【文章內容簡介】 格比方材、板材要便宜 些。同時這樣也就避免了沖裁落料缺陷及其材料利用率低的問題。剪切下料的優(yōu)點是剪切時，幾乎沒有材料損耗，而且生產效率高。 綜上所述，本設計采取方案 Ⅳ 作為本零件的擠壓工藝。 11 第 3 章 毛坯制備及處理 冷擠壓件毛坯的制備 毛坯制備，是從毛坯的下料開始到制備出符合冷擠壓工藝要求的毛坯為止的過程。制備價廉、質量良好的毛坯是關系到擠壓件質量、生產率和成本的大問題。 1．冷擠壓成形尺寸的確定 本設計中的擠壓件 如 圖 所示，其中因考慮到存在壓余厚度 及尺寸偏差 ， 由 [2]表 310，可知其修邊余量為 5 mm， 故在長度方向上加了 5mm，即 L=5mm，見圖 。 圖 零件的成形尺寸 2．擠壓件坯料的形狀的確定 及下料方法 毛坯的形狀和尺寸不僅取決于擠壓件的形狀和尺寸，而且還取決于所設計的工藝方案。毛坯形狀和尺寸設計的合理與否，將會對金屬流動、擠壓件的形狀和尺寸，以及模具使用壽命等產生明顯的影響。 冷擠壓毛坯的斷面形狀，可以根據(jù)擠壓件的相應斷面形狀來確定 。由本設計所采取的工藝方案可以知道，本設計采用直徑有 8mm的鋁材進行剪切下料。 12 3．下料毛 坯 尺寸的確定 根據(jù)體積不變原則，我們可以從冷擠壓件的 成形尺寸、體積反推出坯料的體積。坯料體積的計算如下 。 毛坯總體積的計算： 0V = V （ ） 16)](16[ 222 ????? )()](15[ 2222 ????????? 10）3 . 53 . 1 4－ 43 . 1 4＋（0 . 5)84＋ 43 . 1 4( + 222)2104＋( mm? 式中 V0 —— 坯料體積， mm3 ； V —— 工件體積， mm3 ； 為了下料方便，毛坯的高徑比應大于 1，根據(jù)鋁材的標準規(guī)格，取直徑為 8mm，則可計算其下料毛坯長度為 。 4．預成形冷鐓計算 毛坯的內外徑尺寸可根據(jù)凸模和凹模的相應尺寸決定。通常情況下，毛坯的外徑尺寸要接近成品零件的直徑。 為便于將毛坯自由地放入模具型腔內，毛坯外徑應比凹模型腔小 。因此根據(jù)毛坯放入冷擠壓模腔的要求，本設計取直徑為 mm，經計算后其尺寸如下圖所示。毛坯及毛坯預成形如圖 所示。 (a)下料毛坯 (b)預成形毛坯 圖 毛 坯 及毛坯預成 形 圖 由 [2]式 121 可知冷鐓的變形程度為 ε =（ H－ h） / H 100% （ ） 13 = (－ )/ 100% = % 式中， ε為冷鐓時的變形程度（ %）；為毛坯鐓粗前的高度（ mm）； h為毛坯鐓粗后的高度 （ mm） 。 由 [2]表 124 可知，純鋁冷鐓時的許用變形程 度為 80%， 故冷鐓變形是允許的，不會產生鐓裂。 5．中間成形工序的尺寸及形狀確定 中間工序是成品擠壓成形的半成品的擠壓工序。它既不同于毛坯的預成形工序，又區(qū)別于成品的擠壓工序，是從毛坯向擠壓件過渡的、具有中間特定開關的準備工序。在中間工序里，主要進行材料體積和變形量的分配，為成品擠壓件作形狀和尺寸等方面的準備工作。 本設計中的中間工序為反擠壓，其形狀及尺寸分布如圖 所示。 圖 中間工序的形狀及尺寸分布 冷擠壓件材料的軟化熱處理 對坯料進行軟件熱處理的目的：一是為了達到降低材料的硬度 ，提高材料的塑性，得到良好的金相組織與消除內應力。二是為了達到降低單位擠壓力，提高模具的使用 14 壽命，保證產品質量。 軟化熱處理，即把材料進行加熱到某一溫度，然后保溫一段時間，最后隨爐冷卻，達到材料的軟化目的。 由 [3]表 可得知純鋁 L3 的軟化熱處理規(guī)范如下： 表 純鋁擠壓的軟化熱處理規(guī)范 ]3[ 冷擠壓毛壞 熱處理 規(guī)范 處理前 硬度（ HB） 處理后 硬度（ HB） 純鋁（ L3） 退火 400～ 450o C保溫 4h,隨爐冷 卻 12～ 25 冷擠壓件的表面處理與潤滑 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，提高冷擠壓的表面質量，減少模具的磨損，對冷擠壓毛坯進行潤滑與表面處理。 