学
号_0910121037___
课程设计
课 题 挤压模具设计
学生姓名
李 孝 辉
系 别 机 械 工 程 系
专业班级
09 材控 1
指导教师 张红云 张金标 徐向其 刘建
二 0 一 二 年 十 二 月
课程设计任务书
机械工程系09材控（1,2）班
指导教师：张红云，张金标，徐向其，刘建。
设计课题：挤压模具设计
一、设计条件：在19.6MN挤压机的Φ200mm挤压筒上生产出下列条件的合格型材，设
计出相应的型材模具。
1.单模孔模具生产如下图型材。（1,2，3组同学设计）
2.双模孔生产ф12mm的圆棒材。（4,5,6组同学设计）
3.三模孔生产ф8mm的圆棒线材。（7,8,9组同学设计）
4.四模孔生产ф6mm的圆棒线材。（10,11,12组同学设计）
二、设计内容：
1.模孔布置。
2.设计工作带长度。
3.型材模孔尺寸设计。
4．模子强度校核。
5.画出模具图。
三、设计时间：2012年12月10日至12月14日
四、设计地点：实验楼C楼501,502
五、分组情况：
组号学生安排情况型材金属种类
1 0910121001----0910121012，0810121039,0810121114 铜及其合金
2 0910121013----0910121023，0810121027 铝及其合金
3 0910121026----0910121036 镁及其合金
4 0910121037----0910121048 铜及其合金
5 0910121049----0910121060 铝及其合金
6 0910121061----0910121072 镁及其合金
7 0910121073----0910121084 铜及其合金
8 0910121085----0910121096 铝及其合金
9 0910121097----0910121108 镁及其合金
10 0910121109----0910121120 铜及其合金
11 0910121121----0910121132 铝及其合金
12 0910121133----0910121140,0906131060,0906121043 镁及其合金
目录
第一章概述 (1)
第二章模孔布置 (2)
2.1 挤压比的计算 (2)
2.2 模孔的布置 (2)
2.3模孔尺寸的计算 (3)
第三章工作带长度的确定 (5)
第四章模具尺寸的确定 (6)
4.1模具材质的选取 (6)
4.2模具外形尺寸设计 (6)
第五章模具的强度校核 (8)
第六章设计的模具示意图 (10)
设计总结与体会 (12)
参考文献 (13)
第一章概述
模具是金属压力加工的基础，模具的设计与制造技术是金属压力加工的核心，而模具的质量和使用寿命是决定金属压力加工过程是否经济可行的关键。模具技术特别是设计制造精密，复杂，大型，寿命长的模具是衡量一个国家工业水平的重要标志之一，因此有“模具是工业之母”之说。
本次设计主要是在给定挤压筒和挤压机的条件下，设计挤压出直径为12mm的圆棒材所用的双模孔模具。在此次设计中，本组以黄铜为例，对模孔的布置，工作带长度，模孔的尺寸以及模具外形尺寸的进行确定的设计，并对模子的强度进行校核以及绘制各种模具图；
此次的课程设计是对我们所学的专业知识进行的一个总结，对我们以后的学习和工作具有一定的指导意义，同时通过对模具的设计还可以让我们进一步了解挤压模具的工艺过程，通过查阅更多的资料，能够开阔我们的视野和见识，提高我们将理论运用于实践的能力。
黄铜是铜与锌的合金。最简单的黄铜是铜-锌二元合金，称为简单黄铜或普通黄铜，改变黄铜中锌的含量可以得到不同机械性能的黄铜。黄铜中锌的含量越高，其强度也较高，塑性稍低。铅黄铜即我们通常所说的易削国标铜。加铅的主要目的是改善切削加工性和提高耐磨性，
黄铜以锌作主要添加元素的铜合金，具有美观的黄色，统称黄铜。铜锌二元合金称普通黄铜或称简单黄铜。三元以上的黄铜称特殊黄铜或称复杂黄铜。含锌低於36％的黄铜合金由固溶体组成，具有良好的冷加工性能，如含锌30％的黄铜常用来制作弹壳，俗称弹壳黄铜或七三黄铜。含锌在36～42％之间的黄铜合金由和固溶体组成，其中最常用的是含锌40％的六四黄铜。为了改善普通黄铜的性能，常添加其他元素，如铝、镍、锰、锡、硅、铅等。
在铜合金的热挤压过程中，对金属流动性的影响除挤压温度外，挤压载荷、热加工特性、合金的组织与性能都对铜在挤压筒中的流动情况产生影响。对于塑性很差的低塑性铜合金，可以进行二次挤压成型的方法。铜合金的热挤压有时需要有润滑剂，润滑剂可以减少摩擦力和温度损失，但要考虑到润滑剂对制品表面质量的影响。铜合金的毛坯加热温度应根据合金的性能、铸锭和被挤压制品的尺寸和挤压设备能力来确定。
第二章 模孔布置
2.1 挤压比的计算
挤压比λ值可以根据挤压机的能力、挤压机装料台和冷却台的长度、挤压筒的规格、单位压力、对制品的力学性能与组织的要求以及被挤压合金的变形抗力等因素来确定。由于本次课程设计已经给出模孔数目、挤压筒直径以及所要求生产的棒材制品的直径。因此在进行模具设计之前，为了能够保证生产所要的挤压制品，应当先计算黄铜圆棒材的挤压比，验算其是否在经验数据范围内。
根据公式
k
t
F n F ?=
λ 式中：λ—挤压比；
n —多孔棒材模的模孔数目；
F t —挤压筒内腔横断面积； F k —单根棒材的横断面积。
代入数据，求得λ=(π×200×200)/(2×12×12)=138.89；查表1-1，可知黄铜挤压比为10～（300～400），则符合要求。
表1-1 铜及其合金的挤压比
金属材料
挤压比 铜及铜合金
纯铜
10～400 α+β黄铜，青铜 10～（300～400）
含10～13﹪Ni 白铜 10～（150～200）
含20～30﹪Ni 白铜
－
2.2 模孔的布置
采用多孔棒材模时，金属流动要比单孔模均匀，故可以减少中心缩尾形成的几率。但是，如果模孔排列不当，会使挤出的制品长短不齐，增加几何废料，恶化表面质量；如果模孔靠近挤压筒边缘，也会使制品表面产生起皮、分层等缺陷。此外，多模孔过于靠近挤压筒边缘时由于内侧金属供应量大、流动速度快，而外侧由于金属供应量不足，流动速度慢，会造成制品出现外侧裂纹；当模孔太靠近挤压筒中心时，外侧金属供应量大与内侧，则制品易出现内侧裂纹。应将多孔模模孔的理论重心均匀的分布在距模具中心和挤压边缘有适当距离的同心圆周上。多孔模的同心圆直径D 心与挤压筒直径D t 之间的关系可以按以下的经验公式来确定：
式中：D 心—多孔模模孔断面重心分布的同心圆直径； D t —挤压筒内径； n —模孔数目；
a —经验系数，一般可取2.5～2.8；n 值较大时取下限，挤压筒内径大时取上限，一般取2.6。
代入数据，求得D 心=200/[(2.5～2.8）-0.1(2-2)]=71.43～80，取D 心=80mm 。 D 心通过上式求出后，还必须考虑节约模具钢材和工模具规格的系列化及互换性（如模垫、导路的通用性等），再对D 心进行必要的调整。对于本设计而言，不需要再作调整。 为了延长模具的使用寿命，模孔离模具外径圆周的距离和模孔之见的距离都应保持一定的数值，这个数值与挤压机的大小有关。对于49MN 以下的挤压机，这个距离可取15~50mm ；对于大型挤压机，应加大到30~80mm ，如下表所例的经验数据，以供参考。
模孔间的最小距离/mm 挤压筒直径 80~95 115~130 150~200 220~280 300~500 最小距离
15
20
25
30
50
为了防止铸件表面上的异物流入挤压制品中，应使模孔与挤压筒内壁之间保持一个最小距离，这个距离一般取挤压筒直径的10%~30%。
在本设计中，通过计算，可以知道这个距离是符合要求的。计算过程如下：
(10﹪～30﹪）D t = (20～60)mm ≤(D- D 心)/2=60mm 。 具体模孔位置分布见图6.1与图6.2。
2.3模孔尺寸的计算 2.
