1）已知：要求本制品的形状和尺寸及公差如下
牌号XC311-5（v 型） 制品的截面积263mm
F =制
制品材料为3003，制品挤一米的重量m kg G /171.0= 模孔外接圆直径mm D 97.16121222=+=外
(2)现有设备
表6
3.2选坯和选设备
选择挤压筒直径D0是一个最核心的问题，有以下的选择原则：
1）保证产品表面质量原则
C'≥1K（C'为模孔距筒内表面的距离，1K为经验数据，可取15、20、30）
2）保证挤压模强度的原则
3）保证产品内在质量的原则
4）经济上的优化原则－生产成本最低；成材率最大；产量最高
可用500T，按成才率最高的原则，进一步优化，计算如下表所示：
最后选择成才率最高的81.8％方案1
即：选择500T的挤压机设备，挤压筒内径D0=Φ95mm
锭坯尺寸为：Dd×Ld=Φ90×270mm
λ=62.48
3.3挤压力的计算
根据挤压力经验系数公式，
b D d
D
P σ2)8.0(
775.11-= P ——挤压力, N D ——挤压筒内直径，mm
d ——制品的当量直径，mm ；（π制F d 4=）
b σ——材料在挤压温度下的变形抗力，MPa ；查表3，并由外推法得出500℃时的变形抗力为10MPa 。 所以d=π制F 4=π634?=8.96mm
P=b D d
D
σ2)8.0(
775.11- =1095)8.096
.895
(
775.112??-? =2610162N
换算成吨位：约266T
P=266T ＜额定吨位500T ，设备选择符合要求，即理论技术可行 3.4实心型材模具体结构设计 模组的结构如下图
图2 模组的结构
1.模子
2.模垫
3.前环
4.后环
5.保护垫板
6.前机架
7.模座
8.模套 9.剪刀 10.挤压筒
对于不同吨位的挤压机，下图中的主要结构尺寸都是配套设置的，可以从有关资料中查得。模组的主要结构尺寸如图3
模组尺寸如下表
表7模组尺寸
挤压模具的尺寸如下表
表8挤压模具的尺寸
3.5 实心模尺寸数据设计
（1）选坯和选择设备
根据前面的计算
选500T挤压机
挤压筒内直径
D=95㎜锭坯尺寸：Dd×Ld=Φ90×320mm
挤压比λ=62.48
（2）模组及模子尺寸外形的计算
图3模组主要结构尺寸标注
模组主要结构尺寸确定
根据前面计算，从表7选取
H=190mm
H=20mm2H=80mm3H=55mm1?＝Φ160mm1?＝Φ180mm 1
模子外形尺寸的确定（如下图4）
图4模子外形尺寸
依据表8的数据可以确定
d=Φ135㎜2d=Φ145㎜1h=12㎜2h=25㎜
1
（3）模孔几何尺寸的确定
挤压比λ=62.48＜
λ，故不需要多孔挤压。
max
①模孔的外形尺寸（指型材的宽与高）A K ：由公式
11(1)k m A A C =++?
式中：m A ——型材的名义尺寸，mm
1C ——裕量系数，见《金属塑性加工学》，冶金工业出版社，P67表5－1锻铝取0.007~0.010，本设计取0.010
1?——型材外形尺寸的正偏差，mm
②型材的壁厚的尺寸S K 由公式
22k m S S C =++?
式中：m S ——型材壁厚的名义尺寸，mm
2?——型材壁厚的正偏差，mm
2C ——裕量系数，对铝合金取0.05～0.15，其中壁薄的取下限，厚
壁
取上限。本设计取0.1
③计算得出几何尺寸:
模孔外型尺寸： 长度方向25±0.45mm 尺寸
k B =m B (1+ 1C ）+1?
=32×（1＋0.01）+0.45
=12.57mm
宽度方向13±0.45mm 尺寸
k H =m H (1+1C ）+1?
=13×（1＋0.01）+0.45
=12.57mm
壁厚的尺寸 22k m S S C =++?
