擠壓模具設計課程設計

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p>　　第一章概 述- 1 -</p><p>　　1.1模具簡介- 1 -</p><p>　　1.2熱擠壓模具在有色金屬生產中的應用- 1 -</p><p>　　1.3我國模具現狀與發(fā)展- 1 -</p><p>　　

2、1.4我國模具發(fā)展所面臨的問題- 2 -</p><p>　　第二章?？撞贾? 3 -</p><p>　　2.1?？孜恢玫呐帕? 3 -</p><p>　　2.2擠壓比計算- 4 -</p><p>　　第三章模具尺寸設計- 5 -</p><p>　　3.1 ?？壮叽绲拇_定- 5 -</p&

3、gt;<p>　　3.2 ?？坠ぷ鲙чL度的確定- 5 -</p><p>　　3.3模具外形尺寸設計- 5 -</p><p>　　3.4 擠壓模結構形式與模具外形錐度- 6 -</p><p>　　3.5 模具入口處圓角半徑的確定- 6 -</p><p>　　3.6 模具出口部位結構及尺寸- 7 -</p&g

4、t;<p>　　3.7 模具材料的確定- 8 -</p><p>　　第四章棒材模強度校核- 9 -</p><p>　　第五章模具實體圖- 11 -</p><p>　　第六章 總結- 12 -</p><p>　　參考文獻- 13 -</p><p><b>　　概 述<

5、/b></p><p><b>　　1.1模具簡介</b></p><p>　　模具，工業(yè)生產上用以注塑、吹塑、擠出、壓鑄或鍛壓成型、冶煉、沖壓、拉伸等方法得到所需產品的各種模子和工具。簡而言之，模具是用來成型物品的工具，這種工具由各種零件構成，不同的模具由不同的零件構成。他主要通過成型材料物理狀態(tài)的改變來實現物品外形的加工。</p><p&

6、gt;　　模具是制造業(yè)的重要基礎工藝裝備，工業(yè)產品大批量生產和新產品開發(fā)都離不開模具，用模具生產制件所達到的(四高二低)高精度，高復雜程度，高一致性，高生產率和低耗能、低耗材，使模具工業(yè)在制造業(yè)中的地位越來越重要。在中國人們已經越來越認識到模具技術水平的高低，已經成為衡量一個國家制造業(yè)的水平高低的重要標志，并在很大程度上決定著產品質量，效益和新產品的開發(fā)能力。</p><p>　　模具品種繁多，共有10大類，包括

7、沖壓、塑料、橡膠、鑄造、鍛壓等，用于制造業(yè)中幾乎所有產品的生產，可見模具的服務范圍已包括國民經濟的許多方面，現在模具技術已成為衡量一個國家產品制造水平的重要標志之一，沒有高水平的模具就沒有高水平的產品已成為共識。隨著產品更新換代越來越快，新產品不斷涌現。新技術日新月異，模具的使用范圍已越來越廣，對模具的要求也越來越高了。</p><p>　　1.2熱擠壓模具在有色金屬生產中的應用</p><p

8、>　　在當代工業(yè)制品和生活制品中，有相當部分金屬構件的成品或半成品是經過壓力加工方法生產而得的。采用模具加工成形金屬構件，具有生產效率高，質量好，節(jié)省材料，成本低，以及規(guī)格靈活多變等特點，近幾年來，在國民經濟建設的各個領域中，得到了廣泛的應用。</p><p>　　模具是金屬壓力加工的基礎，模具的設計與制造技術是金屬壓力加工的核心，而模具的質量和使用壽命是決定金屬壓力加工過程是否經濟可行的關鍵。模具技術特別

9、是設計制造精密，復雜，大型，壽命長的模具是衡量一個國家工業(yè)水平的重要標志之一，因此有“模具是工業(yè)之母”之說。</p><p>　　1.3我國模具現狀與發(fā)展</p><p>　　模具的設計制造是一個由產品模型到生產工藝裝備的逆向過程，一副模具制造完畢后往往還需要經過多次的試模過程，才能符合成形工藝的需要，達到產品的尺寸和質量要求。試模、修模的次數直接影響模具的生產成本和生產周期，如何及早發(fā)現

