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編號 畢 業(yè) 設 計 論文 題目 JH70 摩托車主軸坯冷鐓成形模具設 計 二級學院 機械工程學院 專 業(yè) 機械設計制造及其自動化 班 級 機械設計六班 學生姓名 李雨菲 學號 10904020510 指導教師 馮文杰 職稱 教授 時 間 2013 6 重慶理工大學畢業(yè)論文 JH70 摩托車主軸坯冷鐓成形模具設計 目 錄 摘要 Abstract 1 緒論 1 1 1 概述 1 1 2 冷擠壓技術的分類及簡介 1 1 3 冷擠壓技術的特點 2 1 3 1 冷擠壓的優(yōu)點 2 1 3 1 冷擠壓的缺點 3 1 4 冷擠壓技術現狀及發(fā)展方向 4 1 5 本課題要求 5 1 6 預期目標及效果 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 7 2 3 零件加工前準備 8 2 4 毛坯變形程度 9 3 冷擠壓模具設計 11 3 1 冷擠壓模架整體結構設計 11 3 2 模具主要零部件的設計 13 3 2 1 上模板的設計 13 3 2 2 上模座的設計 14 3 2 3 墊板的設計 15 重慶理工大學畢業(yè)論文 JH70 摩托車主軸坯冷鐓成形模具設計 3 2 4 下模座的設計 15 3 2 5 下模預應力圈的設計 16 3 2 6 下模板的設計 17 3 2 7 模圈導向套的設計 18 4 組合凹模設計 19 4 1 組合凹模結構形式的確定 20 4 2 組合凹模各圈直徑的確定 20 4 3 組合凹模徑向過盈量及軸向壓合量的確定 21 5 模具及其零部件的三維建模 23 5 1 冷鐓模具裝配體三維模型 23 5 2 非標準零部件三維模型 24 6 總結 30 7 致謝 31 參考文獻 32 重慶理工大學畢業(yè)論文 JH70 摩托車主軸坯冷鐓成形模具設計 摘要 本文主要針對 JH70 摩托車主軸坯冷鐓成形模具的設計 本課題研究的核心 問題是冷擠壓組合凹模的設計 通過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構形式以及各圈直徑 最后確 定組合凹模的徑向過盈量以及軸向壓合量 再通過組合凹模的尺寸 形狀確定 冷鐓模架其它零部件的形狀及尺寸 從而最終確定整個模架結構 尺寸以及組 合形式等要素 通過查閱設計手冊確定各個模架零部件的材料 本模具采用模 口導向的形式保證在上 下模合模過程中的同軸度 本文還對整個冷擠壓模具 進行了三維建模 以便直觀的表達冷擠壓模具零部件的外形以及零件之間裝配 關系 方便讀者對整個模具的工作原理及過程有一個清晰的了解 關鍵詞 冷擠壓 主軸坯 組合凹模 三維建模 重慶理工大學畢業(yè)論文 JH70 摩托車主軸坯冷鐓成形模具設計 I 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 重慶理工大學畢業(yè)論文 JH70 摩托車主軸坯冷鐓成形模具設計 II 重慶理工大學畢業(yè)論文 JH70 摩托車主軸坯冷鐓成形模具設計 0 1 緒論 1 1概述 冷擠壓成型是指所成型的零件達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上發(fā)展起來的一項新技術 近幾年來 冷擠壓技術是 各行各業(yè)得到迅速發(fā)展的新工藝之一 也是產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 高產 低消耗 低成本 的優(yōu)點 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 世紀的零件制造業(yè)中 我國加入 WTO 后 產品價格的市場競爭日益劇烈 冷擠壓技術已成為各企業(yè)繼 續(xù)發(fā)展與開拓的重要指標之一 普遍認為 一個國家的冷成形 冷擠壓 冷鍛 冷鐓及沖壓等 加工技術水平 是這個國家汽車工業(yè)水平 工業(yè)化水平乃至現 代化水平的一種重要標志和反映 1 2冷擠壓技術的分類及簡介 冷擠壓就是把金屬毛坯放在冷擠壓模腔中 在室溫下 通過壓力機上固定 的凸模向毛坯施加壓力 使金屬毛坯產生塑性變形而制得零件的加工方法 目 前 我國已能對鉛 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行冷擠壓 甚至對軸承鋼 高碳高鋁合金工具鋼 高 速鋼等也可以進行一定變形量的冷擠壓 在擠壓設備方面 我國已具備設計和 制造各級噸位擠壓壓力機的能力 除采用通用機械壓力機 液壓機 冷擠壓力 機外 還成功地采用摩擦壓力機與高速高能設備進行冷擠壓生產 冷加壓按金 屬流動方向可分為以下幾類 正擠壓 正擠壓時 金屬的流動方向與凸模的運動方向一致 正擠壓可以 制造各種形狀的實心件和空心件 