外管冷擠壓工藝方案分析及模具設(shè)計(jì)

1、連接外管擠壓成形工藝分析及模具設(shè)計(jì)湖南工業(yè)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院材料成型061班 ： 余海洋 指導(dǎo)老師：金仁鋼摘要：探討了連接外管冷擠壓工藝的可行性，通過(guò)對(duì)產(chǎn)品零件圖、擠壓材料的成形性能的分析,制定了幾種工藝方案并進(jìn)行分析比較，從而實(shí)現(xiàn)了工藝方案的優(yōu)化。在此基礎(chǔ)上，完成了對(duì)連接外管冷擠壓模具的設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞：（紫銅）連接外管；冷擠壓；模具設(shè)計(jì) Cold extrusion process and design of die for copper connecting the outer tube(Material Shaping and Control Engineering 061，Mechanic

2、al School ,Hunan University of Technology:Yu Hai-yang. Instructor: Jin Ren-gang)Abstract: The feasibility of extrusion forming of connecting the outer tube was discussed in this article. With the analysis of several technological programs and extrusion forming properties of the material, the optimal

3、 plan was made and selected, the technological process was determined. Based on the pre-discussion, the extrusion die was designed. Key words: Copper connecting the outer tube; cold extrusion; die design1 引言冷擠壓是指在室溫下，利用壓力機(jī)的簡(jiǎn)單往復(fù)運(yùn)動(dòng)，使放在冷擠壓模腔內(nèi)的金屬毛坯，在強(qiáng)大的壓力和一定的速度作用下，迫使金屬產(chǎn)生塑性變形，從而獲得所需形狀、尺寸以及具有一定機(jī)械性能的擠壓件。與傳

4、統(tǒng)的機(jī)械加工相比，它不僅可以提高生產(chǎn)效率，節(jié)約生產(chǎn)成本，而且在擠壓過(guò)程中，零件處于三向壓應(yīng)力狀態(tài)，變形后材料組織致密，具有連續(xù)的金屬流向，可以提高零件的機(jī)械性能。紫銅（T2）連接外管是建筑、制冷、造船、化工等行業(yè)關(guān)鍵連接部件，在工業(yè)生產(chǎn)中起著重要的作用，其需求量非常大。 本文以紫銅（T2）連接外管為例，通過(guò)對(duì)產(chǎn)品零件圖、擠壓材料的成形性能的分析,制定了幾種工藝方案并進(jìn)行分析比較，得出一種最優(yōu)工藝方案，并以此為基礎(chǔ)完成連接外管冷擠壓模具設(shè)計(jì)。2 冷擠壓工藝方案2.1 連接外管的零件圖圖1所示為紫銅連接外管的零件圖和三維圖，從圖上我們可以直觀地看出此零件為一個(gè)外形和內(nèi)孔都有階梯的空心零件。形狀比較

5、規(guī)則，呈軸對(duì)稱圖形，轉(zhuǎn)角處均有一定的圓弧過(guò)渡，產(chǎn)品壁厚不均勻。在尺寸方面上看，零件精度要求比較高。產(chǎn)品的材料為純銅T2，純銅T2是有色金屬。主要力學(xué)性能（退火狀態(tài)）：屈服強(qiáng)度=220-240MPa,伸長(zhǎng)率45%。 圖1 連接外管零件圖和三維圖2.2 工藝方案分析及優(yōu)化從擠壓工藝分析來(lái)看，冷擠壓工藝可分為幾種方案，現(xiàn)將各方案分析如下：(1)成形工藝方案工藝過(guò)程：車床下料軟化退火酸洗、潤(rùn)滑復(fù)合擠壓（a）下料 （b）復(fù)合擠壓此方案在通過(guò)車床下料獲得毛坯后，直接采用復(fù)合擠壓，一次擠壓成形。雖然這樣通過(guò)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(jìn)行復(fù)合擠壓的過(guò)程中，金屬變形復(fù)雜，金屬

