【正文】 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理化，缺點問題會被解決，優(yōu)越性將會得到充分發(fā)揮。 冷擠壓工藝的發(fā)展方向主要有以下幾個方面： 1）進一步擴大冷擠壓的應(yīng)用，在一定范圍內(nèi)逐步代替鑄造、鍛造、拉深、旋壓、擺輾及切削加工； 2）除了應(yīng)用于有色金屬和黑色金屬以外，進一步擴大可供冷擠壓用的材料種類； 3）在合理許可的范圍內(nèi)提高每次冷擠壓工序的變形量； 4）滿足冷擠壓零件形狀的復(fù)雜性，使之可以成形更復(fù)雜的，甚至外形不對稱的零件； 5）延長冷擠壓模具的使用壽命； 6）提高冷擠壓的生產(chǎn)率； 7）在小批量生產(chǎn)中擴大冷擠壓的使用； 8）先進的智能化、敏捷化與數(shù)字化等現(xiàn)代技術(shù)在冷擠壓生產(chǎn)中得到進一步應(yīng)用。 對此產(chǎn)品的要求來說，其表面 不允許破裂、起皺 且無拉掛傷痕 。 從零件圖上，我們可以直觀地看出此零件為一個外形和內(nèi)孔都有階梯的零件 。 下部分為長圓形，上下部分由圓弧過渡。上方開口，下部分有厚度為 的底部。純鋁 L3 是有色金屬，也是輕金屬。 5 工藝方案的分析 主要根據(jù)產(chǎn)品零件圖，具體的生產(chǎn)條件、用途和相關(guān)資料進行工藝方案的設(shè)計。由此我們可以從這些方面來選擇最佳的工藝方案。例如直接機加工成型、壓鑄成型、沖壓成型、擠壓成型等等。 1．直接機加工成型 機加工成型，即通過機床直接對坯料進行切削加工成型，機加工主要是對坯料進行形狀尺寸的加工，一般不會改變其 內(nèi)部的 物理性能。另外可考慮選用數(shù)控加工，這雖然能保證良好的加工精度。同時這種加工強度不夠，材料利用率極低，僅為 %，對于生產(chǎn)來說，生產(chǎn)效率低，經(jīng)濟效益極差，故不采用。這種成型方法所獲得的尺寸精度高，且材料利用率高，加工量少。但是注意到本零件采用的材料是純鋁，其鑄造性能差， 容易氧化，在壓鑄過程中容易發(fā)生粘?，F(xiàn)像，給壓鑄工藝帶來一定程度的不便。 另外本產(chǎn)品的壁厚只有 ， 壁厚太小， 在鑄造過程中存在凝固收縮，對于鋁來說有相當大的體收縮率，易在最后凝固處生成大的集中縮孔，并且可能存在夾雜等現(xiàn)象。 3．沖壓成型 沖壓成型即 利用安裝在壓力機上的沖模對材料施加壓力，使其產(chǎn)生分離或塑性變形，從而獲得所需零件的一種壓力加工方法。從沖壓工藝上看，可直接 采用平板 6 材料進行拉深成型。盒形件的拉深，在變形性質(zhì)上與圓筒形零件相同。盒形件在拉深過程中兩個部分是聯(lián)在一起的整體，在拉深過程中必然會產(chǎn)生相互作用與影響。 在確定多次拉深工序件的形狀與尺寸之前，應(yīng)先確定盒形件的拉深次數(shù)。其毛坯的相對厚度（即毛坯厚度與直徑的比值為 ，即 。 查 [1]表 515 可初步確定拉深次數(shù)為 5 次。對于生產(chǎn)來說模具成本高，同時由于 在生產(chǎn)過程中由于 產(chǎn)品上下部分的連接處因為有兩邊的圓角較大，如圖 所示。總的來說 方形四邊，變形不一致，金屬流動不均勻，容易產(chǎn)生拉破、起皺現(xiàn)象。 故本零件不適合采用拉深工藝。 與沖壓工藝相比來說，冷擠壓 工藝的優(yōu)點之一是可以用少量的冷擠壓工藝來代替多道的拉深工序。而在拉深過程中，我們知道在拉深件凸緣處的應(yīng)力狀態(tài)是兩向壓縮（壓邊力產(chǎn)生的壓力小，可以忽略），即切向受壓縮，而徑向受拉，在側(cè)壁部分則是單向拉伸。它不僅變形抗力小，塑性好，且變形時幾乎不產(chǎn)生加工硬化，因此模具壽命較長，是一種冷擠壓性能良好的材料。 采用這樣的工藝，可以明顯看出，材料的利用率的提高，約為 80%左右，大 大節(jié)約了原材料，經(jīng)濟效益好，且效率高，同時可保證精度要求。 7 表 鋁 L3 的化學(xué)成分及力學(xué)性能 ]2[ 牌號 主要化學(xué)成（質(zhì)量分數(shù)， %） 力學(xué)性能 1050A Al 雜質(zhì) 狀態(tài) 抗拉強度MPab /? 