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 金 屬 的 流 動 方 向 與 凸 模 的 運 動 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 合 擠 壓 擠壓時 毛坯一部分金屬流動方向與凸模運動方向相同 而另 重慶理工大學畢業(yè)論文 JH70 摩托車主軸坯冷鐓成形模具設計 1 一個部分金屬流動方向與凸模運動方向相反 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 如縫紉機梭芯 徑 向 擠 壓 擠 壓 時 金 屬 的 流 動 方 向 與 凸 模 運 動 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 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 金 屬 的 流 動 方 向 傾 斜 或 彎 曲 于 凸 模 的 運 動 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 雜 形 狀 零 件 鐓 擠 法 變 形 時 金 屬 的 流 動 具 有 擠 壓 和 鐓 粗 的 特 點 即 一 部 分 金 屬 沿 凸 模 軸 向 流 動 另 一 部 分 金 屬 則 沿 徑 向 流 動 它 是 冷 鐓 與 冷 擠 壓 相 結 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 合 擠 壓 與 減 徑 擠 壓 是 冷 擠 壓 方 法 中 應 用 最 廣 的 四 種 成 形 方 法 這 四 種 方 法 的 金 屬 流 動 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 特 點 1 3 1 冷 擠 壓 的 優(yōu) 點 擠 壓 零 件 尺 寸 準 確 表 面 光 潔 目前我國研制的冷擠壓件一般尺寸精度可 達 8 9 級 隴度一般可達 若采用理想的潤滑可達 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到 80 以上 如解放牌汽車 活塞銷動切削加工材料利用率為 43 3 而用冷擠壓時材料利用率提高到 92 又如萬向節(jié)軸承套改用冷擠壓后 材料利用率由過去的 27 8 提高到 64 可見 采用冷擠壓方法生產機械零件 可以節(jié)約大量鋼材和有色金屬材料 生 產 率 高 用 冷 擠 壓 方 法 生 產 機 械 零 件 的 效 率 是 非 常 高 的 特 別 是 生 產 批 量 大 的 零 件 用 冷 擠 壓 方 法 生 產 可 比 切 削 加 工 提 高 幾 倍 幾 十 倍 甚 至 幾 重慶理工大學畢業(yè)論文 JH70 摩托車主軸坯冷鐓成形模具設計 2 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 機 使 生 產 率 進 一 步 提 高 一 臺 冷 擠 壓 自 動 機 的 生 產 率 相 當 于 100 臺 普 通 車 床 或 10 臺 四 軸 自 動 車 床 的 生 產 率 可 加 工 形 狀 復 雜 的 零 件 如 異 形 截 面 內 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 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 化 特 性 即 擠 壓 過 程 中 金 屬 毛 坯 處 于 三 向 壓 應 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 度 有 較 大 提 高 這 樣 就 可 用 低 強 度 材 料 代 替 高 強 度 材 料 例 如 過 去 采 用 20Cr 鋼 經 切 削 加 工 制 造 解 放 牌 活 塞 銷 現 改 用 20 號 鋼 經 冷 擠 壓 制 造 活 塞 銷 經 性 能 測 定 各 項 指 標 冷 擠 壓 法 高 于 切 削 加 工 法 制 造 活 塞 銷 從以上特點 可以看出 冷擠壓技術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 鑄造和拉深工藝來制造機器零 件 開辟了一條廣闊的道路 1 3 2冷擠壓的缺點 變形抗力高 冷擠壓時 被擠壓材料的變形抗力較高 其中最有實用意義 的是鋼的冷擠壓 其變形抗力高達 2000MPa 以上 這樣的超高壓力 對模具材 質 結構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 3000MPa 模具易磨損 易破壞 雖然在模具材料和模具結構等方面采用了很多 有效的措施 但與沖壓模具相比 