冲压模具及设备第8章-冷挤压课件.ppt

1、第八章冷挤压第八章冷挤压第一节冷挤压概述 冷挤压是在常温下对模具型腔内的金属坯料施加强大压力，迫使金属从模具型孔或凸、凹模间隙中挤出，从而获得所需零件的一种压力加工方法。一、冷挤压的分类根据金属挤出时的流动方向与凸模运动方向之间的关系，冷挤压可以分为轴向挤压、径向挤压和镦挤三类，其中轴向挤压又可分为正挤压、反挤压、复合挤压三种，见表8 1。第八章冷挤压表8-1冷挤压的分类第八章冷挤压表8-1冷挤压的分类第八章冷挤压二、冷挤压的特点及应用1.冷挤压的特点(1)挤压件质量高冷挤压可以直接获得尺寸精确、表面粗糙度Ra值小的零件。(2)生产率高冷挤压是利用挤压模具在压力机上进行，一次冲压行程即可完成一

2、道工序甚至一个工件。(3)节约原材料冷挤压属于少切削或无切削加工，材料利用率可达70%95%。第八章冷挤压(4)降低了成本费用与传统机械加工工艺相比，由于节省原材料，减少了零件的加工工序，提高了生产效率，使制件成本大为降低。(5)可挤压形状复杂的零件因冷挤压时坯料处于很强的静水压力作用，有利于金属的塑性变形，可产生较大的变形程度，因此可以挤压出其他加工方法难以制造的复杂形状零件。(6)冷挤压坯料变形区变形抗力大，需要塑性变形力大，对模具强度、刚度要求高。第八章冷挤压图8-1冷挤压件a)汽车活塞销b)纯铁底座c)纯铝电容器2.冷挤压的应用第八章冷挤压图8-2纯铝仪表零件第八章冷挤压三、冷挤压中的

3、主要技术问题 冷挤压坯料变形所需单位压力很大，有时接近甚至超过某些模具材料的抗压强度极限，为使冷挤压工艺的顺利进行，就必须合理解决挤压时金属需要强大的变形抗力和模具承载能力的矛盾。为此，必须对下列主要技术问题加以综合考虑：1)设计合理的、工艺性良好的冷挤压件结构。2)合理地选择冷挤压金属材料，正确确定坯料形状尺寸及热处理规范，要特别注意坯料的表面处理与润滑。第八章冷挤压3)制定合理的冷挤压方案，合理选择冷挤压方式，适当控制冷挤压变形程度。4)采取有效措施解决模具的强度、刚度和寿命问题。5)选用合适的挤压设备。第八章冷挤压第二节冷挤压的变形程度一、冷挤压变形程度的表示方法 冷挤压变形程度是描述冷

4、挤压时金属塑性变形量的大小，它直接影响着冷挤压工艺的顺利进行和挤压件的质量。冷挤压变形程度可以用以下几种形式表示：(1)断面变化率金属挤压前后横截面积差与挤压前坯料横截面积之比的百分数。(2)挤压比坯料的横截面积与挤压后横截面积之比。(3)对数挤压比又称之为对数塑性变形，挤压比用对数来表示。第八章冷挤压二、极限变形程度 冷挤压时，一次挤压加工可能达到的最大变形程度称为极限变形程度。挤压时金属坯料处于很强的静水压力作用，坯料的变形程度可能达到很大。但是，当一次变形程度过大时，由于单位挤压力很大，会显著降低模具的使用寿命；如果单位挤压力超过模具强度所许可的范围，则造成模具的早期破坏。所以，冷挤压的

5、极限变形程度实际上是指在模具强度允许的条件下，能够保持模具有一定寿命的一次挤压变形程度。第八章冷挤压图8-3正挤压碳素钢实心件极限变形程度第八章冷挤压图8-4正挤压碳素钢空心件极限变形程度第八章冷挤压图8-5反挤压碳素钢空心件极限变形程度第八章冷挤压表8-2有色金属一次挤压的极限变形程度第八章冷挤压第三节冷挤压材料与坯料准备一、冷挤压材料1.冷挤压工艺对金属材料的要求2.可用于冷挤压的金属材料第八章冷挤压二、冷挤压坯料形状与尺寸的确定 冷挤压坯料形状要根据挤压件的横截面形状和挤压方式来确定。坯料横截面轮廓形状尽量与挤压件的轮廓形状相同，并与挤压模型腔吻合，便于坯料的定位。坯料的几何形状应保持对