=2.4＋0.1＋0.2 =3.4㎜
型材的圆角及圆弧没有偏差要求，故可按名义尺寸设计 由于这种型材在挤压的过程中有并口现象，角度取91° 制造偏差为 45.0±㎜，主要尺寸如下图
图5 模孔几何尺寸
（4）孔形在模子端面位置的确定
由于本型材为等壁厚的型材，故型材的重心与模子的中心重合。 模孔重心的计算，如下图建立坐标系：
图6模孔几何中心确定
设压力中心为（0x ，0y ）由于v 型截面具有一条对称轴，如图6关于Y 轴称 所以0x =0 ，则压力中心为（0，0y ） 各边中心坐标为：
()()23,23,111-=y x l ,()()275.6,225.4,222-=y x l ,()()
275.6,25.4,333-=y x l ,
()()275.6,25
.4,4
4
4
=y x l ,()()275.6,225.4,555=y x l ,()()
23,23,666=y x l
各边长分别为：1l =12mm ，2l =3mm ，3l =9mm ，4l =9mm ，5l =3mm,126=l mm
0y =
8
76543218
877665544332211l l l l l l l l l y l y l y l y l y l y l y l y ++++++++++++++
=4.24mm
由于制品对称，所以（0x ，0y ）=（0，4.24）
（5）工作带长度的确定
工作带又称定径带，是用以稳定制品尺寸和保证制品质量的关键部分。由于是等壁厚型材，故定径带长度h 定各处相等，一般可取2～3.5㎜，生产实践中对铝合金常用3～8㎜， 本次设计取h 定＝4㎜
模角工作带与工作端面的连接都有一个尖棱角，挤压过程中易于出现裂纹和压秃、压塌等现象从而会改变模孔尺寸，导致难以保证挤压制品的尺寸精度，因此，必须采用过渡圆角半径r 。 （6）出口直径
模子的出口直径一般应比工作带直径大3～5mm ，以防止划伤制品表面，本设计取4mm 。工作带与出口的过渡部分以圆角半径等于4～5mm 的圆弧连接，或做成20°~45°的斜面。
（7）入口圆角半径
入口圆角半径r 的作用是为了防止低塑性合金在挤压时产生表面裂纹和减轻金属在进入工作带时所产生的非接触变形，也是为了减轻在高温下挤压时模子的入口棱角被压颓而很快改变模孔尺寸用的，但挤压铝合金时不应有入口圆角，而要求保持锐利的角度，一般取r=0.2~0.5mm 。 （8）阻碍角
由于h 定≤10～15㎜，故不采用阻碍角 3.6校核
（1）设备能力的校核
根据前面挤P =266T<500T,即挤压力小于所选设备的吨位。所以符合要求。 （2）模子强度的校核
对于半空心型材,可以认为是一个悬臂梁突出的舌部，可按下述步骤校核其危险面I-I 处的模子最小厚度。舌部尺寸如图5所示。
图5
1）求单位挤压力p
0F P p =
=7085
8.91000266??=332.08MPa
式中：p ——单位挤压力，MPa
P ——挤压力，N
0F ——挤压筒断面面积，2m m
2）舌部载荷sh pF Q ==sh sh l pb =2621208.332??=47819.5N 式中：Q ——作用在舌部的总载荷，N sh F ——舌部的面积，2m m sh l 、sh b ——舌部的长宽尺寸，mm 3）舌部弯曲应力w σ计算
w σ=
W
M w
式中：w σ——舌部弯曲应力，MPa
w M ——弯矩，N ·mm ；w M =Qe =47819.5×
2
2
6=202850.4N ·mm （e 为重心至危险断面出的距离）
W ——截面模数，3
m m ；W =62H b sh =6
252122
?=1915.083m m
（H 为模子高度） 所以w σ=
W M w =08
.19154
.202850=105.9MPa 4）剪切应力τ的计算
τ=
H b Q sh =25
2125.47819?=112.7MPa 5）等效应力e σ的计算
e σ=22
)73.1(τσ+w
=22)7.11273.1(9.105?+=221.87MPa 计算的等效应力e σ应小于工作温度下的模子的材料的屈服强度s σ。在500℃下,
对于4Cr5MoSiV1取s σ=1025Pa 左右。e σ=221.87MPa<1025MPa ，故模具强度符合要求。 四、总结与体会
通过几个星期的课程设计，我对模具以及模具设计的一般步骤有了初步的了解。
原来以为专业知识学得好就能做得好,事实上实践动手能力与书本知识有很大的区别.这样的课程设计可以激发人的主动性和创造性,很好的锻炼人的思维.