6、流動(dòng)不易控制，因此在尺寸上不容易控制，會(huì)影響產(chǎn)品質(zhì)量與精度，從而無(wú)法保證產(chǎn)品的質(zhì)量。在擠壓后，擠壓件會(huì)很緊地包在凸模上，卸件過(guò)程中很容易使凸模斷裂，減少凸模的使用壽命。該方案的毛坯采用車床車削下料，不僅生產(chǎn)效率較低，而且材料利用率為71.6%，不是很高，因此不宜采用這種方案。（2）成形工藝方案工藝過(guò)程：車床下料軟化退火酸洗、潤(rùn)滑反擠壓正擠壓（a）下料（b）反擠壓（c）正擠壓 本方案和方案的區(qū)別在于通過(guò)車床下料獲得毛坯后，先采用反擠壓，然后再利用正擠壓成形。與方案一相比較來(lái)說(shuō)，比較容易控制高度方向上的尺寸，但是單純的反擠壓、正擠壓使得單位擠壓力變大，模具壽命會(huì)降低。該方案的毛坯采用車床車削下料，

7、不僅生產(chǎn)效率較低，而且材料利用率為70.8%，不是很高，故不采用該方案。（3）成形工藝方案工藝過(guò)程：車床下料軟化退火酸洗、潤(rùn)滑復(fù)合擠壓正擠壓（a）車床下料 （b）復(fù)合擠壓（c）正擠壓 本方案中間工序采用復(fù)合擠壓使得擠壓力會(huì)降低，模具壽命增加，同時(shí)金屬流動(dòng)變形有序，易于控制。只是用車床下料，不僅降低了生產(chǎn)效率，而且材料的利用率（70.8%）也不是很高，故不采用。（4）成形工藝方案工藝過(guò)程：剪切下料 軟化退火酸洗、潤(rùn)滑鐓粗整形 復(fù)合擠壓 沖連皮復(fù)合擠壓正擠壓（a）下料（b）鐓粗整形（c）復(fù)合擠壓（d）沖連皮（e）復(fù)合擠壓（f）正擠壓本方案與方案三區(qū)別在于毛坯的獲得形式不同。本方案采用對(duì)棒料剪切下料

8、，再通過(guò)鐓粗整形、擠壓通孔、沖連皮獲得毛坯件。相比于車床下料，剪切是生產(chǎn)毛坯方法中最迅速和最經(jīng)濟(jì)的一種，常用于生產(chǎn)中小直徑的毛坯。一方面，材料利用率高達(dá)95%以上，考慮到銅的價(jià)格昂貴，因而這種方式是比較經(jīng)濟(jì)的；另一方面，由于該產(chǎn)品的批量大，而車床下料只適合于小批量及大直徑扁平狀的毛坯下料，采用棒料剪切下料，加工效率高，能滿足生產(chǎn)的需要。雖然這種方案，一定程度上增加了工序，但是獲得了高的材料利用率和經(jīng)濟(jì)效益，而且生產(chǎn)出來(lái)的零件精度也能滿足需求。 綜上述，本設(shè)計(jì)采用方案作為該產(chǎn)品的擠壓工藝。3 工藝參數(shù)計(jì)算3.1毛坯的選擇毛坯的體積是根據(jù)擠壓件圖按照體積不變?cè)瓌t進(jìn)行計(jì)算的，如果擠壓過(guò)程中各工序有體

9、積損耗量，則總的毛坯體積為擠壓件體積和各個(gè)工序中損耗體積量之和。由文獻(xiàn)1中的式3-1，計(jì)算坯料體積如下。= =17396.96 mm式中 V坯料體積，mm；工件體積，mm； 損耗體積mm；為了剪切下料方便，毛坯的高徑比應(yīng)大于或等于1，根據(jù)銅棒材的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格選用直徑為28mm的T2棒材。3.2擠壓變形程度本次計(jì)算圖7中的正擠壓工序的變形程度為： =（）/=76.9%由2表4.1可得純銅在正擠壓時(shí)的許用變形程度為90%95%，在反擠壓時(shí)的許用變形程度為70%90%。3.3擠壓力計(jì)算及壓力機(jī)選擇采用圖解法計(jì)算單位擠壓力，由2圖4.31知，由斷面縮減率=76.9%向上投影與所擠壓的材料曲線Cu相交后，沿