其使用壽命還是不高的 據有關資料統(tǒng)計 正擠壓用的鋼制凸模平均壽命為 2 萬件左右 凹模為 3 萬件左右 而沖裁或拉 深的模具壽命一般高達 10 萬件以上 對毛坯的要求較高 冷擠壓加工時對毛坯的要求比其他金屬塑性成形加工 工藝都高 否則 會是模具受到損壞 對與冷擠壓毛坯 除了要求毛坯具有準 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毛坯進行一定 的軟化退火處理及表面潤滑處理 對冷擠壓設備要求較高 當實施冷擠壓工藝過程時 除了要求冷擠壓設備 重慶理工大學畢業(yè)論文 JH70 摩托車主軸坯冷鐓成形模具設計 3 應有較大的強度以外 還要求有較好的剛度 此外 還要求設備具有良好的精 度并具有可靠的保險裝置 1 4冷擠壓技術現狀及發(fā)展方向 冷 擠 壓 技 術 發(fā) 展 的 初 期 是 非 常 緩 慢 的 長 期 以 來 只 對 幾 種 軟 金 屬 鉛 和 錫 進 行 擠 壓 直 到 19 紀 末 20 世 紀 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 需 要 很 大 的 壓 力 在 當 時 不 能 解 決 擠 壓 鋼 用 的 模 具 材 料 合 適 的 潤 滑 劑 與 大 噸 位 的 壓 力 機 等 問 題 長 時 間 一 直 認 為 擠 壓 鋼 是 十 分 困 難 甚 至 是 不 可 能 的 1906 年 英 國 人 科 斯 利 特 T W coslett 發(fā) 現 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 濟 效 益 又 差 故 未 被 廣 泛 采 用 不 過 這 種 防 銹 法 的 出 現 卻 極 大 地 激 發(fā) 了 人 們 去 研 究 更 簡 單 而 有 效 的 新 方 法 的 積 極 性 到 后 來 用 自 動 連 續(xù) 裝 置 對 鋼 毛 坯 進 行 磷 酸 鋅 防 銹 處 理 只 需 要 兩 分 鐘 經 磷 酸 鋅 處 理 過 的 毛 坯 表 面 附 有 脂 肪 潤 滑 劑 或 鈉 皂 薄 膜 且 這 層 薄 膜 不 易 脫 落 擠 壓 這 種 毛 坯 時 壓 力 較 小 這 個 發(fā) 現 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 使 鋼 的 擠 壓 成 為 可 能 1934 年 德 國 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 人 需 要 大 量 彈 殼 當 時 黃 銅 又 供 應 不 足 于 是 德 國 人 秘 密 試 驗 用 冷 擠 壓 生 產 鋼 彈 殼 后 來 采 用 合 金 工 具 鋼 作 模 具 材 料 用 冷 擠 壓 成 功 地 擠 出 大 批 量 鋼 彈 殼 類 零 件 第 二 次 世 界 大 戰(zhàn) 以 后 美 國 人 竊 取 了 德 國 人 關 于 鋼 的 冷 擠 壓 的 全 部 資 料 開 始 在 美 國 用 冷 擠 壓 秘 密 生 產 軍 火 開 辦 了 很 多 生 產 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 于 1949 年 發(fā) 表 了 各 種 鋼 材 冷 擠 壓 后 機 械 性 能 的 實 驗 數 據 德 國 于 1950 年 1953 年 先 后 公 布 了 鋼 的 冷 擠 壓 的 基 本 技 術 數 據 及 冷 擠 壓 力 和 擠 壓 功 的 實 驗 結 果 1957 年 日 本 引 進 了 專 用 冷 擠 壓 機 開 始 在 精 密 儀 器 和 儀 表 中 采 用 冷 擠 壓 技 術 日 本 見 這 種 新 技 術 經 濟 效 益 顯 著 很 快 把 這 種 技 術 用 于 制 造 汽 車 和 電 氣 制 件 現 已 成 為 遍 及 各 個 工 業(yè) 部 門 的 重 要 加 工 手 段 隨 著 能 源 危 機 的 日 趨 嚴 重 人 們 對 環(huán) 境 質 量 將 更 加 關 注 加 之 市 場 競 爭 重慶理工大學畢業(yè)論文 JH70 摩托車主軸坯冷鐓成形模具設計 4 日 益 加 劇 促 使 鍛 件 生 產 向 高 效 高 質 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 的 精 化 鍛 件 的 產 量 在 市 場 競 爭 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 鍛 件 的 尺 寸 精 度 重 量 精 度 及 力 學 性 能 等 都 提 出 了 較 高 的 要 求 如 轎 車 發(fā) 動 機 用 連 桿 鍛 件 除 對 大 小 頭 之 間 的 誤 差 有 要 求 外 對 每 件 的 重 量 誤 