屈服強度MPas /? 伸長率(%)? 斷面收縮率 (%)　? 布氏硬度 HBS 退火 70～ 110 50～ 80 35 80 15～ 25 從擠壓工藝分析來看，冷擠壓工藝又可分為幾種方案，現(xiàn)將各方案分析如下。雖然這樣通過一次擠壓就能得到復(fù)雜零件，擠壓力較低 ，但是由于材料變形太大， 在進行復(fù)合擠 壓 的過程中，金屬 變形復(fù)雜，金屬流動不易控制，因此在尺寸上不容易控制， 8 會影響產(chǎn)品質(zhì)量與精度 ，從而無法保證產(chǎn)品的質(zhì)量 。采用這種方案，由于產(chǎn)品形狀的原因，需要有兩個工作帶才能完成，因此擠壓過程中會存在兩個工作帶，這樣對金屬的流動將造成阻礙，可能造成擠壓力過大。 2）成形工藝方案Ⅱ 工藝過程：落料 —— 無 氧軟化退火 —— 硬脂酸鋅潤滑 —— 正擠壓 —— 反擠壓成型 (a)落料 (b)正擠壓 (c)復(fù)合擠壓成形 圖 成形工藝方案Ⅱ 本方案與 方案Ⅰ 的區(qū)別在于通過落料后，先采用正擠壓進行擠壓，而后通過復(fù)合擠壓成形。故不采用。模具簡單，但是需要多套模具才能完成。獲得毛坯后，采用了復(fù)合擠壓 。這樣金屬流動變形有序，容易控制。因此該方案可行。同時 由于沖裁是在拉應(yīng)力作用下進行的，必將產(chǎn)生撕裂，破斷面顯得很粗糙。因此在落料后必須對坯料進行修邊。本方案的毛坯制備與下料選擇是 通過對棒材的剪切下料再進行冷鐓預(yù)成形。剪切時，幾乎沒有材料損耗，尺寸精度較高。近年來，由于有色金屬價格的上漲，因此在成本上必須對材料進行控制。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。 綜上所述，本設(shè)計采取方案 Ⅳ 作為本零件的擠壓工藝。制備價廉、質(zhì)量良好的毛坯是關(guān)系到擠壓件質(zhì)量、生產(chǎn)率和成本的大問題。 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(shè)計的工藝方案。 冷擠壓毛坯的斷面形狀，可以根據(jù)擠壓件的相應(yīng)斷面形狀來確定 。 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。 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(yīng)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 。通常情況下，毛坯的外徑尺寸要接近成品零件的直徑。因此根據(jù)毛坯放入冷擠壓模腔的要求，本設(shè)計取直徑為 mm，經(jīng)計算后其尺寸如下圖所示。 (a)下料毛坯 (b)預(yù)成形毛坯 圖 毛 坯 及毛坯預(yù)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） 。 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。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。 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(nèi)應(yīng)力。 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。 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。 表 純鋁的潤滑方法及使用效果 ]4[ 序號 坯料 潤滑劑成分 (質(zhì)量分數(shù) ) 配制與使用方法 應(yīng)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(chǎn)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(jīng)表面處理好的坯料與粉狀硬脂酸鋅一起放在滾筒內(nèi)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。 