6、称、规则、两端面平行；坯料表面应光滑，不能有裂纹、折叠等缺陷。图8-6正挤压用坯料形状a)实心坯料b)、c)、d)空心坯料第八章冷挤压表8-3旋转体冷挤压件高度修边量表8-4大量生产铝质外壳所用的修边余量第八章冷挤压三、冷挤压坯料的软化处理 为了降低坯料的硬度和变形抗力，提高其塑性，消除内应力并得到良好的金相组织(晶粒度大小适中的球状组织最好)，以降低单位挤压力和提高模具寿命，通常在冷挤压前或多道冷挤压工序中间必须进行软化处理。软化处理时，一般要将材料处理到其塑性达到最高、硬度最低，使金属在较小的冷挤压力下成形。中间工序的软化处理是为了消除冷作硬化和内应力，以恢复材料的塑性。对于黄铜和不锈钢经

7、冷挤压后务必及时进行消除应力的退火，否则会开裂。第八章冷挤压四、冷挤压坯料的表面处理与润滑 对冷挤压坯料进行表面处理与润滑的目的是减少模具表面与金属坯料之间的摩擦力。1.黑色金属坯料的表面处理与润滑(1)碳钢和合金结构钢坯料的表面处理与润滑目前，碳钢和合金结构钢坯料冷挤压前的表面处理和润滑方法仍以磷化后皂化的效果为最佳。第八章冷挤压(2)不锈钢的表面处理与润滑奥氏体不锈钢(1Cr18Ni9Ti)和碳钢不一样，它与磷酸盐溶液基本上不发生作用，因此，不锈钢不能采用磷化处理，而应采用草酸盐进行表面处理，处理后的坯料表面呈绿黑色。2.有色金属坯料的表面处理和润滑1)汽油清洗，以去除油污。2)热水(60

8、100)清洗。第八章冷挤压3)流动冷水清洗。4)工业硝酸清洗，以除去氧化皮。5)流动冷水清洗两遍。6)表面处理。7)润滑处理。第八章冷挤压第四节冷挤压力与冷挤压压力机一、冷挤压力曲线图8-8冷挤压力曲线第八章冷挤压二、单位挤压力及其影响因素图8-9作用在模具上的压力a)正挤压b)反挤压第八章冷挤压三、冷挤压力的确定 由于影响挤压力的因素比较复杂，要准确地确定单位挤压力和总的挤压力目前还有困难。因此，在实际应用中通常采用近似公式和图算法确定。第八章冷挤压四、冷挤压压力机及选用 由于冷挤压时单位挤压力和工作行程都很大，冷挤压件的精度要求又很高，因此对冷挤压使用的压力机提出了一些特殊要求，如能量大、

9、刚度好、导向精度高、合理的挤压速度、具备顶出机构和可靠的过载保护装置等。第八章冷挤压1.冷挤压压力机的类型及主要技术参数图8-10黑色金属正挤压实心件挤压力确定图第八章冷挤压图8-11黑色金属正挤压空心件挤压力确定图第八章冷挤压图8-12黑色金属反挤压空心件挤压力确定图第八章冷挤压图8-13有色金属正挤压实心件单位挤压力计算图第八章冷挤压图8-14有色金属正挤压空心件单位挤压力计算图第八章冷挤压图8-15有色金属反挤压单位挤压力计算图第八章冷挤压(1)偏心式冷挤压力机(2)压力肘杆式冷挤压力机压力肘杆式冷挤压力机(图8-16b)的特点是：滑块在开始挤入时的速度较小，凸模对模具的冲击较小，工作行

10、程中滑块的速度变化较为平缓。(3)拉力肘杆式冷挤压力机拉力肘杆式冷挤压力机(图8-16c)具有肘杆式冷挤压力机的特点，并且滑块速度在工作行程时更为均匀，对挤压件的塑性变形极为有利。第八章冷挤压图8-16冷挤压压力机工作机构的原理简图a)偏心式b)压力肘杆式c)拉力肘杆式第八章冷挤压图8-17冷挤压力机的行程-转角曲线1偏心式2压力肘杆式3拉力肘杆式冷挤压力机的行程-转角曲线第八章冷挤压表8-5部分国产冷挤压力机的主要技术参数第八章冷挤压图8-18J88100型拉力肘杆式冷挤压力机的传动原理1主电动机2小带轮3离合器4飞轮5传动轴6制动器7斜齿圆柱齿轮8滑块9肘杆10摆杆11连杆12曲轴拉力肘杆