差 也 要 求 不 大 于 八 克 新 產 品 的 高 要 求 將 促 進 精 化 生 產 工 藝 的 發(fā) 展 專 業(yè) 化 規(guī) 模 化 的 組 織 生 產 仍 是 冷 擠 壓 生 產 的 發(fā) 展 方 向 和 趨 勢 在 法 國 以 擠 壓 成 形 工 藝 生 產 鍛 件 的 專 業(yè) 廠 家 1991 1994 年 全 員 勞 動 生 產 率 即 每 人 生 產 擠 壓 件 的 產 量 及 產 值 均 高 于 一 般 生 產 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 量 為 51024KG 創(chuàng) 產 值 775688 法 郎 而 同 期 一 般 性 生 產 模 鍛 件 的 廠 家 其 人 均 產 量 僅 為 39344KG 產 值 592384 法 郎 僅 相 當 于 擠 壓 件 專 業(yè) 生 產 廠 家 的 77 1 和 76 37 自 由 鍛 件 生 產 廠 與 之 相 比 則 更 低 擠 壓 專 機 將 成 為 一 種 發(fā) 展 趨 勢 隨 著 中 小 型 鍛 件 的 精 化 生 產 發(fā) 展 及 冷 擠 壓 溫 擠 壓 工 藝 的 推 廣 應 用 多 工 位 冷 擠 壓 壓 力 機 精 壓 機 及 針 對 某 種 鍛 件 而 設 計 制 造 的 專 機 會 得 到 大 力 發(fā) 展 新 昌 軸 承 套 圈 的 冷 擠 大 面 積 應 用 是 在 邵 銀 標 工 程 主 導 下 發(fā) 展 起 來 目 前 國 內 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計 3 完成組合凹模設計 4 完成冷鐓專用模架的三維建模 1 6預期目標及效果 1 掌握冷鐓專用模架的設計方法 2 掌握組合凹模的設計方法 3 熟練應用三維軟件對冷擠壓模具進行三維建模 2 冷擠壓零件 重慶理工大學畢業(yè)論文 JH70 摩托車主軸坯冷鐓成形模具設計 5 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 毛坯零件圖如下圖所示 重慶理工大學畢業(yè)論文 JH70 摩托車主軸坯冷鐓成形模具設計 6 圖 3 毛坯材料選取 20CrMo 鋼 材料的基本情況如下 牌號 20CrMo 標準 GB T 3077 1988 對應標準 JIS G4053 2003 ASTM A29M 2005 ISO 683 18 1996 統(tǒng)一數字代號 A30202 20CrMo 鋼的淬透性較高 無回火脆性 焊接性相當好 形成冷裂的傾向 很小 可切削性及冷應變塑性良好 一般在調質或滲碳淬火狀態(tài)下使用 用于 制造在非腐蝕性介質及工作溫度低于 250 含有氮氫混合物的介質中工作的 高壓管及各種緊固件 較高級的滲碳零件 如齒輪 軸等 化學成份 碳 C 0 17 0 24 硅 Si 0 17 0 37 錳 Mn 0 40 0 70 重慶理工大學畢業(yè)論文 JH70 摩托車主軸坯冷鐓成形模具設計 7 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 力學性能 抗拉強度 b MPa 885 90 屈服強度 s MPa 685 70 伸長率 5 12 斷面收縮率 50 沖擊功 Akv J 78 沖擊韌性值 kv 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 消除內應力 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 必須對毛坯進行軟化處理 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 毛坯表面處理與潤滑 重慶理工大學畢業(yè)論文 JH70 摩托車主軸坯冷鐓成形模具設計 8 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量 減少模具的磨損 對冷擠壓毛坯進行潤滑與表面處 理 對該冷擠壓零件潤滑于表面處理主要包括以下內容 1 去除表面缺陷 2 清潔 去脂 濯洗 3 去除表面氧化層 用酸洗或機械處理 4 在毛坯表面形成特殊的潤滑支撐層 磷酸鹽處理 5 潤滑處理 其中 1 3 項處理的目的是改善表面質量 并為以后的磷酸鹽處理 和潤滑處理做好準備 具體操作如下 采用軟軸砂輪或拋光輪進行機械的清理以實現去除表面缺 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 處理時間控制在 15 25分鐘 在進行去油處理后要對效 果進行檢查 用水直接淋在零件上 如果已徹底去油 則誰能浸潤所有表面 在化學去油后 要在熱水中對毛坯進行沖洗 在80 的熱水中進過4 6次吊動 