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)
附录一：英文科技文献翻译 (62)
英文翻译： (67)
附录二毕业设计任务书 (72)
冷挤压模具设计及其成形过程
机械与电气工程学院机械设计制造及其自动化专业
06城建机械乔红娇指导老师雷声
第一章绪论
挤压就是零件金属毛坯放在挤压模腔中，在一定温度下，通过压力机
上固定的凸模或凹模向毛坯施加压力，使金属毛坯产生塑性变形而制得零
件的加工方法。挤压的加工原理是金属坯料处于三向压应力状态下变形时，
能大大提高金属的塑性，允许金属有较大的变形。挤压变形的特征是由大
截面向小截面的变形。挤压即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锤上进行。挤压加工有许多特点，
主要表现在挤压变形过程的应力应变状态、金属流动行为、产品的综合质量、生产的灵活性与多样性、生产效率与工艺流程简单、设备投资较少等
方面。而冷挤压除了前面列出的共性优点外，还有它自己独特的优点。如
能够得到强度大、刚性好而质量轻的零件；零件的精度等级较高、表面粗
糙度值较低；节约能源，工作环境得到较大改善。
挤压按照挤压坯料的温度分类一般可分为冷挤压、温挤压、热挤压三
类，而其中冷挤压应用范围最广。冷挤压一般是指在回复温度以下的挤压，对于黑色金属常指在室温中对坯料进行的挤压。由于冷挤压具有很多优点，所以它已越来越多地用来大量生产软质金属、低碳钢、低合金钢零件。但是冷挤压的优点往往不能用简单的方法发挥出来，因为冷挤压是金属在冷态下、强烈的三向压应力状态下变形的，变形抗力较大。因此它也有些自己的缺点。如模具易磨损，易破坏，因此要求模具材料好、对挤压设备要求较高、对所加工的原材料要求高；挤压前坯料处理复杂；工艺流程设计技术水准较高，研发过程周期长，投入大。
金属材料的冷、温、热变形通常是以金属成形过程中加工硬化、回复和再结晶状态来判定的。金属塑性变形后，材料处于加工硬化状态，称为冷变形；金属塑性变形后，材料具有再结晶组织，称为热变形；介于了冷变形与热变形之间，材料处于回复状态，称为问温变形。各种塑性变形的温度范围见图1.1。
图1.1 各种塑性变形的温度范围
挤压工艺正是在金属材料冷变形、温变形、热变形这三种状态下进行，并按被挤压材料的温度分为了冷挤压、温挤压、热挤压三大类。
在此我们主要用到的是冷挤压加工。
1.1冷挤压成形技术发展概况
挤压技术的发展经历了漫长的历史过程。19世纪末，法、英、美、德等国开始用冷挤压法生产软质有色金属零部件。第一次世界大战期间，美国采用冷挤压法大批量生产黄铜弹壳，并企图用冷挤压法生产钢质弹壳，但未获得成功，原因是当时不能用工具钢作为模具材料，也没有找到良好的表面处理方法和润滑剂。
第一次世界大战以后，德国人于1921年制造出冷挤钢管压力机，经
过进十年的研究及实验，知道1931年冷挤钢管才在实验室里试制成功，但不能正式投入生产，其原因也是由于钢冷挤压时变形抗力过大，找不到用于生产的模具材料和表面润滑处理方法。第二次世界大战前夕，德国对弹壳的需求量猛增，但是用黄铜材料制造弹壳，因原料来源不足，满足不了战争的需要。为了扩大弹壳的生产量，德国秘密试验用冷挤压法生产钢弹壳，但一直没有成功，直到1942年德国人找到了采用表面磷化、皂化处理法，并用合金工具钢作为模具材料，成功地用冷挤压法大批量生产了钢弹壳，当时在战场上引起了极大的震动和惊诧。第二次世界大战一结束，美国查明了德国人关于钢的冷挤压的全部资料，并聘用德国专家，继续深入地研究钢的冷挤压，大规模地开办了用冷挤压法生产弹壳和弹体的军工厂。第二次世界大战以后冷挤压工艺的应用开始由军工向民用转化。从949年开始，美、德等国在民用工业中采用冷挤压法加工各种钢质零件，并进一步开展了钢的冷挤压研究工作。日本于1957年引进第一台专用冷挤压力机，首先在钟表等精密仪器工业中采用冷挤压加工。由于这种加工方法的经济效益显著，不久，便在大批量生产的汽车和电器等工业部门中得到广泛应用，现在已成为一种重要的加工手段，遍及于各个工业部门。
