1、冷沖壓工藝與模具設計1第7章 冷擠壓工藝與模具設計 7.1 典型案例7.2 概述7.3 冷擠壓工藝性分析7.4 冷擠壓工藝參數計算7.5 冷擠壓模具結構設計 27.1 典型案例大功率電容器外殼工件名稱：大功率電容器外殼生產批量：大批量材料：純鋁1050A（L3）壁厚：4mm37.2 概述7.2.1 概念 冷擠壓是將冷擠壓模具裝在壓力機上，利用壓力機簡單的往復運動，是使金屬在模腔內產生塑性變形，從而獲得所需要的尺寸、形狀及一定性能的機械零件。 7.2.2 冷擠壓方法1.正擠壓 a） b）正擠壓空心件a）擠壓示意圖 b）毛坯與擠壓零件a） b）正擠壓實心件 a）擠壓示意圖 b）毛坯與擠壓零件4a）

2、 b）反擠壓a）擠壓示意圖 b）毛坯與擠壓零件 a） b）復合擠壓 a）擠壓示意圖 b）毛坯與擠壓零件 2.反擠壓3.復合擠壓54.徑向擠壓a） b）冷模鍛零件 a）毛坯 b）零件 a） b）徑向擠壓a）毛坯 b）零件5.實例擠壓方式的選擇工件的冷擠壓成形工藝方案有以下三種：1）采用圓柱毛坯，徑向擠壓成形凸緣部分；反擠壓成形筒部。2）采用圓柱毛坯，預成形杯形；正擠壓達到工件要求。3）采用圓柱毛坯，復合擠壓一次成形。（采用）67.2.3 采用冷擠壓必須解決的主要問題和模具結構的要求1.采用冷擠壓必須解決的主要問題1)冷擠壓加工的材料2)冷擠壓工藝方案3)毛坯軟化熱處理方案4)毛坯表面處理方法及潤

3、滑劑5) 模具結構，模具工作壽命、生產率和安全6) 冷擠壓模具材料及熱處理方法7) 機器與設備72.對冷擠壓模具結構的要求1）模具的強度和剛度2）模具工作部分的形狀和尺寸3）模具的材料選擇、加工方案和熱處理規范4）模具安裝、易損件的更換、拆卸、安裝5）模具導向6）模具制造、成本7）放、取制件的操作87.3 冷擠壓工藝性分析7.3.1 冷擠壓變形特征1.正擠壓時的金屬流動試件毛坯 試件擠壓后的網格92.反擠壓時的金屬流動反擠壓杯形金屬的流動情況 103.影響金屬流動的主要因素1）摩擦力的影響2）模具形狀的影響3）變形程度的影響4）其它因素的影響a） b） c） d）凹模中心錐角對金屬流動的影響a

4、）-60 b）-90 c）-120 d）-180117.3.2 冷擠壓工藝性要求1.冷擠壓件的尺寸設計原則1）金屬流動劇烈處的過渡圓角半徑R應盡可能增大，與擠壓力方向垂直的受力面應增大斜度。2）為防止變形抗力急劇增大及延長模具壽命，應控制凹模與凸模間的金屬在成形終了時的最小厚度s和b。3）擠壓件的最終尺寸d和D不能太小或相差太大，應在允許的變形程度范圍內。2.擠壓件的精度和表面粗糙度精度見表7-2表7-4表面粗糙度： 有色金屬為Ra0.4mm；黑色金屬為Ra0.8mm。 123.實例工藝性分析 根據零件工作圖結構形狀分析，該零件不能用冷擠壓成形的方法完全成形，孔23.5應采用成形后用鉆銷方法再

5、加工成形。31階梯孔不利于擠壓成形，應在成形后用鏜銷方法加工成形。因此，將該零件轉換成可擠壓成形的形狀，如圖所示。擠壓成形形狀 137.4 冷擠壓工藝參數計算7.4.1 毛坯尺寸的確定1.毛坯直徑 采用實心圓柱毛坯，其直徑為工件筒部外徑，則D=工件外徑=362.毛坯體積 毛坯尺寸計算的原則為等體積法計算。即：毛坯體積=工件體積（1）工件筒部體積14（2）筒部凸緣部分體積（3）毛坯高度尺寸H凸緣部分毛坯尺寸計算圖 157.4.2 冷擠壓變形程度的計算 常用斷面縮減率S來表示，也可用擠壓比R或對數擠壓比來表示，計算方法見表7-4。 實例采用端面縮減率S計算擠壓變形程度。 徑向擠壓部分的變形程度S反