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 處理時間控制在 5 15分鐘 2 4毛坯變形程度 重慶理工大學畢業(yè)論文 JH70 摩托車主軸坯冷鐓成形模具設計 9 冷鐓時 毛坯高度減小 直徑增大 變形程度用下式表示 式中 10 0 Hh 冷鐓時變形程度 毛坯鐓粗前的高度 mm H 毛坯h 0 鐓粗后的高度 mm 根據上式計算出本次冷鐓的毛坯變形程度為 16 15 h 重慶理工大學畢業(yè)論文 JH70 摩托車主軸坯冷鐓成形模具設計 10 3 冷擠壓模具設計 冷擠壓的最大特點之一是單位擠壓力很大 可能達到材料抗拉極限的 4 到 6 倍甚至更高 遠超一般塑性加工過程的單位擠壓力 冷擠壓模具連續(xù)工作時 溫度可達 200 300 有時還可能更高 可見 冷擠壓模具的工作環(huán)境是相當惡 劣的 這就對模具的結構 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 從而在惡劣的工作條件下能過正常工 作 同時保證一定的使用壽命 所以 所設計的冷擠壓模具應具有以下特點 1 模具應具有足夠的剛度及強度 在冷熱溫度及交變應力環(huán)境下 模具所選 用材料應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保證有 足夠的厚度 直接工作的零件應選用較好的材料 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 易損零件應保證拆卸及安裝快捷 便于更換 在大量生產過程中 要保證 易損件具有較好的互換性 4 凸 凹模應具有合理的幾何形狀 以避免產生應力集中 有利于金屬在擠 壓過程中的塑性流動 降低單位及壓力 提高模具的承載能力 5 模具應具有比較精確的導向裝置 以使模具從開始擠壓到擠壓結束的整個 過程中都能有比較良好的對中性和同軸度 如此才能保證制造出符合要求的擠 壓件 尤其是當壓力機導向精度較低 而產品要求精度要求又較高時 一個合 適模具導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過程中的安全 盡量使安裝 拆卸模具 的過程簡化 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成本 如 在模具材料 制造工藝 加工精度的選擇上嚴格控制成本 綜合以上設計要求 并結合具體模具的實際情況 JH70 摩托車主軸坯冷鐓 模具模架及主要零部件設計如下 重慶理工大學畢業(yè)論文 JH70 摩托車主軸坯冷鐓成形模具設計 11 3 1冷擠壓模架整體結構設計 JH70 摩托車主軸坯冷鐓模具整體結構如下圖所示 模具采用?？趯虻睦?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 常更換 故將上 下凹模設計成錐形固定 以方便裝卸 同時 這樣設計也使 模具的承壓面積增大 使壓力不至過于集中 同時 在上模及上模座之間設計 有淬硬墊板 以防止過大的壓力將上模座壓潰 整個上模用一個特型緊固螺母 包裹住 為了便于將擠壓完成的工件從模具中取出 設計了頂出裝置 下模 座中的頂桿 工件擠壓完成后 頂桿通過向上頂頂料桿 頂料桿再最終將工件 從模具中頂出 在設計頂料桿的過程中著重考慮了它的長度 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 由于冷擠壓力過程中下 模部分的的壓力幾乎完全由頂料桿承擔 故在頂料桿下方與下模座之間設計有 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 此模架采用較為簡便的?？趯?這 種通過模具自身實行導向的設計使上 下模對正簡單 導向精度高且簡單方便 是冷鐓模具較理想的導向方式 在上 下模合模的過程中模圈導向套先與下模 固定套接觸并配合導向 導向一段距離之后上凹模再與工件接觸 此后的整個 擠壓過程中模圈導向套始終與下模固定套配合導向 從而保證了擠壓過程中上 下模的同軸度 此模具具有導向良好簡便 易于拆裝換模 模具零件制造簡單等優(yōu)點 基 本上滿足了設計要求 下圖即為模具裝配圖 重慶理工大學畢業(yè)論文 JH70 摩托車主軸坯冷鐓成形模具設計 12 圖 4 1 上模板 2 上模座 3 上模座 4 模圈導向套 5 六角頭螺釘 6 下模預應力圈 7 頂料桿 8 下模座 9 墊圈 10 內六角圓柱頭螺釘 11 下模板 12 內六角圓柱頭螺 釘 13 墊板 14 桿芯 15 上凹模 16 上模預應力圈 17 下凹模 18 墊板 19 墊 塊 20 頂桿 3 2模具主要零部件的設計 3 2 1上模板的設計 材料基本尺寸的確定 通過查閱手冊 確定上模板的材料為 45 鋼 根據上模尺寸確定上模板長寬 尺寸為 580 455 確定厚度為 70mm 