在我国，解放前的冷挤压技术是很落后的，当时只有极少数工厂用铅、锡等有色金属挤压牙膏管、线和管材等。解放后冷挤压技术得到了一定不敢程度的发展，20世纪50年代开始了铜及其合金的冷挤压，60年代开始了黑色金属的冷挤压，近年来随着我国工业生产和科学技术的蓬勃发展，冷挤压技术也得到了迅猛发展。这种先进的压力加工工艺已在我国的工业建设中起着令人瞩目的作用。目前，我国已对铝、锡、银、纯铜、无氧铜、黄铜、锡青铜、锌及其合金、纯铝、防锈铝、锻铝、硬铝、可伐合金、泊莫合金、低碳钢以及中碳钢等多种金属进行冷挤压，甚至对轴承钢、高速钢等也可进行一定变形量的冷挤压。我国可以制造的冷挤压件及型材的品
种也多种多样。在模具材料的使用方面，除了采用高速钢、高碳高铬钼钢、滚珠轴承钢、弹簧钢等以外，还采用不少新型模具钢、硬质合金以及钢结硬质合金等。在模具结构方面，采用近代的最优化设计方法以及计算机辅助设计，在保证强度、刚度、可靠性等要求的提下充分发挥了模具材料的潜力。在冷挤压技术的理论研究方面，国内不少高校和研究院所正在采用有限元等计算方法、数值模拟冷挤压成形全过程，以及揭示冷挤压时的金属流动规律及应力应变规律，这些都会对冷挤压技术的发展这更大的推动作用。
综上所述，我国冷挤压技术的研究水平还是较高的，在冷压技术推广方面曾一度达到轰轰烈烈的局面，但发展速度较为缓慢。其主要原因有：作为作为冷挤压零件最广泛应用领域的汽车工业尚不发达，汽车零部件生产厂点多、批量小，达不到规模经济生产；缺少专用冷挤压力机，用通用压力机又满足不了冷挤工艺的特殊要求；缺少冷挤压专用钢种，虽有标准件拥抱过冷镦钢，但品种少，规格小，不能满足较大零件冷挤压的要求等。今年来，我国汽车工业、摩托车工业得到迅速发展，给冷挤压技术应用带来了新的机遇。当代轿车某些关键部件，从设计开始就是立足于精密成形，从结构反方面很难用机加工方法来代替，这些关键零件的国产化，大大促进了精密锻造特别是冷挤压技术的发展。
1.2 选题依据和设计主要内容
1.2.1毕业设计（论文）的内容
螺钉是重要连接零件，要求结构强度高，宜采用冷精锻成形。杆部变截面，采用正挤压工步；头部采用先聚料后镦挤的方法。挤压变形力较大，模具设计时要保证模具有足够的强度。
1.2.2 毕业设计（论文）的要求
1)正确排工步，在满足工艺要求的前提下，采用最少的工步；
2)模具结构要合理；
3)掌握组合凹模优化设计方法；
4)手绘总装图1副和主要工作零件图；
5)使用三维造型软件, 画局部总装图；
第二章冷挤压工艺设计
从坯料变为挤压件成品需要一系列工序。挤压工艺设计要确定一系列必要的工序，达到以最少的工序，最短的流程，使坯料逐步变形成要求的挤压件形状，经济合理地生产出符合质量要求的挤压件。典型的挤压工艺过程，由许多工序组合而成，其中包括下料、镦粗、校形（坯料准备工序），预成形工序和最终成形工序（正挤压、反挤压、复合挤压或镦挤相结合的组合工艺），以及中间的辅助工序（除油、酸洗、退火、润滑）和最后的机械加工工序。无论是制坯工序、中间工序还是成形工序都是冷挤压过程中的重要组成部分。