10、設計方案的不合理處，減少試模的次數，以滿足市場對模具質量和交貨期日益苛刻的要求，成為了一個非常突出的問題。</p><p>　　數字模擬CAE技術的出現，為解決這一問題提供了有力的技術支持。通過減少實際的試模次數，將會大大縮短模具的交貨期。在模具設計過程中加強前期的分析仿真，將會提高成形工藝和模具結構設計的水平，減少試模的工作量，降低模具制造成本，縮短模具新產品的設計制造周期。</p><p&

11、gt;　　我國模具行業(yè)現己廣泛地采用了CAD／CAM技術，在應用中取得了顯著效益。目前，較有規(guī)模的模具企業(yè)都已采用了CAD／CAM技術，在模具設計中甩掉了圖板，采用CAM技術加工復雜模具型面。經濟實力較強的模具企業(yè)已開始應用高速加工機床加工模具。</p><p>　　雖然中國模具工業(yè)在過去十多年中取得了令人矚目的發(fā)展，但許多反方面與工業(yè)發(fā)達國家相比仍有較大差距。特別在大型，精密，復雜和長壽命模具技術上存在明顯差異

12、，這些類型模具的生產 能力的不能滿足國內需求，因而需要大量從國外口。根據“十一五”模具行業(yè)發(fā)展的任務與目標，我國模具行業(yè)要努力解決發(fā)展中存在的諸如總量供不應求、產品結構不夠合理、工藝裝備水平低、配套性不好、利用率低、技術人才嚴重不足、專業(yè)化程度低、高檔產品市場缺席等問題，使我國模具行業(yè)向大型、精密、復雜、高效、長壽命和多功能方向發(fā)展，在良好的市場環(huán)境中穩(wěn)步前進。</p><p>　　1.4我國模具發(fā)展所面臨的問題

13、</p><p>　　目前我國大部分模具企業(yè)應用CAD技術還限于二維繪圖，數控加工在模具制造中所占的比例仍然較低，與國外先進水平相比，還有較大差距。CAE在我國模具行業(yè)的應用還剛起步，只有為數不多的企業(yè)才購買了少量的商品化CAE軟件，處于嘗試應用、積累經驗的過程中。歸納起來，我國模具CAD／CAE／CAM技術的應用和開發(fā)上還存在以下問題：</p><p>　　1）大多數企業(yè)CAD的應用還處

14、于計算機繪圖階段，還未開始三維模具設計，致使CAD的效能尚未得到充分發(fā)揮，模具設計制造過程中的信息集成受到影響。</p><p>　　2）從總體上講，模具企業(yè)應用CAE還處于初級階段，只有少部分的企業(yè)開始應用CAE，應用面還需進一步擴大，應用水平還有待提高。</p><p>　　3）高水平的CAD／CAE／CAM應用人員，特別是CAE應用人員缺乏，影響了（CAD／CAE／CAM技術的應用效

15、果。培養(yǎng)大量的CAD／CAE／CAM應用人才，是模具企業(yè)普遍面臨的問題。</p><p>　　4）模具CAD／CAM系統的二次開發(fā)跟不上，利用通用軟件解決專業(yè)問題，普遍存在效率不高的問題：</p><p>　　5）匡為模具CAD／CAE／CAM技術處于向產業(yè)化、商品化過渡的時期，不少自主開發(fā)的模具CAD／CAE /CAM系統商品化程度不夠高，功能和穩(wěn)定性方面與匡外先進軟件相比還有差距。&l

16、t;/p><p>　　“十一五”期間，中國模具業(yè)市場份額將達1200億元。雖然目前模具產業(yè)具有廣闊的市場空間，但是受外資壟斷擠壓產業(yè)利潤空間以及內資企業(yè)自身存在種種問題的困擾，產業(yè)投資風險陡然上升。 </p><p><b>　　?？撞贾?lt;/b></p><p>　　2.1?？孜恢玫呐帕?lt;/p><p>　　采用多孔棒材模時

