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大 學(xué)
畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論文）開 題 報(bào) 告
題 目 JH70摩托車主軸坯冷鐓模具設(shè)計(jì)
二級(jí)學(xué)院 機(jī)械學(xué)院
專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)及自動(dòng)化
班 級(jí) 機(jī)械5班
姓 名 李雨菲 學(xué) 號(hào) 10904020510
指導(dǎo)教師 馮文杰 系 主 任 龔海峰
時(shí) 間 2013.3
1、本課題的研究目的及意義
近些年來(lái)，冷擠壓技術(shù)成為一項(xiàng)在各行各業(yè)得到迅速發(fā)展的新工藝，同時(shí)還是機(jī)械產(chǎn)品零件加工中的一項(xiàng)重要手段，同其它制造工藝相比，冷擠壓工藝具有“優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低消耗、低成本”等優(yōu)勢(shì)。如今，在汽車、電子通信、輕工、建筑、航空航天、軍工、日用五金等制造業(yè)中都起著極其重要的作用。尤其在21世紀(jì)的零件制造業(yè)中，產(chǎn)品價(jià)格的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日益劇烈，冷擠壓技術(shù)已成為各企業(yè)繼續(xù)發(fā)展與開拓的重要指標(biāo)之一。普遍認(rèn)為，一個(gè)國(guó)家的冷成形（冷擠壓、冷鍛、冷鐓及沖壓等）加工技術(shù)水平，是這個(gè)國(guó)家汽車工業(yè)水平、工業(yè)化水平乃至現(xiàn)代化水平的一種重要標(biāo)志和反映?？梢哉f(shuō)，冷擠壓技術(shù)在一個(gè)國(guó)家的工業(yè)體系中占有舉足輕重的地位。隨著能源危機(jī)的日趨嚴(yán)重,人們對(duì)環(huán)境質(zhì)量將更加關(guān)注,加之市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日益加劇,促使鍛件生產(chǎn)向高效、高質(zhì)、精化、節(jié)能節(jié)材方向發(fā)展。因此,用擠壓成形等工藝手段所生產(chǎn)的精化鍛件的產(chǎn)量,在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中將得到較大的發(fā)展。同時(shí)，汽車向輕型化、高速度、平穩(wěn)性方向發(fā)展,對(duì)
鍛件的尺寸精度、重量精度及力學(xué)性能等都提出了較高的要求。如轎車發(fā)動(dòng)機(jī)用連桿鍛件除對(duì)大小頭之間的誤差有要求外,對(duì)每件的重量誤差也要求不大于8g。新產(chǎn)品的高要求,將促進(jìn)精化生產(chǎn)工藝的發(fā)展?？梢哉f(shuō)，冷擠壓技術(shù)有著十分廣闊的發(fā)展前景和很大的提升空間。所以，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)意義在于：
（1） 理解掌握冷擠壓技術(shù)的原理、特點(diǎn)、加工過(guò)程以及冷擠壓模具的設(shè)計(jì)制造方法。
（2） 在對(duì)上述基本問(wèn)題熟練掌握的基礎(chǔ)上，對(duì)冷擠壓技術(shù)領(lǐng)域的重點(diǎn)難點(diǎn)問(wèn)題有一個(gè)比較深入的理解，爭(zhēng)取產(chǎn)生自己的想法，并針對(duì)某些缺陷和不足提出自己的改進(jìn)方案。
（3） 在進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中通過(guò)對(duì)以往所學(xué)課程的運(yùn)用對(duì)專業(yè)知識(shí)進(jìn)行復(fù)習(xí)、重新理解和融會(huì)貫通，并最終運(yùn)用到生產(chǎn)實(shí)際當(dāng)中去。
（4） 在畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中對(duì)自身的自主設(shè)計(jì)和創(chuàng)新能力得到一個(gè)質(zhì)的提升，對(duì)以后的工作有很大幫助。
2、本人對(duì)課題任務(wù)書提出的任務(wù)要求及實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的可行性分析
本人在大學(xué)期間系統(tǒng)的學(xué)習(xí)了材料成形技術(shù)基礎(chǔ)、機(jī)械制圖等相關(guān)專業(yè)課程和金工實(shí)習(xí)、生產(chǎn)實(shí)習(xí)等相應(yīng)實(shí)習(xí)課程，并會(huì)熟練使用AutoCAD、Solidworks等制圖和三維建模軟件。在資料查找方面，學(xué)校圖書館提供了大量可供閱讀的相關(guān)書籍、技術(shù)手冊(cè)、圖冊(cè)等等寶貴資料，同時(shí)還可以在互聯(lián)網(wǎng)上查找到所需內(nèi)容作為補(bǔ)充。學(xué)校的實(shí)驗(yàn)室、工程訓(xùn)練中心等場(chǎng)所也為我們提供了充足的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)所，可以針對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中出現(xiàn)的某些技術(shù)問(wèn)題進(jìn)行直觀的分析和處理?？梢哉f(shuō)，硬件條件是十分充足的。但在進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中還是可能遇到一些問(wèn)題，比如某些難點(diǎn)問(wèn)題不能很好的理解，第一次進(jìn)行比較完整的課題研究缺乏相關(guān)經(jīng)驗(yàn)等。但相信這些問(wèn)題是可以通過(guò)自身努力和指導(dǎo)老師的引導(dǎo)、幫助順利解決的。綜上所述，本人認(rèn)為實(shí)現(xiàn)課題任務(wù)書中提出的任務(wù)要求是可行的。
3、本課題的關(guān)鍵問(wèn)題及解決問(wèn)題的思路
冷擠壓時(shí)的單位及壓力很大，有時(shí)可能達(dá)到材料抗拉強(qiáng)度的4到6倍甚至更高，遠(yuǎn)超一般金屬塑性加工時(shí)的單位壓力，冷擠壓模具的工作條件非常惡劣。這就對(duì)冷擠壓模具的質(zhì)量提出了很高的要求，在保證模具正常工作的情況下，還要達(dá)到規(guī)定的使用壽命。因此，本課題的關(guān)鍵問(wèn)題就在于模具的材料、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和一定使用壽命的保證。
（1） 模具的選材及熱處理工藝。冷擠壓模具工作環(huán)境要求其材料具備高硬度、高強(qiáng)度、高韌性、高耐壓能力、高耐磨性、足夠的耐熱性和良好的工藝性能，但是在大多數(shù)條件下，要使一種材料同時(shí)具備上述所有優(yōu)良特性是不可能，同時(shí)也是不經(jīng)濟(jì)的。所以，應(yīng)該根據(jù)具體情況選擇最符合使用條件，同時(shí)又相對(duì)經(jīng)濟(jì)廉價(jià)的材料。
（2） 模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。因?yàn)樽饔迷诶鋽D壓凹模內(nèi)壁的壓力很大，為了防止模具產(chǎn)生縱向開裂，不宜采用整體式結(jié)構(gòu)的冷擠壓凹模，而應(yīng)采取組合凹模的結(jié)構(gòu)。采用組合結(jié)構(gòu)的冷擠壓凹?？珊芎玫亟鉀Q模具縱向開裂的問(wèn)題。
（3） 防止模具損壞與保證壽命。冷擠壓模具的失效形式主要有磨損、變形、破裂等。為防止模具的早期失效，可選用熱硬性好、抗壓強(qiáng)度高的高速工具鋼作為模具的材料，并經(jīng)淬火處理，采用圓角過(guò)渡，防止應(yīng)力集中，同時(shí)提高毛坯尺寸精度和表面光潔度，采用合適的潤(rùn)滑措施。
4、完成本課題所需的工作條件（如工具書、計(jì)算機(jī)、實(shí)驗(yàn)、調(diào)研等）及解決辦法
工作條件：
（1） 查找工具書，有《冷擠壓實(shí)用技術(shù)》 《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》 《材料成型技術(shù)基礎(chǔ)》 《機(jī)械工程材料》 《沖壓模具設(shè)計(jì)與制造》 《機(jī)械制造工藝學(xué)》 等。
（2） 實(shí)驗(yàn)室和工程訓(xùn)練中心提供了實(shí)驗(yàn)場(chǎng)所和設(shè)備。
（3） 相關(guān)軟件，如AutoCAD、Solidworks等。
解決方法：首先閱讀課題相關(guān)的資料、書籍，提出解決問(wèn)題的可行辦法和具體步驟；然后根據(jù)掌握的相關(guān)知識(shí)制定出摩托車主軸坯冷鐓工藝方案并完成與之配套的組合凹模的設(shè)計(jì)；最后設(shè)計(jì)出冷鐓專用模架并完成三維建模。
5、工作方案分析及進(jìn)度計(jì)劃
本課題的研究總共有八周的時(shí)間，劃分為四個(gè)階段。
第一階段，第1~2周，完成JH70摩托車主軸坯冷鐓工藝方案制定 。
第二階段，第3~4周，完成冷鐓專用模架設(shè)計(jì)。
第三階段，第5~6周，完成組合凹模設(shè)計(jì)。
第四階段，第7~8周，完成冷鐓專用模架的三維建模和平面圖紙的繪制，整理設(shè)計(jì)說(shuō)明書和參考文獻(xiàn)。
報(bào)告人：
年 月 日
指導(dǎo)教師意見
指導(dǎo)教師：
年 月 日
開題報(bào)告應(yīng)根據(jù)教師下發(fā)的設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書，在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下由學(xué)生獨(dú)立撰寫。
前 言