冷挤压适合加工软质且延展性好，硬度大致在100HBS一下的金属材料。冷挤压件的形状应保证金属在挤压方向的变形均匀，流速一致，同时使单位挤压力较低，使模具寿命较高。最好的挤压件形状是轴对称的回转体。挤压件内、外型面应避免直角过渡，直径变化小的零件不应采用挤压工艺成形，用切削加工方法较为有利。挤压零件应尽量避免壁面上的环形槽和径向孔，避免挤压成形小直径的深孔。
冷挤压工艺设计是在确定挤压件形状、尺寸、精度和材料之后着手设计模具之前的一个阶段，在此之前要拟定制定的挤压加工工艺和有关的工艺顺序和数量，并研究如何具体实现符合要求的质量控制、经济性问题。
2.1挤压工艺步骤
工艺设计时，从研究产品图进行工艺分析开始，首先根据变形前后材
料体积不变法则及所设计的挤压件图形，计算出坯料体积，并由挤压件尺寸或中间工序尺寸，按照体积公式确定毛坯尺寸，再按变形程度，挤压力大小和形状复杂程度，确定工序数目，然后进行工序设计，决定中间成形工序的成形预备形状和尺寸，并选定成形方法，安排加工工序。最后决定工艺方案，即选定材料和设备，编制工艺流程和构思模具结构，同时进行全面工艺评价和核算技术、经济指标。
挤压工艺设计程序可用以下一个工艺流程图来表示：
图2.1 工艺设计程序
在模具设计的过程中，还可能反过来对初始的工艺方案进行修正；在试验过程中进一步补充完善，并就实际作业条件，重新评价工艺设计。在挤压工艺方案设计中，需要做出下述的评价和估算：
1、工艺性评价
（1）挤压件形状复杂程度；
（2）挤压件成形难易程度；
（3）挤压件变形程度的大小；
（4）挤压件的尺寸范围；
（5）挤压件的精度等级；
（6）挤压件性能指标；
（7）挤压件质量标准；
（8）挤压材料的工艺性能；
2、估算项目
（1）总变形程；
（2）总工序数目；
（3）总工装套数；
（4）效果分析及评价
根据上面这些评价和估算，便可确定一种经济合理的最佳工艺方案。
2.2 工艺设计步骤
2.2.1计算毛坯的体积
22
128.4+678
=3798.144+8817.12
3=12615.264mm 312616mm =∏??∏??≈ 根据挤压件图，按照坯料体积等于挤压件体积的原则进行计算。 在计算坯料体积时，可以近似计算其体积。参照其最终成品图，可以将它最终冷挤压成型的零件图绘制出来（如图2.2）。
图2.2 所给挤压件图
2.2.2确定坯料尺寸
有零件图可知:
=20mm, =12mm, =24mm ；
但是在此我们要计算一下预成形后零件头部的高度。
根据变形前后体积不变的原理可得：
222267810H =12616
H =12.1mm
∏??+∏?? 解得 式中 ──毛坯直径，mm ；
──毛坯变形后杆部直径，mm ；
──
毛坯变形后头部直径，mm ； ──毛坯高度，mm ；
──
毛坯变形后杆部高度, mm ； ──毛坯终成形后头部的高度，mm ；
──
毛坯的横截面积，； ─毛坯变形后杆部横截面积，；
─毛坯变形后头部横截面积，；
2.2.3计算冷挤压变形程度
由于下面的杆部是正挤压成形的，上面的头部是镦挤压成形的，所以在计算时都要分成两部分进行计算。
变形程度是冷挤压工艺设计与计算的重要参数，其表示方法有三种: ①杆部断面缩减率
头部断面缩减率
②杆部挤压比
头部挤压比
③杆部对数挤压比
头部对数挤压比
的关系是
与
或
由以上公式和结合零件尺寸，可以明显看出杆部的正挤压部分比头部的镦挤部分变形程度大。
冷挤压时，模具单位面积承受很大的压力，当压力在模具内的合成应力超过模具钢的许用应力（一般为2000～2500MPa）时，模具就容易破坏或降低模具使用寿命。因此，对于各种材料都有一个许用变形程度。即对于不同的挤压材料在不同的工艺参数条件下，应按同一许用单位挤压力来决定其冷挤压变形程度，这就是等压原则。
