擠壓課程設(shè)計--圓棒線材的三?？讛D壓模具

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　第一章 緒 論1</b></p><p>　　1.1 擠壓技術(shù)簡介1</p><p>　　1.2 熱擠壓模具在有色金屬生產(chǎn)中的應用1</p><p>　　1.3 關(guān)于鎂及鎂合金1</p><p&g

2、t;　　1.4 擠壓成形的特點1</p><p>　　1.5 擠壓模具設(shè)計的目的和意義2</p><p>　　第二章 ?？撞贾?</p><p>　　第三章 ?？坠ぷ鲙чL度4</p><p>　　第四章 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計與尺寸5</p><p>　　4.1 模孔尺寸的確定5</p><p&g

3、t;　　4.2 模具材料的確定5</p><p>　　4.3 模具外徑D的設(shè)計6</p><p>　　4.4 模具厚度H6</p><p>　　4.5 模具入口處圓角半徑的確定7</p><p>　　4.6 模具出口部位結(jié)構(gòu)及尺寸7</p><p>　　第五章 棒材模強度校核8</p><

4、;p><b>　　第六章 模具圖9</b></p><p><b>　　總 結(jié)10</b></p><p><b>　　參考文獻11</b></p><p><b>　　緒 論</b></p><p>　　1.1 擠壓技術(shù)簡介</p&g

5、t;<p>　　擠壓是將金屬毛坯放入模具模腔內(nèi)，在強大壓力和一定速度的作用下，迫使金屬從模腔中擠出，從而獲得所需形狀、尺寸以及具有一定力學性能的制品。因此，擠壓加工是利用模具來控制金屬流動，使金屬體積大量轉(zhuǎn)移來形成零件。擠壓模具是擠壓生產(chǎn)中最重要的工具，它的結(jié)構(gòu)形式、各部分尺寸、模具材料、模具的裝配形式等，對擠壓力、金屬流動的均勻性、制品尺寸的穩(wěn)定性、制品表面質(zhì)量以及模具自身的使用壽命等都產(chǎn)生極大的影響。</p>

6、;<p>　　1.2 熱擠壓模具在有色金屬生產(chǎn)中的應用</p><p>　　在當代工業(yè)制品和生活制品中，有相當部分金屬構(gòu)件的成品或半成品是經(jīng)過壓力加工方法生產(chǎn)而得的。采用模具加工成形金屬構(gòu)件，具有生產(chǎn)效率高，質(zhì)量好，節(jié)省材料，成本低，以及規(guī)格靈活多變等特點，近幾年來，在國民經(jīng)濟建設(shè)的各個領(lǐng)域中，得到了廣泛的應用。</p><p>　　模具是金屬壓力加工的基礎(chǔ)，模具的設(shè)計與制造

7、技術(shù)是金屬壓力加工的核 心，而模具的質(zhì)量和使用壽命是決定金屬壓力加工過程是否經(jīng)濟可行的關(guān)鍵。模具技術(shù)特別是設(shè)計制造精密，復雜，大型，壽命長的模具是衡量一個國家工業(yè)水平的重要標志之一，因此有“模具是工業(yè)之母”之說。</p><p>　　1.3 關(guān)于鎂及鎂合金</p><p>　　鎂是具有密排六方晶格的金屬，滑移系只有3個，與鋁、銅相比，鎂的塑性是很低的。冷擠壓鎂是比較困難，但當加熱

8、到200℃以上時，鎂的塑性便得到較大的提高。純鎂中的雜質(zhì)元素常見得有鋁、鈉、鐵、硅、鉀、銅、鎳等。它們的存在使鎂的性能發(fā)生了不好的改變，因此，鎂中應控制這些雜質(zhì)的含量。</p><p>　　鎂及鎂合金的強度重量比很高，故使用廣泛。鎂及鎂合金還具有良好的加工切削性能，并可以進行時效強化。鎂及鎂合金的擠壓性在室溫下很差，但在高溫下，卻有較好的擠壓性能。一般對其毛坯進行退火處理以減小其變形抗力。退火后的毛坯在擠壓之前仍

9、需進行長時間加熱，以保證溫度均勻和多相元的溶解，提高其可擠壓性，一般加熱時間按50mm直徑加熱1h計算。鎂及鎂合金的擠壓速度也需要嚴格的控制，一般不超過30m/min，對于有些難變形合金不能超過0.3~1m/min。</p><p>　　1.4 擠壓成形的特點</p><p>　　擠壓成形有下列特點：</p><p>　?。?）在擠壓過程中，被擠壓金屬在變形區(qū)能獲得