10、水平方向向右投影與斷面縮減率=76.9%斜線相交，再垂直向下投影求得單位擠壓力p=830MPa。由3表3.9式1可計(jì)算總擠壓力?？倲D壓力的計(jì)算如下：P = pF= 421.66KN式中，p為單位擠壓力（MPa），F(xiàn)為凸模工作部分橫斷面積。根據(jù)總擠壓力選用型號(hào)為YF32-100A通用四柱式液壓機(jī)作為擠壓設(shè)備。詳見(jiàn)文獻(xiàn)5。4 模具設(shè)計(jì)擠壓件的質(zhì)量與擠壓模具的設(shè)計(jì)有直接關(guān)系，合理的模具結(jié)構(gòu)是生產(chǎn)出合格優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品的關(guān)鍵之一，必須根據(jù)具體零件的結(jié)構(gòu)、材質(zhì)設(shè)計(jì)出正確的模具結(jié)構(gòu)。圖8是最后一步工序正擠壓成形模具結(jié)構(gòu)圖。模具采用通用模架，通過(guò)更換凸凹模能擠壓不同規(guī)格的零件，節(jié)約生產(chǎn)成本。凸模采用組合式凸模，由凸

11、模外套6和凸模芯棒7兩部分組成，在損壞一個(gè)部件后不用更換整個(gè)凸模，從而節(jié)約了成本。組合凸模利用凸模固定圈4和特形螺母緊10固在上模座中，并用凸模墊塊8進(jìn)行支撐。這樣就可達(dá)到方便迅速地進(jìn)行凸模的拆換、安裝的目的。凹模采用預(yù)應(yīng)力組合凹模，預(yù)應(yīng)力組合式凹模通過(guò)外套對(duì)內(nèi)圈施加預(yù)應(yīng)力，使冷擠壓所引起的切向拉應(yīng)力被預(yù)壓時(shí)產(chǎn)生的切向壓應(yīng)力部分或全部抵消，從而提高了模具的強(qiáng)度。在當(dāng)凹模損壞后，僅需要更換內(nèi)圈，預(yù)應(yīng)力的外圈可以繼續(xù)使用，整個(gè)凹模不致于報(bào)廢。組合凹模（17、18）放在凹模墊塊21上，利用凹模壓板12緊固在凹模固定圈13上，并將凹模固定圈鎖緊在下模座上。上模下行時(shí)，開(kāi)始先由導(dǎo)柱24與導(dǎo)套1、導(dǎo)柱14

12、與導(dǎo)套11進(jìn)行導(dǎo)向，當(dāng)凸模開(kāi)始進(jìn)入凹模腔時(shí)，凸模與凹模也起?？趯?dǎo)向作用，凸模7向下運(yùn)動(dòng)至擠壓面，在凸模的壓力作用下，開(kāi)始對(duì)凹模18的定位坑內(nèi)的毛坯進(jìn)行擠壓，至下死點(diǎn)時(shí)工件正擠壓成形。成形后，隨著上模的回程，凸模離開(kāi)凹模，而工件則留在凹模上。由液壓機(jī)上的頂出裝置帶動(dòng)推桿20運(yùn)動(dòng)，使頂料桿19將工件頂出凹模。取走工件后，再將毛坯放在凹模18的定位坑內(nèi)，依此反復(fù)進(jìn)行。圖8 正擠壓成形模具結(jié)構(gòu)圖1、11-導(dǎo)套 2-上模座 3、22、23-內(nèi)六角螺釘 4-凸模固定圈 5-錐形緊固圈 6-凸模外套 7-凸模芯棒 8-凸模墊板 9、16-圓柱銷釘 10-特形螺母 12-凹模壓板 13-凹模固定圈 14、24-導(dǎo)柱 15-下模座 17-預(yù)應(yīng)力圈 18-凹模 19-頂料桿 20-推桿 21-凹模墊塊 5 結(jié)語(yǔ) 連接外管采用冷擠壓加工后，提高了零件的精度和表面質(zhì)量，改善了強(qiáng)度和韌性，減少了切削加工量，節(jié)約了原材料，提高了生產(chǎn)效率