在这次课程设计中，不但让我学到了铝合金挤压模具设计的基本知识，还让我把今年暑假实习中观察学习到的模具知识应用于其中。也算是把理论和实际初步的结合了起来。
由于个人水平的限制及专业知识的有限，设计存在许多疏漏和错误之处，恳请老师指正教导。
参考文献：
【1】 刘静安 邵莲芬主编. 《铝合金挤压工模具典型图册》 化学工业出版 【2】 郝滨海主编 《挤压模具简明设计手册》化学工业出版社 【3】刘静安 谢建新主编 《金属挤压理论与技术》冶金工业出版
【4】刘静安 谢建新主编. 《大型铝合金型材挤压技术与工模具优化设计》 【5】刘庆谭主编. 《材料力学教程》 机械工业出版社
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。
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
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分零件，可进行其它零件的正挤，也可用于反挤压、复合挤压和镦挤。顶出系统由零件1、2、3、4组成可调式拉杆，其中件3为调节螺母。旋转螺母可以调节拉杆长度，以适合不同零件挤压后的顶出。凸模6由活动护套加以保护，以增加凸模的强度和稳定性。此外，当该模具用于反挤压或复合挤压时，更换合适的护套还可以利用上模部分的打料系统进行卸料。
《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。
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
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
目录 目录 (1) 冷挤压模具设计及其成形过程 (3) 第一章绪论 (3) 1.1冷挤压成形技术发展概况 (5) 1.2选题依据和设计主要内容 (7) 1.2.1毕业设计（论文）的内容 (7) 1.2.2 毕业设计（论文）的要求 (7) 第二章冷挤压工艺设计 (8) 2.1挤压工艺步骤 (8) 2.2工艺设计步骤 (10) 2.2.1计算毛坯的体积 (10) 2.2.2确定坯料尺寸 (10) 2.2.3计算冷挤压变形程度 (11) 2.2.4确定挤压件的基本数据 (12) 2.2.5确定挤压次数 (12) 2.2.6工序设计 (12) 2.2.7工艺方案确定 (20) 2.2.8各主要工序工作特点进一步分析 (21) 第三章压力设备选择 (24) 3.1各主要工序所需镦挤力 (24) 3.2主要设备选用 (26)
4.1冷挤压模具设计要求 (28) 4.2凸模设计依据 (29) 4.3冷挤压组合凹模设计依据 (31) 4.4凸模设计 (37) 4.4.1镦平凸模设计 (37) 4.4.2凹模设计 (38) 4.5预成形模具设计 (41) 4.5.1预成形凸模设计 (41) 4.5.2预成形凹模设计 (42) 4.6终成形模具设计 (44) 4.6.1终成形凸模设计 (44) 4.6.2终成形凹模设计 (45) 4.7冷挤压模架设计 (46) 4.7.1冷挤压模架设计的基本原则 (46) 4.7.2模架的设计 (47) 4.7.3其它零件设计 (48) 第五章挤压模具零件加工工艺的编制 (53) 5.1加工工艺编制原则 (53) 5.2加工工艺的编制 (55) 第六章总结及课题展望 (58) 6.1本文工作总结 (58) 6.2课题展望 (59) 参考文献 (59)
课程设计 资料袋 机械工程学院学院（系、部）2013-2014 学年第 1 学期课程名称挤压工艺与模具课程设计指导教师职称 学生姓名专业班级学号 题目挤压件正挤工艺模具设计 成绩 起止日期2013年11 月日～2013 年11 月日 目录清单 月日
课程设计任务书 2013 —2014学年第1 学期 机械工程学院（系、部）专业班 课程名称：挤压工艺与模具课程设计 设计题目：挤压件正挤工艺模具设计 完成期限：自2013 年11 月日至2013 年11 月日共1.5 周
指导教师：2013 年11月日系（教研室）主任：2013 年11月日
机械设计课程设计 设计说明书 挤压件正挤工艺模具设计 起止日期：2013年11月日至2013年11 月4日 学生姓名 班级 学号 成绩 指导教师(签字) 机械工程学院（部） 2013年12月日