10、比軋制鍛造更為強烈和均勻的三向壓縮應力狀態(tài)，這就可充分發(fā)揮被加工金屬本身的塑性。因此，用擠壓法可加工那些用軋制法或鍛造法加工有困難，甚至無法加工的低塑性，難變形金屬或合金。對于某些必須用軋制或鍛造法進行加工的材料，也常用擠壓法先對鑄錠進行開坯，以改善其組織，提高其塑性。目前，擠壓仍然是可以用鑄錠直接生產(chǎn)產(chǎn)品的最優(yōu)越的方法。</p><p>　?。?）擠壓法不但可以生產(chǎn)截面形狀較簡單的棒，管，型，線產(chǎn)品，而且可生產(chǎn)

11、截面變化形狀極其復雜的型材和管材，如階段變截面型材，逐漸變截面型材，帶異性加強肋的整體壁板型材，形狀極其復雜的空心型材和變截面管材等。這類產(chǎn)品用軋制法或其他壓力加工方法生產(chǎn)是很困難的，甚至是不可能的。異形整體型材可簡化冷成形，鉚焊，切削，鏜銑等復雜的工藝過程，這對于減少設(shè)備投資，節(jié)能，提高金屬利用率，降低產(chǎn)品的總成本具有重大的社會經(jīng)濟效益。</p><p>　?。?）擠壓加工靈活性大，只需要更換模具等擠壓工具即可

12、在一臺設(shè)備上生產(chǎn)形狀，規(guī)格和品種不同的制品，更換擠壓模具的操作簡便快捷，費時少，工效高。隨著工藝水平的提高和模具質(zhì)量的改進，現(xiàn)已能生產(chǎn)壁厚為0.60.10mm，超薄，超高精度，高質(zhì)量表面的型材。這不僅大大減少總工作量和簡化后步工序，同時也提高了被擠壓金屬材料的綜合利用率和成品率。</p><p>　　1.5 擠壓模具設(shè)計的目的和意義</p><p>　　目的：擠壓模具課程設(shè)計是讓學生熟悉所

13、學知識，掌握擠壓成形的基本原理；掌握擠壓模具設(shè)計過程；能夠綜合運用所學知識，發(fā)現(xiàn)、提出、分析和解決實際問題。課程設(shè)計是鍛煉實踐能力的重要環(huán)節(jié)，是對學生實際工作能力的具體訓練和考察過程。</p><p>　　意義：本次關(guān)于擠壓模具設(shè)計具有重要的意義。首先，好的擠壓模具能夠保證產(chǎn)品的質(zhì)量，提高生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本，并增加產(chǎn)品的使用壽命，所以本次課程設(shè)計十分必要；其次，通過本次課程設(shè)計使自己掌握了常用擠壓模具的設(shè)計過程

14、和計算方法，加深了自己對專業(yè)知識的理解和掌握，培養(yǎng)了自己查閱資料、運用軟件制圖以及團隊協(xié)作等各方面的能力；最后，此次課程設(shè)計，讓我發(fā)現(xiàn)了自己的不足，使自己在以后的學習生活中，有機會完善自己，為以后的學習和工作打下了堅實的基礎(chǔ)。</p><p><b>　　?？撞贾?lt;/b></p><p>　　采用多孔棒材模時，金屬流動要比單孔模均勻，故可減少中心縮尾形成的幾率。但是，

15、如果?？着帕胁划敚瑫箶D出的制品長短不齊，增加幾何廢料，惡化表面質(zhì)量；如果?？卓拷鼣D壓筒邊緣，也會使制品表面產(chǎn)生起皮、分層等缺陷。此外，多模孔過于靠近擠壓筒邊緣時由于內(nèi)側(cè)金屬供應量大、流動速度快，而外側(cè)由于金屬供應量不足，流動速度慢，會造成制品出現(xiàn)外側(cè)裂紋；當?？滋拷鼣D壓筒中心時，外側(cè)金屬供應量大于內(nèi)側(cè)，則制品易出現(xiàn)內(nèi)側(cè)裂紋。故應將多孔模?？椎睦碚撝匦木鶆虻胤植荚诰嗄＞咧行暮蛿D壓邊緣有適當距離的同心圓周上。</p>&l