11、式冷挤压力机的传动原理第八章冷挤压2.机械式冷挤压力机结构简介3.冷挤压力机的选用图8-19J88100型拉力肘杆式冷挤压力机的滑块1模具夹块2紧固螺钉3滑块体4横轴5滑块外套6大螺母7大调节齿轮8小调节齿轮9紧固螺母10锁紧块11上推料杆12导轨第八章冷挤压图8-20J88100型冷挤压力机的下顶料装置1凸轮2曲杆3拉杆4弹簧5摇臂6调整螺母7下顶料杆冷挤压力机的下顶料装置第八章冷挤压图8-21J88100型冷挤压力机的过载保护装置1弓形板簧2顶杆3百分表4微动开关冷挤压力机的过载保护装置第八章冷挤压图8-22J87400型偏心式冷挤压力机总图1滑块2连杆3伸长仪4偏心齿轮5机身6下顶料装置

12、偏心式冷挤压力机总图第八章冷挤压图8-23J87400型冷挤压力机封闭高度调节机构传动示意图冷挤压力机封闭高度调节机构传动示意图第八章冷挤压图8-24J87400型冷挤压力机液气缓冲及液压过载保护装置工作原理图1液压泵2溢流阀3压力表4、7、8单向阀5充液筒6截止阀9节流阀10电磁换向阀11过载保护液压缸12过载保护活塞13缓冲液压缸14滑块冷挤压力机液气缓冲及液压过载保护装置工作原理图第八章冷挤压第五节冷挤压工艺方案的确定一、冷挤压件的工艺性1.冷挤压的尺寸精度与表面粗糙度2.冷挤压件的结构工艺性第八章冷挤压表8-7正挤压的合理尺寸第八章冷挤压表8-8反挤压的合理尺寸第八章冷挤压表8-9复合

13、挤压的合理尺寸第八章冷挤压二、冷挤压工艺方案的确定1.冷挤压件的分类及其挤压方式(1)杯形类冷挤压件(图8-25)这类零件一般采用反挤压(图8-25a图8-25c)，或反挤压制取坯料后再以正挤压成形。图8-25杯形类冷挤压件第八章冷挤压图8-26管类、轴类冷挤压件(2)管类、轴类冷挤压件(图8-26)这类零件一般采用正挤压(图8-26a图8-26c)。第八章冷挤压(3)杯杆类、双杯类冷挤压件(图8-27)这类零件一般采用复合挤压，也可用正挤压和反挤压两次挤压成形。图8-27杯杆类、双杯类冷挤压件第八章冷挤压图8-28复杂形状的冷挤压件(4)复杂形状的冷挤压件(图8-28)带有齿形或花键等的轴对

14、称零件可采用正挤压、反挤压、复合挤压或径向挤压成形。第八章冷挤压图8-29典型零件的冷挤压方案2.冷挤压工艺方案的确定3.冷挤压件图的设计第八章冷挤压三、冷挤压工艺方案实例1.冷挤压件图的设计1)?30与M221.5 直径相差不大，可一律改为?30，否则凸模壁容易碎裂(图8-31)。2)螺纹、与轴线垂直的各环形凹槽和孔均应在挤压后用切削加工得到。3)考虑到坯料制造的误差和压力机行程控制的误差，在长度上应加修整量2mm。4)为改善正挤压金属变形的均匀形，减少单位挤压力，取挤压凹模中心锥角为90。第八章冷挤压2.坯料形状和尺寸的确定3.冷挤压工艺过程的确定4.冷挤压力的计算图8-30导杆a)导杆零

15、件图b)冷挤压件图c)坯料第八章冷挤压图8-31不合理的挤压件形状与凸模结构不合理的挤压件形状与凸模结构第八章冷挤压1.冷挤压坯料形状和尺寸的确定2.冷挤压工艺过程的确定(1)正、反挤压的变形程度校核(2)挤压工序数目的确定第八章冷挤压第六节冷挤压模具设计 冷挤压模具必须适应冷挤压金属变形特点和强大的冷挤压力对模具提出的要求，如模具工作部分的形状、尺寸参数及表面粗糙度值应有利于金属的塑性变形，有利于减小冷挤压力；模具要有足够的强度和刚度，工作部分有足够的耐磨性；凸、凹模与上、下模座之间应有足够的支承面和一定厚度的淬硬垫板，上、下模有良好的导向装置；模具在压力机上安装要紧固，易损零件的拆卸、更换