目录 第一章零件的工艺分析 (3) 第二章零件工艺方案的选定 (5) 第三章工序设计 (6) 3.1 毛坯的制备 (6) 3.2 毛坯的软化处理 (6) 3.3 毛坯表面处理与润滑 (7) 3.4 毛坯尺寸的确定 (7) 第四章工艺计算 (8) 4.1 许用变形程度计算 (8) 4.2 挤压力的计算 (8) 4.3 压力机的选择 (9) 第五章冷挤压模具的机构设计 (10) 5.1 凹模的设计 (10) 5.2 凸模的设计 (11) 5.3 模具其他部分的设计 (12) 5.4 模具的固定 (13) 第六章模具装配及工作原理 (14) 6.1 加工要求 (14) 6.2 模具装配图及装配过程 (15) 6.3 加工路线 (16) 第七章工作零件材料的要求与使用注意事项 (17)
冷挤压模结构设计（一） 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 在冷挤压模具中，凸模是最关键的零件之一。凸模在冷挤压过程中，承受的单位挤压力最大，极易磨损与破坏。为此凸模的设计和加工就显得特别重要。 1．反挤压凸模 图1是用于黑色金属冷挤压的几种凸模。A、b两种凸模效果较好，在生产中尽量使用。C的平端面工作部分的凸模，由于冷挤压件需要平的底部，在生产中也常用，但单位挤压力比锥形带平底的凸模约高20%。无平台的锥形凸模α一般为5°～9°，也有用到27°的。但不要超过27°。角α过大，会因为毛坯端面不平面导致杯形件的壁厚差过大，使凸模受到很大的侧向力，在挤压过程中折断。反挤压凸模工作高度及凸模后隙直径见公式1。图2为纯铝等有色金属反挤压凸模工作部分的几种型式。其设计原则与上述基本一致。纯铝的塑性较好，强度较低，其反挤压杯压形件往往是薄壁深孔件，应尽可能减小凸模工作带的高度。一般取g=0.5～1.5mm。角 α=12°～25°。 有色金属反挤压凸模工作带高度一般是均匀的，如果在挤压变形不均的杯形件时，凸模工作带的高度在变形程度大的部位和变形阻力较大的部位，应适当减小凸模工作带的高度，即制造成不等的凸模工作带。 对于纯铝的反挤压细长凸模，为了增加其纵向稳定性，可以在工作端面上作出工艺凹槽（图3）。凸模借工艺凹槽在开始挤压的瞬间将毛坯'咬住'而提高其稳定性。凹槽的形状须对称于凸模中心，保持良好的同心度，否则反而会在挤压时发生偏移，造成凸模折断。 工艺凹槽的槽宽一般取0.3～0.8mm，深0.3～0.6mm。工艺凹槽顶部应用小圆弧光滑相连。2．正挤压凸模 在黑色金属冷挤压中，反挤压凸模的长径比一般较小，而正挤压的凸模长径比就往往较大。为了不使凸模纵向失稳，有进还需加上凸模保护套。 图4是正挤压所用凸模的几种型式。实心凸模可按型式a设计，在各台阶
挤压工艺及模具设计期 末考试卷及答案 Company Document number：WUUT-WUUY-WBBGB-BWYTT-1982GT
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）
冷挤压模具设计
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： 1）凹模一般为组合式（凸模也常常用组合式）结构； 2）上 ﹑ 下模板更厚，材料选择得更好，满足模具的强度要求； 3）导柱直径尺寸较大，满足模具的刚度要求； 4）工作零件尾部位置均加有淬硬的垫板； 5）模具易损件的更换、拆卸更方便。 7.5.1 典型冷挤压工艺模具结构 1. 正挤压模具 图 7.5.1 是用于黑色金属空心零件正挤压的模具简图。模具的工作部分为凸模和凹模。 凸模 16 的心部装有凸模芯轴 15，芯轴 15 的心部设有通气孔与模具外部相通。凸模 16 的上 顶面与淬硬的垫板 13 接触，以便扩大上模板 3 的承压面积。凹模 2 经垫块 8 与垫板 9 固定 于下模板 11 上。由图可看出，凸模与凹模的中心位置是不能调整的，凸、凹模之间的对中 精度完全靠导柱 7 与导套 6 以及各个固定零件之间的配合精度来保证， 因此这种模具结构常 称为不可调整式模具。很明显，不可调整式模具的制造精度要求很高；但安装方便，而且模 架具有较强的通用性，若将工作部分更换，这副模具可以用作反挤压或复合挤压。 由图还可知， 凸模回程时， 挤压件将留在凹模内， 因此需在模具下模板上设置顶出杆 10。
2.