17、，金屬流動要比單孔模均勻，故可減少中心縮尾形成的幾率。但是，如果?？着帕胁划敚瑫箶D出的制品長短不齊，增加幾何廢料，惡化表面質量；如果模孔靠近擠壓筒邊緣，也會使制品表面產生起皮、分層等缺陷。此外，多?？走^于靠近擠壓筒邊緣時由于內側金屬供應量大、流動速度快，而外側由于金屬供應量不足，流動速度慢，會造成制品出現外側裂紋；當?？滋拷鼣D壓筒中心時，外側金屬供應量大于內側，則制品易出現內側裂紋。圖2-1所示，表示了模孔分布對制品長度的影響，從而

18、了解模孔位置布置的重要性，故應將多孔模?？椎睦碚撝匦木鶆虻胤植荚诰嗄＞咧行暮蛿D壓邊緣有適當距離的同心圓周上。</p><p>　　多?？椎耐膱A直徑D心與擠壓筒直徑Dt之間的關系可以按以下經驗公式來確定：</p><p>　　D心 = （2-1）</p><p>　　式中：D心多孔模 ?？讛嗝嬷行姆植嫉耐膱A直徑；&

19、lt;/p><p><b>　　Dt擠壓筒內徑；</b></p><p>　　n模孔數目（n2）；</p><p>　　經驗系數，一般取2.5~2.8；n值較大時取下限，擠壓筒內徑大時取上限，一般取2.6。</p><p>　　根據上式，取=2.51，計算，D心 =。</p><p>　　D心通過上式

20、求出后，還必須考慮節(jié)約模具鋼材和工模具規(guī)格的系列化及互換性（如模墊、導路的通用性等），再對D心進行必要的調整。</p><p>　　為了延長模具的使用壽命，模孔離模具外徑圓周的距離和?？字g的距離都應保持一定的數值，這個數值與擠壓機的大小有關。對于49MN以下的擠壓機，這個距離可取15~50mm；對于大型擠壓機，應加大到30~80mm，參照表2-1所列經驗數據，取25mm。</p><p>

21、;　　表2-1 ?？组g最小距離</p><p>　　擠壓制品斷面尺寸與模具斷面尺寸的大小有因果相存的關系，擠壓制品的斷面尺寸的大小又同擠壓力和擠壓模具工作斷面尺寸密切相關。擠壓制品的斷面尺寸越大，所需要的擠壓力就越大，因而擠壓模具工作端面的尺寸也就要相應增大。參照表2-2，取擠壓制品的外接圓至擠壓筒內壁的最小距離25mm。</p><p>　　表2-2擠壓制品的外接圓至擠壓筒內壁的最小距離

22、</p><p><b>　　在本課程設計中，</b></p><p>　　擠壓筒所允許外接圓直徑Dw=(0.80~0.85)Dt=160~170，取160mm</p><p>　　模具外徑D=(1.25~1.45)Dw=200~232</p><p>　　經驗算，滿足上述兩個要求</p><p>

23、;<b>　　2.2擠壓比計算</b></p><p>　　在擠壓生產中，金屬的變形量大小常用擠壓比或加工率（）來表示。擠壓比是指擠壓成形前錠坯充滿擠壓筒時的斷面積與擠成形后制品斷面積總和之比值，以表示：</p><p><b>　?。?-2）</b></p><p>　　式中：Dt擠壓筒直徑；</p>&l

24、t;p><b>　　dk棒材直徑；</b></p><p>　　n同時擠壓制品的根數或?？讛?。</p><p>　　帶入數據算得=278,</p><p>　　查表2-3，值偏大，在銅及其合金中取材，黃銅，同時溫度范圍650~840°C</p><p>　　表2-3熱擠壓各種金屬材料時的工藝參數值（部分）

25、</p><p><b>　　模具尺寸設計</b></p><p>　　3.1 ?？壮叽绲拇_定</p><p>　　?？壮叽绲拇_定主要考慮擠壓制品的金屬成分、斷面形狀、尺寸偏差、各部位幾何形狀特點和型材的冷卻收縮量、張力矯直時的斷面收縮量等因素的綜合影響來進行設計或計算確定。若用A表示?？组L度，則用以下算式對棒材模進行計算：</p>