3.1 工作带直径dg
模子工作带直径与实际所挤压出制品直径并不相等。在设计时应保证在冷状态下不超过所规定的偏差范围，同时又能最大限度的延长模子的使用期限。通常是用裕量系数1C 来考虑各种因素对制品尺寸的影响。为挤压不同金属与合金时的模孔裕量系数1C 的值。
裕量系数
合 金
1C 值 含铜量不超过65%的黄铜
紫铜、青铜及含铜量大于65%的黄铜 纯铝、防锈铝及镁合金 硬铝和锻铝
0.014~0.016 0.017~0.020 0.015~0.020 0.007~0.010
()[]
21.0--=
n a D D t
心
m m g d C d d 1+=
对于棒材，按标准规定只有负偏差。在挤压铜合金一类温度较高的材料时，因模孔会逐渐变小，所以工作带直径的设计应使开始的一批棒材的直径接近其名义尺寸。随着模孔变小，挤压棒材的实际直径接近最大的负偏差。挤压棒材的模孔直径dg 可用下列式计算：
式中： —棒材的名义直径；
—裕量系数（本设计中为挤压黄铜圆棒材，故取为0.015）。
代入数据得：dg=12+0.015×12=12.18mm 2.3.2出口直径ch d
模子的出口直径一般应比工作带直径大3～5错误！未找到引用源。mm ，因过小会划伤制品表面,在本设计中取4mm 。故出口直径为：ch d =12.18+4=16.18mm 。 2.3.3入口圆角半径r
在工作带模孔入口设有圆角半径r ，可以防止低塑性合金在挤压时产生表面裂纹和减轻金属在进入工作带时所产生的非接触变形，同时也是为了减轻在高温下挤压时模子的入口棱角被压颓而很快改变模孔尺寸用的，以保证制品尺寸精度。
入口圆角半径的选用与被挤压金属的强度、挤压温度、制品断面尺寸有关。根据表2-3，本设计中的入口圆角半径取值为r=4mm 。
2-3模具入口处圆角半径/mm
金属种类 铝合金 紫铜、黄铜 白铜 镍合金 镁合金 钢、钛合金 入口处圆角半径
r
0.40~0.75
2~5
4~8
10~15
1~3
3~8
1C m d
第三章工作带长度的确定
工作带又称定径带，是模具中垂直模具工作端面并保证挤压制品的形状、尺寸和表面质量的区段，也是模孔重要的组成成分。正确选择工作带长度h有利于提高挤压制品质量与金属流动的均匀性。工作带长度h的选择应根据挤压机的结构形式(立式或卧式)、被挤压的金属材料、制品的形状和尺寸等因素来确定。
若工作带长度h太长，则挤压金属材料易粘结在工作带表面，使制品表面出现划伤、毛刺、麻面、搓衣板型波浪等缺陷，同时增大模具与被挤压金属的摩擦力，金属流速变慢，增大挤压力等现象；若工作带长度h过短，则会加快模孔的磨损，使制品尺寸不稳定，出现超差现象，且因金属流速较快致使制品断面各部分金属流动不均匀而形成波浪、扭拧、弯曲等缺陷。
工作带长度h的确定原则如下：
1）工作带的最小长度，应按照挤压时能保证制品断面尺寸的稳定性和工作带的耐磨性来确定。一般最短1.5~3mm。
2）工作带的最大长度，是按照挤压时金属与工作带的最大有效接触长度来确定。铝及铝合金一般最长不超过15~20mm。
3）挤压型材的模具工作带长度取值时，应视情况不同而有所区别。通常情况下，一些简单断面实心型材，如壁厚角形、丁字形、工字形之类，模孔各部位的工作带长度可以是相同的，一般取值为2~8mm；而对于建筑型材，因挤压比大，挤压速度快，制品长度较长，即使是等截面等壁厚的情况，模具工作带取值也应不相同，要参照生产实际经验确定。
4）断面形状复杂、壁厚不等的型材，工作带长度应根据壁厚变化不同而设计各对等的h值。挤压有色金属时，一般取值为2~9mm。另外黄铜、紫铜、青铜为8~12mm。白铜、镍合金为3~5mm。稀有难熔金属为4~8mm。
在挤压铝、镁合金圆棒时，模孔的工作带长度可根据棒材的直径确定如表3-1：
表3-1 模孔工作带长度
棒材直径/mm 模孔工作带长度/mm
<40 2~3
40~70 4
70~120 5
130~280 6~8
本设计为挤压黄铜，因而模孔工作带长度h为8～12mm，取h=10mm。
第四章 模具尺寸的确定
4.1模具材质的选取
对于热挤压模具，由于工作环境十分恶劣，在挤压生产中长时间的承受高温、高压、强摩擦及循环载荷的冲击作用，导致模具使用寿命低且损耗大，通常模具费用占挤压生产成本的10%到15%。因此，延长模具寿命，降低模具成本，一直是挤压生产过程中人们最关心的一个重要问题。模具寿命不仅与挤压工艺、模具制造工艺过程有关，而且还与模具的材质选择有重要的关系。模具材料必须具备以下条件：足够的高温强度、良好的抗磨损性能、足够高的抗疲劳性、良好的导热性能以及良好的热处理淬透性和可氮化性；这些是模具材料选择的首选条件。
热挤压模具中，主要是含碳量为0.3%—0.5%的钢中，添加W ，Mo ，V ，Cr ，Ni 的合金元素的高合金亚共析钢。添加上述合金元素，可提高模具的高强度、耐热性、抗热磨损的性能。目前，我国用于热挤压生产的模具材料，基本上是3Cr2W8V ，4Cr5MoSiV1登高温耐热钢。对于3Cr2W8V 模具钢，其特点是较好的高温强度，但存在较高的脆性和热裂行，不是个用于挤压断面形状复杂的铝合金制品挤压模具；所以采用3Cr2W8V 模具钢对于挤压简单型面的棒线材叫适合。
4.2模具外形尺寸设计 4.2.1模具外径D
挤压制品的最大外接圆直径w D 是确定模具外径D 的一个主要参数。可根据挤压筒内径t D 来确定该挤压筒所允许的制品的外接圆直径w D ，即：
t w D D )85.0~80.0(= 模具的外径取决于挤压制品的断面形状、角度异差以及合金品种。对于简单断面形状的棒材，模具外径可根据w D 按经验公式来确定：
根据设计条件可知：挤压筒的内径t D =200mm ；
代入公式，可得：D=200~246.5mm ，本设计中取D=204.5mm （参考表4-1） 4.2.2 模子厚度H
模子厚度H 应根据被挤压合金的变形抗力（即挤压力）的大小来考虑的。在保证模具组件（模具、模垫等）有则够的强度的条件下，模具的厚度应尽量减薄，规格应尽量减少。但为了安装和调试方便，模具厚度应尽可能系列化，便于管理和使用，一般模具的厚度按下述数值（单位：mm ）选用：
20，25，30，40，50，60，70，80，90，100 本设计中模子厚度取H=80mm （参考表4-1）
w
D D )45.1~25.1(=
模子的外形形状可分正锥体与倒锥体两种配合形式，正锥体用于型材棒材模，倒锥体一般用于管材模。正锥体模在操作时顺挤压方向放模支持中，为了便于安分和取出，锥度
一般为?