反挤压模具
图 7.5.2 所示的是在小型（无顶出装置）冲床上使用的黑色金属反挤压模具的,它是一 种典型的具有导向装置的反挤压模。为便于反挤压件从凹模中取出，设计了间接顶出装置， 反挤压力在下模完全由顶出杆 25 承受，顶件力由反拉杆式联动顶出装置（由件 3、28、30、 31、32、33 组成）提供，该顶出装置在模座下方带有活动板 31，当挤压件顶出一段距离后， 通过带斜面的斜块 33 将 31 撑开，使顶杆 32 的底面悬空，使之靠自重复位，为下一次放置 毛坯做好准备。而活动板 31 靠其外圈的拉簧 30 合并。上模也设计了卸件装置，由于杯形挤 压件较深，为了加强凸模的强度，除工作段外，凸模的直径加粗并开出三道卸料槽，供带有 三个内爪形的卸料圈 17 卸料。 只要将凸模、凹模、顶山杆、垫块 26、27 加以更换，这副模具就可以挤压不同形状和 尺寸的工件；也适用于正挤压和复合挤压。
挤压模具设计思考题 挤压模具设计思考题 1、基本概念 平模、锥模、正锥模、倒锥模、舌比、比周长、阻碍角、促流角、分流比、宽展量、宽展变形率、比压 正锥模：操作时顺着挤压方向装入模支承内，其锥角一般为1°30′~4°。 倒锥模：操作时逆着挤压方向装入模支承内，其锥角一般取6°。舌比：包围的空间面积与开口宽度平方的比值。 比周长：型材断面周长（或某一部分的周长）与其所包围的截面面积的比值。 阻碍角：在型材壁较厚处的模孔入口侧做一个小斜面，以增加金属的流动阻力，该斜面与模子轴线的夹角叫阻碍角。 促流角：在型材壁较薄处的模孔入口端面处做一个促流斜面，该斜面与模子平面间的夹角叫促流角。 分流比：各分流孔的断面积(∑F分)与型材断面积(F型)之比。 宽展量△B ：铸锭经宽展变形以后的最大宽度B2与挤压筒直径D1之差。 宽展变形率δB：δB =（B2-B1）/B1×100% ，B2 、B1——宽展模出、入口宽度。 2、从模具的整体结构上可将挤压模具分成那几类，各自的主要用途
是什么？ 答：按模具结构形式可分为：整体模、拆卸模、组合模、专用模具。整体模：模子是由一块钢材加工制造。广泛用于挤压铝合金型、棒、管材。 拆卸模：由数块拼装组成一整体模子。用于生产阶段变断面型材。模子是由大头和小头两部分构成。而这两部分又分别由多块组装而成。．挤压模具设计思考题 组合模：用于生产内径较小的管材、各种断面形状的空心型材。 专用模具——如水冷模、宽展模等等。 3、根据模孔压缩区的形状，可将挤压模具分那几种？最常用的是什么模子，主要用于挤压什么产品？ 答：平模、锥形模、平锥模、流线形模和双锥模等； 平模：挤压铝合金型材、棒材，镍合金、铜合金管、棒材。 锥模：挤压铝合金管材，高温合金钨、钼、锆等。 4、分流模、舌型模都是用于挤压空心制品的，他们各自的优缺点是什么，适用于挤压什么产品？ 答：桥模（舌形模）：所需的挤压力较小，焊合室中延伸系数大，主要用于挤压硬合金空心型材。但挤压残料较多。 平面分流模：多用于挤压变形抗力低、焊合性能好的软合金空心型材。残料较少。 5、平模和锥模各自有什么优缺点，适合挤压什么样的产品，为什么？答：平模：α=90°。挤压时，可以，形成较大的死区，从而获得优