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(shè)計時 ,首先要分析單位冷擠壓力的大小及影響因素 。被擠壓材料的化學(xué)成分、組織結(jié)構(gòu)及力學(xué)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。 ②冷擠壓的變形方式。 ③冷 擠壓變形程度大小。擠壓模的凸模和凹模形狀，對單位擠壓力有很大的影響。 ⑤擠壓毛坯的相對高度。 ⑥潤滑狀態(tài)。 變形程度 每道冷擠壓工序能擠出合格產(chǎn)品的最大變形程度稱為許用變形程度。 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。因此對不同的材料，都應(yīng)選擇合適的變形程度。 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○。故本設(shè)計可行。它是設(shè)計模具、選擇設(shè)備的依據(jù)，并可衡量冷擠壓變形的難易程度。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(shè)計冷擠壓模具和選用冷擠壓設(shè)備提供依據(jù)。 本設(shè)計采用圖算法來求冷擠壓力。 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。 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。選用擠壓設(shè)備時主要應(yīng)考慮下述因素。 2）擠壓設(shè)備的壓力和功率是否滿足應(yīng)完成工序的需要。 4） 擠壓設(shè)備的行程次數(shù)是否滿足生產(chǎn)率的要求等。在冷擠壓中，往往由于預(yù)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(zhì)熱處理不合理等到。 6）能提供合適的擠壓速度。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。 7）具有潤滑冷卻裝置。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。綜合考慮，本設(shè)計采用型號 為 YQ3240的 四柱 式通用 液壓機 作為擠壓設(shè)備 ，其技術(shù)參數(shù) 見 表 所示 。因此冷擠壓模具應(yīng)具有以下特點： 1）模具應(yīng)有足夠的強度和剛度，要在冷熱交變應(yīng)力下正常工作。 3） 凸、凹模幾何形狀應(yīng)合理，過渡處盡量用較大的光滑圓弧過渡，避免應(yīng)力集中。 5）為提高工作部分強度，凹模一般采用預(yù)應(yīng)力組合形式。 7）上下模板采用中碳鋼經(jīng)鍛造或直接用鋼板制成，應(yīng)有足夠的厚度，以保證模板具有較高的強度和剛度。 擠壓工藝可以在專用的擠壓壓力機、通用液壓機、通用曲柄壓力機或摩擦壓力機上進行，因此模架的結(jié)構(gòu)也有所不同。 1）承壓部分應(yīng)具有很好的剛性及強度，使框架精度穩(wěn)定。 3）坯料和擠壓件進出要方便，便于實現(xiàn)機械化、自動化。 5）保證操作人員安全。 21 7）在同噸位的壓力機上使用的反擠壓、正擠壓和復(fù)合擠壓的預(yù)應(yīng)力組合凹?？稍O(shè)計成互換的，從而簡化模具的制作。 由于本設(shè)計中所選用壓力設(shè)備為液壓機，且擠壓力相對較小，綜合考慮選用 I 級精度中間導(dǎo)柱圓形模架。同時為了保證模具安裝方便，需要在上模座上開一孔，以保證壓力中心的一致。合理的反擠壓凸模成形部分形狀和尺寸，可以有利于金屬的流動，降低單位擠壓力，從而提高模具的使用壽命。工作帶的作用有以下三點： 1） 減小 凸模與擠壓金屬的接觸面積，可大大降低摩擦阻力。 3）擠壓時，不會由于凸模工作帶以上部