冷挤压成型工艺及模具设计作业
第五章冷挤压工艺及模具设计
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2020/12/11
第五章冷挤压工艺及模具设计
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
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第五章冷挤压工艺及模具设计
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。
• (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。
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第五章冷挤压工艺及模具设计
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。
第五章冷挤压工艺及模具设计
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/mm2），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。
传动轴冷挤压工艺及模具设计
（３）配 合精 度 下 模 座 与下 模 板 之 间 的 配 合 精 度采 用 Ｈ７／ｇ６的 配 合 。
（４）模 架 装 配 为 了保 证 上 下 模 架 之 间的 同 轴 度 ，设 计 了专用 的装 配 心轴 。
拦旦主持ｉ 燕盟
Ｄ篡 。ｄ
传动轴冷挤压工艺及模具设计
山东红旗 机 电有 限公司 （潍坊 ２６１０３１） 聂兰启 谷 宝成 相 隆开
所示 。材料为２０ＣｒＭｏ，该零件批量生产 ，年产５０
重 ｌ 蘼— ——＿－］
一 加工工艺分析 ．
１．常规机 械加工 选取 ３０ｍｍ圆钢进行车 削加 工。该工艺方法 尽 管加 工方 便 、不需 要 专 用 夹具 ，但 生 产效 率 低 ， 材料 利 用 率 低 ，生 产 成 本 高 ，不 能 满 足大 批 量 生产
２．温锻成形 技术制坯 采 用 温 锻 成形 技术 制 坯 ，该 工艺 不 仅 需 要加 热 装 置和 温 锻 设 备 ，而 且 成 形毛 坯 质 量较 差 、氧 化皮 较 多 、尺 寸 精 度较 低 ，机 械 加 工 余量 较 大 ，材料 利 用率较低 ，因此原材料和能源消耗大 ，零件的生产 成 本 比 较 高 。 ３．冷挤压成形技 术
处 理 ，才 能达 到 降低 坯料 与模 具 之 间的摩 擦 和 降 低 冷 挤 压 时 的变 形 力的 目的 。所 以 ，毛坯 磷 化 处 理 后 必须 进 行 皂化 处 理 。
四、模具结构及设计
剪 切 下料 模 按 照常 规 设 计 ，这 里 主 要 介 绍 局部 镦 粗 模 和 冷镦 成 形 模 的设 计 。
冷挤压工艺及模具设计
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
对于有些材料，为了确保冷挤压过程中的润滑层不被过 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
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 式中
F0 − F1 εF = × 100% F0
（5-3）
ε F ——冷挤压的截面收缩率，见表5-1、表5-2；
F0——冷挤压变形前毛坯的横截面积，mm2； F1——冷挤压变形后工件的横截面积，mm2。
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。
复杂壳体冷挤压成形工艺与模具设计
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 (22)5.6卸料和顶出装置的设计 (23)5.7 挤压模具模座的设计 (25)5.7.1上模座的设计 (26)5.7.2 下模座的设计 (27)5.8导柱导套的设计 (28)6、装配图 (32)7 复杂壳体成形过程的有限元仿真 (33)7.1有限元分析软件的背景介绍 (33)7.1.1 DEFORM 的介绍 (34)7.1.2 DEFORM 的功能 (34)7.1.3 DEFORM的突出特色 (35)7.2有限元成形模拟技术中，几何模型的建立和网格划分 (35)7.3 基本参数设定 (36)7.4 冷挤压成形的模拟分析 (36)8、总结 (40)致谢 (41)参考文献 (41)复杂壳体冷挤压成形工艺及模具设计中文摘要：冷挤压是精密塑性体积成形技术中的一个重要组成部分。
冷挤压模具设计
冷挤压模具设计冷挤压模具设计是制造高精度零件的重要技术之一。
本文将详细介绍冷挤压模具设计的基本原理、设计流程、常见问题及解决方案等内容，以帮助读者更好地理解和应用该技术。
一、基本原理冷挤压是利用压力将金属材料挤出成形的一种加工方法。
其中，模具是冷挤压技术中至关重要的工具，决定了成品质量和生产效率。
因此，冷挤压模具设计的质量和精度直接影响到成品的质量和生产成本。
基本原理上，冷挤压模具即将金属渐进挤出，使其通过一组具有特定几何形状的孔道。
钢料在配有专用设备的机器中加热，经过一道或多道模压工序，最终成形，如螺母、螺栓、垫圈、铆钉等。
二、设计流程1、确定零件的尺寸与形状。
了解产品及主要特征，对某些铝合金、镁合金等特殊材料使用规范与制造规程的要求。
2、绘制图纸。
绘制出产品的三维模型图，确定毛坯的尺寸、形状和突出部位，以确保设计的模具能够满足产品的需求，并考虑一些细节问题，如材料规格、模具磨损和抵抗压塑性强度的能力等。