2.2.4确定挤压件的基本数据
（1）挤压件的体积；
（2）坯料规格；；
2.2.5确定挤压次数
在上述的计算变形公式中得到：再按照挤压次数确定方案得知可以进行一次性挤压成型。然而为了有利于卸件，使凸模不易折断，提高模具使用寿命和改善加工工艺，根据初始坯料经受正挤压，挤压一次；由于螺钉的头部变形量很大，不能够一次成形，考虑到模具的强度和设备吨位，头部分两次成形；螺钉头部先聚料和六边形部分成形，各挤压一次，共挤压的次数是3次。
2.2.6工序设计
变形工序的设计是否合理，应看挤出零件的质量是否合格以及模具使用寿命长短。从生产的角度来看，工序越少越好，最好一次挤成，这样可减少附加的中间工序。但有时采用一次成形，会出现挤压件开裂或模具过早地损坏。究竟设计几道挤压工序合理，应根据零件形状、尺寸不同，所用材料性能不一样，变形程度大小、零件质量要求和现有设备综合考虑。
综上所述，在拟定工艺方案时，即要考虑技术上的可能性和先进性，又要注重经济效益。
为此，在设计工艺方案时，应该拟定两个或两个以上的工艺方案，然后对这些方案进行经济效益、技术可行性和先进性分析，以便得出最佳方案。在选定最佳方案后，进行挤压件图设计，确定毛坯尺寸和形状，设计变形工序的尺寸。当然要做到这一步，应拟定的工艺方案进行大致的计算，才能将各种方案的主要指标进行比较，才能选出最佳方案。
在此依照上述理念，对本次冷挤压工序数目进行确定。
依据螺钉的形状尺寸计算其总变形程度，得出其应变不超过一次冷挤压工序的许用应变，从这一点考虑该零件可以一次挤压成形。然而为了利于卸件，使凸模不易折断，提高模具使用寿命和改善加工工艺，在生产中采用三次挤压成形方案。另外在挤压成形前，坯料准备阶段还要进行一次整平。具体有以下几道工序：
（1）制坯工序设计
挤压是一种高效率工艺，特别是对于大批量零件的生产，一旦采用冷挤压方法投产，那么挤压前毛坯的下料，对实际生产来讲具有重要意义。
目前原材料一般采用棒料、板料、线料及管材等，而多数采用棒料。在此选为棒料。而棒料一般采用切削下料或剪切下料。由于棒材用切削下料，材料利用率可达70%-90%,而用剪切下料，材料利用率可达95%-100%。故从材料利用率上考虑，棒料冷态剪切是生产毛坯方法中最迅速和最便宜的一种，其中包括全封闭式截切模和半封闭式截切模。它们常常用于生产中小尺寸直径的毛坯,它具有以下一些优点：1.剪切断面质量好，2.废料损失小，3.生产效率高.但相比较而言前者截切端面质量好一点，故在此采用全封闭式截切模。
用截切模制备坯料，生产效率高，材料利用率高，但截断面比较粗糙，
端面与中心轴线不能保持垂直，有一定的斜度，尤其是半封闭截切模，这种情况尤为严重。因此坯料在截切后，一般用镦平模将坯料端面压平并校形后再进行挤压。
（下料由于H0／D0=40.2／20=2.01≥0.8
故选用剪切下料
即采用全封闭式截切模来剪切下料；）
综上所述，得出：
1.原料采用棒料；
2.采用全封闭式截切模来剪切下料；
3.制坯工序包括：剪切下料─镦平─校形。
（2）预成形工序设计
预成形工序是指得到半成品冷挤压件的工序，它主要是进行材料体积变形量的分配，为成品冷挤压件作形状和尺寸方面的准备。它对冷挤压工艺的成败和冷挤压件的质量以及尺寸精度都有重要的影响。
确定预成形工序半成品的形状和尺寸，主要是要符合金属变形的规律和冷挤压变形的具体要求。要求如下：
A．预成形工序半成品的设计，应该最大限度地满足工艺和质量要求。
B．选择预成形工序半成品形状时，要保证其在变形过程中与模壁之间的接触面最大。
C．在确定半成品的形状与尺寸时，应该考虑冷挤压件局部成形的工艺需要及所需要的材料储备。
