第五章冷挤压工艺及模具设计课件.ppt
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1、冷挤压工艺及模具设计,第五章,冷挤压工艺及模具设计,5.1,冷挤压工艺,5.2,冷挤压模具设计,5.3,冷挤压模的典型结构,冷挤压工艺及模具设计,5.1,冷挤压工艺,冷挤压是一种先进的少无切削加工工艺之一。它是在常,温下,使固态的金属在巨大压力和一定的速度下,通过模腔,产生塑性变形而获得一定形状零件的一种加工方法。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。,冷挤压过程的关键问题是想法降低材料的变形抗力,提,高模具的承载能力
2、。,冷挤压工艺及模具设计,5.1.1,冷挤压的分类,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,5-1,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,5-2,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;,冷挤压工艺及模具设计,3,复合挤如图,5-3,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
3、种空心件和实心件。,图,5-1,正挤压图,5-2,反挤压图,5-3,复合挤,冷挤压工艺及模具设计,5.1.2,冷挤压的特点,5.1.2.1,冷挤压的特点主要包括以下三个方面:,(1),节约原材料,生产效率高,冷挤压是少无切削加工工艺,与切削加工相比,节约原,材料,同时,冷挤压是在压力机简单的往复运动中生产零件,,生产效率高,比切削加工高,30,倍。,冷挤压工艺及模具设计,(2),提高零件的力学性能,在冷挤压过程中,金属处于三向挤压应力状态,变形后,材料的组织致密,又有连续的纤维流向,变形中的加工硬化,也使材料的强度和刚度大大提高,从而可用低强度钢材代替,高强度钢。,(3),可加工形状复杂的零件
4、,对复杂零件可以一次加工成型,加工十分方便,大批大,量生产时,加工成本低。,冷挤压工艺及模具设计,(4),提高零件的精度,降低表面粗糙度,由于金属表面在高压、高温(挤压过程中产生的热量),下受到模具光滑表面的熨平,因此,制件表面很光,表面强,度也大为提高。冷挤压零件的精度可达,1T8,1T9,级,有色金,属冷挤压零件的表面粗糙度可达,R,a,=,1.6,0.4,m,。有的冷挤,压件无需切削加工。,冷挤压工艺及模具设计,5.1.3,冷挤压毛坯的制备,5.1.3.1,冷挤压坯料形状与尺寸,挤压件的毛坯形状设计是否合理,将直接影响制件的形,状与尺寸,并且还将影响模具的寿命。冷挤压用毛坯通常都,是棒料
5、或块料,其截面形状可根据制件的相应截面形状确定。,一般情况下,确定毛坯形状的原则是:旋转体及轴对称多角,类选用圆柱形毛坯;矩形零件可选用矩形毛坯。此外还应考,虑采用何种挤压方法,如图,5-1,所示,采用正挤压法时,用,实心毛坯能挤出实心件,用空心坯料能挤出空心件。反挤压,时,毛坯的形状采用实心和空心均可。,冷挤压工艺及模具设计,冷挤压毛坯尺寸是根据制件挤压前后体积相等的原则进,行计算的。如果挤压后还要进行切削加工,则毛坯的体积,V,坯,还应按制件实际体积,V,件,再加上切削消耗量,,即,V,坯,=,V,件,+,V,修,。,(,5-1,),其中,V,修,为修边余量或切削加工量(,mm,3,),一