保證了上模板的強度 使其在很高的擠 壓力作用下不會失效 螺釘孔及定位凹槽的設計 根據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 根據擠壓力的大小 為保證上模板與上模座之間足夠的連接強度 也考慮 到二者連接后必須保證上模板是一個平面以便上模板能順利地與壓力機連接 故確定采用 M12 內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 避免在連接過程中二者出現滑移 在上模板上設計了用于固定上模座的的 重慶理工大學畢業(yè)論文 JH70 摩托車主軸坯冷鐓成形模具設計 13 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的連接 其距離是根據壓力機上 T 形槽之間的距 離確定的 此模具采用的是 200T 油壓機 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 U 形槽的距離為 200mm 再根據模板的 尺寸確定 U 形槽寬度為 30mm 長度為 40mm 起吊孔的設計 為了便于模板的移動 起吊 在板的側面設計了兩個 M20 的起吊孔 也可 用于上模板角度 位置的調整 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上模座的設計 上模座在整個模具中起著十分重要的作用 不僅固定著整個上模 使上模 重慶理工大學畢業(yè)論文 JH70 摩托車主軸坯冷鐓成形模具設計 14 固定在上模板上 而且保證了上 下模的同軸度 起到了至關重要定位作用 為了使上模座準確固定在上模板上 在模座上方設計了與上模板凹槽配合的凸 臺 凸臺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 螺紋應避免一直延伸到模座根部 故凸 臺的設計實現了這一要求 上模座如下圖所示 圖 6 3 2 3墊板的設計 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 下模座之間分別設計了淬硬墊板 其中位于下模與下模座之間的墊板 通過 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度 同樣 墊板上也設計了起吊孔 以便于 墊板的起吊和移動 墊板零件圖如下圖所示 重慶理工大學畢業(yè)論文 JH70 摩托車主軸坯冷鐓成形模具設計 15 圖 7 3 2 4下模座的設計 與上模座一樣 下模座在整個模具結構中同樣起著至關重要的作用 除了 承載下模 連接下模與下模板之外 與上模板類似的 下模板也擔負著定位的 任務 保證了下模與上模的同軸度 下模中心位置設計有凹槽 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應力圈 根據下模 預應力圈的尺寸確定了螺紋孔的位置 進而確定了下模座凹槽內螺紋孔的位置 下模固定套尺寸查手冊決定采用 M10 六角頭螺釘作為連接緊固件 同時 下模 座的底部也設計有 6 個均布螺紋孔 用于模座與下模板的連接固定 同樣 根 據模座尺寸確定了螺紋孔的位置 此處采用 M16 內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留有間隙 故通孔直徑應略大于頂料桿大 頭直徑 下模座如下圖所示 圖 8 3 2 5下模預應力圈的設計 下模預應力圈用于承載 固定下模 同時 在上 下模合模的過程中還通 過與模圈導向套的配合起到導向的作用 預應力圈內孔尺寸根據下凹模外圓尺 重慶理工大學畢業(yè)論文 JH70 摩托車主軸坯冷鐓成形模具設計 16 寸確定 為了增大傳力面積 防止過大的集中力將固定套壓潰 將下模固定套 內圈設計成錐面形狀 其外全尺寸與模圈導向套尺寸相符 以保證精確導向 根據固定套的尺寸確定出螺釘通孔的位置 通過 M10 六角頭螺釘將其固定在下 模座上 內圈具體尺寸等設計詳見下章 下模固定套如下圖所示 圖 9 3 2 6下模板的設計 下模板在擠壓過程中起到支撐整個模具的作用 其設計過程與上模板類似 簡述如下 材料及基本尺寸的的確定 通過查閱手冊 確定下模板材料為 45 鋼 長寬尺寸為 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計 下模板上表面設計有定位凹槽 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 個均布螺紋孔 用于與下模座的連接緊固 螺釘采用 M16 內六角圓柱頭螺釘 起吊孔的設計 和上模板一樣 下模板側面也開有起吊孔 所不同的是下模板起吊孔設計有 4 個 這是由于下模板體積 重量較上模板大 故起吊孔的數量有所增加 起吊 孔采用 M20 螺紋孔 深度為 20mm 下模板如下圖所示 重慶理工大學畢業(yè)論文 JH70 摩托車主軸坯冷鐓成形模具設計 17 圖 10 3 2 7模圈導向套的設計 模圈導向套是整個模具導向裝置的核心 起著保證上 下模同軸度的的關 鍵作用 模口導向通過模具自身零件實現導向 導向簡便 實用 可靠 導向 效果優(yōu)于導柱導向 是冷鐓模具常采用的導向方式 ?？