冷擠壓成型是指所成型的零件達(dá)到或接近成品零件的形狀和尺寸[1]，它是在傳統(tǒng)的金屬塑性加工基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)新技術(shù)。近幾年來(lái)，冷擠壓技術(shù)是各行各業(yè)得到迅速發(fā)展的新工藝之一，也是產(chǎn)品零件加工中的重要手段，與其它制造工藝（如切削加工、鑄造、鍛造）相比，它具有“優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低消耗、低成本”的優(yōu)點(diǎn)。目前，在汽車、電子通信、輕工、建筑、航空航天、軍工、日用五金等制造業(yè)中都起著極為重要的作用[1]。尤其是21世紀(jì)的零件制造業(yè)中，我國(guó)加入WTO后，產(chǎn)品價(jià)格的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日益劇烈，冷擠壓技術(shù)已成為各企業(yè)繼續(xù)發(fā)展與開拓的重要指標(biāo)之一[2]。普遍認(rèn)為，一個(gè)國(guó)家的冷成形（冷擠壓、冷鍛、冷鐓及沖壓等）加工技術(shù)水平，是這個(gè)國(guó)家汽車工業(yè)水平、工業(yè)化水平乃至現(xiàn)代化水平的一種重要標(biāo)志和反映。
1.冷擠壓基本概念
1.1冷擠壓加工簡(jiǎn)介
冷擠壓就是把金屬毛坯放在冷擠壓模腔中，在室溫下，通過(guò)壓力機(jī)上固定的凸模向毛坯施加壓力，使金屬毛坯產(chǎn)生塑性變形而制得零件的加工方法[1]。目前，我國(guó)已能對(duì)鉛、錫，鋁、銅、鋅及其合金、低碳鋼、中碳鋼、工具鋼、低合金鋼與不銹鋼等金屬進(jìn)行冷擠壓，甚至對(duì)軸承鋼、高碳高鋁合金工具鋼、高速鋼等也可以進(jìn)行一定變形量的冷擠壓。在擠壓設(shè)備方面，我國(guó)已具備設(shè)計(jì)和制造各級(jí)噸位擠壓壓力機(jī)的能力。除采用通用機(jī)械壓力機(jī)、液壓機(jī)、冷擠壓力機(jī)外，還成功地采用摩擦壓力機(jī)與高速高能設(shè)備進(jìn)行冷擠壓生產(chǎn)。
1.2冷加壓加工的分類[1]
1.2.1正擠壓 正擠壓時(shí)，金屬的流動(dòng)方向與凸模的運(yùn)動(dòng)方向一致。正擠壓可以制造各種形狀的實(shí)心件和空心件，如螺釘、芯軸、頂桿、支架、管子、套管、彈殼及襯套等。
1.2.2反擠壓 反擠壓時(shí)，金屬的流動(dòng)方向與凸模的運(yùn)動(dòng)方向相反。反擠壓可以獲得各種形狀的杯形空心工件，如罩殼、外殼、套筒、套管、屏蔽罩及燈座等。
1.2.3復(fù)合擠壓 擠壓時(shí)，毛坯一部分金屬流動(dòng)方向與凸模運(yùn)動(dòng)方向相同，而另一個(gè)部分金屬流動(dòng)方向與凸模運(yùn)動(dòng)方向相反。這是正擠壓和反擠壓組合在一起的一種擠壓方法。復(fù)合擠壓方法可以制造雙杯類零件，如汽車活塞銷[4]；也可以制造杯桿類零件，如縫紉機(jī)梭芯。
1.2.4徑向擠壓 擠壓時(shí)，金屬的流動(dòng)方向與凸模運(yùn)動(dòng)方向相垂直。徑向擠壓又可分為向心擠壓和離心擠壓，徑向擠壓用來(lái)制造斜齒輪、花鍵盤等零件。
1.2.5減徑擠壓 它是變形程度較小的一種變態(tài)正擠壓法，毛坯截面僅作輕度的縮減。減徑擠壓主要用于制造直徑差不大的階梯軸類零件以及作為深孔杯形件的修整工序。
1.2.6斜向擠壓 擠壓時(shí)，金屬的流動(dòng)方向傾斜或彎曲于凸模的運(yùn)動(dòng)方向。斜向擠壓主要用于制造具有傾斜或彎曲枝芽的各種復(fù)雜形狀零件。
1.2.7鐓擠法 變形時(shí)，金屬的流動(dòng)具有擠壓和鐓粗的特點(diǎn)，即一部分金屬沿凸模軸向流動(dòng)，另一部分金屬則沿徑向流動(dòng)[2]。它是冷鐓與冷擠壓相結(jié)合的一種成形方法，稱為鐓擠法。鐓擠法主要用于制造大頭類零件及階梯軸類零件。
正擠壓、反擠壓、復(fù)合擠壓與減徑擠壓是冷擠壓方法中應(yīng)用最廣的四種成形方法。這四種方法的金屬流動(dòng)方向都與凸模的軸線平行，因此又統(tǒng)稱為軸向冷擠壓。
2. 冷擠壓工藝的特點(diǎn)
2.1冷擠壓工藝的優(yōu)點(diǎn)
2.1.1擠壓零件尺寸準(zhǔn)確表面光潔。目前我國(guó)研制的冷擠壓件一般尺寸精度可達(dá)8～9級(jí)，隴度一般可達(dá)，若采用理想的潤(rùn)滑可達(dá)(指純鋁和紫銅零件)，僅次于精拋光表面[2]。因此用冷擠壓方法制造的零件，一般不需要再加工，少量的只需精加工(磨削)。
2.1.2節(jié)約原材料。冷擠壓件材料利用率通?？梢赃_(dá)到80%以上。如解放牌汽車活塞銷動(dòng)切削加工材料利用率為43.3%，而用冷擠壓時(shí)材料利用率提高到92%；又如萬(wàn)向節(jié)軸承套改用冷擠壓后，材料利用率由過(guò)去的27.8%提高到64%。可見，采用冷擠壓方法生產(chǎn)機(jī)械零件，可以節(jié)約大量鋼材和有色金屬材料。
2.1.3生產(chǎn)率高。用冷擠壓方法生產(chǎn)機(jī)械零件的效率是非常高的，特別是生產(chǎn)批量大的零件，用冷擠壓方法生產(chǎn)可比切削加工提高幾倍、幾十倍、甚至幾百倍。例如，汽車活塞銷用冷擠壓方法比用切削加工制造提高3.2倍，目前又用冷擠壓活塞銷自動(dòng)機(jī)，使生產(chǎn)率進(jìn)一步提高。一臺(tái)冷擠壓自動(dòng)機(jī)的生產(chǎn)率相當(dāng)于100臺(tái)普通車床或10臺(tái)四軸自動(dòng)車床的生產(chǎn)率。
2.1.4可加工形狀復(fù)雜的零件。如異形截面、內(nèi)齒、異形孔及盲孔等，這些零件采用其它加工法難以完成，用冷擠壓加工卻十分方便。所示的零件，能方便的擠出。
2.1.5冷擠壓件強(qiáng)度高、剛性好而重量輕。由于冷擠壓采用金屬材料冷變形的冷作強(qiáng)化特性，即擠壓過(guò)程中金屬毛坯處于三向壓應(yīng)力狀態(tài)，變形后材料組織致密、且具有連續(xù)的纖維流向，因而制件的強(qiáng)度有較大提高。這樣就可用低強(qiáng)度材料代替高強(qiáng)度材料。例如過(guò)去采用20Cr鋼經(jīng)切削加工制造解放牌活塞銷，現(xiàn)改用20號(hào)鋼經(jīng)冷擠壓制造活塞銷，經(jīng)性能測(cè)定各項(xiàng)指標(biāo)，冷擠壓法高于切削加工法制造活塞銷。
從以上特點(diǎn)，可以看出，冷擠壓技術(shù)與目前各種加工方法比較，具有突出的優(yōu)越性。這就為冷擠壓代替切削加工、鍛造、鑄造和拉深工藝來(lái)制造機(jī)器零件，開辟了一條廣闊的道路。
2.2冷擠壓工藝的缺點(diǎn)
2.2.1變形抗力高 冷擠壓時(shí)，被擠壓材料的變形抗力較高，其中最有實(shí)用意義的是鋼的冷擠壓，其變形抗力高達(dá)2000MPa以上[3]。這樣的超高壓力，對(duì)模具材質(zhì)、結(jié)構(gòu)以及加工制造等提出了更高的要求。
2.2.2模具壽命短 由于冷擠壓模具承受著很大的單位壓力作用，最高可達(dá)3000MPa，模具易磨損、易破壞；雖然在模具材料和模具結(jié)構(gòu)等方面采用了很多有效的措施，但與沖壓模具相比，其使用壽命還是不高的。據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，正擠壓用的鋼制凸模平均壽命為2萬(wàn)件左右，凹模為3萬(wàn)件左右[8]；而沖裁或拉深的模具壽命一般高達(dá)10萬(wàn)件以上。
2.2.3對(duì)毛坯的要求較高 冷擠壓加工時(shí)對(duì)毛坯的要求比其他金屬塑性成形加工工藝都高，否則，會(huì)是模具受到損壞。對(duì)與冷擠壓毛坯，除了要求毛坯具有準(zhǔn)確的幾何形狀和較高的尺寸精度外，還要求再冷擠壓變形之前對(duì)毛坯進(jìn)行一定的軟化退火處理及表面潤(rùn)滑處理。
2.2.4對(duì)冷擠壓設(shè)備要求較高 當(dāng)實(shí)施冷擠壓工藝過(guò)程時(shí)，除了要求冷擠壓設(shè)備應(yīng)有較大的強(qiáng)度以外，還要求有較好的剛度。此外，還要求設(shè)備具有良好的精度并具有可靠的保險(xiǎn)裝置。
3.1冷擠壓模具設(shè)計(jì)
冷擠壓時(shí)的單位及壓力很大，有時(shí)可能達(dá)到材料抗拉強(qiáng)度的4到6倍甚至更高，遠(yuǎn)超一般金屬塑性加工時(shí)的單位壓力。在冷擠壓過(guò)程中，單位及壓力大小主要是受模具強(qiáng)度的限制，當(dāng)今所用的冷擠壓模具材料強(qiáng)度最高為2500到3000MPa。如果超過(guò)這個(gè)值，模具就將被破壞，或降低模具壽命。由此可見，冷擠壓模具的工作條件極其惡劣[7]。所以，為了確保模具的正常工作和使用壽命，模具必須能耐靜態(tài)高壓，耐沖擊，經(jīng)受得住工件和模具表面之間的摩擦，同時(shí)要耐疲勞。作用在模具上的壓力必須引導(dǎo)到壓力機(jī)工作臺(tái)面和壓力機(jī)機(jī)架上。雖然金屬在壓縮下發(fā)生塑性變形，但是模具中的工作應(yīng)力卻是一個(gè)復(fù)雜的抗張、抗壓力和切應(yīng)力的聯(lián)合應(yīng)力[5]。由于工作應(yīng)力很高，模具承載時(shí)將會(huì)產(chǎn)生明顯的彈性變形。因此，模具設(shè)計(jì)者必須找出一個(gè)能承受和分配這種應(yīng)力和應(yīng)變的途徑。綜上所述，對(duì)于冷擠壓模具設(shè)計(jì)的基本要求如下：
（1） 冷擠壓模具部分的材料應(yīng)具有高強(qiáng)度、高硬度、高耐磨性、一定的韌性以及良好的熱硬性、熱穩(wěn)定性、耐熱疲勞性等性能，并應(yīng)選用合適的加工方法和熱處理規(guī)范。
（2） 模具工作部分的過(guò)渡處應(yīng)采用光滑的圓角過(guò)渡，以防止產(chǎn)生較大的應(yīng)力集中而開裂，造成模具的早期失效[11]。
（3） 模具工作部分上下底板之間一定要設(shè)有厚實(shí)的經(jīng)淬硬的壓力墊板以承受壓力，擴(kuò)大承壓面積，使從凸?；虬寄鱽?lái)的高壓力得到較大程度的緩和，防止壓壞上下底板[6]。
（4） 冷擠壓時(shí)，凹模內(nèi)腔要受到很大的徑向應(yīng)力作用，在強(qiáng)度不足時(shí)就會(huì)發(fā)生切向破裂，為了提高模具工作部分的強(qiáng)度，冷擠壓凹模一般不采用整體式結(jié)構(gòu)，而采用施加預(yù)應(yīng)力的組合式結(jié)構(gòu)[12]，凸模有時(shí)也采用組合式結(jié)構(gòu)。
（5） 上下底板一般不采用鑄鐵材料制造，而采用足夠厚度的中碳鋼經(jīng)鍛造或直接用鋼板制成，以保證模具具有較高的強(qiáng)度和剛性。
4.1冷擠壓技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展方向
4.1冷擠壓的發(fā)展概況
冷擠壓技術(shù)發(fā)展的初期是非常緩慢的，長(zhǎng)期以來(lái)只對(duì)幾種軟金屬（鉛和錫）進(jìn)行擠壓。直到19紀(jì)末20世紀(jì)初，才開始擠壓較硬的有色金屬（鋅、鋁、紫銅、黃銅等）至于鋼的擠壓，由于冷擠壓時(shí)需要很大的壓力，在當(dāng)時(shí)不能解決擠壓鋼用的模具材料、合適的潤(rùn)滑劑與大噸位的壓力機(jī)等問(wèn)題，長(zhǎng)時(shí)間一直認(rèn)為擠壓鋼是十分困難甚至是不可能的。
