1、 编号 毕 业 设 计（论文）题目：JH70 摩托车主轴坯冷镦成形模具设计二级学院 机械工程学院 专 业 机械设计制造及其自动化 班 级 机械设计六班 学生姓名 学号 指导教师 职称 教授 时 间 2013.6 重庆理工大学毕业论文 JH70 摩托车主轴坯冷镦成形模具设计全套图纸，加 153893706目 录摘要Abstract1.绪论 11.1 概述11.2 冷挤压技术的分类及简介11.3 冷挤压技术的特点21.3.1 冷挤压的优点21.3.1 冷挤压的缺点31.4 冷挤压技术现状及发展方向41.5 本课题要求51.6 预期目标及效果52.冷挤压零件62.1 零件基本尺寸及三维模型62.2
2、毛坯零件的选择及其性能指标72.3 零件加工前准备8重庆理工大学毕业论文 JH70 摩托车主轴坯冷镦成形模具设计2.4 毛坯变形程度9 3.冷挤压模具设计11 3.1 冷挤压模架整体结构设计113.2 模具主要零部件的设计133.2.1 上模板的设计133.2.2 上模座的设计143.2.3 垫板的设计153.2.4 下模座的设计153.2.5 下模预应力圈的设计163.2.6 下模板的设计173.2.7 模圈导向套的设计18 4.组合凹模设计19 4.1 组合凹模结构形式的确定204.2 组合凹模各圈直径的确定204.3 组合凹模径向过盈量及轴向压合量的确定215.模具及其零部件的三维建模2
3、3 5.1 冷镦模具装配体三维模型235.2 非标准零部件三维模型24 6.总结30 7.致谢31参考文献32重庆理工大学毕业论文 JH70 摩托车主轴坯冷镦成形模具设计I摘要本文主要针对 JH70 摩托车主轴坯冷镦成形模具的设计。本课题研究的核心问题是冷挤压组合凹模的设计。通过被加工零件的尺寸以及变形程度确定冷挤压的单位挤压力，从而确定冷挤压组合凹模的结构形式以及各圈直径，最后确定组合凹模的径向过盈量以及轴向压合量。再通过组合凹模的尺寸、形状确定冷镦模架其它零部件的形状及尺寸，从而最终确定整个模架结构、尺寸以及组合形式等要素。通过查阅设计手册确定各个模架零部件的材料。本模具采用模口导向的形式
4、保证在上、下模合模过程中的同轴度。本文还对整个冷挤压模具进行了三维建模，以便直观的表达冷挤压模具零部件的外形以及零件之间装配关系，方便读者对整个模具的工作原理及过程有一个清晰的了解。关键词：冷挤压、主轴坯、组合凹模、三维建模重庆理工大学毕业论文 JH70 摩托车主轴坯冷镦成形模具设计IIAbstractThis paper focuses JH70 Motorcycle spindle blanks cold upsetting mold design. The core problem of this research is a combination of cold extrusion d
5、ie 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
6、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 Des
7、ign 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 understa
8、nding 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重庆理工大学毕业论文 JH70 摩托车主轴坯冷镦成形模具设计III重庆理工大学毕业论文 JH7