趯虻年P鍵是 在冷 鐓之前要保證讓下模進入上模的?？趯蛱紫葘蛞欢尉嚯x 所以 要計算模 口導向套導向部分的高度 具體計算過程如下 下凹模腔高度為 100mm 毛坯 高度為 130mm 當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 擠壓之前又要先導向一段距離 所以 確定模圈導向套導向部分的高度 為 65mm 模圈導向套與下凹模預應力圈采用基孔制間隙配合 H7 h6 模圈導向 套如下圖所示 重慶理工大學畢業(yè)論文 JH70 摩托車主軸坯冷鐓成形模具設計 18 圖 11 重慶理工大學畢業(yè)論文 JH70 摩托車主軸坯冷鐓成形模具設計 19 4 組合凹模設計 如前所述 作用在冷擠壓凹模內壁的單位擠壓力是非常大的 如果冷擠壓 凹模采用整體式結構就有可能產生縱向開裂 實踐和理論分析都證明 采用單 純增大壁厚的辦法打不到提高凹模強度的目的 而采用組合式結構是一種解決 凹模縱向開裂行之有效的辦法 因此 組合凹模在冷擠壓技術中得到了廣泛應 用 本模具就采用了雙層組合凹模的設計 設計過程如下 4 1組合凹模結構形式的確定 冷鐓單位壓力的確定 根據公式 式中 P 自由鐓粗的單 HDf31 p 位壓力 MPa 變形終了時變形抗力 MPa 由 值查圖 f 摩0ln 擦因數 一般取 f 0 1 鐓粗變形后的直徑 mm 鐓粗變形KDK 后的高度 mm 查圖并計算得單位擠壓力為 p 1235MPa 查 實用冷擠壓技術 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 其結構如下圖所示 圖 12 兩層組合凹模結構 4 2組合凹模各圈直徑的確定 查閱 冷擠壓實用技術 得如下公式 231 6 4 d 重慶理工大學畢業(yè)論文 JH70 摩托車主軸坯冷鐓成形模具設計 20 根據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 度要求 各直徑盡量取較大值 即上組合凹模 17 5mm 5 87 5mm 1d2d1 2 175mm 考慮到此模具?？趯虻脑O計 下模圈直徑應小于上模圈 故3d2 下模組合凹模各圈直徑為 17 5mm 4 70mm 2 140mm 1d2132 4 3組合凹模徑向過盈量與軸向壓合量的確定 以上組合凹模為例計算過程如下 在確定了各圈直徑之后 便可確定 處2d 的徑向過盈量 與軸向壓合量 先從兩層組合凹模徑向過盈系數與直徑比的2d 2c 關系查出徑向過盈系數 0 0095 又按兩層組合凹模軸向壓合系數與直徑比2 的關系查出軸向壓合系數 0 18 則 0 83mm 15 75mm2d 2c d 采用基孔制過盈配合取 H7 s6 孔 軸 2035 87 208 713 由此可得出徑向過盈量的范圍為 9m 6 本組合凹模采用室溫壓合 壓合斜度取 1 5 由此可計算出軸向壓合范 圍為 mm 16 5 98 同理 查圖得下組合凹模徑向過盈系數 0 0091 軸向壓合系數2 0 17 所以徑向過盈量 0 637mm 軸向壓合量2 2d 11 9mm 同樣采用基孔制過盈配合取 H7 s6 孔 軸 cd 03 7 078 5964 由此算出徑向過盈量的范圍為 mm 同樣采用室溫壓合 壓合斜718 0 69 度取 1 5 由此算出軸向壓合范圍為 mm 6 352 查表知 選用 Cr12MoV 作為凹模材料 選用 35CrMoA 作為凹模預應力圈材 料 組合凹模見下圖 重慶理工大學畢業(yè)論文 JH70 摩托車主軸坯冷鐓成形模具設計 21 圖 13 上組合凹模 圖 14 下組合凹模 重慶理工大學畢業(yè)論文 JH70 摩托車主軸坯冷鐓成形模具設計 22 5 模具及其零部件的三維建模 此模具使用了 Solidworks2012軟件對其進行三維建模 Solidworks 為達 索系統(tǒng) Dassault Systemes S A 下的子公司 專門負責研發(fā)與銷售機械設計 軟件的視窗產品 達索公司是負責系統(tǒng)性的軟件供應 并為制造廠商提供具有 Internet 整合能力的支援服務 該集團提供涵蓋整個產品生命周期的系統(tǒng) 包 括設計 工程 制造和產品數據管理等各個領域中的最佳軟件系統(tǒng) 著名的 CATIAV5就出自該公司之手 目前達索的 CAD 產品市場占有率居世界前列 Solidworks 功能強大 易學易用和技術創(chuàng)新是 SolidWorks 的三大特點 使得 SolidWorks 成為領先的 主流的三維 CAD 解決方案 SolidWorks 