純鋁和防銹鋁的冷擠壓毛坯，在冷擠前一般不進行表面處理。 由 [4]表 35 可知道純鋁冷擠壓時所用的潤滑有以下幾種， 見表 。 表 純鋁的潤滑方法及使用效果 ]4[ 序號 坯料 潤滑劑成分 (質量分數(shù) ) 配制與使用方法 應用效果與說明 1 純 豬油 100% 天冷時易凝固，涂擦不便，不易涂擦均勻，易產生“流散”現(xiàn)象，擠壓力較大 2 豬油 5%、甘油5%、汽缸油 15%、四氯化碳 75% 豬油、甘油加熱至 200，冷卻到40 以下，加四氯化碳攪拌均勻，加汽缸油 金屬的流動性及潤滑性皆好，擠壓件表面粗糙度在 mRa ? 以下 3 豬油 25%、液體石蠟 30%、十二醇 10%、四氯化豬油加熱至 200，冷卻后加四氯化碳，攪拌均勻后加入十二醇，冷卻后加入液體石蠟 金屬的流動性及潤滑性皆好 ,擠壓件表面粗糙度在 mRa ? 以下 15 鋁 碳 35% 4 硬脂酸鋅 將經表面處理好的坯料與粉狀硬脂酸鋅一起放在滾筒內滾動15min，使坯料牢固而均勻地涂上一層硬脂酸鋅 冷擠件壁厚均勻 ,金屬流動性好 ,卸料力小 ,擠件表面粗糙度在 mRa ? 以下 5 十四醇 80%、 酒精 20% 按規(guī)定比例混合后就可使用。但當氣溫較低時十四醇應加熱，以增加其流動性，使與酒精混合良好 效果較好 綜合考慮，本設計采用硬脂酸鋅進行表面潤滑。 16 第 4 章 冷擠壓力 由于在冷擠壓 工藝中的單位擠壓力 P數(shù)值要比冷沖壓工藝和熱鍛工藝時的單位擠壓力大得多 ， 因此 ， 在進行冷擠壓工藝設計時 ,首先要分析單位冷擠壓力的大小及影響因素 。 影響冷擠壓壓 力的主要因素 在冷擠壓過程中，影響冷擠壓壓力的主要因素有： ①材料性質。被擠壓材料的化學成分、組織結構及力學性能對單位擠壓力的影響很大，是決定單位擠壓力的基本因素。例如含碳量越高的鋼材，變形抗力大，不利于擠壓；冷擠壓前，對毛坯進行軟化處理可以降低變形抗力等。 ②冷擠壓的變形方式。對于同 種金屬材料來說，冷擠壓變形方式不同，所需的單位擠壓力也不同。 ③冷 擠壓變形程度大小。 ④模具的幾何形狀。擠壓模的凸模和凹模形狀，對單位擠壓力有很大的影響。模具幾何形狀設計得合理，易使毛坯在型腔中流動，可以改善摩擦情況，減少金屬流動阻力，不僅能顯著地提高模具的使用壽命，而且能減小單位擠壓力。 ⑤擠壓毛坯的相對高度。毛坯高度的變化，影響到毛坯與凸模真實接觸率的改變，進而影響到摩擦阻力的變化，因此，毛坯的高度對單位擠壓力也有一定的影響。 ⑥潤滑狀態(tài)。潤滑狀態(tài)對降低單位擠壓力影響較大，良好的潤滑狀態(tài)，可以使真實接觸面積率大大減小，摩擦阻力也大大減小，因此，單位擠壓力較低。 變形程度 每道冷擠壓工序能擠出合格產品的最大變形程度稱為許用變形程度。在保證產品質量、模具壽命的前提下，按照使冷擠壓工序數(shù)減少到最低限度的原則來選用冷擠壓的變形程度。 在其他條件相同的的情況下，冷擠壓的變形程度不同，其單位擠壓力是不同的。冷擠壓的變形程度越大，擠壓的變形抗力也就越大，它會引起 凸、凹模等的破裂。因此對不同的材料，都應選擇合適的變形程度。變形程度的表示方法常用斷面縮減率 F?來表示。 17 （ ） 式中 0F —— 冷擠壓變形前毛坯的橫截面積， 1F —— 冷擠壓變形后工件的橫截面積， 由此可以分別計算反擠壓成形時的變形程度○。 反擠壓小孔時的變形程度為： F? =（ 10 FF? ） / 0F = [ ? /4+4 －（ ? +4 7） ]/（ ? /4+4 ） = % 由 [3]表 可得純鋁在正擠壓時的許用變形程度為 95%～ 99%，在反擠壓時的許用變形程度為 90%～ 99%。故本設計可行。 冷擠壓力的計算 冷擠壓力即冷擠壓變形所需要的作用力。它是設計模具、選擇設備的依據(jù)，并可衡量冷擠壓變形的難易程度。