1906年，英國(guó)人科斯利特（T.W.coslett）發(fā)現(xiàn)用磷酸鹽處理鋼件制品是一種較理想的防銹方法，但工序繁多，而經(jīng)濟(jì)效益又差，故未被廣泛采用。不過(guò)，這種防銹法的出現(xiàn)卻極大地激發(fā)了人們?nèi)パ芯扛?jiǎn)單而有效的新方法的積極性。到后來(lái)，用自動(dòng)連續(xù)裝置對(duì)鋼毛坯進(jìn)行磷酸鋅防銹處理只需要兩分鐘。經(jīng)磷酸鋅處理過(guò)的毛坯表面附有脂肪潤(rùn)滑劑或鈉皂薄膜，且這層薄膜不易脫落，擠壓這種毛坯時(shí)，壓力較小。這個(gè)發(fā)現(xiàn)使人們找到了一種理想的鋼毛坯表面處理法一磷化皂化法。
磷化皂化處理鋼毛坯表面方法的出現(xiàn)使鋼的擠壓成為可能。1934年，德國(guó)人采用磷化皂化法成功地冷擠出鋼管[9]。二次世界大戰(zhàn)期間，德國(guó)人需要大量彈殼，當(dāng)時(shí)黃銅又供應(yīng)不足，于是德國(guó)人秘密試驗(yàn)用冷擠壓生產(chǎn)鋼彈殼、后來(lái)，采用合金工具鋼作模具材料，用冷擠壓成功地?cái)D出大批量鋼彈殼類零件。
第二次世界大戰(zhàn)以后，美國(guó)人竊取了德國(guó)人關(guān)于鋼的冷擠壓的全部資料，開始在美國(guó)用冷擠壓秘密生產(chǎn)軍火，開辦了很多生產(chǎn)鋼彈殼和彈體的軍工廠。鋼的冷擠壓于1947年才正式用于民用工業(yè)。美國(guó)于1949年發(fā)表了各種鋼材冷擠壓后機(jī)械性能的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。德國(guó)于1950年、1953年先后公布了鋼的冷擠壓的基本技術(shù)數(shù)據(jù)及冷擠壓力和擠壓功的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
1957年，日本引進(jìn)了專用冷擠壓機(jī)，開始在精密儀器和儀表中采用冷擠壓技術(shù)。日本見這種新技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益顯著，很快把這種技術(shù)用于制造汽車和電氣制件?，F(xiàn)已成為遍及各個(gè)工業(yè)部門的重要加工手段。
3.2冷擠壓技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)
隨著能源危機(jī)的日趨嚴(yán)重，人們對(duì)環(huán)境質(zhì)量將更加關(guān)注，加之市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日益加劇，促使鍛件生產(chǎn)向高效、高質(zhì)、精化、節(jié)能節(jié)材方向發(fā)展。因此用擠壓成形等工藝手段所生產(chǎn)的精化鍛件的產(chǎn)量，在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中將得到較大的發(fā)展。
汽車向輕型化、高速度、平穩(wěn)性方向發(fā)展，對(duì)鍛件的尺寸精度、重量精度及力學(xué)性能等都提出了較高的要求。如轎車發(fā)動(dòng)機(jī)用連桿鍛件除對(duì)大小頭之間的誤差有要求外，對(duì)每件的重量誤差也要求不大于八克[10]。新產(chǎn)品的高要求，將促進(jìn)精化生產(chǎn)工藝的發(fā)展。
專業(yè)化、規(guī)?；慕M織生產(chǎn)仍是冷擠壓生產(chǎn)的發(fā)展方向和趨勢(shì)。在法國(guó)，以擠壓成形工藝生產(chǎn)鍛件的專業(yè)廠家1991－1994年全員勞動(dòng)生產(chǎn)率，即每人生產(chǎn)擠壓件的產(chǎn)量及產(chǎn)值，均高于一般生產(chǎn)模鍛件或者自由鍛件的廠家。以1994年為例，專業(yè)廠家擠壓件人均產(chǎn)量為 51024KG，創(chuàng)產(chǎn)值775688法郎。而同期一般性生產(chǎn)模鍛件的廠家，其人均產(chǎn)量?jī)H為39344KG，產(chǎn)值592384法郎，僅相當(dāng)于擠壓件專業(yè)生產(chǎn)廠家的77.1%和76.37%。自由鍛件生產(chǎn)廠與之相比則更低。
擠壓專機(jī)將成為一種發(fā)展趨勢(shì)。隨著中小型鍛件的精化生產(chǎn)發(fā)展及冷擠壓、溫?cái)D壓工藝的推廣應(yīng)用，多工位冷擠壓壓力機(jī)、精壓機(jī)及針對(duì)某種鍛件而設(shè)計(jì)制造的專機(jī)會(huì)得到大力發(fā)展。新昌軸承套圈的冷擠大面積應(yīng)用是在邵銀標(biāo)工程主導(dǎo)下發(fā)展起來(lái)，目前國(guó)內(nèi)軸承套圈的冷擠壓成型占了較大份額。
參考文獻(xiàn)：
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重 慶 理 工 大 學(xué)
文 獻(xiàn) 翻 譯
二級(jí)學(xué)院 機(jī)械學(xué)院
班 級(jí) 機(jī)械5班
學(xué)生姓名 李雨菲 學(xué) 號(hào) 10904020510
長(zhǎng)梯形花鍵的冷擠壓及其成形分析
Yuan Anfu
收稿日期：2007.8.21，接受日期：2008.3.10，網(wǎng)上發(fā)表日期：2008.4.15
施普林格出版社倫敦有限公司2008年版權(quán)所有
摘要：由于剛度的原因，長(zhǎng)梯形花鍵的加工時(shí)十分困難的。在本文中，一種基于三維速度場(chǎng)的分析和對(duì)分析模擬軟件Deform-3D 5.0的應(yīng)用的特殊冷擠壓技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于加工一種合格的Φ12×840的16齒梯形花鍵上。
關(guān)鍵詞：冷擠壓，矩形花鍵，成形極限，變形
1. 介紹
由于矩形花鍵的根部很厚，故一般被應(yīng)用于傳遞較大載荷的場(chǎng)合。因此，它被廣泛應(yīng)用與汽車工業(yè)中力的傳遞。本文主要聚焦于一個(gè)機(jī)械工業(yè)中的難題——長(zhǎng)梯形花鍵的加工。傳統(tǒng)的機(jī)械加工手段，如銑、滾齒等由于其低下的效率和加工質(zhì)量而不能不能用于批量生產(chǎn)這種花鍵。所以一些特殊制造方法如扭轉(zhuǎn)、擠壓等已經(jīng)越來(lái)越被廣泛應(yīng)用。即便如此，正如圖1中看到的那樣，
對(duì)于長(zhǎng)梯形花鍵來(lái)說(shuō)，二者在成形 [1–7]部分的時(shí)候仍存在一些難題。
2. 成形的細(xì)節(jié)部分
圖1指的是將要被加工的長(zhǎng)梯形花鍵，其詳細(xì)信息如下：
齒數(shù)：16 齒厚：1.3 材料：20Cr（GB）
彈性模量：205Gpa 泊松比：0:29 密度：7850Kg/m3
屈服強(qiáng)度：685Mpa 齒頂圓直徑：Dt=12.8mm 齒根圓直徑：10.86mm
3. 解決步驟：對(duì)于制造出一個(gè)合格的產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，存在兩個(gè)待解決的問(wèn)題：
3.1模腔的結(jié)構(gòu)：在擠壓的過(guò)程中，模腔的結(jié)構(gòu)直接影響變形的工件和應(yīng)力應(yīng)變分布。因此，有必要設(shè)計(jì)一種合理的模具結(jié)構(gòu)，以適應(yīng)實(shí)際成形條件來(lái)獲得盡可能低的成形力。基于對(duì)擠壓過(guò)程中金屬流動(dòng)規(guī)律的研究，可以設(shè)計(jì)出一種較為合理的模具結(jié)構(gòu)。然后在相同實(shí)際條件下擠壓的情況用Deform軟件模擬。最后根據(jù)上述兩個(gè)結(jié)果制造出擠壓模具。
3.2成形部分的剛度：至于本文中細(xì)長(zhǎng)工件的成形，如何保證工件在冷擠壓過(guò)程中剛度足夠成為了一個(gè)壓倒性的問(wèn)題。所以，在實(shí)際擠壓的過(guò)程中，傳統(tǒng)的推壓力被改變?yōu)槔?，同時(shí)被特殊機(jī)構(gòu)支撐。上述這些技術(shù)被證明是行之有效的。
圖1
4. 擠壓分析
在本文中，所有的分析都是在開模擠壓的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。
4.1花鍵軸的形狀函數(shù)
由于梯形曲線的對(duì)稱性，只有一半的形狀繪制在圖2中。根據(jù)此梯形花鍵的工作原理，得到它的表面形狀函數(shù)如下：
（1）
其中，L為模具型腔工作區(qū)的有效長(zhǎng)度；Rb為基圓半徑；g(θ)的定義如下：
（2）
其中Rt為花鍵的齒頂圓半徑；Rr為花鍵的齒根圓半徑；SR(θ)為描述梯形花鍵的方程，如下：
（3）
其中，αk為花鍵的壓力角；θt當(dāng)花鍵頂圓是極半徑時(shí)為角。
圖2 圖3
4.2實(shí)際角度
根據(jù)梯形花鍵的實(shí)際尺寸，式子（1）（2）（3）可被轉(zhuǎn)化如下：
Φ1=5.83。 φ2=6.88。 φ3=12.3。
區(qū)域1： （4）
區(qū)域2： （5）
區(qū)域3： （6）
5. 擠壓仿真
本文中，應(yīng)用了Deform軟件模擬擠壓過(guò)程，從而得出上述結(jié)論。仿真環(huán)境與下述實(shí)際情況是相似的：
5.1仿真的目的
為了降低制造成本，節(jié)約時(shí)間和盡快獲得一個(gè)合格花鍵，在本文中，對(duì)擠壓的仿真已經(jīng)完成。所以，仿真的目的在于獲得基于工件在擠壓過(guò)程中的應(yīng)力應(yīng)變光導(dǎo)角α（如圖5所示）。
5.2仿真環(huán)境
分析軟件：Deform-3D 5.0 分析模式：傳熱和形變
工件材料：AISI-1045（與Cr20類似） 目數(shù)：70000
節(jié)點(diǎn)：14452↑ 元素：62766 分析步驟數(shù)：100
頂部和工件的摩擦系數(shù)：0.3 底部和工件的摩擦系數(shù)：0.08
5.3設(shè)置模型和仿真
仿真模型如圖5所示，該結(jié)構(gòu)底模為圖4。底模和頂模的直徑分別為Φ45和Φ25，厚度均為10mm。在這個(gè)模型中，底模和頂模都是剛性的，工件的材料為塑料。在擠壓過(guò)程中，頂模以0.1mm/s恒定的速度向下移動(dòng)。工件的直徑和長(zhǎng)度分別為Φ12.9和25mm。在相同的條件下，對(duì)三組角度不同底模進(jìn)行了仿真，分別為20°,25°和30°。
圖4 圖5
5.4仿真結(jié)果
步驟10的應(yīng)變分布和步驟24的應(yīng)力分布分別如圖6、7所示。其他的最大應(yīng)力和應(yīng)變?cè)谶@兩個(gè)步驟中的值在表1中列出。圖8是步驟82的仿真結(jié)果。
圖6
圖7
從上述這些結(jié)果可以得出以下幾個(gè)點(diǎn)：