26、<p>　　A=A0（1+k） （3-1）</p><p>　　式中：A0棒材斷面的名義尺寸，圓棒A0為直徑；</p><p>　　k?？自Ａ肯禂担姳?-1。</p><p>　　由表3-1查得，黃銅，k=1.0~1.2，取k=1.0，則A0=6mm，A=6（1+1.0%）mm=6.06mm。&l

27、t;/p><p><b>　　取A=6mm</b></p><p>　　表3-1不同金屬?？自Ａ肯禂祂/%</p><p>　　3.2 ?？坠ぷ鲙чL度的確定</p><p>　　棒材模的工作帶長度是決定棒材尺寸精度和表面質量的基本參數。工作帶過長，容易在其表面粘結金屬，使制品表面出現部分毛刺、麻面等缺陷；工作帶過短，不能穩(wěn)定

28、地控制棒材，常易出現橢圓等缺陷，同時，由于工作帶易磨損，致使模具壽命縮短。棒材模的工作帶長度可根據被擠壓金屬的不同有不同的選擇。</p><p>　　擠壓紫銅和黃銅時，根據經驗值，工作帶取8~12mm，這里擠壓黃銅，取?？坠ぷ鲙чL度hg=10mm</p><p>　　3.3模具外形尺寸設計</p><p>　　模具的外形尺寸主要是根據擠壓機噸位大小和擠壓模的強度以及

29、裝配模具的相關部件結構等因素來確定，同時應當考慮模具的系列化、標準化，便于使用和管理。</p><p>　　1）模具外徑D的設計</p><p>　　為了便于制造和更換，模具外徑可標準化與系列化。模具外徑尺寸標準化、系列化的必要性有三個方面：①減少模具設計與制造的工作量，降低產品成本，縮短生產周期，提高生產效率；②通用性大，互換性強，只需要配備幾種規(guī)格的模支撐和模架，可節(jié)約模具鋼材，容易備

30、料，便于維修和管理；③標準化有利于提高產品的尺寸精度。因此，對于一臺擠壓機來說，模具外徑最好根據擠壓機配備各種規(guī)格的擠壓筒，有1~3中規(guī)格為宜。表3-3所示為棒材模具外形尺寸。因設計條件為在19.6MN擠壓機的200mm擠壓筒上生產6mm的圓棒線材，所以取模具的外圓直徑D1為198mm。</p><p>　　表3-2 棒材模具外形標準尺寸</p><p><b>　　2） 模具厚

31、度H</b></p><p>　　模具厚度H應根據被擠壓合金的變形抗力（即擠壓力）的大小來考慮。在保證模具組件（模具、模墊、墊環(huán)等）有足夠的強度的條件下，模具的厚度應盡量減薄，規(guī)格應盡量減少。但為了安裝和調整方便，模具的厚度尺寸應盡量可能系列化，便于管理和使用，一般模具的厚度按下述數值（單位：mm）選用：20，25，30，40，50，60，70，80，90，100，110</p><

32、;p>　　在擠壓機設計時，通常選取單位壓力為1000MPa時的擠壓筒直徑Dt作為基本參數來確定模具的厚度，其關系為：</p><p>　　H=（0.12~0.22）Dt （3-2）</p><p>　　將Dt=200mm帶入式中，得到H=24~44mm，考慮標準化及強度等因素，將H放大，取H=80mm。</p><p

33、>　　3.4 擠壓模結構形式與模具外形錐度</p><p>　　擠壓模具的外形結構根據其安裝方式的不同可以有不同的結構形式，臥式擠壓機上用的擠壓模有圓柱形、帶正錐和帶倒錐三種形式。帶正錐的擠壓模在操作時逆著擠壓方向放到模支承中，為了便于裝卸，錐度不能太小，否則，人工取模困難；但如果錐度過大，則可能出現在模座靠緊擠壓筒時，擠壓模容易從模支承中脫落出來，故正錐的錐度在130~4范圍內選取。帶倒錐的擠壓模在操作時