16、、安装方便，模具结构应具有一定的通用性等。第八章冷挤压一、冷挤压模具的典型结构 冷挤压模的结构形式很多，按冷挤压方式有正挤压模、反挤压模、复合挤压模及其他冷挤压模；按通用性有专用冷挤压模和通用冷挤压模；按调整的可能性有可调式冷挤压模和不可调冷挤压模。为适用冷挤压金属成形的需要和降低模具制造成本，往往采用可调式和通用式冷挤压模。第八章冷挤压图8-33正挤压模具1定位销2上模座3垫板4弹性夹头5凸模固定圈6凸模7、8紧固圈9凹模10凹模固定圈11垫板12下模座13顶杆正挤压模第八章冷挤压图8-34反挤压模具1压板2卸件器3卸件板4垫板5凸模6凹模7组合凹模中圈8组合凹模外圈9月牙形板10顶件器11

17、垫块12垫板反挤压模第八章冷挤压1)采用通用模架，通过更换凸、凹模可挤压不同的冷挤压件。2)以导柱导套导向，为了增加导柱的长度，特将导柱固定于上模。3)挤压件留在凹模中，采用拉杆式顶出装置通过顶杆13将挤压件顶出，卸件工作可靠。4)上、下模座用中碳钢制造，凸、凹模分别用较厚的淬硬垫板支承。第八章冷挤压1)采用通用模架，通过更换凸模、组合凹模等零件，可挤压不同的冷挤压件。2)凸、凹模同轴度可以调整，即通过螺钉和月牙形板9调整凹模的位置，以保证凸、凹模的同轴度。3)凹模为预应力组合凹模结构，可承受较大的单位挤压力。4)对于黑色金属反挤压，其挤压件可能箍在凸模上，因而设置了卸件装置，卸件板做成蝶形是

18、为了减少凸模长度。5)因黑色金属挤压力很大，所以凸模5上端和顶件器10下端做成锥形，以扩大支承面积，并加以厚垫板。第八章冷挤压1)该模具是以导向套1与下模外圈3导向，模具在工作时处于封闭状态，下设限位套4。2)上、下模均为预应力组合结构。3)为了保证六角头部成形良好和提高模具寿命，坯料体积大于零件体积，多余金属形成飞边，冷镦后切除。图8-35径向挤压(冷镦)模具1导向套2组合上模外圈3组合下模外圈4限位套第八章冷挤压二、冷挤压凸、凹模的设计1.冷挤压凸模(1)正挤压凸模正挤压实心件的凸模结构如图8-36a所示，其结构较简单。(2)反挤压凸模黑色金属反挤压凸模结构形式如图8-37所示，其中图a应

19、用较普遍；图b挤压力小，但容易受到坯料不平度的不良影响，造成挤压件壁厚不均匀；图c挤压力较大，用于挤压件为平底结构或单位挤压力不大的情况；图d结构有利于金属流动，但制造较麻烦。第八章冷挤压图8-36正挤压凸模第八章冷挤压图8-37黑色金属反挤压凸模第八章冷挤压图8-38反挤压凸模工作端面的工艺槽形状反挤压凸模工作端面的工艺槽形状第八章冷挤压2.冷挤压凹模(1)正挤压凹模正挤压凹模一般采用预应力组合结构，其结构形式如图8-39所示。图8-39正挤压凹模第八章冷挤压图8-40正挤压凹模的几何参数正挤压凹模第八章冷挤压图8-41反挤压凹模(2)反挤压凹模图8-41所示是反挤压凹模的几种结构形式。第八章冷挤压图8-42预应力组合凹模3.预应力组合凹模第八章冷挤压表8-10组合凹模预应力圈直径与过盈量表8-11预应力圈的常用材料及硬度第八章冷挤压表8-12反挤压凸、凹模工作部分横向尺寸的计算4.冷挤压凸、凹模工作部分横向尺寸的计算第八章冷挤压表8-12反挤压凸、凹模工作部分横向尺寸的计算