D．采用多道工序挤压锥形件时，预成形工序半成品形状不应与成品的锥体形状一致，而且一般是前者的锥形角要大些，这样能使半成品放入凹模后与模壁及模腔下部有一定空隙存在、使得在成形过程中成形力减小，最后又能提高成形件锥体部分的表面质量。
（3）终成形设计
终成形工序是将预成形产品最终一次性成形为所需成品的最终工序。在这个工序里，将挤出带有一定余量或没有余量，符合挤压件图形状、尺寸及质量要求的挤压完成品。
终成形工序是按照挤压件图进行设计的。设计时除考虑挤压件图上形状和尺寸要求，满足变形需要外，还应考虑预成形工件形状及尺寸对它的影响以及它们之间的配合关系。
（4）辅助工序设计
辅助工序设计是指除坯料准备和成形之外的其他工序，如除油、酸洗、退火、润滑和机械加工等。接着将分别对这些工序讲述一下：
1）软化处理
为了改善材料的冷挤压性能和提高模具寿命，大部分材料在冷挤压前需要进行软化处理。过去对软化的要求，主要是降低材料的硬度，实际上材料的显微组织对挤压性能的影响也是很重要的。
挤压时，一般都在三向压应力状态下使金属产生塑性变形，金属流动十分强烈，冷挤压时变形抗力大，冷作硬化严重。因此，钢质坯料在冷挤压前必须进行软化处理。其目的是降低材料的硬度，提高塑性，消除内应力并得到良好金相组织。
软化处理有以下两个方面的内容：
①坯料的软化处理是为了降低强度和硬度，提高塑性，改善金相组织；
②工序间的软化热处理，主要是为了消除加工硬化和内应力。
钢材不同，所选用的软化热处理的方法也不同。一般碳的质量分数在0.3%以下的碳钢和合金钢，多采用球化退火。等温退火一般用在合金钢，它比完全退火的时间短，氧化部脱碳较轻，内部组织和硬度分布较均匀。低温退火只能作为变形工序间的消除应力退火。固溶处理适用于奥氏体不锈钢
的软化热处理。奥氏体型合金（例如GH140）也可用淬火软化。铝、铜有色合金则有的用淬火软化，有的用退火软化。此外，有时还要对冷挤压后的成品进行适当的热处理（例如不锈钢、黄铜件为防止开裂的热处理）。常用冷挤压钢退火后的硬度要求见表2-1
表2-1 常用冷挤压钢退火后的硬度要求
对于钢材来说，珠光体组织成为影响挤压性能的重要因素，从降低冷挤压力来看，球化退火后，组织不仅硬度小，强度低，而且塑性较高，并随着钢材中含碳量的增加显得越明显。对含碳量较高的材料，除了考虑到改善挤压性能外，也为改善挤压后的加工性、热处理质量及力学性能，均应采用球化退火。碳钢的硬度与热处理关系如图2.3所示。
其中1表示正火（片状珠光体）；2表示退火（片状珠光体）；球化退火（球状珠光体）。
图2.3 碳钢硬度与热处理的关系
碳素钢和合金钢的球化退火工艺规范如图2.4所示。
图2.4 碳钢和合金钢热处理规范
2）表面预处理及润滑
冷挤压前，应当对钢坯料进行表面处理。至于在各变形工序之间是否要重新进行表面处理，则应更具变形条件来决定。冷挤压时，金属材料会产生强烈的塑性变形，单位挤压力很大，特别是钢的冷挤压，最大的单位挤压力可达2500MPa。在这么高的单位压力下，如果没有进行好表面预处理和良好的润滑是不行的。剧烈的冷挤压变形后，在下一道冷挤压工序前应当再进行磷酸盐与润滑表面处理。但对于变形并不剧烈的拉延，压底以及镦粗等工序，则不必在每道工序间都进行表面处理。表面处理的主要内容有：去除表面缺陷；清洁、去脂、清洗；去除表面氧化层；在坯料表面形成特殊的润滑支承层——磷酸盐处理和润滑处理。其中前三项处理的目的是改善表面质量，并为以后的磷酸盐与润滑处理做好准备。
表面处理及润滑的目的是除掉毛坯的缺陷，除掉氧化层与油污，便于润滑，从而减小摩擦，降低挤压力。