例如，若冷擠壓變形時作用在模具單位面積上的壓力超過 2500～ 3000 MPa/ mm2 時，模具就容易磨損或損壞，另一方面如果總變形力超過壓力機的許用載荷，就會使壓力機損壞。因此必須對冷擠壓的單位擠壓力和總變形力進行計算，以便為設計冷擠壓模具和選用冷擠壓設備提供依據(jù)。 在冷擠壓過程中，由于一系列工藝因素的影響，擠壓力難以準確計算，冷擠壓力的計算方法主要有：理論計算法、公式計算法、圖算法、查表法。 本設計采用圖算法來求冷擠壓力。 由《實用冷擠壓技術》 P61 頁可查得。 最后的反擠壓成形擠壓力計算如下： 由圖 知，由斷面縮減率 F? =%向上投影與所擠壓的材料曲線 相交后，沿水平方向向右投影與毛坯高度與零件壁厚之比 ( 0h /s =4)斜線相交，再垂直向下投影求得單位擠壓力 p=400MPa。 由 [4]公式 可計算總擠壓力。 總擠壓力的計算如下： P = pF （ ） = 400 （ 7 4＋ ） = 26586N = 式中 ， p 為單位擠壓力（ MPa）， F 為凸模工作部分橫斷面積。 %100010 ??? F FFF? 18 第 5 章 冷擠壓設備的選擇 冷擠壓設備的基本要求 擠壓設備的正確選擇及合理使用將決定擠壓生產能否順利進行，并與產品質量、模具壽命、生產效率、產品成本等密切相關，所以必須合理選擇和正確地使用擠壓設備。選用擠壓設備時主要應考慮下述因素。 1）擠壓設備的類型和工作形式是否適用于應完成的工序；是否符合安全生產和環(huán)保的要求。 2）擠壓設備的壓力和功率是否滿足應完成工序的需要。 3）擠壓設備的裝模高度、工作臺面尺寸、行程等是否適合應完成工序所用的模具。 4） 擠壓設備的行程次數(shù)是否滿足生產率的要求等。 5）備有可靠的超載保險裝置。在冷擠壓中，往往由于預先未能估計到的原因而使壓力機超載，如毛坯尺寸超差及材質熱處理不合理等到。為了保證在超載時壓力機不致?lián)p壞，必須使壓力機具有非常可靠的超負荷保險裝置。 6）能提供合適的擠壓速度。冷擠壓加工是將大斷面的毛坯壓縮成小斷面的擠壓件。因此在擠壓過程中會有沖擊作用；所以要求用于冷擠壓的壓力機能提供合適的擠壓速度。一般要求壓力機有較高的空程向下和回程速度，在上模接觸金屬毛坯前，速度能迅速下降，在擠壓過程中，擠壓速度應盡可能保持均勻 。 7）具有潤滑冷卻裝置。冷擠壓時單位擠壓力大，且在冷擠壓過程中又會產生大量熱量。因此要求壓力機有良好的潤滑冷卻裝置，從而延長模具的使用壽命。 冷擠壓設備的 選擇 通常用于擠壓生產的設 備主要有專用的擠壓壓力機，通用的曲柄壓力機、摩擦壓力機和萬能液壓機。綜合考慮，本設計采用型號 為 YQ3240的 四柱 式通用 液壓機 作為擠壓設備 ，其技術參數(shù) 見 表 所示 。 19 表 YQ3240 四柱式通 用液壓機 的技術參數(shù) 型號 YQ3240 標稱壓力 KN 400 液壓機最大工作壓力 MPa 25 頂出力 KN 120 滑塊行程 mm 450 頂出行程 mm 150 滑塊下平面 到工作臺面最大距離 mm 700 工作臺尺寸（左右前后高度） mm 500 460 滑塊行程速度 空程 mm /s 80 工作 mm /s 25 回程 mm /s 80 20 第 6 章 冷擠壓模具設計 冷擠壓模具特點 冷擠壓是在常溫下對金屬材料進行塑性變形，其單位擠壓力相當大，同時由于金屬材料的激烈流動所產生的熱效應可例模具工作部分溫度高達 200C? 以上，加上 劇烈的磨損和反復作用的載荷，模具的工作條件相當惡劣。因此冷擠壓模具應具有以下特點： 1）模具應有足夠的強度和剛度，要在冷熱交變應力下正常工作。 2）模具工作部分零件材料應具有高強度、高硬度、高耐磨性，并有一定的韌性。 3） 凸、凹模幾何形狀應合理，過渡處盡量用較大的光滑圓弧過渡，避免應力集中。 4）模具易損部分應更換方便，對不同的擠壓零件要有互換性和通用性。 5）為提高工作部分強度，凹模一般采用預