（1） 不同導(dǎo)角的應(yīng)力差異不明顯，而不同導(dǎo)角的應(yīng)變差異明顯，而且最佳底模導(dǎo)角是25°。
（2） 通過(guò)擠壓點(diǎn)可以看出，當(dāng)導(dǎo)角為25°時(shí)最佳，而且在此角度下沒(méi)有出現(xiàn)“鍛壓損失”且工件的擠壓質(zhì)量最高（見圖8）。
圖8
6. 實(shí)際擠壓成型
結(jié)核和分析結(jié)果，我們以25°的導(dǎo)角打開底模。實(shí)際加工條件如下：
擠壓機(jī)：特殊目的加工機(jī) 傳力介質(zhì)：高壓液壓油
油缸尺寸：Φ400×1000 工作壓力：15 Mpa
工件材料：20Cr 潤(rùn)滑：油潤(rùn)滑 速度：約1.4 mm/s
模具材料：燒結(jié)合金 負(fù)載模式下的擠壓力：拉而不是推
為了得到高質(zhì)量的產(chǎn)品，有一點(diǎn)值得注意的地方是：如何使工件在擠壓過(guò)程中保持穩(wěn)定。在該實(shí)驗(yàn)中，專用設(shè)備組裝的部分可以保持穩(wěn)定，且在擠壓過(guò)程中不變形。此外，導(dǎo)向精度也十分重要，否則擠壓力不能保持穩(wěn)定，工件表面可能還會(huì)出現(xiàn)裂紋（如圖9所示）。
圖9
7. 結(jié)論
基于其效率高、精度高的優(yōu)點(diǎn)，擠壓技術(shù)在制造業(yè)中越來(lái)越多的引起了人們的關(guān)注。擠壓也被稱為無(wú)屑加工。尤其在某些部分的批量生產(chǎn)中擠壓成為唯一的成形方式。從本文中可以得出如下結(jié)論：
（1）上界分析是一種有用且有效的方法來(lái)計(jì)算在擠壓過(guò)程中所需的理論功率，而且只要建立的模型與實(shí)際生產(chǎn)條件形似，則分析結(jié)果是準(zhǔn)確的。
（2）在一些合適的軟件（如Deform）的幫助下，成型過(guò)程模擬已經(jīng)被廣泛應(yīng)用與日常生活中。根據(jù)仿真結(jié)果，在擠壓模具投入生產(chǎn)之前可以對(duì)一些結(jié)構(gòu)和參數(shù)進(jìn)行必要的調(diào)整或修改。
（3）關(guān)于細(xì)長(zhǎng)花鍵的成形，除了擠壓加工都要考慮的因素之外首先需要考慮的問(wèn)題是剛度和穩(wěn)定性，否則無(wú)法制造出合格的產(chǎn)品。
（4）CAE技術(shù)是個(gè)非常有用的工具，可以節(jié)省很多時(shí)間和成本。
（5）到目前為止，在測(cè)試期間，雖然存在一些問(wèn)題（如生產(chǎn)效率和找到最佳的擠壓技術(shù)），一個(gè)合格的產(chǎn)品是可以被加工出來(lái)的。
重慶理工大學(xué)畢業(yè)論文 JH70摩托車主軸坯冷鐓成形模具設(shè)計(jì)
編號(hào)
畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論文）
題目：JH70摩托車主軸坯冷鐓成形模具設(shè)計(jì)
二級(jí)學(xué)院 機(jī)械工程學(xué)院
專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
班 級(jí) 機(jī)械設(shè)計(jì)六班
學(xué)生姓名 李雨菲 學(xué)號(hào) 10904020510
指導(dǎo)教師 馮文杰 職稱 教授
時(shí) 間 2013.6
目 錄
摘要………………………………………………………………………………………Ⅰ
Abstract…………………………………………………………………………………Ⅱ
1.緒論…………………………………………………………………………………… 1
1.1概述………………………………………………………………………………1
1.2冷擠壓技術(shù)的分類及簡(jiǎn)介………………………………………………………1
1.3冷擠壓技術(shù)的特點(diǎn)………………………………………………………………2
1.3.1冷擠壓的優(yōu)點(diǎn)………………………………………………………………2
1.3.1冷擠壓的缺點(diǎn)………………………………………………………………3
1.4冷擠壓技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展方向……………………………………………………4
1.5本課題要求………………………………………………………………………5
1.6預(yù)期目標(biāo)及效果…………………………………………………………………5
2.冷擠壓零件……………………………………………………………………………6
2.1零件基本尺寸及三維模型………………………………………………………6
2.2毛坯零件的選擇及其性能指標(biāo)…………………………………………………7
2.3零件加工前準(zhǔn)備…………………………………………………………………8
2.4毛坯變形程度……………………………………………………………………9
3.冷擠壓模具設(shè)計(jì)………………………………………………………………………11
3.1冷擠壓模架整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)………………………………………………………11
3.2 模具主要零部件的設(shè)計(jì)…………………………………………………………13
3.2.1上模板的設(shè)計(jì)………………………………………………………………13
3.2.2上模座的設(shè)計(jì)………………………………………………………………14
3.2.3墊板的設(shè)計(jì)…………………………………………………………………15
3.2.4下模座的設(shè)計(jì)………………………………………………………………15
3.2.5下模預(yù)應(yīng)力圈的設(shè)計(jì)………………………………………………………16
3.2.6下模板的設(shè)計(jì)…………………………………………………………17
3.2.7模圈導(dǎo)向套的設(shè)計(jì)……………………………………………………18
4.組合凹模設(shè)計(jì)……………………………………………………………………19
4.1組合凹模結(jié)構(gòu)形式的確定…………………………………………………20
4.2組合凹模各圈直徑的確定…………………………………………………20
4.3組合凹模徑向過(guò)盈量及軸向壓合量的確定………………………………21
5.模具及其零部件的三維建?！?3
5.1冷鐓模具裝配體三維模型…………………………………………………23
5.2非標(biāo)準(zhǔn)零部件三維模型……………………………………………………24
6.總結(jié)………………………………………………………………………………30
7.致謝………………………………………………………………………………31
參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………………32
重慶理工大學(xué)畢業(yè)論文 JH70摩托車主軸坯冷鐓成形模具設(shè)計(jì)
摘要
本文主要針對(duì)JH70摩托車主軸坯冷鐓成形模具的設(shè)計(jì)。本課題研究的核心問(wèn)題是冷擠壓組合凹模的設(shè)計(jì)。通過(guò)被加工零件的尺寸以及變形程度確定冷擠壓的單位擠壓力，從而確定冷擠壓組合凹模的結(jié)構(gòu)形式以及各圈直徑，最后確定組合凹模的徑向過(guò)盈量以及軸向壓合量。再通過(guò)組合凹模的尺寸、形狀確定冷鐓模架其它零部件的形狀及尺寸，從而最終確定整個(gè)模架結(jié)構(gòu)、尺寸以及組合形式等要素。通過(guò)查閱設(shè)計(jì)手冊(cè)確定各個(gè)模架零部件的材料。本模具采用?？趯?dǎo)向的形式保證在上、下模合模過(guò)程中的同軸度。本文還對(duì)整個(gè)冷擠壓模具進(jìn)行了三維建模，以便直觀的表達(dá)冷擠壓模具零部件的外形以及零件之間裝配關(guān)系，方便讀者對(duì)整個(gè)模具的工作原理及過(guò)程有一個(gè)清晰的了解。
關(guān)鍵詞：冷擠壓、主軸坯、組合凹模、三維建模
Abstract
This paper focuses JH70 Motorcycle spindle blanks cold upsetting mold design. The core problem of this research is a combination of cold extrusion die design. By the size of parts to be machined as well as to determine the degree of deformation of cold extrusion extrusion pressure units, in order to determine a combination of cold extrusion die of the structure as well as the diameter of the circle, and finally determine the composition of the die and the amount of interference radial axial compressive aggregate amount. Die through a combination of size, shape, cold heading mold to determine the shape and size of other components, which ultimately determine the overall mold structure, size and combination of other factors. Researching Design Manual to determine the various parts of the mold material. The mold is made in the form of the guide die to ensure the upper and lower mold clamping process of the concentricity. This paper also carried out throughout the cold extrusion dies three-dimensional modeling, there is a clear understanding to express the intuitive parts of cold extrusion die assembly relations between parts shape and allow readers to work on the whole principle and process of the mold .