16、t;p>　　多?？椎耐膱A直徑與擠壓筒直徑Dt之間的關(guān)系可以按以下經(jīng)驗公式來確定：</p><p>　　= （2-1）</p><p>　　式中：多孔模 ?？讛嗝嬷行姆植嫉耐膱A直徑；</p><p><b>　　Dt擠壓筒內(nèi)徑；</b></p><p>　　n?？?/p>

17、數(shù)目（n2）；</p><p>　　經(jīng)驗系數(shù)，一般取2.5~2.8；n值較大時取下限，擠壓筒內(nèi)徑大時取上限，一般取2.6。</p><p>　　根據(jù)上式，取=2.5，計算 =。</p><p>　　通過上式求出后，還必須考慮節(jié)約模具鋼材和工模具規(guī)格的系列化及互換性（如模墊、導路的通用性等），再對進行必要的調(diào)整。</p><p>　　第三章 模

18、孔工作帶長度</p><p>　　工作帶又稱定徑帶，是模具中垂直模具工作端面并保證擠壓制品的形狀、尺寸和表面質(zhì)量的區(qū)段，也是模孔重要的組成成分。正確選擇工作帶長度h有利于提高擠壓制品質(zhì)量與金屬流動的均勻性。工作帶長度h的選擇應根據(jù)擠壓機的結(jié)構(gòu)形式(立式或臥式)、被擠壓的金屬材料、制品的形狀和尺寸等因素來確定。若工作帶長度h太長，則擠壓金屬材料易粘結(jié)在工作帶表面，使制品表面出現(xiàn)劃傷、毛刺、麻面、搓衣板型波浪等缺陷，

19、同時增大模具與被擠壓金屬的摩擦力，金屬流速變慢，增大擠壓力等現(xiàn)象。</p><p>　　工作帶長度h的確定原則如下：</p><p>　　1）工作帶的最小長度，應按照擠壓時能保證制品斷面尺寸的穩(wěn)定性和工作帶的耐磨性來確定。一般最短1.5~3mm。</p><p>　　2）工作帶的最大長度，是按照擠壓時金屬與工作帶的最大有效接觸長度來確定。銅及銅合金一般最長不超過15

20、~20mm。</p><p>　　3）擠壓型材的模具工作帶長度取值時，應視情況不同而有所區(qū)別。通常情況下，一些簡單斷面實心型材，如壁厚角形、丁字形、工字形之類，?？赘鞑课坏墓ぷ鲙чL度可以是相同的，一般取值為2~8mm；而對于建筑型材，因擠壓比大，擠壓速度快，制品長度較長，即使是等截面等壁厚的情況，模具工作帶取值也應不相同，要參照生產(chǎn)實際經(jīng)驗確定。</p><p>　　4）斷面形狀復雜、壁厚

21、不等的型材，工作帶長度應根據(jù)壁厚變化不同而設(shè)計各對等的h值。擠壓有色金屬時，一般取值為2~9mm。另外黃銅、紫銅、青銅為8~12mm。白銅、鎳合金為3~5mm。稀有難熔金屬為4~8mm。</p><p>　　在擠壓銅、鎂合金圓棒時，?？椎墓ぷ鲙чL度可根據(jù)棒材的直徑確定如表3-1。</p><p>　　表3-1 ?？坠ぷ鲙чL度</p><p>　　已知棒材直徑為8mm

22、，所以這里選取?？坠ぷ鲙чL度為2mm。</p><p>　　第四章 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計與尺寸</p><p>　　4.1 模孔尺寸的確定</p><p>　　?？壮叽绲拇_定主要考慮擠壓制品的金屬成分、斷面形狀、尺寸偏差、各部位幾何形狀特點和型材的冷卻收縮量、張力矯直時的斷面收縮量等因素的綜合影響來進行設(shè)計或計算確定。若用A表示?？组L度，則用以下算式對棒材模進行計算：<

23、;/p><p><b>　?。?-1）</b></p><p>　　式中：A0棒材斷面的名義尺寸，圓棒A0為直徑；</p><p>　　k?？自Ａ肯禂?shù)，見表4-1。</p><p>　　由表3-1查得，k=1.0~1.2，取k=1.0，則A0=8mm，A=8（1+1.0%）mm=8.08mm。</p><