6、般取挤压,件体积的,3,5%,。,求得的毛坯体积与毛坯横截面积后之比即为毛坯的高,度,h,0-,,,即,。,(,5-2,),0,0,V,h,F,?,坯,冷挤压工艺及模具设计,5.1.3.2,坯料的制备,冷挤压坯料制作要求十分细致、严格,有一定的平面度,,表面粗糙度、精度要求。可采用剪切加工、板料落料加工、,切削加工及其它特殊方法加工,毛坯的上、下端面必须平整。,5.1.3.3,毛坯的软化热处理,对毛坯进行软化热处理的目的是降低材料硬度,提高塑,性,得到良好的金相组织,消除内应力,以降低材料的变形,抗力,提高模具的寿命和零件质量。,冷挤压工艺及模具设计,毛坯软化热处理规范可从相关手册中查到。但是
7、,由于,保温时间同被处理毛坯尺寸、毛坯放置方法及装炉量等诸多,因素有关,因此在实际生产流程中,应根据具体情况确定保,温时间。,在冷挤压工序之间,还应根据变形程度和冷作硬化程度,的大小适当安排工序间软化热处理工序。,对于黄铜与硬铝挤压件,挤压后务必进行消除内应力的,退火。对于要求高的碳钢和不锈钢件,挤压后也需进行消除,应力退火的工序。,冷挤压工艺及模具设计,黄铜常用加热到,250,300,。,C,,保温两小别缓慢冷却至,室温的退火方法消除内应力;不锈钢,1Crl8Ni9Ti,的消除内应,力退火温度为750,对于硬铝挤压件,常用加热到110,,保温,6,小时缓冷至室温的去应力退火处理,以便消除冷挤
8、压,所产生的残余应力。,冷挤压工艺及模具设计,4.1.3.4,毛坯的表面处理与润滑,润滑对冷挤压的影响十分重要。毛坯与凸、凹模和芯抽,接触面上的摩擦,不仅影响金属的变形和挤压件的质量而,且直接影响挤压单位压力的大小、模具的强度和寿命等。所,以冷挤压时的润滑常常可能成为冷挤压成败的关键。为尽量,减小摩擦的不利因素影响、除模具工作表面粗糙度要求高外、,还要采用良好而可靠的润滑方法。,常用的润滑剂有液态的,(,如动物油、植物油、矿物油等,),,,也有固态的(如硬脂酸锌、硬脂酸钠、二硫化钥、石墨等),,它们可以单独使用也可以混合使用。,冷挤压工艺及模具设计,对于有些材料,为了确保冷挤压过程中的润滑层不
9、被过,大的单位接触压力所破坏,毛坯要经过表面化学处理。例如,碳钢的磷酸盐处理(磷化)、奥氏体不锈钢的草酸盐处理、,铝合金的氧化、磷化或氟硅化处理、黄铜的钝化处理等。经,化学处理后的毛坯表面,覆盖一层很薄的多孔状结晶膜,它,能随毛坯一起变形而不剥离脱落,经润滑处理后在孔内吸附,的润滑剂可以保持挤压过程中润滑的连续性和有效的润滑效,果。,冷挤压工艺及模具设计,5.1.4,冷挤压变形程度,在冷挤压过程中,变形程度是决定使用设备压力大小及,影响模具寿命的主要因素之一,若要提高生产率,就必须增,大每次挤压的变形程度,以减少挤压次数。但变形程度越大,,其变形抗力也越大,就会降低模具的寿命,甚至引起凸模折,
10、断或凹模开裂。因此对各种挤压材料,都应选择合适的变形,程度。,冷挤压工艺及模具设计,4.1.4.1,变形程度的表示方法,变形程度是表示挤压时金属塑性变形量大小的指标,其,最常用的表示方法有两种:截面收缩率和挤压面积比。,(1),截面收缩率,(,5-3,),0,1,0,100%,F,F,F,F,?,?,?,?,式中,冷挤压的截面收缩率,见表,5-1,、表,5-2,;,F,0,冷挤压变形前毛坯的横截面积,,mm,2,;,F,1,冷挤压变形后工件的横截面积,,mm,2,。,F,?,冷挤压工艺及模具设计,(2),挤压面积比,(,5-4,),式中,G,挤压面积比;,F,0,冷挤压变形前毛坯的横截面积,,
11、mm,2,;,F,1,冷挤压变形后工件的横截面积,,mm,2,;,与,G,之间存在如下关系:,0,1,F,G,F,?,F,?,(,5-5,),1,(1,),100%,F,G,?,?,?,?,冷挤压工艺及模具设计,5.1.4.2,许用变形程度,冷挤压时,一次挤压加工所容许的变形程度,称为许用,变形程度。不同材料有不同的许用变形程度。在工艺上,每,道冷挤压工序的变形程度应尽量小于许用值,使模具承受的,单位挤压力不超过模具材料许用应力(目前一般模具材料的,许用应力为,2500,3000N/mm,2,),确定许用变形程度数值是,冷挤压工艺计算的一个重要依据,因为冷挤压许用变形程度,的大小决定了制件所需