如钢在冷挤压时，毛坯与模具的接触压力往往高达2500Mpa，远远超过了一般压力加工的接触压力。在这种情况下，必需进行良好的润滑，否者将严重破坏零件的表面质量，并使模具很快地磨损，以致冷挤压工艺无法实现。如果将普通的润滑剂直接涂在毛坯或模具表面上，则在挤压过程中不能形成连续的润滑薄膜，不起润滑作用。在毛坯表面上镀铜、镀锌等，
虽然能过解决冷挤压润滑问题，但其成本较高，效果又不是非常让人满意。后来经过研究发现，能过牢固地黏附在一般金属表面上的磷酸盐薄膜可以作为润滑剂的支持层，使施加在经磷化处理后的毛坯表面上的润滑剂，在整个挤压过程中具有良好的润滑效果。
黑色金属冷挤压时，其润滑作用为：
①降低冷挤压时被挤压零件与模具的摩擦力；
②避免被挤压材料表面与模具具有直接摩擦引起的黏结现象，提高挤
压件表面质量；
③降低挤压时变形力和变形功消耗；
④提高模具寿命。
黑色金属毛坯表面的处理及润滑，包括钢的表面磷化处理（不锈钢采用草酸盐处理）和磷化处理前的除油脂、清洗、清除氧化皮和磷化处理后的润滑。
针对本零件材料（为45#），故而在此采用磷化处理。磷化就是在钢毛坯表面上生成一层不溶磷酸盐薄膜。
磷化膜具有以下一些特性：
①磷化膜是无机盐，由细小片状结晶组织构成，它成多孔状态，
对润滑剂有吸附作用，薄膜的厚度为7-50微米；
②磷化膜与钢表面结合很牢固，因为钢表面转变成磷酸盐。此结
合层具有一定塑性，在冷挤压时能与钢一起变形；
③经过表面磷化处理的钢材，其力学性能，如硬度、韧性等没有
改变，而耐磨性大大提高；
④磷酸盐处理层使变形金属与模具隔开，避免了他们之间直接接
触，不会撕坏模腔表面，因而模具工作寿命得到提高；
⑤磷化膜随着模温提高，性能也发生改变，只能短时间耐温400-
500℃，当温度达到500℃，由于磷酸盐和氧化铁的作用而变为
褐色，磷化膜黏结金属的能力降低，温度再升高时，磷化膜将
要破坏；
⑥磷化膜不抗酸碱。
在挤压时为了最大限度地减少毛坯与模具间的摩擦力，减少变形抗力和变形功，提高模具的寿命，经过磷化处理后的毛坯需要进行润滑。目前国内各工厂常用润滑剂有：硬脂酸纳、肥皂、二硫化钼、石墨机油或动物油等。在此选为硬脂酸纳。
2.2.7工艺方案确定
根据上述分析，很容易知道冷挤压过程中，零件变形过两次（即正挤压变形和镦挤变形）。根据这点我深入分析得出以下两套方案：
一、方案的初步拟定
方案一：分四道工序成形出制件。
（1）初始坯料经受正挤压，成形的杆部直径等于零件底端杆部直径。
（2）将成形的杆部以上的部分进行聚料。
（3）再将挤压件的头部进行镦挤，镦挤成六边形形状。
（4）机加工零件底端杆部的锥角。
方案二：分三道工序成形出制件。
（1）将初始坯料进行镦平，镦成直径为20mm，高为40.2mm的圆柱形坯料。如图（a）所示。
（2）将镦平后的零件的下端进行正挤压，挤压出来的杆部直径为12mm，高为78mm。如图（b）所示。
(3)在将挤压件的头部先聚料后镦挤成六边形，并形成底端杆部的锥
角。
如图（c）所示。
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）
学 号_0910121037___ 课程设计 课 题 挤压模具设计 学生姓名 李 孝 辉 系 别 机 械 工 程 系 专业班级 09 材控 1 指导教师 张红云 张金标 徐向其 刘建 二 0 一 二 年 十 二 月