24、p>　　表3-1 不同金屬?？自Ａ肯禂?shù)k/%</p><p>　　4.2 模具材料的確定</p><p>　　模具的壽命不僅與擠壓工藝、模具設(shè)計制造工藝過程有關(guān)，而且還與模具的材質(zhì)選擇有重要的關(guān)系。對于熱擠壓模具的材質(zhì)，必須具備以下條件：</p><p>　?。?）具有足夠的高溫強度。即模具能承受高溫、高壓作用，不發(fā)生屈服變形和斷裂，保證擠壓制品獲得所需尺寸精

25、度。</p><p>　　（2）具有良好的抗磨損性能。即在高溫、強摩擦的擠壓條件下，模具材料能抵抗金屬制品長時間的、高速的、激烈的摩擦作用，而不過早出現(xiàn)磨損，尤其對模具工作帶表面更顯重要。</p><p>　?。?）具有足夠高的抗疲勞性。在擠壓過程中，模具能承受周期性循環(huán)載荷作用而不發(fā)生斷裂損壞，因此，模具材料必須具備良好的抗沖擊韌性。</p><p>　?。?）具

26、有良好的導熱性能。熱擠壓模具處于高溫擠壓變形過程中，由變形金屬產(chǎn)生的大量變形熱及模具與變形金屬之間產(chǎn)生的摩擦熱，直接傳遞給模具導致溫度升高，為防止模具局部出現(xiàn)“過燒”現(xiàn)象，模具材料應具有良好的導熱性能，能向外快速地散發(fā)熱量。</p><p>　?。?）具有良好的熱處理淬透性和可氮化性。即模具材料在熱處理過程中，應保證模具的強度、力學性能均勻一致。同時，模具在使用過程中，可多次進行表面氮化處理，提高模具表面強度的耐

27、磨性。</p><p>　　除此之外，模具材料還應具有良好的抗回火穩(wěn)定性，良好的抗腐蝕性，較低的膨脹系數(shù)，良好的工藝制造性能，以及價格的合理性等。由表4-2，可選取4Cr5MoSiV1作為模具的材料。</p><p>　　4Cr5MoSiV1模具鋼，是近年來國內(nèi)外廣泛用于熱擠壓制品的一種模具材料，其特點是：具有良好的抗疲勞性能和綜合機械力學性能，同時又具有良好的熱處理淬透性。</p&

28、gt;<p>　　表4-2 熱擠壓模具材料選擇</p><p>　　4.3 模具外徑D的設(shè)計</p><p>　　為了便于制造和更換，模具外徑可標準化與系列化。模具外徑尺寸標準化、系列化的必要性有三個方面：①減少模具設(shè)計與制造的工作量，降低產(chǎn)品成本，縮短生產(chǎn)周期，提高生產(chǎn)效率；②通用性大，互換性強，只需要配備幾種規(guī)格的模支撐和模架，可節(jié)約模具鋼材，容易備料，便于維修和管理；③

29、標準化有利于提高產(chǎn)品的尺寸精度。因此，對于一臺擠壓機來說，模具外徑最好根據(jù)擠壓機配備各種規(guī)格的擠壓筒，有1~3中規(guī)格為宜。表4-3所示為棒材模具外形尺寸。因設(shè)計條件為在19.6MN擠壓機的200mm擠壓筒上生產(chǎn)8mm的圓棒線材，所以取模具的外圓直徑D1為198mm。</p><p>　　表4-3 棒材模具外形標準尺寸</p><p><b>　　4.4 模具厚度H</b&g

30、t;</p><p>　　模具厚度H應根據(jù)被擠壓合金的變形抗力（即擠壓力）的大小來考慮。在保證模具組件（模具、模墊、墊環(huán)等）有足夠的強度的條件下，模具的厚度應盡量減薄，規(guī)格應盡量減少。但為了安裝和調(diào)整方便，模具的厚度尺寸應盡量可能系列化，便于管理和使用，一般模具的厚度按下述數(shù)值（單位：mm）選用：20，25，30，40，50，60，70，80，90，100，110。</p><p>　　考

31、慮標準化及強度等因素，將H放大，取H=80mm。</p><p>　　4.5 模具入口處圓角半徑的確定</p><p>　　模具入口處圓角是指被擠壓金屬進入工作帶時，模具工作端面與工作帶表面間形成的拐角。這個拐角若尖棱角時，擠壓過程中則易開裂、壓堆，從而改變?？壮叽纾y以保證擠壓制品的尺寸精度，因此必須采用過渡圓角。制作入口圓角半徑，還可以防止低塑性合金在擠壓時；表面產(chǎn)生裂紋，減小金屬流入