?4~301'的范围内。如果角度小，人工取模困难，但是角度也不能太大，否则在模座靠紧挤压筒时，模子容易由模支持中弹出来。在本设计中模具的外形锥度β取β=3° （参考表4-1）。
表4-1型、棒材用部分模具外形尺寸
挤压机能力/MN
模具外形尺寸/mm
t D D H β h 1h
19.6
200 200 200
203.4 204.5 207.5
40 60 80
3° 3° 3°
3~4 3~4 3~4
1.5 1.5 1.5
()[]
τπτ≤?-=∑=H d n r P F Q x 28.0第五章 模具的强度校核
单孔棒材模工作条件与受力状态要比其他模具好一些，它的强度问题基本上已在模具外形尺寸标准化、系列化中作了完全的考虑。但是，对于多空孔棒材模，特别是异型棒材多孔模来说，仍需要对模孔之间和模孔与模具外径圆周之间的危险断面进行强度校核。
多孔棒材模的剪切强度计算公式为
式中：Q —模具承受的总压力，一般取Q =0.8P ，有时为了安全起见，可取Q=P ； P —挤压机的公称压力； r x —孔均布的同心圆半径； d —棒材直径；
n —多孔模的模孔数；
[]τ—模具材料允许的剪切强度，一般可近似取为：[]τ=(0.5~0.6)[]b σ。 []b σ可由表3-4查得，满足上式条件者，则可认为通过抗剪强度校核。
H —模具允许的最小厚度；
表5-1常用挤压工具钢及其机械性能
牌号
试验温度℃ 力学性能
b σ
MPa 2.0σ
MPa %
δ
%
ψ
k a
HB KJ/2m
热处理制度
3Cr2W8V
20 300
400 450 500 550 600
1863 — 1491 1471 1402 1314 1255
1716 — 1373 1363 1304 1206 —
7 — 5.6 — 8.3 — —
25 — — — 15 — —
290 — 607 506 556 570 621
481 429 429 402 405 363 325
1100℃在油中淬火，550℃回火
()[]
τπd n r P
H x ?-=
28.0min ()[]τπd n r P H x ?-≥28.0()[]()mm d n r P H x 2.7810
106.882122-402106.198.028.03-66
min =???????=?-=πτπ()()MP 2.8621080122402106.198.028.06
6
=???-???=?-=∑=-ππτH d n r P F Q x 由上式可得到
即多孔棒材模具的厚度为
可得到模具最小厚度为
因为选取H =80mm ，min H H >，故抗弯强度符合要求。 则模具剪切强度为
由表5-1可以得到3Cr2W8V 钢，在450～500℃时，取[]τ=(0.5~0.6)[σb ]=882.6Mpa ，则[]ττ<，故剪切强度符合要求。
第六章设计的模具示意图
图6.1 棒材平模示意图
图6.2 圆棒材平模实体示意图
设计总结与体会
我们本次的课程设计是设计在19.6MN挤压机的Φ200mm挤压筒上生产12mm的圆棒材的双模孔模具。在此次设计中我主要负责的是模具尺寸的确定、数据表格的整理插入以及模具三维图形的绘制。
本次课程设计的时间为一周，通过我们大家的不懈努力终于制作完成。在制作过程中，我们又重新回顾了模具设计方面的知识，并参考了大量书籍，进一步加深了我们对这一方面知识的理解与体会。
在设计初期，我们各自为政，闭门造车，没有很好的交流，都在独立的完成着各自的设计，浪费了很多的精力和时间。在临近交付之时，才及时发现，组织分工，明确了各自的任务和要求，大大提高了我们的工作效率，及时完成设计。从中反映出了一个问题，那就是团队合作的重要性。因为每个人都有自己所擅长的内容，不可能面面俱到，只有分工合作才能最大程度的将每个人的能力利用起来，提高工作效率；团队合作也是当今社会的主流，只有具备了团队精神，才能更好的发挥出自己的才能，适应将来的工作和学习。
在设计模具尺寸时，我为了工作带长度和模孔长度的大小，陷入了无穷的困惑之中，原因很简单，我将它们两个概念给混淆了，这使我迟迟无法进行下一步工作，直到遇到并请教指导老师，弄清楚了工作带，出口带以及模孔长度之间的关系后才得以继续进行。这一方面反映出我知识概念理解不清的缺点；另一方面也告诉大家：在设计时，遇到分歧和不懂得地方之时一定要及时的请教指导老师；同时也提醒了大家一定要理解并掌握模具中各个词语的概念，才能更方便的进行设计，节约时间。
回顾整个设计过程，感触最深的就是在绘制挤压模实体图时的感觉，以前明明会使用pro-e软件来熟练的进行绘制，可当我现在再进行绘制时，却突然发现：好多快捷键和图标，不知道是什么意思，怎么进行操作了。直到翻出书本看了半天，在同学的帮助下才找到感觉，深深的有了一种温故而知新的体会。这使我下定决心，要重新温习一下以前所学过的专业知识以及软件的应用。
总而言之，从这次课程设计中我意识到了自己知识的缺乏、交流请教的重要以及团队合作的重要性。加强了我继续努力学习并不断回顾温习专业知识和各种软件运用的毅力与决心。也让我明白了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，将理论运用于实践，才能提高自己的实际动手能力和思考创新能力。最后，在此对给过我帮助的所有同学和各位指导老师再次表示衷心的感谢！
参考文献
[1]马怀宪.金属塑性加工学—挤压、拉拔与管材冷扎[M].北京:冶金工业出版社，1991.5
[2]郝斌海.挤压模具简明技术手册[M].北京:化学工业出版社，2006.2
[3]樊纲.挤压模具设计与制造基础[M].北京:重庆大学出版社，2001.2
参考文献
[1]马怀宪.金属塑性加工学—挤压、拉拔与管材冷扎[M].北京:冶金工业出版社，1991.5
[2]郝斌海.挤压模具简明技术手册[M].北京:化学工业出版社，2006.2
[3]樊纲.挤压模具设计与制造基础[M].北京:重庆大学出版社，2001.2
挤压工艺及模具习题库参考答案 1.答：反挤压进入稳定阶段，坯料的变形情况可分为以下几个区域： 已变形区、变形区、过渡区、死区、待变形区。 2.答：三向应力之所以可以提高被挤压材料的塑形，归纳起来主要 原因是：第一：三向压应力状态能遏制晶间相对移动，阻止晶间变形。第二：三向压应力状态有利于消除由于塑性变形所引起的各种破坏。第三：三向压应力状态能使金属内某些夹杂物的危害程度大为降低。第四：三向压应力状态可以抵消获减小由于不均匀变形而引起的附加应力，从而减轻了附加应力所造成的破坏作用。 3.答：在塑形变形过程中，变形金属内部除了存在着与外力相应的 基本应力以外，还由于物体内各层的不均匀变形受到变形体整体性的限制，而引起变形金属内部各部分自相平衡的应力，称为附加应力。 4.答：实心件正挤压的金属流动特点：坯料除了受凹模工作表面的 接触摩擦影响外，还受到芯棒表面接触摩擦的影响，因而坯料上的横向坐标线向后弯曲，不再有产生超前流动的中心区域，这说明正挤压空心件的金属流动比正挤压实心件均匀一些。在进入稳定流动时，剧烈变形区也是集中在凹模锥孔附近高度很小的范围之内，金属在进入变形区以前或离开变形区以后几乎不发生塑性变形，仅作刚性平移。
