自行车花盘冷挤压模具设计(课程设计)

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 face2008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 faceAbstract （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，而不用锻造和热处四号黑体、段前、段后间距为1行、居中 小四宋体 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%100010⨯-=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%100010⨯-=A A A F ε=-211.41% 挤压比3211.010==A A R ②下半部分：φ35 A 1=2221R R ππ-=3.14*（17.52-14.52）=961.625-660.185=256.44(mm 2)代入公式得%100010⨯-=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%=φb ．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。