Keywords：cold extrusion，spindle blanks，conbination die，Three-dimensional modeling
31
1.緒論
1.1概述
冷擠壓成型是指所成型的零件達(dá)到或接近成品零件的形狀和尺寸，它是在傳統(tǒng)的金屬塑性加工基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)新技術(shù)。近幾年來(lái)，冷擠壓技術(shù)是各行各業(yè)得到迅速發(fā)展的新工藝之一，也是產(chǎn)品零件加工中的重要手段，與其它制造工藝（如切削加工、鑄造、鍛造）相比，它具有“優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低消耗、低成本”的優(yōu)點(diǎn)。目前，在汽車、電子通信、輕工、建筑、航空航天、軍工、日用五金等制造業(yè)中都起著極為重要的作用。尤其是21世紀(jì)的零件制造業(yè)中，我國(guó)加入WTO后，產(chǎn)品價(jià)格的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日益劇烈，冷擠壓技術(shù)已成為各企業(yè)繼續(xù)發(fā)展與開拓的重要指標(biāo)之一。普遍認(rèn)為，一個(gè)國(guó)家的冷成形（冷擠壓、冷鍛、冷鐓及沖壓等）加工技術(shù)水平，是這個(gè)國(guó)家汽車工業(yè)水平、工業(yè)化水平乃至現(xiàn)代化水平的一種重要標(biāo)志和反映。
1.2冷擠壓技術(shù)的分類及簡(jiǎn)介
冷擠壓就是把金屬毛坯放在冷擠壓模腔中，在室溫下，通過(guò)壓力機(jī)上固定的凸模向毛坯施加壓力，使金屬毛坯產(chǎn)生塑性變形而制得零件的加工方法。目前，我國(guó)已能對(duì)鉛、錫，鋁、銅、鋅及其合金、低碳鋼、中碳鋼、工具鋼、低合金鋼與不銹鋼等金屬進(jìn)行冷擠壓，甚至對(duì)軸承鋼、高碳高鋁合金工具鋼、高速鋼等也可以進(jìn)行一定變形量的冷擠壓。在擠壓設(shè)備方面，我國(guó)已具備設(shè)計(jì)和制造各級(jí)噸位擠壓壓力機(jī)的能力。除采用通用機(jī)械壓力機(jī)、液壓機(jī)、冷擠壓力機(jī)外，還成功地采用摩擦壓力機(jī)與高速高能設(shè)備進(jìn)行冷擠壓生產(chǎn)。冷加壓按金屬流動(dòng)方向可分為以下幾類：
正擠壓 正擠壓時(shí)，金屬的流動(dòng)方向與凸模的運(yùn)動(dòng)方向一致。正擠壓可以制造各種形狀的實(shí)心件和空心件，如螺釘、芯軸、頂桿、支架、管子、套管、彈殼及襯套等。
反擠壓 反擠壓時(shí)，金屬的流動(dòng)方向與凸模的運(yùn)動(dòng)方向相反。反擠壓可以獲得各種形狀的杯形空心工件，如罩殼、外殼、套筒、套管、屏蔽罩及燈座等。
復(fù)合擠壓 擠壓時(shí)，毛坯一部分金屬流動(dòng)方向與凸模運(yùn)動(dòng)方向相同，而另一個(gè)部分金屬流動(dòng)方向與凸模運(yùn)動(dòng)方向相反。這是正擠壓和反擠壓組合在一起的一種擠壓方法。復(fù)合擠壓方法可以制造雙杯類零件，如汽車活塞銷；也可以制造杯桿類零件，如縫紉機(jī)梭芯。
徑向擠壓 擠壓時(shí)，金屬的流動(dòng)方向與凸模運(yùn)動(dòng)方向相垂直。徑向擠壓又可分為向心擠壓和離心擠壓，徑向擠壓用來(lái)制造斜齒輪、花鍵盤等零件。
減徑擠壓 它是變形程度較小的一種變態(tài)正擠壓法，毛坯截面僅作輕度的縮減。減徑擠壓主要用于制造直徑差不大的階梯軸類零件以及作為深孔杯形件的修整工序。
斜向擠壓 擠壓時(shí)，金屬的流動(dòng)方向傾斜或彎曲于凸模的運(yùn)動(dòng)方向。斜向擠壓主要用于制造具有傾斜或彎曲枝芽的各種復(fù)雜形狀零件。
鐓擠法 變形時(shí)，金屬的流動(dòng)具有擠壓和鐓粗的特點(diǎn)，即一部分金屬沿凸模軸向流動(dòng)，另一部分金屬則沿徑向流動(dòng)。它是冷鐓與冷擠壓相結(jié)合的一種成形方法，稱為鐓擠法。鐓擠法主要用于制造大頭類零件及階梯軸類零件。
正擠壓、反擠壓、復(fù)合擠壓與減徑擠壓是冷擠壓方法中應(yīng)用最廣的四種成形方法。這四種方法的金屬流動(dòng)方向都與凸模的軸線平行，因此又統(tǒng)稱為軸向冷擠壓。
1.3冷擠壓技術(shù)特點(diǎn)
1.3.1冷擠壓的優(yōu)點(diǎn)
擠壓零件尺寸準(zhǔn)確表面光潔。目前我國(guó)研制的冷擠壓件一般尺寸精度可達(dá)8～9級(jí)，隴度一般可達(dá)，若采用理想的潤(rùn)滑可達(dá)(指純鋁和紫銅零件)，僅次于精拋光表面。因此用冷擠壓方法制造的零件，一般不需要再加工，少量的只需精加工(磨削)。
節(jié)約原材料。冷擠壓件材料利用率通常可以達(dá)到80%以上。如解放牌汽車活塞銷動(dòng)切削加工材料利用率為43.3%，而用冷擠壓時(shí)材料利用率提高到92%；又如萬(wàn)向節(jié)軸承套改用冷擠壓后，材料利用率由過(guò)去的27.8%提高到64%?？梢姡捎美鋽D壓方法生產(chǎn)機(jī)械零件，可以節(jié)約大量鋼材和有色金屬材料。
生產(chǎn)率高。用冷擠壓方法生產(chǎn)機(jī)械零件的效率是非常高的，特別是生產(chǎn)批量大的零件，用冷擠壓方法生產(chǎn)可比切削加工提高幾倍、幾十倍、甚至幾百倍。例如，汽車活塞銷用冷擠壓方法比用切削加工制造提高3.2倍，目前又用冷擠壓活塞銷自動(dòng)機(jī)，使生產(chǎn)率進(jìn)一步提高。一臺(tái)冷擠壓自動(dòng)機(jī)的生產(chǎn)率相當(dāng)于100臺(tái)普通車床或10臺(tái)四軸自動(dòng)車床的生產(chǎn)率。
可加工形狀復(fù)雜的零件。如異形截面、內(nèi)齒、異形孔及盲孔等，這些零件采用其它加工法難以完成，用冷擠壓加工卻十分方便。所示的零件，能方便的擠出。
冷擠壓件強(qiáng)度高、剛性好而重量輕。由于冷擠壓采用金屬材料冷變形的冷作強(qiáng)化特性，即擠壓過(guò)程中金屬毛坯處于三向壓應(yīng)力狀態(tài)，變形后材料組織致密、且具有連續(xù)的纖維流向，因而制件的強(qiáng)度有較大提高。這樣就可用低強(qiáng)度材料代替高強(qiáng)度材料。例如過(guò)去采用20Cr鋼經(jīng)切削加工制造解放牌活塞銷，現(xiàn)改用20號(hào)鋼經(jīng)冷擠壓制造活塞銷，經(jīng)性能測(cè)定各項(xiàng)指標(biāo)，冷擠壓法高于切削加工法制造活塞銷。
從以上特點(diǎn)，可以看出，冷擠壓技術(shù)與目前各種加工方法比較，具有突出的優(yōu)越性。這就為冷擠壓代替切削加工、鍛造、鑄造和拉深工藝來(lái)制造機(jī)器零件，開辟了一條廣闊的道路。
1.3.2冷擠壓的缺點(diǎn)
變形抗力高 冷擠壓時(shí)，被擠壓材料的變形抗力較高，其中最有實(shí)用意義的是鋼的冷擠壓，其變形抗力高達(dá)2000MPa以上。這樣的超高壓力，對(duì)模具材質(zhì)、結(jié)構(gòu)以及加工制造等提出了更高的要求。
模具壽命短 由于冷擠壓模具承受著很大的單位壓力作用，最高可達(dá)3000MPa，模具易磨損、易破壞；雖然在模具材料和模具結(jié)構(gòu)等方面采用了很多有效的措施，但與沖壓模具相比，其使用壽命還是不高的。據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，正擠壓用的鋼制凸模平均壽命為2萬(wàn)件左右，凹模為3萬(wàn)件左右；而沖裁或拉深的模具壽命一般高達(dá)10萬(wàn)件以上。
對(duì)毛坯的要求較高 冷擠壓加工時(shí)對(duì)毛坯的要求比其他金屬塑性成形加工工藝都高，否則，會(huì)是模具受到損壞。對(duì)與冷擠壓毛坯，除了要求毛坯具有準(zhǔn)確的幾何形狀和較高的尺寸精度外，還要求再冷擠壓變形之前對(duì)毛坯進(jìn)行一定的軟化退火處理及表面潤(rùn)滑處理。
對(duì)冷擠壓設(shè)備要求較高 當(dāng)實(shí)施冷擠壓工藝過(guò)程時(shí)，除了要求冷擠壓設(shè)備應(yīng)有較大的強(qiáng)度以外，還要求有較好的剛度。此外，還要求設(shè)備具有良好的精度并具有可靠的保險(xiǎn)裝置。
1.4冷擠壓技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展方向
冷擠壓技術(shù)發(fā)展的初期是非常緩慢的，長(zhǎng)期以來(lái)只對(duì)幾種軟金屬（鉛和錫）進(jìn)行擠壓。直到19紀(jì)末20世紀(jì)初，才開始擠壓較硬的有色金屬（鋅、鋁、紫銅、黃銅等）至于鋼的擠壓，由于冷擠壓時(shí)需要很大的壓力，在當(dāng)時(shí)不能解決擠壓鋼用的模具材料、合適的潤(rùn)滑劑與大噸位的壓力機(jī)等問(wèn)題，長(zhǎng)時(shí)間一直認(rèn)為擠壓鋼是十分困難甚至是不可能的。
1906年，英國(guó)人科斯利特（T.W.coslett）發(fā)現(xiàn)用磷酸鹽處理鋼件制品是一種較理想的防銹方法，但工序繁多，而經(jīng)濟(jì)效益又差，故未被廣泛采用。不過(guò)，這種防銹法的出現(xiàn)卻極大地激發(fā)了人們?nèi)パ芯扛?jiǎn)單而有效的新方法的積極性。到后來(lái)，用自動(dòng)連續(xù)裝置對(duì)鋼毛坯進(jìn)行磷酸鋅防銹處理只需要兩分鐘。經(jīng)磷酸鋅處理過(guò)的毛坯表面附有脂肪潤(rùn)滑劑或鈉皂薄膜，且這層薄膜不易脫落，擠壓這種毛坯時(shí)，壓力較小。這個(gè)發(fā)現(xiàn)使人們找到了一種理想的鋼毛坯表面處理法一磷化皂化法。