34、順著擠壓方向裝入模支承中，其錐度為3~10，一般取6左右，為了便于機械加工擠壓模的外形錐度，一般在錐體上有一段長10mm左右的圓柱部分。</p><p>　　由表3-2查得，=3，因此，應選擇帶正錐的擠壓模，如圖3-1所示。</p><p>　　3.5 模具入口處圓角半徑的確定</p><p>　　入口圓角半徑r選取與金屬的強度、擠壓溫度和制品的斷面尺寸、模具結構有

35、關。根據生產經驗，r值可在表3-3所列數值范圍內選取。由于錠坯材料為黃銅，入口處圓角半徑r取值范圍為2~5mm，則取r=3mm。</p><p>　　模具入口處圓角是指被擠壓金屬進入工作帶時，模具工作端面與工作帶表面間形成的拐角r入。這個角若為尖棱角時，在擠壓過程中則易開裂或壓禿、壓堆，從而改變模孔尺寸，導致難以保證擠壓制品的尺寸精度，因此必須采用過渡圓角半徑r。制作入口圓角半徑r，</p><

36、;p>　　還可以防止低塑性合金在擠壓時產生表面裂紋，減小金屬在流入?？讜r的非接觸變形。但是，圓角增大了接觸磨損面積，可能會引起及壓力增加。</p><p>　　表3-3 模具入口處圓角半徑/mm</p><p>　　3.6 模具出口部位結構及尺寸</p><p>　　模具的出口部分是保證成形制品能順利通過模具并確保表面質量的重要通道。模具出口部位又稱為模孔空刀

37、，也是指模具出口端尺寸大于模具工作帶對應的?？撞糠帧?lt;/p><p>　　?？卓盏都纫ＷC模具工作帶強度，又要便于模具的加工制作，同時使制品能順利導出?？锥还蝹浔砻?。若模具空刀尺寸過大，會大大削弱工作帶強度，引起工作帶過早變形和壓塌，明顯降低模具的使用壽命。因此，對于圓形管、棒擠壓模來說，可按以下方式選取：</p><p><b>　　空刀直徑：</b></

38、p><p>　　d1=d＋（3~5） （3-2）</p><p>　　式中：d?？字睆剑茨？组L度）。</p><p>　　由公式（3-1）得d=6.06mm，則d1=6.06+（3~5）mm=9.06~11.06mm，取d1=10mm。</p><p>　　一般情況下，對于?？仔螤畹臄D壓模，?？卓盏?/p>

39、可選用比模孔邊線擴大距離h1可取1.5~2.5mm的形式。</p><p>　　因此模具出口部位結構，如圖3-2所示，尺寸為?？卓盏侗饶？走吘€擴大距離h1為1.95mm，空刀直徑為10mm。</p><p>　　3.7 模具材料的確定</p><p>　　模具的壽命不僅與擠壓工藝、模具設計制造工藝過程有關，而且還與模具的材質選擇有重要的關系。對于熱擠壓模具的材質，必

40、須具備以下條件：</p><p>　　1）具有足夠的高溫強度。即模具能承受高溫、高壓作用，不發(fā)生屈服變形和斷裂，保證擠壓制品獲得所需尺寸精度。</p><p>　　2）具有良好的抗磨損性能。即在高溫、強摩擦的擠壓條件下，模具材料能抵抗金屬制品長時間、高速、激烈的摩擦作用，而不過早出現磨損，尤其對模具工作帶表面更顯重要。</p><p>　　3）具有足夠高的抗疲勞性。

41、在擠壓過程中，模具能承受周期性循環(huán)載荷作用而不發(fā)生斷裂損壞，</p><p>　　因此，模具材料必須具備良好的抗沖擊韌性。</p><p>　　4）具有良好的導熱性能。熱擠壓模具處于高溫擠壓變形過程中，由變形金屬產生的大量變形熱及模具與變形金屬之間產生的摩擦熱，直接傳遞給模具導致溫度升高，為防止模具局部出現“過燒”現象，模具材料應具有良好的導熱性能，能向外快速地散發(fā)熱量。</p>