能夠提供不 同的設計方案 減少設計過程中的錯誤以及提高產品質量 SolidWorks 不僅提 供如此強大的功能 同時對每個工程師和設計者來說 操作簡單方便 易學易 用 Solidworks 系統(tǒng)自帶的標準件庫 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 模型數據可被直 接調用 5 1冷鐓模具裝配體三維模型 重慶理工大學畢業(yè)論文 JH70 摩托車主軸坯冷鐓成形模具設計 23 5 2非標準零部件三維模型 墊板 頂桿 頂料桿 重慶理工大學畢業(yè)論文 JH70 摩托車主軸坯冷鐓成形模具設計 24 模圈導向套 上凹模 重慶理工大學畢業(yè)論文 JH70 摩托車主軸坯冷鐓成形模具設計 25 上模板 上模緊固螺母 重慶理工大學畢業(yè)論文 JH70 摩托車主軸坯冷鐓成形模具設計 26 上模座 下凹模 重慶理工大學畢業(yè)論文 JH70 摩托車主軸坯冷鐓成形模具設計 27 下凹模預應力圈 下模座 重慶理工大學畢業(yè)論文 JH70 摩托車主軸坯冷鐓成形模具設計 28 上組合凹模預應力 桿芯 重慶理工大學畢業(yè)論文 JH70 摩托車主軸坯冷鐓成形模具設計 29 6 總結 本文是對 JH70 摩托車主軸坯冷鐓模具的設計 針對 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 有很大的技術優(yōu)勢 采用冷擠壓技術 大大簡化了工序 提高了生產效率 降低了加工難度和生產 制造成本 在設計中首先對擠壓件進行了外形和力學性能的分析 進而對模架整體結構 進行了設計和確定 分析了模具各個零部件的設計目的 確定了各個零部件尺 寸材料等要素 最后對一些模具設計過程中的細節(jié)問題進行了解決 為了更加 充分的表達模具外形和工作原理 在完成模具設計之后又對其進行了三維建模 通過本次畢業(yè)設計 對冷擠壓模具的結構和工作原理有了比較深刻的認識 通過指導老師的講解和對查閱相關書籍 對冷擠壓模具設計的重點問題和注意 事項有了較為全面的了解 在模具的設計過程中 應用了大學所學的相關專業(yè) 課程如理論力學 材料力學 機械制圖 互換性與技術測量 機械設計 機械 原理 機械工程材料等內容 在用的過程中又實現了對舊知識的復習和更深入 地理解 在三維建模的過程中 又對相關軟件的操作進行了熟悉 總之 畢業(yè) 設計是對大學所學知識的一次系統(tǒng)應用 使我們做到將知識融會貫通并應用于 應用到了實踐中 真正做到格物致知 知行合一 在畢業(yè)設計過程中積累的設 計思想 方法 過程等寶貴經驗將在后的學習工作過程中繼續(xù)發(fā)揮重要作用 重慶理工大學畢業(yè)論文 JH70 摩托車主軸坯冷鐓成形模具設計 30 7 致謝 本研究及論文是在我的導師馮文杰老師的親切關懷和悉心指導下完成的 他嚴肅的科學態(tài)度 嚴謹的治學精神 精益求精的工作作風 深深地感染和激 勵著我 馮老師不僅在學業(yè)上給我以精心指導 同時還在思想 生活上給我以 無微不至的關懷 在此謹向 老師致以誠摯的謝意和崇高的敬意 我還要感謝在 一起愉快的度過畢業(yè)論文小組的同學們 正是由于你們的幫助和支持 我才能 克服一個一個的困難和疑惑 直至本文的順利完成 在論文即將完成之際 我的心情無法平靜 從開始進入課題到論文的順利 完成 有多少可敬的師長 同學 朋友給了我無言的幫助 在這里請接受我誠 摯的謝意 最后我還要感謝培養(yǎng)我長大含辛茹苦的父母 謝謝你們 最后 再次對關心 幫助我的老師和同學表示衷心地感謝 重慶理工大學畢業(yè)論文 JH70 摩托車主軸坯冷鐓成形模具設計 31 參 考 文 獻 1 洪 慎 章 冷 擠 壓 實 用 技 術 北 京 機 械 工 業(yè) 出 版 社 2004 2 賈 俐 俐 擠 壓 工 藝 及 模 具 北 京 機 械 工 業(yè) 出 版 社 2004 3 傅仕偉 王珉 左敦穩(wěn) 冷擠壓孔抗疲勞增壽機理與試驗研究 J 航空工 藝技術 1998 4 劉長珍 唐有乾 李立 開縫襯套冷擠壓孔工藝 J 航空制造技術 2000 5 馮文杰 陳瑩瑩 陳碧楠 矩形花鍵軸冷擠壓模具的失效形式分析 機械設 計與制造 2008 6 宋鵾 馮文杰 楊濤 等 弧齒錐齒輪冷擠壓齒形凹模使用壽命 重慶工學 院學報 自然科學版 2008 7 高錦張 陳文琳 賈俐俐 塑性成形工藝與模具設計 第二版 北京 機械 工業(yè)出版社 2008 8 上海交通大學冷擠壓技術編寫組 冷擠壓技術 上海 上海人民出版社 1976 9 洪深澤 冷擠壓工藝及模具設計 合肥 安徽科學技術出版社 1985 10 楊長順 冷擠壓模具設計 北京 國防工業(yè)出版社 1994 11 馮寶偉 胡江東 日本汽車零件的冷鍛技術 鍛壓機械 1998 12 謝建新 劉靜安 金屬擠壓理論與技術 北京 冶金工業(yè)出版社 2001