磷化皂化處理鋼毛坯表面方法的出現(xiàn)使鋼的擠壓成為可能。1934年，德國(guó)人采用磷化皂化法成功地冷擠出鋼管。二次世界大戰(zhàn)期間，德國(guó)人需要大量彈殼，當(dāng)時(shí)黃銅又供應(yīng)不足，于是德國(guó)人秘密試驗(yàn)用冷擠壓生產(chǎn)鋼彈殼、后來(lái)，采用合金工具鋼作模具材料，用冷擠壓成功地?cái)D出大批量鋼彈殼類零件。
第二次世界大戰(zhàn)以后，美國(guó)人竊取了德國(guó)人關(guān)于鋼的冷擠壓的全部資料，開始在美國(guó)用冷擠壓秘密生產(chǎn)軍火，開辦了很多生產(chǎn)鋼彈殼和彈體的軍工廠。鋼的冷擠壓于1947年才正式用于民用工業(yè)。美國(guó)于1949年發(fā)表了各種鋼材冷擠壓后機(jī)械性能的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。德國(guó)于1950年、1953年先后公布了鋼的冷擠壓的基本技術(shù)數(shù)據(jù)及冷擠壓力和擠壓功的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
1957年，日本引進(jìn)了專用冷擠壓機(jī)，開始在精密儀器和儀表中采用冷擠壓技術(shù)。日本見這種新技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益顯著，很快把這種技術(shù)用于制造汽車和電氣制件?，F(xiàn)已成為遍及各個(gè)工業(yè)部門的重要加工手段。
隨著能源危機(jī)的日趨嚴(yán)重，人們對(duì)環(huán)境質(zhì)量將更加關(guān)注，加之市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日益加劇，促使鍛件生產(chǎn)向高效、高質(zhì)、精化、節(jié)能節(jié)材方向發(fā)展。因此用擠壓成形等工藝手段所生產(chǎn)的精化鍛件的產(chǎn)量，在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中將得到較大的發(fā)展。
汽車向輕型化、高速度、平穩(wěn)性方向發(fā)展，對(duì)鍛件的尺寸精度、重量精度及力學(xué)性能等都提出了較高的要求。如轎車發(fā)動(dòng)機(jī)用連桿鍛件除對(duì)大小頭之間的誤差有要求外，對(duì)每件的重量誤差也要求不大于八克。新產(chǎn)品的高要求，將促進(jìn)精化生產(chǎn)工藝的發(fā)展。
專業(yè)化、規(guī)模化的組織生產(chǎn)仍是冷擠壓生產(chǎn)的發(fā)展方向和趨勢(shì)。在法國(guó)，以擠壓成形工藝生產(chǎn)鍛件的專業(yè)廠家1991－1994年全員勞動(dòng)生產(chǎn)率，即每人生產(chǎn)擠壓件的產(chǎn)量及產(chǎn)值，均高于一般生產(chǎn)模鍛件或者自由鍛件的廠家。以1994年為例，專業(yè)廠家擠壓件人均產(chǎn)量為 51024KG，創(chuàng)產(chǎn)值775688法郎。而同期一般性生產(chǎn)模鍛件的廠家，其人均產(chǎn)量?jī)H為39344KG，產(chǎn)值592384法郎，僅相當(dāng)于擠壓件專業(yè)生產(chǎn)廠家的77.1%和76.37%。自由鍛件生產(chǎn)廠與之相比則更低。
擠壓專機(jī)將成為一種發(fā)展趨勢(shì)。隨著中小型鍛件的精化生產(chǎn)發(fā)展及冷擠壓、溫?cái)D壓工藝的推廣應(yīng)用，多工位冷擠壓壓力機(jī)、精壓機(jī)及針對(duì)某種鍛件而設(shè)計(jì)制造的專機(jī)會(huì)得到大力發(fā)展。新昌軸承套圈的冷擠大面積應(yīng)用是在邵銀標(biāo)工程主導(dǎo)下發(fā)展起來(lái)，目前國(guó)內(nèi)軸承套圈的冷擠壓成型占了較大份額。
1.5本課題要求
1、完成JH70摩托車主軸坯冷鐓工藝方案制定 。
2、完成冷鐓專用模架設(shè)計(jì)。
3、完成組合凹模設(shè)計(jì)。
4、完成冷鐓專用模架的三維建模。
1.6預(yù)期目標(biāo)及效果
1、掌握冷鐓專用模架的設(shè)計(jì)方法。
2、掌握組合凹模的設(shè)計(jì)方法。
3、熟練應(yīng)用三維軟件對(duì)冷擠壓模具進(jìn)行三維建模。
2. 冷擠壓零件
2.1零件基本尺寸及三維模型
冷鐓零件如下圖所示：
圖1
由二維零件圖建立三維模型如下：
圖2
2.2毛坯材料的選擇及其性能指標(biāo)
毛坯零件圖如下圖所示：
圖3
毛坯材料選取20CrMo鋼，材料的基本情況如下：
牌號(hào)：20CrMo
標(biāo)準(zhǔn)：GB/T 3077-1988
對(duì)應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)：JIS G4053：2003
ASTM A29M：2005
ISO 683-18：1996
統(tǒng)一數(shù)字代號(hào)：A30202
20CrMo鋼的淬透性較高，無(wú)回火脆性，焊接性相當(dāng)好，形成冷裂的傾向很小，可切削性及冷應(yīng)變塑性良好。一般在調(diào)質(zhì)或滲碳淬火狀態(tài)下使用，用于制造在非腐蝕性介質(zhì)及工作溫度低于 250℃、含有氮?dú)浠旌衔锏慕橘|(zhì)中工作的高壓管及各種緊固件、較高級(jí)的滲碳零件，如齒輪、軸等。
化學(xué)成份：
碳 C ：0.17～0.24 硅 Si：0.17～0.37 錳 Mn：0.40～0.70
硫 S ：允許殘余含量≤0.035 磷 P ：允許殘余含量≤0.035
鉻 Cr：0.80～1.10 鎳 Ni：允許殘余含量≤0.030
銅 Cu：允許殘余含量≤0.030 鉬 Mo：0.15～0.25
力學(xué)性能：
抗拉強(qiáng)度 σb (MPa)：≥885(90) 屈服強(qiáng)度 σs (MPa)：≥685(70)
伸長(zhǎng)率 δ5 (%)：≥12 斷面收縮率 ψ (%)：≥50
沖擊功 Akv (J)：≥78 沖擊韌性值 αkv (J/cm2)：≥98(10)
硬度 ：≤197HB 試樣尺寸：試樣毛坯尺寸為15mm
2.3零件加工前準(zhǔn)備
毛坯軟化處理
為了改善材料的冷擠壓性能，提高塑性降低硬度和變形抗力，消除內(nèi)應(yīng)力和得到良好的金相組織，以降低單位擠壓力和提高模具使用壽命，在冷擠壓加工之前或多道冷擠壓工序之間，必須對(duì)毛坯進(jìn)行軟化處理。
20CrMo鋼采用球化退火作為其軟化熱處理工藝，使珠光體中的滲碳體及二次滲碳體球化而進(jìn)行的一種退火。20CrMo鋼的退火規(guī)范如下圖所示：
圖3 20CrMo鋼的球化退火規(guī)范
毛坯表面處理與潤(rùn)滑
為了降低冷擠壓件與冷擠壓模工作部分的摩擦，降低冷擠壓的單位擠壓力，提高冷擠壓件的表面質(zhì)量，減少模具的磨損，對(duì)冷擠壓毛坯進(jìn)行潤(rùn)滑與表面處理。
對(duì)該冷擠壓零件潤(rùn)滑于表面處理主要包括以下內(nèi)容：
（1）去除表面缺陷。
（2） 清潔、去脂、濯洗。
（3）去除表面氧化層（用酸洗或機(jī)械處理）
（4）在毛坯表面形成特殊的潤(rùn)滑支撐層——磷酸鹽處理。
（5）潤(rùn)滑處理。
其中（1）~（3）項(xiàng)處理的目的是改善表面質(zhì)量，并為以后的磷酸鹽處理和潤(rùn)滑處理做好準(zhǔn)備。
具體操作如下：采用軟軸砂輪或拋光輪進(jìn)行機(jī)械的清理以實(shí)現(xiàn)去除表面缺陷。在清潔、去脂和濯洗工序，采用以下配方作為清洗劑：
氫氧化鈉 60~100g/L 碳酸鈉（大蘇打） 60~80g/L
磷酸鈉 25~80g/L 水玻璃 10~15g/L
處理溫度為85℃，處理時(shí)間控制在15~25分鐘。在進(jìn)行去油處理后要對(duì)效果進(jìn)行檢查，用水直接淋在零件上，如果已徹底去油，則誰(shuí)能浸潤(rùn)所有表面。在化學(xué)去油后，要在熱水中對(duì)毛坯進(jìn)行沖洗，在80℃的熱水中進(jìn)過(guò)4~6次吊動(dòng)。在去除表面氧化層工藝中，采用酸洗處理。將毛坯浸入硫酸、鹽酸或其混合液中，使銹層逐漸剝落或溶解。酸洗溶液成分及處理工藝如下：
硫酸 ：120~180g/L，鹽：8~10g/L，處理溫度為65~75℃，處理時(shí)間控制在5~15分鐘。
2.4毛坯變形程度
冷鐓時(shí)，毛坯高度減小，直徑增大，變形程度用下式表示：
，式中，
——冷鐓時(shí)變形程度（%）；——毛坯鐓粗前的高度（mm）；H——毛坯鐓粗后的高度（mm）。
根據(jù)上式計(jì)算出本次冷鐓的毛坯變形程度為=16.15%
3.冷擠壓模具設(shè)計(jì)
冷擠壓的最大特點(diǎn)之一是單位擠壓力很大，可能達(dá)到材料抗拉極限的4到6倍甚至更高，遠(yuǎn)超一般塑性加工過(guò)程的單位擠壓力。冷擠壓模具連續(xù)工作時(shí)溫度可達(dá)200-300℃，有時(shí)還可能更高?？梢?，冷擠壓模具的工作環(huán)境是相當(dāng)惡劣的。這就對(duì)模具的結(jié)構(gòu)、材料、加工工藝等方面提出了比較高的要求，以使其具有耐高壓、耐沖擊和耐摩擦等特點(diǎn)，從而在惡劣的工作條件下能過(guò)正常工作，同時(shí)保證一定的使用壽命。所以，所設(shè)計(jì)的冷擠壓模具應(yīng)具有以下特點(diǎn)：
（1） 模具應(yīng)具有足夠的剛度及強(qiáng)度，在冷熱溫度及交變應(yīng)力環(huán)境下，模具所選用材料應(yīng)保證不被破壞或變形而失效。所以如上、下模板等模具零件應(yīng)保證有足夠的厚度，直接工作的零件應(yīng)選用較好的材料。
（2） 模具的工作部分要有足夠的韌性及耐磨性，如采用專用模具鋼作為上、下凹模的材料。
（3） 易損零件應(yīng)保證拆卸及安裝快捷，便于更換，在大量生產(chǎn)過(guò)程中，要保證易損件具有較好的互換性。
（4） 凸、凹模應(yīng)具有合理的幾何形狀，以避免產(chǎn)生應(yīng)力集中，有利于金屬在擠壓過(guò)程中的塑性流動(dòng)，降低單位及壓力，提高模具的承載能力。