3、确定模具类型。
根据产品的尺寸、形状和工艺要求，确定冷挤压模具的类型。
常用的冷挤压模具包括拉伸模、挤压模、钝化模、套筒模等。
4、设计模具的结构。
设计模具的结构时，需要考虑到模具主体的结构、腔体形状、孔形结构等几个方面，还需要根据压力、预压、挤出量等要素，确定可承受的载荷。
同时，还需要考虑一些实际运用中需要注意的问题，例如设定模具配合公差、调整模具的开合间隙、设定模具的定位和定向等。
5、制作模具样品。
样品制作过程中，需要考虑到模具结构的合理性，以及各种元素的配合度。
制作完成后，需要进行模具的调试、试胶、实验成型等环节，进行逐渐的调整和完善。
三、常见问题及解决方案1、模具寿命不够长。
在设计时应考虑模具的材质和硬度，通过表面热处理、高频淬火、氮化等方式进行强化处理，以延长模具的使用寿命。
2、模具容易出现磨损或变形。
在制作过程中，要合理设定模具的使用寿命，并且需要根据产品的多重要素，优化模具的设计结构，来提高其使用的稳定性。
(完整版)冷挤压模具设计及其成形过程_毕业设计
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。
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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/mm2），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
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
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 式中
第七章冷挤压工艺与模具设计
3）模具的材料选择、加工方案和热处理规范的 确定都应合理；
4）模具的安装牢固可靠, 易损件的更换、拆卸、 安装方便；
5）模具导向良好, 以保证制件的公差和模具寿命 ；
7.5.2 冷挤压凸、凹模设计 （1）凸模
•a）
b）
c）
层和三层结构式。
•组合凹模的选择 单位压力（p凹/MPa） 凹模形式
≤1000~1200
整体凹模
简图
1200＜p≤1400~1600 二层组合凹模
1400＜p≤2200~2500 三层组合凹模
②二层组合凹模
③三层组合凹模
•二层组合凹模
•三层组合凹模
④组合凹模压合方法 a）加热压合（热装）
将外圈加热到适当温度, 套装到内圈上, 待外圈冷 却后将内圈压紧。热装时可不必加工出斜度。 b）强力压合
3）确定各图的直径 ①外圆外径d3, 由步骤2, 已知 d3=a31d1=4×66=264 d3取260mm
②内圆半径d2 d2=a21×d1 a21根据a31的取值, 查右图•两层组合凹模的a31与a21的关系
4）确定组合凹模的轴向、径向过盈量c2和u2.β2.δ2为过 盈量系数
β2＝0.008 δ2＝0.16 则
（4）径向挤压
•a）
b）
•冷模锻零件
•a）毛坯 b）零件
•
a）
b）
•
径向挤压
•
a）毛坯 b）零件
• （5）实例挤压方式的选择 • 工件的冷挤压成形工艺方案有以下三种: • ①采用圆柱毛坯，径向挤压成形凸缘部分；反挤压成形筒部。 • ②采用圆柱毛坯，预成形杯形；正挤压达到工件要求。 • ③采用圆柱毛坯，复合挤压一次成形。（采用）
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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
分析：机械压力机中的通用曲柄压力机的公称压力在曲柄离下死点30°以下区段，不适合大多数的挤压过程。
油压机具有均匀的动作速度，在离下死点很长的一段距离可以保持平稳的公称压力，模具寿命也较高，而且油压机一般都有安全阀，实现过载保护。
结合压力机许用负荷图与工艺示功图的要求，决定选用一种合适的液压机。
查挤压液压机图表可以选择压力机的型号为四柱万能液压机
YB32-200，公称压力200吨，滑块行程700mm。
（2）模拟分析
在以上设计与计算的基础上，使用AFDEX软件进行模拟分析，其结
果显示可以加工出所需零件。
截图如下：
Stage1：
Stage2：
挤压过程流线分布：
挤压过程弹塑性形变区域：
接触面的力分布：
挤压完成，全部充满：
方案二：选取坯料为直径55.5mm，长111mm的圆棒。
（1）采用两步成形：A正挤压+B减径挤压
成形力计算及设备选择：
A正挤压第一步：εA=（55.5²-36²）/55.5²=57.9%
由下表知，单位挤压力取下端小值p=2000Mpa
则F=pA0=2000x3.14x55.5²/4=4836KN
B减径挤压第二步：εA=（36²-27.5²）/27.5²=41.6%
由下表知，单位挤压力取下端小值p=1300Mpa
则F=pA0=1300x3.14x36²/4=1323KN
设备选冷挤压用四柱液压机Y61-1000型，压力1000吨，行程1000毫米，压力行程可调。
模具示意图如下：
（2）以下是数值模拟的过程第一步：
在第二步时出现报错：
在第二步时软件报错，可见，第二种方案不可行。
分析原因，是因为在第二步的挤压过程中，挤压力太大，使得上半截已经加工好的部分发生了变形，未约束的部分也发生了变形，影响了下一步加工。
经分析，我们认为可改为分部进行减径挤压，先减径挤压下端φ27.5部分，再挤压φ30.4部分。
总结：由方案一和方案二的对比分析，最终我们确定了方案一是合适
的加工方案，即选择正挤压+镦粗两部工艺完成零件的加工工艺设计。