6、擠壓部分的變形程度SSS ，故可一次擠壓成形。167.4.3 冷擠壓力的計算實際工作中以查圖表確定為主。1.有色金屬單位擠壓力p的確定有色金屬單位擠壓力 172.黑色金屬擠壓力F的確定黑色金屬反擠壓力圖算表18總擠壓力F的計算 有色金屬擠壓力F單位擠壓力p凸模工作部分橫截面積S 例題中引用工件的擠壓力F=pS=3002295.2=688560（N） 關于S的計算參見毛坯尺寸確定部分，可知S2295.2 考慮一定的安全系數可選用1000kN壓力機。197.5 冷擠壓模具結構設計7.5.1 冷擠壓凸模設計1.反擠壓凸模a） b） c）反擠壓凸模工作部分形狀a）錐形帶平底的凸模 b）尖角錐形凸模 c

7、）平底凸模有色金屬反擠壓凸模 20 當擠壓純鋁薄壁件凸模工作部分長度較長時，為增加凸模的穩定性，可將凸模下端面開出工藝凹槽。實例采用該種結構。a） b） c）凸模工作端面工藝凹槽的形狀a）圓形 b）方形 c）矩形212.實例用凸模結構 材料：Cr12MoV 熱處理：6064HRC擠壓凸模227.5.2 冷擠壓凹模設計1.反擠壓凹模 a） b） c） d） e） f）反擠壓凹模的基本形式232.正擠壓凹模 a） b） c） d）反擠壓凹模的基本形式 243.組合凹模（1）凹模的總體結構 分為整體式和預應力組合凹模。組合凹模可分為兩層和三層結構式。 單位壓力（p凹/MPa）凹模形式簡 圖10001

8、200整體凹模1200p14001600二層組合凹模1400p22002500三層組合凹模組合凹模的選擇25（2）二層組合凹模二層組合凹模 三層組合凹模 （3）三層組合凹模26（4）組合凹模壓合方法1）加熱壓合（熱裝） 將外圈加熱到適當溫度，套裝到內圈上，待外圈冷卻后將內圈壓緊。熱裝時可不必加工出斜度。2）強力壓合 將各配合面做成一定的錐度，在室溫下用液壓機進行壓合。 a） b）預應力圈的裝法a）由內到外 b）由外到內277.5.3 凸、凹模工作部分尺寸計算 凸、凹模工作部分尺寸計算公式見表7-13。7.5.4 冷擠壓凸、凹模材料選擇的要求1）凹模與凸模必須具有很高的強度和硬度，在高溫下仍能保

9、持足夠的強度與硬度。2）凸模與凹模在沖擊條件下工作，應具有相當的韌性。3）凸模材料應當有較好的抗彎強度。4）模具是在冷熱交變應力的條件下工作，所以模具的材料應能經受這種考驗。5）模具材料必須是較易于切削加工。 287.5.5 凹模結構設計實例 模具工作時凸模進入凹模后必須形成封閉的模腔。 實用兩層組合凹模結構u2徑向過盈量 裝配斜角，取=0.529預應力組合凹模的設計步驟1）根據單位擠壓力選擇凹模結構形式2）選擇確定總直徑比a，根據前面的推薦值，實例組合凹模選擇a3143）確定各圓的直徑外圓外徑d3，由步驟2，已知d3=a31d1=466=264 d3取260mm內圓半徑d2d2=a21d1 a21根據a31的取值，查右圖由凹模結構圖，取a21=1.8 d2=a21d1=1.866=118.8取d2=120mm u2=2d2 c2=2d2兩層組合凹模的a31與a21的關系304）確定組合凹模的軸向、徑向過盈量c2和u2