5.答：附加应力不是由外力引起的，而是为了自身得到平衡引起的。 因此，当外力取消以后，附加应力并不消失而残留在变形体内部，成为残余应力。附加应力和残余应力的危害：第一：缩短挤压件的使用寿命；第二：引起挤压件尺寸及形状的变化；第三：降低金属的耐蚀性。 6.答：缩孔是指变形过程中变形体一些部位上产生较大的空洞或凹 坑的缺陷。当正挤压进行到待变形区厚度较小时、甚至只有变形区而无待变形区时，会产生缩孔。筒形件反挤压时进行到待变形区厚度较小，甚至当坯料底厚小于壁厚时仍继续反挤，则会因材料不足以形成较厚的壁部而产生角部缩孔缺陷。 7.答：挤压对金属组织和力学性能的影响有：挤压时，在强烈的三 向应力作用下金属晶粒被破碎，原来较大的晶粒挤压后变成为等轴细晶粒组织，因而提高了强度。 8.答：冷挤压时常用材料的形态有：线材、棒材、管料、板料等。 9.答：冷挤压坯料进行软化处理的原因：为了改善冷挤压坯料的挤 压性能和提高模具的使用寿命，大部分材料在挤压前和多道挤压工序之间必须进行软化处理，以降低材料的硬度，提高材料的塑形，得到良好的显微组织，消除内应力。 10.答：碳钢和合金钢坯料冷挤压前要进行磷化处理。磷化处理又叫 磷酸盐处理，也就是把钢坯放在磷酸盐溶液中进行处理。处理时金属表面发生溶解和腐蚀。由于化学反应的结果，在金属表面上形成一层很薄的磷酸盐覆盖层。
第六章冷挤压模具设计 本章通过一些典型的冷挤压模具结构,介绍冷挤压模具的特点、其工作零件及其它主要零部件的设计要点及步骤等。 第一节冷挤压模具的结构及分类 一、概述 冷挤压是在常温下对金属材料进行塑性变形，其单位挤压力相当大,同时由于金属材料的激烈流动所产生的热效应可使模具工作部分温度高达200℃以上,加上剧烈的磨损和反复作用的载荷，模具的工作条件相当恶劣。因此冷挤压模具应具有以下特点: (１）模具应有足够的强度和刚度，要在冷热交变应力下正常工作; (2)模具工作部分零件材料应具有高强度、高硬度、高耐磨性,并有一定的韧性； （3)凸、凹模几何形状应合理，过渡处尽量用较大的光滑圆弧过渡，避免应力集中； (4)模具易损部分更换方便，对不同的挤压零件要有互换性和通用性; (5）为提高模具工作部分强度,凹模一般采用预应力组合凹模,凸模有时也采用组合凸模; (6)模具工作部分零件与上下模板之间一定要设置厚实的淬硬压力垫板,以扩大承压面积,减小上下模板的单位压力,防止压坏上下模板； （7)上下模板采用中碳钢经锻造或直接用钢板制成,应有足够的厚度,以保证模板具有较高的强度和刚度。 典型的冷挤压模具由以下几部分组成： 1.工作部分如凸模、凹模、顶出杆等; ２．传力部分如上、下压力垫板; 3．顶出部分如顶杆、反拉杆、顶板等； ４.卸料部分如卸料板、卸料环、拉杆、弹簧等； ５.导向部分如导柱,导套、导板、导筒等; ６.紧固部分如上、下模板、凸模固定圈、固定板、压板、模柄、螺钉等。 二、冷挤压模具分类 冷挤压模具有多种结构形式，可根据冷挤压件的形状、尺寸精度及材料来选择合适的模具结构形式。冷挤压模具可以按以下几个方面来分类。 （一）按工艺性质分类 模具按工艺性质可分为:正挤压模、反挤压模、复合挤压模、镦挤压模等。 1．正挤压模图6-１所示为实心件正挤压模。该模具更换相应的工作部
目录 前言 (1) 1冷挤压基础知识 (2) 1.1冷挤压的实质及方法分类 (2) 1.2冷挤压工艺的优缺点及应用范围 (2) 1.2.1冷挤压的特点 (2) 122冷挤压的优点 (3) 1.2.3冷挤压的缺点 (4) 1.2.4冷挤压工艺的应用范围 (4) 1.3冷挤压技术现状及发展方向 (5) 1.3.1冷挤压技术的现状 (5) 1.3.2冷挤压技术发展方向 (6) 1.4冷挤压模具设计基础知识 (6) 1.4.1冷挤压模具的构造及特点 (6) 1.4.2模具设计基本要求 (7) 1.4.3 模具设计的一般程序 (7) 1.5 本文研究的主要内容 (8) 2冷挤压件图的设计及毛坯准备 (10) 2.1冷挤压件图的设计 (10) 2.2毛坯的制备及处理 (12)
2.2.1坯料形状和尺寸确定 (12) 222坯料的软化处理 (12) 223 坯料表面处理及润滑 (13) 2.3冷挤压工艺方案设计 (14) 2.4冷挤压模具材料 (15) 3挤压力的估算及挤压设备的选择 (16) 3.1影响单位挤压力的主要因素 (16) 3.2冷挤压力的估算及压力机选择 (18) 4模具结构设计 (19) 4.1凹模设计 (19) 4.1.1凹模的结构形状设计 (20) 4.1.2凹模各部分尺寸的设计计算 (20) 4.2上模部分结构设计 (23) 4.3导向装置 (24) 4.4卸料装置 (25) 4.5凹模压板紧固螺钉计算 (26) 4.6模具总体结构 (26) 5凸、凹模失效形式及分析 (28) 5.1凸模失效形式及分析 (28) 5.1.1凸模失效原因 (28)
挤压工艺及模具设计期末考试卷及答案 文件排版存档编号：[UYTR-OUPT28-KBNTL98-UYNN208]
2016—2017学年第二学期期终考试挤压工艺及模具设计试卷A 注：1.请考生将试题答案写在答题纸上，在试卷上答题无效。 2.凡在答题纸密封线以外有姓名、班级学号、记号的，以作弊论。 一、名词解释题（每题3分，共计3×5=15分） 1）反挤 2）型材挤压 3）“红脆”现象 4）皂化处理 5）脱碳现象 二、是否判断题（每题分，共计×10=15分） 1）复合挤压工艺中包含有正挤压、反挤压、减径挤压等挤压特性。 2）温挤压后的试件必须进行正火或退火等热处理，从而得到较好的综合 性能。 3）静液挤压是一种新型挤压工艺，能使脆性材料的挤压变成现实。 4）型材挤压之所以产品形式不一样，其决定因素在于模孔的不同设计。 5）温挤压的制件尺寸精度和表面粗糙度明显好于热挤压，但要差于冷挤 压的。 6）型材挤压时挤压速度与加热温度两者之间必须良好协调，否则其挤压 制件质量不能保证。 7）确定热挤压加热温度的范围，要综合考虑材料的塑性、质量和变形抗 力等因素。
8）挤压模特别是冷挤压模具的凹模多设计成预应力圈组合式凹模。 9）热挤压件图要参考冷挤压件图，在考虑多种因素的前题下，进行绘制 或设计。 10）冷挤压件一般要进行挤后的等温退火处理。 三、简答题（每题5分，共5×5=25分） 1）挤压时主变形区金属处于什么应力状态画出正挤压变形分区，表示其 应力应变状态 2）型材挤压时沿长度方向最易出现什么质量问题有什么措施解决 3）Conform连续挤压有何特点 4）相对比其他塑性成形工艺，挤压工艺有何特点 5）如何防止或消除挤压时的附加应力和残余应力 四、问答题（每题14分，共2×14=28分） 1）冷挤压时，挤压力与挤压行程存在一定的关系，请用曲线表示，各阶段有何特点影响冷挤压力的主要因素有哪些 2）图1为一中部带凸缘的杯形件制品，现在需要运用挤压工艺成形，请设计2套工艺方案，详细阐述每套方案的每一工步或工序，并绘制各步简图 五、综合题（共17分）
冷挤压模结构设计 上下模板是冷挤压压力的主要支承部分，由于冷挤压的单位压力较高，上下模板不能采用铸铁材料。上下模板加导柱、导套就组成有导向的冷挤压模架，无导柱、导套者则为无导向模架 图1为在导柱、导套导向通用反挤压模具。卸年亦有导向，其导向的基准仍为模架的导柱。反挤压时挤压件的端面往往是不平的，缺件时使凸模受力不均匀，可能造成凸模偏移而折断。缺件有强有力的导向时，提高了凸模的稳定性，这是因为卸件板与凸划亦有导向的缘故。反挤压适用模架兼作为下挤压及复合挤压使用。 图2为有导柱导套导向正挤压通用模具。 图3为镦挤复合模具。 通用反挤、正挤和镦挤复合模架中的组合凹模在相同吨位的压力机上都设计成可以互换的，提高了模具的使用范围。 模架精度可分为三级，其技术指标见表1，用于不同挤压件选用，常用的为Ⅱ级。 卸件板与顶件杆：挤压有时粘在凸模上，有时粘在凹模中，有此部件，能将打主挤压件取出。卸件板与顶件杆都是用于制件脱模的零件。 凸模与凹模垫板：通用冷挤压模具中，采用了多层垫板。为了防止高的挤压单位压力直接传递给模板而造成局部凹陷或变形，必须在凹模底端加上垫板，以便把加工压力均匀分散传递，起到缓冲作用。 凸模固定器及定位环：凸模固定器是将凸模安装在上模上，而定位环则可考虑挤压件的不同直径快速交换，提高了模具的通用性能。 凸模与凹模：冷挤压模具的工作部件，在设计时必须认真对待。应选用具一定韧性的高强度钢材制造。凸模与凹模承受了最大的冷挤压单位压力。为了加强凹模的强度，通常采用预应力组合凹模，可以用二层或三层组合而成。 表1