（5） 模具應(yīng)具有比較精確的導(dǎo)向裝置，以使模具從開始擠壓到擠壓結(jié)束的整個(gè)過(guò)程中都能有比較良好的對(duì)中性和同軸度，如此才能保證制造出符合要求的擠壓件。尤其是當(dāng)壓力機(jī)導(dǎo)向精度較低，而產(chǎn)品要求精度要求又較高時(shí)，一個(gè)合適模具導(dǎo)向裝置則顯得更為重要。
（6） 必須保證操作人員在使用模具生產(chǎn)過(guò)程中的安全，盡量使安裝、拆卸模具的過(guò)程簡(jiǎn)化，易于操作。
（7） 在保證使用要求和一定使用壽命的前提下，盡量降低模具的生產(chǎn)成本。如在模具材料，制造工藝，加工精度的選擇上嚴(yán)格控制成本。
綜合以上設(shè)計(jì)要求，并結(jié)合具體模具的實(shí)際情況，JH70摩托車主軸坯冷鐓模具模架及主要零部件設(shè)計(jì)如下：
3.1冷擠壓模架整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
JH70摩托車主軸坯冷鐓模具整體結(jié)構(gòu)如下圖所示，模具采用?？趯?dǎo)向的冷鐓模架。由于上、下凹模所承受單位及壓力很高，一般使用壽命較低，需要經(jīng)常更換，故將上、下凹模設(shè)計(jì)成錐形固定，以方便裝卸。同時(shí)，這樣設(shè)計(jì)也使模具的承壓面積增大，使壓力不至過(guò)于集中。同時(shí)，在上模及上模座之間設(shè)計(jì)有淬硬墊板，以防止過(guò)大的壓力將上模座壓潰，整個(gè)上模用一個(gè)特型緊固螺母包裹住。為了便于將擠壓完成的工件從模具中取出，設(shè)計(jì)了頂出裝置——下模座中的頂桿。工件擠壓完成后，頂桿通過(guò)向上頂頂料桿，頂料桿再最終將工件從模具中頂出。在設(shè)計(jì)頂料桿的過(guò)程中著重考慮了它的長(zhǎng)度，使頂料桿的大頭接觸到模座墊板之前能保證將工件完全從模具中頂出。由于冷擠壓力過(guò)程中下模部分的的壓力幾乎完全由頂料桿承擔(dān)，故在頂料桿下方與下模座之間設(shè)計(jì)有墊塊及墊圈，從而將壓力均勻分散到下模座上，增大了傳力面積，同時(shí)放置于下模座中的墊圈還起到支撐頂桿的作用。此模架采用較為簡(jiǎn)便的?？趯?dǎo)向，這種通過(guò)模具自身實(shí)行導(dǎo)向的設(shè)計(jì)使上、下模對(duì)正簡(jiǎn)單，導(dǎo)向精度高且簡(jiǎn)單方便，是冷鐓模具較理想的導(dǎo)向方式。在上、下模合模的過(guò)程中模圈導(dǎo)向套先與下模固定套接觸并配合導(dǎo)向，導(dǎo)向一段距離之后上凹模再與工件接觸，此后的整個(gè)擠壓過(guò)程中模圈導(dǎo)向套始終與下模固定套配合導(dǎo)向，從而保證了擠壓過(guò)程中上、下模的同軸度。
此模具具有導(dǎo)向良好簡(jiǎn)便，易于拆裝換模，模具零件制造簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，基本上滿足了設(shè)計(jì)要求。下圖即為模具裝配圖：
圖4
1-上模板 2-上模座 3-上模座 4-模圈導(dǎo)向套 5-六角頭螺釘 6-下模預(yù)應(yīng)力圈 7-頂料桿 8-下模座 9-墊圈 10-內(nèi)六角圓柱頭螺釘 11下模板 12-內(nèi)六角圓柱頭螺釘 13-墊板 14-桿芯 15-上凹模 16-上模預(yù)應(yīng)力圈 17-下凹模 18-墊板 19-墊塊 20-頂桿
3.2模具主要零部件的設(shè)計(jì)
3.2.1上模板的設(shè)計(jì)
材料基本尺寸的確定
通過(guò)查閱手冊(cè)，確定上模板的材料為45鋼。根據(jù)上模尺寸確定上模板長(zhǎng)寬尺寸為580×455，確定厚度為70mm，保證了上模板的強(qiáng)度，使其在很高的擠壓力作用下不會(huì)失效。
螺釘孔及定位凹槽的設(shè)計(jì)
根據(jù)上模座的尺寸確定螺釘連接的位置，從而確定出上模板上螺釘孔的位置。根據(jù)擠壓力的大小，為保證上模板與上模座之間足夠的連接強(qiáng)度，也考慮到二者連接后必須保證上模板是一個(gè)平面以便上模板能順利地與壓力機(jī)連接，故確定采用M12內(nèi)六角圓柱頭螺釘連接。為保證上模座與上模板連接位置的正確，避免在連接過(guò)程中二者出現(xiàn)滑移，在上模板上設(shè)計(jì)了用于固定上模座的的凹槽，從而確保了上、下模具的同軸度。
U形槽的位置及尺寸的確定
U形槽用于上模板與壓力機(jī)的連接，其距離是根據(jù)壓力機(jī)上T形槽之間的距離確定的，此模具采用的是200T油壓機(jī)，T形槽之間的最小距離是200mm，再綜合上模板的尺寸，最終確定了兩個(gè)U形槽的距離為200mm。再根據(jù)模板的尺寸確定U形槽寬度為30mm，長(zhǎng)度為40mm。
起吊孔的設(shè)計(jì)
為了便于模板的移動(dòng)、起吊，在板的側(cè)面設(shè)計(jì)了兩個(gè)M20的起吊孔，也可用于上模板角度、位置的調(diào)整。這里確定起吊孔的深度為20mm。上模板零件圖如下圖所示：
圖5
3.2.2上模座的設(shè)計(jì)
上模座在整個(gè)模具中起著十分重要的作用。不僅固定著整個(gè)上模，使上模固定在上模板上，而且保證了上、下模的同軸度，起到了至關(guān)重要定位作用。為了使上模座準(zhǔn)確固定在上模板上，在模座上方設(shè)計(jì)了與上模板凹槽配合的凸臺(tái)，凸臺(tái)不僅起到了固定及定位的作用，還滿足了制造工藝的要求。由于上模座外緣有于上模緊固螺母嚙合的螺紋，螺紋應(yīng)避免一直延伸到模座根部，故凸臺(tái)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了這一要求。上模座如下圖所示：
圖6
3.2.3墊板的設(shè)計(jì)
為了將擠壓力均勻分散到上、下模座上，避免被集中的壓力壓潰，在上、下與上、下模座之間分別設(shè)計(jì)了淬硬墊板，其中位于下模與下模座之間的墊板通過(guò)6顆M10的六角頭螺釘將上模固定套一起固定到下模座上。兩塊墊板的厚度為20mm，使其具有了足夠的強(qiáng)度。同樣，墊板上也設(shè)計(jì)了起吊孔，以便于墊板的起吊和移動(dòng)。墊板零件圖如下圖所示：
圖7
3.2.4下模座的設(shè)計(jì)
與上模座一樣，下模座在整個(gè)模具結(jié)構(gòu)中同樣起著至關(guān)重要的作用。除了承載下模，連接下模與下模板之外，與上模板類似的，下模板也擔(dān)負(fù)著定位的任務(wù)，保證了下模與上模的同軸度。下模中心位置設(shè)計(jì)有凹槽，用于承載和定位下模。凹槽底部開有螺紋孔，用于連接固定墊板和下模預(yù)應(yīng)力圈。根據(jù)下模預(yù)應(yīng)力圈的尺寸確定了螺紋孔的位置，進(jìn)而確定了下模座凹槽內(nèi)螺紋孔的位置。下模固定套尺寸查手冊(cè)決定采用M10六角頭螺釘作為連接緊固件。同時(shí)，下模座的底部也設(shè)計(jì)有6個(gè)均布螺紋孔，用于模座與下模板的連接固定。同樣，根據(jù)模座尺寸確定了螺紋孔的位置，此處采用M16內(nèi)六角圓柱頭螺釘連接。凹槽中心開有通孔，用于容納頂料桿及其墊塊，通孔直徑取決于頂料桿大頭部分的直徑，由于通孔和頂料桿大頭之間應(yīng)留有間隙，故通孔直徑應(yīng)略大于頂料桿大頭直徑。下模座如下圖所示：
圖8
3.2.5下模預(yù)應(yīng)力圈的設(shè)計(jì)
下模預(yù)應(yīng)力圈用于承載、固定下模。同時(shí)，在上、下模合模的過(guò)程中還通過(guò)與模圈導(dǎo)向套的配合起到導(dǎo)向的作用。預(yù)應(yīng)力圈內(nèi)孔尺寸根據(jù)下凹模外圓尺寸確定。為了增大傳力面積，防止過(guò)大的集中力將固定套壓潰，將下模固定套內(nèi)圈設(shè)計(jì)成錐面形狀。其外全尺寸與模圈導(dǎo)向套尺寸相符，以保證精確導(dǎo)向。根據(jù)固定套的尺寸確定出螺釘通孔的位置，通過(guò)M10六角頭螺釘將其固定在下模座上。內(nèi)圈具體尺寸等設(shè)計(jì)詳見下章。下模固定套如下圖所示：
圖9
3.2.6下模板的設(shè)計(jì)
下模板在擠壓過(guò)程中起到支撐整個(gè)模具的作用，其設(shè)計(jì)過(guò)程與上模板類似。簡(jiǎn)述如下：
材料及基本尺寸的的確定
通過(guò)查閱手冊(cè)，確定下模板材料為45鋼。長(zhǎng)寬尺寸為700×550，厚度定為100mm，較上模板增加了厚度。
定位凹槽及螺紋孔的設(shè)計(jì)
下模板上表面設(shè)計(jì)有定位凹槽，用于定位和固定下模座，直徑由下模座外圓直徑確定。定位凹槽底部開有6個(gè)均布螺紋孔，用于與下模座的連接緊固，螺釘采用M16內(nèi)六角圓柱頭螺釘。
起吊孔的設(shè)計(jì)
和上模板一樣，下模板側(cè)面也開有起吊孔，所不同的是下模板起吊孔設(shè)計(jì)有4個(gè)，這是由于下模板體積、重量較上模板大，故起吊孔的數(shù)量有所增加。起吊孔采用M20螺紋孔，深度為20mm。下模板如下圖所示：
圖10
3.2.7模圈導(dǎo)向套的設(shè)計(jì)
模圈導(dǎo)向套是整個(gè)模具導(dǎo)向裝置的核心，起著保證上、下模同軸度的的關(guān)鍵作用。模口導(dǎo)向通過(guò)模具自身零件實(shí)現(xiàn)導(dǎo)向，導(dǎo)向簡(jiǎn)便、實(shí)用、可靠，導(dǎo)向效果優(yōu)于導(dǎo)柱導(dǎo)向，是冷鐓模具常采用的導(dǎo)向方式。?？趯?dǎo)向的關(guān)鍵是，在冷鐓之前要保證讓下模進(jìn)入上模的?？趯?dǎo)向套先導(dǎo)向一段距離，所以，要計(jì)算模口導(dǎo)向套導(dǎo)向部分的高度。具體計(jì)算過(guò)程如下：下凹模腔高度為100mm，毛坯高度為130mm，當(dāng)把毛坯裝入下模腔中后，毛坯高出下凹模上表面的距離為30mm，擠壓之前又要先導(dǎo)向一段距離。所以，確定模圈導(dǎo)向套導(dǎo)向部分的高度為65mm。模圈導(dǎo)向套與下凹模預(yù)應(yīng)力圈采用基孔制間隙配合H7/h6。模圈導(dǎo)向套如下圖所示：