32、?？讜r的非接觸變形。但圓角增大接觸摩擦面積，引起擠壓力增加。</p><p>　　表4-4 模具入口處圓角半徑r/mm</p><p>　　由表4-4可以選取模具入口圓角半徑為r=3mm。</p><p>　　4.6 模具出口部位結(jié)構(gòu)及尺寸</p><p>　　模具的出口部分是保證制品順利通過模具并確保表面質(zhì)量的重要通道。模具出口部位又稱為模

33、口空刀，也是指模具出口尺寸大于模具工作帶對應的?？撞糠帧Ｄ？卓盏都纫ＷC模具工作帶強度，又要變與模具的加工制作，同時使制品能順利導出?？锥还蝹浔砻妗Ｈ裟＞呖盏冻叽邕^大，會大大削弱工作帶強度，因其工作帶過早變形和壓塌，明顯降低模具的使用壽命。因此，對于圓棒形管、棒擠壓模來說，可按以下方式選取，空刀直徑為：</p><p><b>　　(4-2)</b></p><p&g

34、t;　　式中：d—模孔直徑。</p><p>　　所以模具空刀直徑為：</p><p>　　=8.08+(3~5)mm=11.08~13.08mm</p><p><b>　　這里可取。</b></p><p>　　一般情況下，對于其他?？仔螤畹臄D壓模孔空刀可選用比?？走吘€擴大距離可取1.5~2.5mm的形式，這里取=2

35、mm。</p><p>　　第五章 棒材模強度校核</p><p>　　對于多孔棒材模，需要對模孔之間和?？着c模具外徑圓周之間的危險斷面進行強度校核。</p><p>　　多孔棒材模的剪切強度計算公式如下：</p><p>　　≤ （5-1）</p><p>　　式中：Q模具上承受的總

36、壓力，一般取Q=0.8P，有時為了安全起見，可取Q=P；</p><p>　　P擠壓機的公稱壓力；</p><p>　　rx各?？拙嫉耐膱A半徑；</p><p><b>　　d棒材直徑；</b></p><p><b>　　n多孔模的?？讛?shù)；</b></p><p>　　

37、[]模具材料允許的抗剪切強度，在400℃時，4Cr5MoSiV1鋼取 []=(0.5~0.6)b，b由表5-1查得，則[]=(0.5~0.6)1360MPa=680~816MPa，取[]=816MPa；</p><p>　　H模具允許的最小厚度。</p><p><b>　　由上式可得到：</b></p><p><b>　?。?/p>

38、5-2）</b></p><p>　　根據(jù)設(shè)計條件及計算，已知P=19.6MN，rx=，H=80mm，d=8mm，n=3，則有</p><p>　　，則校核通過，設(shè)計合理。</p><p>　　表5-1 常用擠壓工具鋼及其機械性能</p><p><b>　　模具圖</b></p><p&

39、gt;<b>　　總 結(jié)</b></p><p>　　本次設(shè)計的是生產(chǎn)8mm的圓棒線材的三?？讛D壓模具。設(shè)計的主要工作包括對擠壓的相關(guān)介紹、擠壓模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計（主要包括確定模具材料、?？壮叽绲拇_定、工作帶長度的確定、模具的外形尺寸的確定、模具入口處圓角半徑的確定、模具出口部位結(jié)構(gòu)尺寸的確定、?？椎暮侠砼渲煤蛷姸刃：耍?lt;/p><p>　　本次課程設(shè)計采用同組協(xié)作共

40、同設(shè)計的方法，每個人負責自己擅長的領(lǐng)域，這充分體現(xiàn)了團隊合作精神。</p><p>　　本次課程設(shè)計尚有很多不足和有待完善的地方。本次設(shè)計中由于相關(guān)條件的限制，本次設(shè)計的精度仍有待提高；其次就是本次設(shè)計的擠壓模具沒有經(jīng)過DEFROM軟件模擬棒材的擠壓過程，所以具體效果仍未知。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[

41、1] 樊綱.熱擠壓模具設(shè)計與制造基礎(chǔ)[M].重慶：重慶大學出版社，2001</p><p>　　[2] 徐玉松.銀銅合金連續(xù)擠壓工藝研究[J].江蘇：金屬鑄鍛焊技術(shù)，2009</p><p>　　[3] 賈憲安.熱擠壓工藝及模具設(shè)計[M].北京：機械工業(yè)出版社，1986</p><p>　　[4] 馬懷憲.金屬塑性加工[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2010<