12、的挤压次数。若计算出的冷挤压变形,程度超过许用值、则必须用多次挤压完成,以延长模具寿命,,避免损坏模具。,冷挤压工艺及模具设计,冷挤压的许用变形程度取决于下列各方面的因素:,(1),可挤压材料的力学性能,材料越硬,许用变形程,度就越小,塑性越好,许用变形程度越大。,(2),模具强度,选用的模具材料好,且模具制造中冷、,热加工工艺合理,模具结构也较合理,其模具强度就越高,,许用变形程度就越大。,(3),冷挤压的变形方式,在变形程度相同的条件下,,反挤压的力大于正挤压的力。反挤压的许用变形程度比正挤,压小。,冷挤压工艺及模具设计,(4),毛坯表面处理与润滑,毛坯表面处理越好,润滑,越好,许用变形程
13、度也就越大。,(5),冷挤压模具的几何形状,冷挤压模具工作部分的,几何形状对金属的流动有很大影响。形状合理时,有利于挤,压时的金属流动,单位挤压力降低,许用变形程度可以大些。,在一般生产条件下,模具强度、润滑条件及模具的几何,形状都是尽量做到最理想的状态,因此许用变形程度主要取,决于被挤压材料和变形方式两个因素。,冷挤压工艺及模具设计,材料牌号,反挤压,F,正挤压,F,10,75,80,82,87,15,70,73,80,82,35,50,55,62,45,40,45,48,15Cr,42,50,53,63,34CrMo,40,45,50,60,金属材料,截面收缩率,F,(,%,),备注,铝,
14、正挤压,95,99,强度低的材料取下,限;强度高的取上,限。,防锈铝,反挤压,90,99,紫铜、黄铜、硬铝,正挤压,90,95,镁,反挤压,75,90,表,5-1,碳素钢及低合金钢的许用变形程度,表,5-2,有色金属冷挤压的许用变形程度,冷挤压工艺及模具设计,5.2,冷挤压模具设计,5.2.1,冷挤压模的特点,由于冷挤压时,单位挤压力较大,因此冷挤压模具的强,度、刚度及耐用度等方面其要求都比一般冲模高,它与一般,普通冲模相比,主要有以下特点:,1,模具的工作部分与上、下底板之间一般都设有足够,的支承面与足够厚度的淬硬垫板,以承受很大的压力,减少,上、下底板上的单位压力。,冷挤压工艺及模具设计,
15、2,模具的工作部分都采用光滑的圆角过渡,以预防由,于应力集中而导致其本身的损坏。,3,冷挤压模的上、下模板,应有足够的厚度及刚性。,一般采用,45,钢或铸钢。,4,模具工作部分材料及热处理要求,应比一般普通冲,模要求高。,冷挤压工艺及模具设计,5.2.2,冷挤压模设计要求,1,模具应具有足够的刚度和强度,并且能在冷热交变,应力的情况下,模具应保证正常工作,模具结构要合理,如,采用组合式模具。,2,选用合适的模具材料,工作部分必须要有相当的韧,性和耐磨性,几何形状及参数要合理、准确。有利于毛坯塑,性变形、降低单位挤压力。尽量采用光滑圆角过渡,防止应,力集中。,冷挤压工艺及模具设计,3,模具的易损
16、部位,应考虑通用性和互换性。并便于,更换、修理。,4,对于精度要求较高的挤压件,模具设计要有良好的,稳定导向装置。,5,坯料取放应方便,毛坯易放入模腔。,6,模具应安全可靠,制造工艺简便,成本低,使用寿,命长。,为满足以上各项要求,必须慎重考虑模具结构的设计、,材料的选择、制造工艺及其热处理等问题。,冷挤压工艺及模具设计,5.1.3,冷挤设备的选用与压力计算,5.1.3.1,对冷挤压设备的基本要求:,(1),刚性好,活塞导向精度高;,(2),活塞空行程和回程速度较快;,(3),活塞工作行程速度较低,不能有“脉冲”现象;,(4),有安全防护装置,防止冲头断裂或坯料崩裂溅出伤,人;,(5),便于观
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- 第五 挤压 工艺 模具设计 课件
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