擠壓課程設計--圓棒線材的三模孔擠壓模具

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 擠壓模具設計的目的和意義2</p><p>　　第二章 模孔布置3</p><p>　　第三章 ?？坠ぷ鲙чL度4</p><p>　　第四章 模具結(jié)構設計與尺寸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)濟建設的各個領域中，得到了廣泛的應用。</p><p>　　模具是金屬壓力加工的基礎，模具的設計與制造

7、技術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)濟可行的關鍵。模具技術特別是設計制造精密，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 擠壓模具設計的目的和意義</p><p>　　目的：擠壓模具課程設計是讓學生熟悉所

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：本次關于擠壓模具設計具有重要的意義。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，所以本次課程設計十分必要；其次，通過本次課程設計使自己掌握了常用擠壓模具的設計過程

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。</p><p><b>　　模孔布置</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?，會使擠出的制品長短不齊，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?？走^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；當模孔太靠近擠壓筒中心時，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。故應將多孔模模孔的理論重心均勻地分布在距模具中心和擠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?？字匾慕M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，模孔各部位的工作帶長度可以是相同的，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)構設計與尺寸</p><p>　　4.1 ?？壮叽绲拇_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模孔裕量系數(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、模具設計制造工藝過程有關，而且還與模具的材質(zhì)選擇有重要的關系。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>　?。?）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>　　（5）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?，難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模孔部分。?？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?。若模具空刀尺寸過大，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?？字g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各模孔均布的同心圓半徑；</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>　　本次設計的是生產(chǎn)8mm的圓棒線材的三?？讛D壓模具。設計的主要工作包括對擠壓的相關介紹、擠壓模具的結(jié)構設計（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)構尺寸的確定、模孔的合理配置和強度校核）。</p><p>　　本次課程設計采用同組協(xié)作共

40、同設計的方法，每個人負責自己擅長的領域，這充分體現(xiàn)了團隊合作精神。</p><p>　　本次課程設計尚有很多不足和有待完善的地方。本次設計中由于相關條件的限制，本次設計的精度仍有待提高；其次就是本次設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>　　[

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