图1 图2
图3
接，不允许有加工刀痕存在。对于正挤压纯铝空心件的凸模，可采用型式b设计，凸模与芯轴制作成整体。 挤压黑色金属空心件，整体式凸模就不宜采用，在凸模本体与芯轴的直径急剧过渡区就很易断裂。应当采用型式c与型式d的组合式，使凸模本体与芯轴组合而成。 组合芯轴分固定式c与活动式d。固定用于芯轴直径较大，而活动式用于芯轴直径较小的环形件。活动芯轴可随变形金属同时向下滑动一锻距离，从而改善了芯轴的受拉情况，防止芯轴被拉断。 图5为下挤压凸模顶端形状的又一种型式。此型式有下列特点： （1）端面有0.5°～1°斜角，其作用是保证凸模的稳定性。特别是毛坯二端不平时尤为重要。（2）同凹模配合的有效长度为3～5mm，而不是全直筒式的。凸模在高的单位挤压力作用下，有时会使凸模直径胀大，增加了凸模下移的阻力。仅有3～5mm有效长度，就能确保凸模的使用精度。 （3）后角3°的存在，采用小圆弧相联，具有较低的应力集中系数，保证凸模具有较高的寿命。为此，这种型式的凸模亦广为采用。 公式1 图1
目录 第一章概述 (2) 第二章模孔布置 (3) 2.1模具的外形尺寸 (3) 2.2模孔的合理配置 (3) 第三章设计工作带长度 (5) 第四章设计导流腔 (8) 第五章型材模孔尺寸设计 (9) 第六章型材模具强度校核............................................................................................. 错误！未定义书签。第七章绘制模具图.. (14) 总结..................................................................................................................................... 错误！未定义书签。参考文献. (16)
第一章概述 1.从模具设计与制造的专业术语可知，用于成形加工的模具必须完成设计和制造两个阶段，它们相辅相成，缺一不可。本设计为型材模具课程设计。 2.设计时，首先根据工件横截面形状对模具的模孔进行布置；模孔布置设定后再对模具各段的工作带进行计算和设计，设计导流腔；选择模具材料并通过计算确定型材模孔尺寸；最后对所设计的模具进行强度校核及画出模具图；对此次课程设计进行总结。
第二章模孔布置 2.1模具的外形尺寸 ①模具外形D 模子外圆直径主要依据挤压机吨位和挤压筒大小、模孔的合理布置及制品尺寸来确定，并考虑模具外形尺寸的系列化，便于更换、管理，一般一台挤压机上最好只有1~2种规格。型材部分模具外形尺寸如下所示： 表1-1 型材、棒材用部分模具外形尺寸 挤压机能力/MN 模具外形尺寸 D1D2H （°）h h1 11.76 148 150.6 30 3 2~3 1.5 148 152.5 40 3 2~3 1.5 148 154.5 70 2 2~3 1.5 19.6 200 203.4 40 3 3~4 1.5 200 204.5 60 3 3~4 1.5 200 207.5 80 3 3~4 1.5 49 265 275.5 60 8 4~8 2.5 350 370.9 60 9 4~8 2.5 350 324.6 70 10 4~8 2.5 350 384.4 70 10 4~8 2.5 又因为挤压筒的内径为200mm，挤压机能力为19.6MN，则选取D=200mm ②在挤压机设计时，通常选取单位压力位1000MPa时的挤压筒D t作为基本参数来确定模具的厚度，其关系为： H=（0.12~0.22）D t 所以H=（0.12~0.22）D t=0.12~0.22）3200=24~44mm 又因为模子厚度主要是根据强度要求及挤压机吨位来确定，在保证模具组件（模子+模垫+垫环）有足够强度的条件下，模子的厚度应尽量薄。一般H=25~80mm，80MN以上吨位挤压机取80~150mm。模具厚度也应系列化。 所以取H=40mm 2.2 模孔的合理配置 单孔挤压时的模孔布置 ①具有两个以上对称轴的型材，型材的重心布置在模子中心 ②具有一个对称轴，如果断面壁厚差不大，应使型材的对称轴通过模子的一个坐标轴，使型材断面的重心位于另一个坐标轴上。 ③对于非对称的型材和壁厚差别很大的型材，将型材重心相对模子中心偏移一定距离，且
目录 第一章冷挤压工艺的特点及模具分类 (2) 一、冷挤压工艺 (2) 二、冷挤压模具特点 (2) 三、典型的冷挤压模具组成 (3) 四、冷挤压模具分类 (3) 五、冷挤压的特点 (4) 第二章模具工作部分设计 (5) 一、冷挤压模设计要求 (5) 二、正挤压凸模 (6) 三、正挤压凹模 (7) 第三章模具组成及工作过程原理 (8) 一、自行车前钢碗正挤压模具装配图 (8) 二、工作过程 (10) 第四章听课感受及意见与建议 (11) 一、感受 (11) 二、意见和建议 (11)
参考文献 (11) 第一章冷挤压工艺的特点及模具分类 一、冷挤压工艺 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。 二、冷挤压模具特点 1、模具应有足够的强度和刚度，要在冷热交变应力下正常工作； 2 、模具工作部分零件材料应具有高强度、高硬度、高耐磨性，并有一定的韧性； 3、凸、凹模几何形状应合理，过渡处尽量用较大的光滑圆弧过渡，避免应力集中； 4、模具易损部分更换方便，对不同的挤压零件要有互换性和通用性； 5、为提高模具工作部分强度，凹模一般采用预应力组合凹模，凸模有时也采用组合凸模； 6、模具工作部分零件与上下模板之间一定要设置厚实的淬硬压力垫板，以扩大承压面积，减小上下模板的单位压力，防止压坏上下模板； 7、上下模板采用中碳钢经锻造或直接用钢板制成，应有足够的厚度，以保证模板具有较高的强度和刚度
、典型的冷挤压模具组成 1、工作部分如凸模、凹模、顶出杆等； 2、传力部分如上、下压力垫板； 3、顶出部分如顶杆、反拉杆、顶板等； 4、卸料部分如卸料板、卸料环、拉杆、弹簧等； 5、导向部分如导柱，导套、导板、导筒等； 6、紧固部分如上、下模板、凸模固定圈、固定板、压板、模柄、螺钉等。 在第二章内容中将主要介绍模具的工作部分的设计 四、冷挤压模具分类 根据金属被挤出的方向与凸模运动方向的关系，冷挤压一般可分为正挤压、反挤压、复合挤压三种基本方式。 1、正挤压如图1-1所示，挤压时金属流动方向与凸模流动方向相同，适用于各种形状的实心件、管件和环形件的挤压； 2、反挤压如图1-2所示，挤压时金属流动方向与凸模运动方向相反，适用于各种截面形状的杯形件的挤压； 3、复合挤如图1-3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。 cd