42、;<p>　　5）具有良好的熱處理淬透性和可氮化性。即模具材料在熱處理過程中，應保證模具的強度、力學性能均勻</p><p>　　一致。同時，模具在使用過程中，可多次進行表面氮化</p><p>　　處理，提高模具表面強度的耐磨性。</p><p>　　除此外，模具材料還應具有良好的抗回火穩(wěn)定性、抗腐蝕性，較低的膨脹系數，良好的工藝制造性能，以及價格的

43、合理性等。由表3-3，可選取4Cr5MoSiV1作為模具的材料。</p><p>　　4Cr5MoSiV1模具鋼，是近年來國內外廣泛用于熱擠壓制品的一種模具材料，其特點是：具有良好的抗疲勞性能和綜合機械力學性能，同時又具有良好的熱處理淬透性。</p><p>　　表3-4 熱擠壓模具材料選擇（部分）</p><p><b>　　棒材模強度校核</b&

44、gt;</p><p>　　對于多孔棒材模，需要對?？字g和?？着c模具外徑圓周之間的危險斷面進行強度校核。</p><p>　　多孔棒材模的剪切強度計算公式如下：</p><p>　　≤ （4-1）</p><p>　　式中：Q模具上承受的總壓力，一般取Q=0.8P，有時為了安全起見，可取Q=P；</p

45、><p>　　P擠壓機的公稱壓力；</p><p>　　rx各?？拙嫉耐膱A半徑；</p><p><b>　　d棒材直徑；</b></p><p><b>　　n多孔模的模孔數；</b></p><p>　　[]模具材料允許的抗剪切強度，在400℃時，4Cr5MoSiV1鋼取

46、[]=（0.5~0.6）b，b由表3-4查得，則[]=（0.5~0.6）1360MPa=680~816MPa，取[]=816MPa；</p><p>　　H模具允許的最小厚度；由下式可得到：</p><p><b>　?。?-2）</b></p><p>　　即多孔棒材模具的厚度為：</p><p>　　H≥

47、 （4-3）</p><p>　　表4-1 常用擠壓工具鋼及其機械性能(部分)</p><p>　　根據設計條件及計算，已知P=19.6MN，rx=，H=80mm，d=6mm，n=4，則有</p><p>　　≤[]；，H≥77.89mm，</p><p>　　因為選取H=80mm，，故抗彎強度符合要求。

48、校核通過，設計合理。</p><p><b>　　模具實體圖</b></p><p><b>　　圖5-1模具整體圖</b></p><p><b>　　圖5-2模具剖面圖</b></p><p><b>　　第六章 總結</b></p>&

49、lt;p>　　本課程設計為擠壓模具設計，在19.6MN擠壓機的Φ200mm擠壓筒上采用四?？咨a出Φ6mm的圓棒線材。</p><p>　　主要分五個部分，概述部分介紹模具應用于發(fā)展，之后依次為模孔布置、模具尺寸設計、強度校核、繪制模具圖，最后總結此次課程設計。</p><p>　　通過本課程設計是讓我們熟悉所學知識，掌握擠壓成形的基本原理；能夠綜合運用所學知識，發(fā)現、提出、分析和解

50、決實際問題；熟練運用有關技術、資料。課程設計是鍛煉實踐能力的重要環(huán)節(jié)，是對我們實際工作能力的具體訓練和考察過程。</p><p>　　本課程設計可以幫助我們具體運用和鞏固專業(yè)課程及相關理論知識，加強我們對專業(yè)理論知識的理解和實際運用，通過團隊成員的之間的密切配合，加強我們團員之間的合作能力。</p><p>　　通過這次課程設計，使我在原來的理論基礎上增加了實戰(zhàn)性的知識，同時我也感受到要成

51、為一個模具設計師需要付出很多努力。</p><p>　　本次設計中，圖采用CAD畫，為準確表達排樣圖與壓力中心坐標圖提供了便利。使我們明白了計算機輔助設計技術和模具在實際生活中的重要性，以后我一定更加努力學習，為將來打下堅固的基礎。</p><p>　　這次設計得到張紅云、張金標、徐向其、劉建等老師的幫助和輔導，在這里表示衷心的感謝。</p><p><b&g