课程设计任务书 机械工程系09材控（1,2）班 指导教师：张红云，张金标，徐向其，刘建。 设计课题：挤压模具设计 一、设计条件：在19.6MN挤压机的Φ200mm挤压筒上生产出下列条件的合格型材，设 计出相应的型材模具。 1.单模孔模具生产如下图型材。（1,2，3组同学设计） 2.双模孔生产ф12mm的圆棒材。（4,5,6组同学设计） 3.三模孔生产ф8mm的圆棒线材。（7,8,9组同学设计） 4.四模孔生产ф6mm的圆棒线材。（10,11,12组同学设计） 二、设计内容： 1.模孔布置。 2.设计工作带长度。 3.型材模孔尺寸设计。 4．模子强度校核。 5.画出模具图。 三、设计时间：2012年12月10日至12月14日 四、设计地点：实验楼C楼501,502
五、分组情况： 组号学生安排情况型材金属种类 1 0910121001----0910121012，0810121039,0810121114 铜及其合金 2 0910121013----0910121023，0810121027 铝及其合金 3 0910121026----0910121036 镁及其合金 4 0910121037----0910121048 铜及其合金 5 0910121049----0910121060 铝及其合金 6 0910121061----0910121072 镁及其合金 7 0910121073----0910121084 铜及其合金 8 0910121085----0910121096 铝及其合金 9 0910121097----0910121108 镁及其合金 10 0910121109----0910121120 铜及其合金 11 0910121121----0910121132 铝及其合金 12 0910121133----0910121140,0906131060,0906121043 镁及其合金
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）
华中科技大学 课程考试答题本 姓名 学号 专业班级 考试科目 考试日期 评分 评阅人
冷挤压成型工艺及模具设计作业 一、结构分析 此零件为一个较长的阶梯轴，单向、多阶梯、无孔，有24°倒角X2，相对简明。材料为20Cr（合金结构钢）。 二、坯料设计与挤压前处理 下料：由零件结构分析可知：加工此零件宜选用实心棒状坯料，在锯床上锯切下料。
挤压前处理 1.软化处理：查表知，加热到860℃，保温14h，随炉冷却至300℃后空冷，密封光亮退火，硬度达到120-130HBS。 2.表面处理：参选碳钢与合金钢坯料的表面处理，即采用磷化处理，把钢坯料放在磷酸盐溶液中进行处理，金属表面发生溶解和腐蚀，形成一层很薄的磷酸盐盖层。 3.润滑处理：工业猪油或机油拌二硫化钼
三、工艺设计与对比分析 工艺方案一：A 正挤压+B 镦粗 （1）由UG 三维图测得零件体积Vp=256506.9079mm 3 修边余量体积Vx=Vp*(3%~5%) 毛坯体积取V0=Vx+Vp=(264202~269322mm 3） 由零件尺寸可以初步选取毛坯直径d0=36mm , h=260mm ,经验算知所选毛坯直径在上述范围之内。则设计第一步正挤压和第二步镦粗的模 具示意图如下图所示： 毛坯 凸模1 凹模1 凸模2 凹模2
则其相应的工步图为： 成形力计算与设备选择： A正挤压第一步：εA=（362-27.52）/27.52=41.6% 由下表知，单位挤压力取下端小值p=1400Mpa 则F=pA0=1400x3.14x362/4=1424KN B镦粗第二步：εA=（79.1-33.3）/79.1=57.8% 由下表可知，单位挤压力p=950Mpa 则F=pA0=950x3.14x362/4=966KN
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）