1. 绪论 1. 1 挤压的定义及分类 1. 1. 1 挤压的定义 挤压是将挤压模具装在压力机上, 将金属坯料放入模腔内, 利用压力机的往返运动, 在强大的压力和一定的速度之下, 迫使金属在挤压模的型腔内发生塑性变形, 从模腔中挤出, 从而获得所需形状、尺寸以及具有一定力学性能的挤压件。挤压是在很强的三向应力状态下的成型的过程, 因而允许很大的变形量, 更适于低塑性材料的成型。显然, 挤压加工是靠模具来控制金属流动, 靠金属体积的大量转移来成型零件的; 在整个变形过程中, 其材料的体积是保持不变的[1]。 挤压成型速度范围很广, 它既可在专用挤压机上进行, 也可在一般的机械压力机、液压机、摩擦压力机以及高速空气锤上进行。挤压成型温度范围也很广, 它既可在常温、中温下进行, 也可在高温中进行。根据制品形状的要求, 有各种与之相配的模具。挤压模具是挤压生产中最重要的工具, 它的结构形式、各部分尺寸、模具材料、模具的装配形式等, 对挤压力、金属流动的均匀性、制品尺寸的稳定性、制品表面质量以及模具自身的使用寿命等都产生极大的影响[2]。 1. 1. 2 挤压的分类 ( 1) 按毛坯加热温度的不同分类 1) 冷挤压在室温中对毛坯进行挤压。 冷挤压的特点及应用范围; 采用冷挤压法加工能够降低原材料消耗, 材料的利用率高达70%~90%[4]。在冷挤压中, 金属材料处于三向不等的压应力作用下, 挤压后金属材料的晶粒组织更加细小而密实; 金属流线不被切断, 而是沿着挤压件轮廓连续分布; 同时, 由于冷挤压利用了金属材料经冷加工而产生的加工
硬化的特性, 使冷挤压件的强度大为提高, 从而提供了用低强度钢代替高强度钢的可能性[3]。另外, 冷挤压靠强大的压力来熨平毛坯表面, 因此能够获得较高尺寸精度和较低表面粗糙度的冷挤压件。 冷挤压模具与一般冷冲模相比, 工作时所受的压力大得多, 因而在强度、刚度和耐磨性等方面的要求都较高。冷挤模不同于冷冲模的地方主要有: ●凹模一般为组合式( 凸模也常常见组合式) 结构; ●上﹑下模板更厚, 材料选择得更好, 满足模具的强度要求; ●导柱直径尺寸较大, 满足模具的刚度要求; ●工作零件尾部位置均加有淬硬的垫板; ●模具易损件的更换、拆卸更方便[5]。 从上述分析能够看出, 冷挤压加工具有”高产、优质、低消耗”的特点, 在技术上和经济上都有很高的实用价值。当前, 已在机械、仪表、电器、轻工、航宇、船舶、军工等工业部门中得到较为广泛的应用, 已成为金属塑性成形技术中不可缺少的重要加工手段之一。 当然, 冷挤压也有一些缺点, 比如, 单位挤压力较大, 模具使用寿命较短[11]。可是, 随着科学技术的发展, 模具材料的开发, 模具结构的合理化, 缺点会被克服, 优越性会得到充分发挥。 2) 温挤压将毛坯加热到金属再结晶温度以下的某个适当的温度范围内进行挤压。 3) 热挤压将毛坯加热到金属再结晶温度以上的某个适当的温度范围内进行挤压。 ( 1) 按毛坯材料种类不同分类 1) 有色金属挤压被挤压毛坯材料为有色金属及其合金。 2) 黑色金属挤压被挤压毛坯材料为黑有色金属及其合金[6]。 1. 1. 3 挤压基本方法 根据挤压时金属流动方向与挤压轴运动方向之间的关系, 常见的挤压方法
目录 一、挤压相关知识及发展状况 (2) 二、总设计过程概论 (5) 三、实心型材模设计 (7) 四、总结与体会 (19)
1.1 挤压加工方法 挤压是有色金属、钢铁材料生产与零件成型加工的主要方法之一，也是各种复合材料、粉末材料等先进材料制备与加工的重要方法。从大尺寸金属铸锭的热挤压开坯、大型管棒型材的热挤压加工至小型精密零件的冷挤压成型，从粉末、颗粒料为原料的复合材料直接固化成型到金属间化合物、超导材料等难加工材料，现代挤压技术得以广泛的应用。 挤压加工的方法主要有正挤压，反挤压，侧向挤压，玻璃润滑挤压，静液挤压，连续挤压。挤压加工特点是处于强烈的三向压应力状态，这有利于提高金属的塑性变形能力，提高制品的质量，改善制品内部微观组织和性能。除此以外，挤压加工还具有应用范围广，生产灵活性大，工艺流程简单和设备投资少的特点。应用挤压加工工艺最多的材料是低熔点的有色合金，如铝及铝合金。 1.2 铝加工行业的分布 中国的铝加工企业主要集中于沿海(广东、福建、浙江、上海、江苏、山东、河北、天津、北京、辽宁)地区，即珠江三角洲(广州一深圳为中心的经济圈)、长江三角洲(上海为中心的经济圈)、环渤海湾地区(京津经济圈)所占比例较大，许多铝加工企业都云集于此三大经济圈。在珠三角地区，主要集中在佛山地区，其中大沥更是全国，甚至世界地区铝加工业的佼佼者。 1.3铝及铝合金的特点与应用 铝及铝合金具有一系列特性，在金属材料的应用中仅次于钢材而居第二位。目前全世界铝材的消费量在1800万吨以上，其中用于交通运输（包括铁道车辆、汽车、摩托车、自行车、汽艇、快艇、飞机等）的铝材约占27%，用于建筑装修的铝材约23%，用于包装工业的铝材约占20%。随着中国经济建设的高速发展，人民生活水平的不断提高，中国的建筑行业发展迅速，包括铝型材在内的
一、绪论 1.1 挤压加工方法 挤压是有色金属、钢铁材料生产与零件成型加工的主要方法之一，也是各种复合材料、粉末材料等先进材料制备与加工的重要方法。从大尺寸金属铸锭的热挤压开坯、大型管棒型材的热挤压加工至小型精密零件的冷挤压成型，从粉末、颗粒料为原料的复合材料直接固化成型到金属间化合物、超导材料等难加工材料，现代挤压技术得以广泛的应用。 挤压加工的方法主要有正挤压，反挤压，侧向挤压，玻璃润滑挤压，静液挤压，连续挤压。挤压加工特点是处于强烈的三向压应力状态，这有利于提高金属的塑性变形能力，提高制品的质量，改善制品内部微观组织和性能。除此以外，挤压加工还具有应用范围广，生产灵活性大，工艺流程简单和设备投资少的特点。应用挤压加工工艺最多的材料是低熔点的有色合金，如铝及铝合金。 1.2 铝加工行业的分布 中国的铝加工企业主要集中于沿海(广东、福建、浙江、上海、江苏、山东、河北、天津、北京、辽宁)地区，即珠江三角洲(广州一深圳为中心的经济圈)、长江三角洲(上海为中心的经济圈)、环渤海湾地区(京津经济圈)所占比例较大，许多铝加工企业都云集于此三大经济圈。在珠三角地区，主要集中在佛山地区，其中大沥更是全国，甚至世界地区铝加工业的佼佼者。 1.3铝及铝合金的特点与应用 铝及铝合金具有一系列特性，在金属材料的应用中仅次于钢材而居第二位。目前全世界铝材的消费量在1800万吨以上，其中用于交通运输（包括铁道车辆、汽车、摩托车、自行车、汽艇、快艇、飞机等）的铝材约占27%，用于建筑装修的铝材约23%，用于包装工业的铝材约占20%。随着中国经济建设的高速发展，人民生活水平的不断提高，中国的建筑行业发展迅速，包括铝型材在内的建筑装饰材料不断增加。铝型材的应用已经扩展到了国民经济的各个领域和人民生活的各个层面。 根据铝合金的成分和生产工艺特点,通常分为变形铝合金与铸造铝合金两大类。变形铝合金也叫熟铝合金，根据据其成分和性能特点又分为防锈铝，硬铝，超硬铝，锻铝和特殊铝等五种。 铝合金比纯铝具有更好的物理力学性能：易加工、耐久性高、适用范围广、装饰效果好、花色丰富。铝合金分为防锈铝、硬铝、超硬铝等种类，各种类均有各自的使用范围，并有各自的代号，以供使用者选用。铝合金型材具有强度高、重量轻、稳定性强、耐腐蚀性强、可
挤压工艺及模具设计Extrusion Technology and Mould Design
一、挤压工艺分类 挤压可分为以下三类： 1）冷挤压，又称冷锻，一般指在回复温度以下（室温）的挤压。 2）温挤压，一般指坯料在金属再结晶温度以下、回复温度以上进行的挤压。对于黑色金属，以600℃为界，划分为低温挤压和高温挤压。 3）热挤压，指坯料在金属再结晶温度以上进行的挤压。
1）冷挤压工艺 冷挤压是在冷态下，将金属毛坯放入模具模腔内，在强大的压力和一定的速度作用下，迫使金属从模腔中挤出，从而获得所需形状、尺寸以及一定力学性能的挤压件。 冷挤压与热锻、粉末冶金、铸造及切削加工相比，具有以下主要优点： 1）因在冷态下挤压成形，挤压件质量好、精度高、其强度性能也好； 2）冷挤压属于少、无切削加工，节省原材料； 3）冷挤压是利用模具来成形的，其生产效率很高； 4）可以加工其它工艺难于加工的零件。 。