圖11
4. 組合凹模設(shè)計(jì)
如前所述，作用在冷擠壓凹模內(nèi)壁的單位擠壓力是非常大的，如果冷擠壓凹模采用整體式結(jié)構(gòu)就有可能產(chǎn)生縱向開裂。實(shí)踐和理論分析都證明，采用單純?cè)龃蟊诤竦霓k法打不到提高凹模強(qiáng)度的目的，而采用組合式結(jié)構(gòu)是一種解決凹?？v向開裂行之有效的辦法。因此，組合凹模在冷擠壓技術(shù)中得到了廣泛應(yīng)用。本模具就采用了雙層組合凹模的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)過(guò)程如下：
4.1組合凹模結(jié)構(gòu)形式的確定
冷鐓單位壓力的確定：根據(jù)公式式中：P——自由鐓粗的單位壓力（MPa）；σ——變形終了時(shí)變形抗力（MPa）,由值查圖；f——摩擦因數(shù)，一般取f=0.1；——鐓粗變形后的直徑（mm）；——鐓粗變形后的高度（mm）。
查圖并計(jì)算得單位擠壓力為p=1235MPa，查《實(shí)用冷擠壓技術(shù)》知，兩層組合凹模的許用單位擠壓力為1400MPa≤p≤2500MPa，故采用兩層組合凹模。其結(jié)構(gòu)如下圖所示：
圖12 兩層組合凹模結(jié)構(gòu)
4.2組合凹模各圈直徑的確定
查閱《冷擠壓實(shí)用技術(shù)》得如下公式：
根據(jù)所加工零件的尺寸確定兩層組合凹模各圈直徑的大小。為保證凹模強(qiáng)度要求，各直徑盡量取較大值。即上組合凹模：=17.5mm，=5=87.5mm，=2=175mm；考慮到此模具?？趯?dǎo)向的設(shè)計(jì)，下模圈直徑應(yīng)小于上模圈，故下模組合凹模各圈直徑為=17.5mm，=4=70mm，=2=140mm。
4.3組合凹模徑向過(guò)盈量與軸向壓合量的確定
以上組合凹模為例計(jì)算過(guò)程如下：在確定了各圈直徑之后，便可確定處的徑向過(guò)盈量與軸向壓合量先從兩層組合凹模徑向過(guò)盈系數(shù)與直徑比的關(guān)系查出徑向過(guò)盈系數(shù)=0.0095，又按兩層組合凹模軸向壓合系數(shù)與直徑比的關(guān)系查出軸向壓合系數(shù)=0.18.則，
==0.83mm，==15.75mm
采用基孔制過(guò)盈配合取H7/s6，
孔=，軸=
由此可得出徑向過(guò)盈量的范圍為：。
本組合凹模采用室溫壓合，壓合斜度取1.5°，由此可計(jì)算出軸向壓合范圍為：mm。
同理，查圖得下組合凹模徑向過(guò)盈系數(shù)=0.0091，軸向壓合系數(shù)=0.17，所以徑向過(guò)盈量==0.637mm，軸向壓合量==11.9mm。同樣采用基孔制過(guò)盈配合取H7/s6，孔，軸。由此算出徑向過(guò)盈量的范圍為：mm。同樣采用室溫壓合，壓合斜度取1.5°，由此算出軸向壓合范圍為：mm。
查表知，選用Cr12MoV作為凹模材料，選用35CrMoA作為凹模預(yù)應(yīng)力圈材料。組合凹模見下圖：
圖13 上組合凹模
圖14 下組合凹模
5.模具及其零部件的三維建模
此模具使用了Solidworks2012軟件對(duì)其進(jìn)行三維建模。Solidworks為達(dá)索系統(tǒng)（Dassault Systemes S.A）下的子公司，專門負(fù)責(zé)研發(fā)與銷售機(jī)械設(shè)計(jì)軟件的視窗產(chǎn)品。達(dá)索公司是負(fù)責(zé)系統(tǒng)性的軟件供應(yīng)，并為制造廠商提供具有Internet整合能力的支援服務(wù)。該集團(tuán)提供涵蓋整個(gè)產(chǎn)品生命周期的系統(tǒng)，包括設(shè)計(jì)、工程、制造和產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理等各個(gè)領(lǐng)域中的最佳軟件系統(tǒng)，著名的CATIAV5就出自該公司之手，目前達(dá)索的CAD產(chǎn)品市場(chǎng)占有率居世界前列。Solidworks 功能強(qiáng)大、易學(xué)易用和技術(shù)創(chuàng)新是SolidWorks 的三大特點(diǎn)，使得SolidWorks 成為領(lǐng)先的、主流的三維CAD解決方案。SolidWorks 能夠提供不同的設(shè)計(jì)方案、減少設(shè)計(jì)過(guò)程中的錯(cuò)誤以及提高產(chǎn)品質(zhì)量。SolidWorks 不僅提供如此強(qiáng)大的功能，同時(shí)對(duì)每個(gè)工程師和設(shè)計(jì)者來(lái)說(shuō)，操作簡(jiǎn)單方便、易學(xué)易用。Solidworks系統(tǒng)自帶的標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)，其包含螺栓，螺母，螺釘，螺柱，鍵，銷，墊圈，擋圈，密封圈，彈簧，型材，法蘭等常用零部件，模型數(shù)據(jù)可被直接調(diào)用。
5.1冷鐓模具裝配體三維模型
5.2非標(biāo)準(zhǔn)零部件三維模型
墊板
頂桿 頂料桿
模圈導(dǎo)向套
上凹模
上模板
上模緊固螺母
上模座
下凹模
下凹模預(yù)應(yīng)力圈
下模座
上組合凹模預(yù)應(yīng)力
桿芯
6. 總結(jié)
本文是對(duì)JH70摩托車主軸坯冷鐓模具的設(shè)計(jì)。針對(duì)JH70摩托車主軸坯的制造，采用冷擠壓加工方法相較傳統(tǒng)的加工手段（如銑）有很大的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。采用冷擠壓技術(shù)，大大簡(jiǎn)化了工序，提高了生產(chǎn)效率，降低了加工難度和生產(chǎn)制造成本。
在設(shè)計(jì)中首先對(duì)擠壓件進(jìn)行了外形和力學(xué)性能的分析，進(jìn)而對(duì)模架整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)和確定，分析了模具各個(gè)零部件的設(shè)計(jì)目的，確定了各個(gè)零部件尺寸材料等要素，最后對(duì)一些模具設(shè)計(jì)過(guò)程中的細(xì)節(jié)問(wèn)題進(jìn)行了解決。為了更加充分的表達(dá)模具外形和工作原理，在完成模具設(shè)計(jì)之后又對(duì)其進(jìn)行了三維建模。
通過(guò)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，對(duì)冷擠壓模具的結(jié)構(gòu)和工作原理有了比較深刻的認(rèn)識(shí)。通過(guò)指導(dǎo)老師的講解和對(duì)查閱相關(guān)書籍，對(duì)冷擠壓模具設(shè)計(jì)的重點(diǎn)問(wèn)題和注意事項(xiàng)有了較為全面的了解。在模具的設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)用了大學(xué)所學(xué)的相關(guān)專業(yè)課程如理論力學(xué)、材料力學(xué)、機(jī)械制圖、互換性與技術(shù)測(cè)量、機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械原理、機(jī)械工程材料等內(nèi)容，在用的過(guò)程中又實(shí)現(xiàn)了對(duì)舊知識(shí)的復(fù)習(xí)和更深入地理解。在三維建模的過(guò)程中，又對(duì)相關(guān)軟件的操作進(jìn)行了熟悉?？傊?，畢業(yè)設(shè)計(jì)是對(duì)大學(xué)所學(xué)知識(shí)的一次系統(tǒng)應(yīng)用，使我們做到將知識(shí)融會(huì)貫通并應(yīng)用于應(yīng)用到了實(shí)踐中，真正做到格物致知，知行合一。在畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中積累的設(shè)計(jì)思想、方法、過(guò)程等寶貴經(jīng)驗(yàn)將在后的學(xué)習(xí)工作過(guò)程中繼續(xù)發(fā)揮重要作用。
7. 致謝
本研究及論文是在我的導(dǎo)師馮文杰老師的親切關(guān)懷和悉心指導(dǎo)下完成的。他嚴(yán)肅的科學(xué)態(tài)度，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神，精益求精的工作作風(fēng)，深深地感染和激勵(lì)著我。馮老師不僅在學(xué)業(yè)上給我以精心指導(dǎo)，同時(shí)還在思想、生活上給我以無(wú)微不至的關(guān)懷，在此謹(jǐn)向*老師致以誠(chéng)摯的謝意和崇高的敬意。我還要感謝在一起愉快的度過(guò)畢業(yè)論文小組的同學(xué)們，正是由于你們的幫助和支持，我才能克服一個(gè)一個(gè)的困難和疑惑，直至本文的順利完成。
在論文即將完成之際，我的心情無(wú)法平靜，從開始進(jìn)入課題到論文的順利完成，有多少可敬的師長(zhǎng)、同學(xué)、朋友給了我無(wú)言的幫助，在這里請(qǐng)接受我誠(chéng)摯的謝意!最后我還要感謝培養(yǎng)我長(zhǎng)大含辛茹苦的父母，謝謝你們!
最后，再次對(duì)關(guān)心、幫助我的老師和同學(xué)表示衷心地感謝！
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