2）温挤压工艺 温挤压成形技术是近年来在冷挤压塑性成形基础上发展起来的一种少无切削新工艺，又称温热挤压。它与冷、热挤压不同，挤压前已对毛坯进行加热，但其加热温度通常认为是在室温以上、再结晶温度以下的温度范围内。对温挤压的温度范围目前还没有一个严格的规定。有时把变温前将毛坯加热，变形后具有冷作硬化的变形，称为温变形。或者，将加热温度低于热锻终锻温度的变形，称为温变形。 从金属学观点来看，区分冷、热加工可根据金属塑性变形后有无加工硬化现象存在来决定似乎更合理些。在金属塑性变形后存在加工硬化现象这个过程称为冷变形及温变形。
3）热挤压工艺 热挤压是几种挤压工艺中最早采用的挤压成形技术，它是在热锻温度时借助于材料塑性好的特点，对金属进行各种挤压成形。目前，热挤压主要用于制造普通等截面的长形件、型材、管材、棒料及各种机器零件等。热挤压不仅可以成形塑性好，强度相对较低的有色金属及其合金，低、中碳钢等，而且还可以成形强度较高的高碳、高合金钢，如结构用特殊钢、不锈钢、高速工具钢和耐热钢等。
1.冷挤压的定义及特点 1. 1 冷挤压的定义 冷挤压是精密塑性体积成形技术中的一个重要组成部分。冷挤压是指在冷态下将金属毛坯放入模具模腔内，在强大的压力和一定的速度作用下，迫使金属从模腔中挤出，从而获得所需形状、尺寸以及具有一定力学性能的挤压件。显然，冷挤压加工是靠模具来控制金属流动，靠金属体积的大量转移来成形零件的。 1. 2 . 冷挤压的优点及技术难点 目前，冷挤压技术已在紧固件、机械、仪表、电器、轻工、宇航、船舶、军工等工业部门中得到较为广泛的应用，已成为金属塑性体积成形技术中不可缺少的重要加工手段之一。二战后，冷挤压技术在国外工业发达国家的汽车、摩托车、家用电器等行业得到了广泛的发展应用，而新型挤压材料、模具新钢种和大吨位压力机的出现便拓展了其发展空间。日本80年代自称，其轿车生产中以锻造工艺方法生产的零件，有30%～40%是采用冷挤压工艺生产的。随着科技的进步和汽车、摩托车、家用电器等行业对产品技术要求的不断提高，冷挤压生产工艺技术己逐渐成为中小锻件精化生产的发展方向。与其他加工工艺相比冷挤压有如下优点： 1）节约原材料。冷挤压是利用金属的塑性变形来制成所需形状的零件，因而能大量减少切削加工，提高材料利用率。冷挤压的材料利用率一般可达到80%以上。 2）提高劳动生产率。用冷挤压工艺代替切削加工制造零件，能使生产率提高几倍、几十倍、甚至上百倍。 3）制件可以获得理想的表面粗糙度和尺寸精度。零件的精度可达IT7～IT8级，表面粗糙度可达R0.2～R0.6。因此，用冷挤压加工的零件一般很少再切削加工，只需在要求特别高之处进行精磨。 4）提高零件的力学性能。冷挤压后金属的冷加工硬化，以及在零件内部形成合理的纤维流线分布，使零件的强度远高于原材料的强度。此外，合理的冷挤压工艺可使零件表面形成压应力而提高疲劳强度。因此，某些原需热处理强化的零件用冷挤压工艺后可省去热处理工艺，有些零件原需要用强度高的钢材制造，用
第6章冷挤压工艺与模具设计 一、目的与要求 了解冷挤压工艺方法及冷挤压模具结构组成。 二、主要内容 冷挤压分类，冷挤压件工艺性分析，冷挤压模具设计。 三、难点与重点 冷挤压必须解决的主要问题 四、授课方式 多媒体授课。 五、思考题 6—1 冷挤压加工有哪些类型?各适用于什么场合？ 6—2 冷挤压加工有什么优点? 6—3 冷挤压对毛坯有何要求？ 6—4 如图所示的冷挤压件，试确定坯料形状及尺寸。 6—5 如图所示的冷挤压件，材料为10号钢，试计算冷挤压力的大小。 题6—4图题6—5图 6—6 预应力组合凹模是如何提高挤压凹模的整体强度的?若凹模承受的单位压力是1300MPa，通常采用几层凹模? 六、小结
6.1 概述 冷挤压是指在室温条件下，利用压力机的压力，使模腔内的金属毛坯产生塑性变形，并将金属从凹模孔或凸、凹模的缝隙中挤出，从而获得所需工件的加工方法。 6.1.1、冷挤压的分类 根据冷挤过程中金属流动的方向和凸模运动方向的相互关系，可将冷挤压分为正挤压、反挤压、复合挤压、径向挤压等。 1、正挤压挤压时金属流动方向与凸模运动方向一致（见图6-1）。适用于带凸缘的空心件和杯形件、管件、阶梯轴等制件的挤压。 2、反挤压挤压时金属流动方向与凸模运动方向相反（见图6-2）。适用于杯形件、 图6-1正挤压图6-2反挤压 3、复合挤压挤压时一部分金属的流动方向与凸模运动方向相同，而另一部分金属的流动方向与凸模运动方向相反（见图6-3）。适用于各种断面的制件，如圆形、方形、六角形、齿形、花瓣形等的挤压。 4、径向挤压挤压时金属流动方向与凸模运动方向相垂直（见图6-4）。适用于具有
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 (21) 5.6卸料和顶出装置的设计 (23) 5.7 挤压模具模座的设计 (24) 5.7.1上模座的设计 (24) 5.7.2 下模座的设计 (26) 5.8导柱导套的设计 (27) 6、装配图 (29) 7 复杂壳体成形过程的有限元仿真 (31) 7.1有限元分析软件的背景介绍 (31) 7.1.1 DEFORM 的介绍 (31) 7.1.2 DEFORM 的功能 (32)
挤压模具设计思路简介 一、当一个新的型材断面拿到手后，首先要先绘出型材的CAD图以供客户确认，要先分清是建材还是工业材，以分别采取不同的型材标准（建材GB5237，工业材GB6892）。 二、要注意型材的宽厚比是否适合挤压、有无悬臂、公差配合尺寸、表面处理要求以及实心型材还是空心型材，把这些与客户沟通好后双方确定型材图，计算型材的周长、面积及米重，这是产品开发的基本内容同时也是一个模具设计者所应具备的基本知识。 当型材断面确定后要先进行机台及模具规格的确定，这里先分实心型材和空心型材两种情况。对实心型材来说，如果型材悬臂较大的情况下有时也采用假分流的设计方式，这里悬臂较大指的是型材悬臂部分的悬臂长度与悬臂宽度减去空刀的比值K，即： 悬臂长L 悬臂宽h-悬臂空刀C×2 K值越大模具压塌或挤偏的可能性就越大，所以在L、h一定的情况下，在不影响型材流出的情况下尽量减少C的值来减小K值，以符合书中K值要求；或者也可采用假分流将悬臂大的部分放在桥下；以及加支撑块、销钉或反面螺钉固定，变单点支撑为双点支撑等特殊设 计方法等。所有这一切均以减少悬臂部分的挤压力为前提，具体内容参照《铝型材挤压模具设计制造与维修》一书上5-7页内容。 模具设计分以下几步： 1、机台及模具规格的确定 a．机台确定分挤压筒直径和挤压机出口两部分，由S筒=1/4ΠD2算出挤压筒面积；由λ=S筒/S型算出挤压比，一般实心型材对于6063而言λ=8~70均适合挤压，空心型材一般λ=8~40适合挤压； b．当λ适合后，由挤压机出口对照型材的长宽等外围尺寸来确定是否适合该机生产；当a.b两项均合适后选择该机台合适的模具规格； c．导入客户已经确认的型材图然后放合适
铝型材 百科名片 工业铝型材 铝型材，就是铝棒通过热熔、挤压、从而得到不同截面形状的铝材料。铝型材的生产流程主要包括熔铸、挤压和上色三个过程。其中，上色主要包括：氧化、电泳涂装、氟炭喷涂、粉末喷涂、木纹转印等过程。 目录 铝型材分类方法 铝型材生产流程 其它相关信息 编辑本段 铝型材分类方法 一、按用途可以分为以下几类： 1. 门窗的建筑用门窗铝型材[1]（分为门窗和幕墙二种）. 2. CPU散热器的专用散热器铝型材 3. 铝合金货架铝型材,他们的区别在于截面形状的不同.但都是通过热熔挤压生产出来的. 4..工业铝型材：主要用于自动化机械设备、封罩的骨架以及各公司根据自己的机械设备要求定制开模，比如流水线输送带、提升机、点胶机、检测设备等等，电子机械行业和无尘室用得居多!
二、按合金成分类： 可分为1024、2011、6063、6061、6082、7075等合金牌号铝型材，其中6系的最为常见.不同的牌号区别在于各种金属成分的配比是不一样的，除了常用的门窗铝型材如60系列、70系列、80系列、90系列、幕墙系列等建筑铝型材之外，工业铝型材没有明确的型号区分，大多数生产厂都是按照客户的实际图纸加工的. 三、按表面处理要求分类： 1. 阳极氧化铝材 2. 电泳涂装铝材 3. 粉末喷涂铝材 4. 木纹转印铝材 5. 刨光铝材(分为机械刨光与化学抛光二种，其中化学抛光成本最高，价格也最贵) 1、熔铸是铝材生产的首道工序。 主要过程为： （1）配料：根据需要生产的具体合金牌号，计算出各种合金成分的添加量，合理搭配各种原材料。 （2）熔炼：将配好的原材料按工艺要求加入熔炼炉内熔化，并通过除气、除渣精炼手段将熔体内的杂渣、气体有效除去。 （3）铸造：熔炼好的铝液在一定的铸造工艺条件下，通过深井铸造系统，冷却铸造成各种规格的圆铸棒。 2、挤压：挤压是型材成形的手段。先根据型材产品断面设计、制造出模具，利用挤压机将加热好的圆铸棒从模具中挤出成形。常用的牌号6063合金，在挤压时还用一个风冷淬火过程及其后的人工时效过程，以完成热处理强化。不同牌号的可热处理强化合金，其热处理制度不同。 3、上色 (此处先主要讲氧化的过程) 氧化：挤压好的铝合金型材，其表面耐蚀性不强，须通过阳极氧化进行表面处理以增加铝材的抗蚀性、耐磨性及外表的美观度。 其主要过程为：
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)
课程设计 资料袋 机械工程学院学院（系、部）2013-2014 学年第 1 学期课程名称挤压工艺与模具课程设计指导教师职称 学生姓名专业班级学号 题目挤压件正挤工艺模具设计 成绩 起止日期2013年11 月日～2013 年11 月日 目录清单 月日
课程设计任务书 2013 —2014学年第1 学期 机械工程学院（系、部）专业班 课程名称：挤压工艺与模具课程设计 设计题目：挤压件正挤工艺模具设计 完成期限：自2013 年11 月日至2013 年11 月日共1.5 周
指导教师：2013 年11月日系（教研室）主任：2013 年11月日
机械设计课程设计 设计说明书 挤压件正挤工艺模具设计 起止日期：2013年11月日至2013年11 月4日 学生姓名 班级 学号 成绩 指导教师(签字) 机械工程学院（部） 2013年12月日
目录 第一章零件的工艺分析 (3) 第二章零件工艺方案的选定 (5) 第三章工序设计 (6) 3.1 毛坯的制备 (6) 3.2 毛坯的软化处理 (6) 3.3 毛坯表面处理与润滑 (7) 3.4 毛坯尺寸的确定 (7) 第四章工艺计算 (8) 4.1 许用变形程度计算 (8) 4.2 挤压力的计算 (8) 4.3 压力机的选择 (9) 第五章冷挤压模具的机构设计 (10) 5.1 凹模的设计 (10) 5.2 凸模的设计 (11) 5.3 模具其他部分的设计 (12) 5.4 模具的固定 (13) 第六章模具装配及工作原理 (14) 6.1 加工要求 (14) 6.2 模具装配图及装配过程 (15) 6.3 加工路线 (16) 第七章工作零件材料的要求与使用注意事项 (17)
冷挤压模结构设计（一） 上下模板是冷挤压压力的主要支承部分，由于冷挤压的单位压力较高，上下模板不能采用铸铁材料。上下模板加导柱、导套就组成有导向的冷挤压模架，无导柱、导套者则为无导向模架 图1为在导柱、导套导向通用反挤压模具。卸年亦有导向，其导向的基准仍为模架的导柱。反挤压时挤压件的端面往往是不平的，缺件时使凸模受力不均匀，可能造成凸模偏移而折断。缺件有强有力的导向时，提高了凸模的稳定性，这是因为卸件板与凸划亦有导向的缘故。反挤压适用模架兼作为下挤压及复合挤压使用。 图2为有导柱导套导向正挤压通用模具。 图3为镦挤复合模具。 通用反挤、正挤和镦挤复合模架中的组合凹模在相同吨位的压力机上都设计成可以互换的，提高了模具的使用范围。 模架精度可分为三级，其技术指标见表1，用于不同挤压件选用，常用的为Ⅱ级。 卸件板与顶件杆：挤压有时粘在凸模上，有时粘在凹模中，有此部件，能将打主挤压件取出。卸件板与顶件杆都是用于制件脱模的零件。 凸模与凹模垫板：通用冷挤压模具中，采用了多层垫板。为了防止高的挤压单位压力直接传递给模板而造成局部凹陷或变形，必须在凹模底端加上垫板，以便把加工压力均匀分散传递，起到缓冲作用。 凸模固定器及定位环：凸模固定器是将凸模安装在上模上，而定位环则可考虑挤压件的不同直径快速交换，提高了模具的通用性能。 凸模与凹模：冷挤压模具的工作部件，在设计时必须认真对待。应选用具一定韧性的高强度钢材制造。凸模与凹模承受了最大的冷挤压单位压力。为了加强凹模的强度，通常采用预应力组合凹模，可以用二层或三层组合而成。 表 1
图1 图2 图3 在冷挤压模具中，凸模是最关键的零件之一。凸模在冷挤压过程中，承受的单位挤压力最大，极易磨损与破坏。为此凸模的设计和加工就显得特别重要。 1．反挤压凸模 图1是用于黑色金属冷挤压的几种凸模。A、b两种凸模效果较好，在生产中尽量使用。C的平端面工作部分的凸模，由于冷挤压件需要平的底部，在生产中也常用，但单位挤压力比锥形带平底的凸模约高20%。无平台的锥形凸模α一般为5°～9°，也有用到27°的。但不要超过27°。角α过大，会因为毛坯端面不平面导致杯形件的壁厚差过大，使凸模受到很大的侧向力，在挤压过程中折断。反挤压凸模工作高度及凸模后隙直径见公式1。图2为纯铝等有色金属反挤压凸模工作部分的几种型式。其设计原则与上述基本一致。纯铝的塑性较好，强度较低，其反挤压杯压形件往往是薄壁深孔件，应尽可能减小凸模工作带的高度。一般取g=0.5～1.5mm。角 α=12°～25°。 有色金属反挤压凸模工作带高度一般是均匀的，如果在挤压变形不均的杯形件时，凸模工作带的高度在变形程度大的部位和变形阻力较大的部位，应适当减小凸模工作带的高度，即制造成不等的凸模工作带。 对于纯铝的反挤压细长凸模，为了增加其纵向稳定性，可以在工作端面上作出工艺凹槽（图3）。凸模借工艺凹槽在开始挤压的瞬间将毛坯'咬住'而提高其稳定性。凹槽的形状须对称于凸模中心，保持良好的同心度，否则反而会在挤压时发生偏移，造成凸模折断。 工艺凹槽的槽宽一般取0.3～0.8mm，深0.3～0.6mm。工艺凹槽顶部应用小圆弧光滑相连。2．正挤压凸模 在黑色金属冷挤压中，反挤压凸模的长径比一般较小，而正挤压的凸模长径比就往往较大。为了不使凸模纵向失稳，有进还需加上凸模保护套。 图4是正挤压所用凸模的几种型式。实心凸模可按型式a设计，在各台阶