9、0 摩托车主轴坯冷镦成形模具设计11.绪论1.1概述冷挤压成型是指所成型的零件达到或接近成品零件的形状和尺寸，它是在传统的金属塑性加工基础上发展起来的一项新技术。近几年来，冷挤压技术是各行各业得到迅速发展的新工艺之一，也是产品零件加工中的重要手段，与其它制造工艺（如切削加工、铸造、锻造）相比，它具有“优质、高产、低消耗、低成本”的优点。目前，在汽车、电子通信、轻工、建筑、航空航天、军工、日用五金等制造业中都起着极为重要的作用。尤其是 21 世纪的零件制造业中，我国加入 WTO 后，产品价格的市场竞争日益剧烈，冷挤压技术已成为各企业继续发展与开拓的重要指标之一。普遍认为，一个国家的冷成形（冷挤压
10、、冷锻、冷镦及冲压等）加工技术水平，是这个国家汽车工业水平、工业化水平乃至现代化水平的一种重要标志和反映。1.2冷挤压技术的分类及简介冷挤压就是把金属毛坯放在冷挤压模腔中，在室温下，通过压力机上固定的凸模向毛坯施加压力，使金属毛坯产生塑性变形而制得零件的加工方法。目前，我国已能对铅、锡，铝、铜、锌及其合金、低碳钢、中碳钢、工具钢、低合金钢与不锈钢等金属进行冷挤压，甚至对轴承钢、高碳高铝合金工具钢、高速钢等也可以进行一定变形量的冷挤压。在挤压设备方面，我国已具备设计和制造各级吨位挤压压力机的能力。除采用通用机械压力机、液压机、冷挤压力机外，还成功地采用摩擦压力机与高速高能设备进行冷挤压生产。冷加
11、压按金属流动方向可分为以下几类：正挤压 正挤压时，金属的流动方向与凸模的运动方向一致。正挤压可以制造各种形状的实心件和空心件，如螺钉、芯轴、顶杆、支架、管子、套管、弹壳及衬套等。反挤压 反 挤 压 时 ， 金 属 的 流 动 方 向 与 凸 模 的 运 动 方 向 相 反 。 反 挤 压 可以 获 得 各 种 形 状 的 杯 形 空 心 工 件 ， 如 罩 壳 、 外 壳 、 套 筒 、 套 管 、 屏 蔽 罩 及 灯座 等 。复 合 挤 压 挤压时，毛坯一部分金属流动方向与凸模运动方向相同，而另重庆理工大学毕业论文 JH70 摩托车主轴坯冷镦成形模具设计2一个部分金属流动方向与凸模运动方向相
12、反。这是正挤压和反挤压组合在一起的一种挤压方法。复合挤压方法可以制造双杯类零件，如汽车活塞销；也可以制造杯杆类零件，如缝纫机梭芯。 径 向 挤 压 挤 压 时 ， 金 属 的 流 动 方 向 与 凸 模 运 动 方 向 相 垂 直 。 径 向 挤 压又 可 分 为 向 心 挤 压 和 离 心 挤 压 ， 径 向 挤 压 用 来 制 造 斜 齿 轮 、 花 键 盘 等 零 件 。减 径 挤 压 它 是 变 形 程 度 较 小 的 一 种 变 态 正 挤 压 法 ， 毛 坯 截 面 仅 作 轻 度的 缩 减 。 减 径 挤 压 主 要 用 于 制 造 直 径 差 不 大 的 阶 梯 轴 类 零 件
13、 以 及 作 为 深 孔 杯形 件 的 修 整 工 序 。斜 向 挤 压 挤 压 时 ， 金 属 的 流 动 方 向 倾 斜 或 弯 曲 于 凸 模 的 运 动 方 向 。 斜向 挤 压 主 要 用 于 制 造 具 有 倾 斜 或 弯 曲 枝 芽 的 各 种 复 杂 形 状 零 件 。镦 挤 法 变 形 时 ， 金 属 的 流 动 具 有 挤 压 和 镦 粗 的 特 点 ， 即 一 部 分 金 属 沿凸 模 轴 向 流 动 ， 另 一 部 分 金 属 则 沿 径 向 流 动 。 它 是 冷 镦 与 冷 挤 压 相 结 合 的 一种 成 形 方 法 ， 称 为 镦 挤 法 。 镦 挤 法 主 要
14、 用 于 制 造 大 头 类 零 件 及 阶 梯 轴 类 零 件 。正 挤 压 、 反 挤 压 、 复 合 挤 压 与 减 径 挤 压 是 冷 挤 压 方 法 中 应 用 最 广 的 四 种成 形 方 法 。 这 四 种 方 法 的 金 属 流 动 方 向 都 与 凸 模 的 轴 线 平 行 ， 因 此 又 统 称 为轴 向 冷 挤 压 。1.3 冷 挤 压 技 术 特 点1.3.1 冷 挤 压 的 优 点挤 压 零 件 尺 寸 准 确 表 面 光 洁 。 目前我国研制的冷挤压件一般尺寸精度可达 89 级，陇度一般可达，若采用理想的润滑可达(指纯铝和紫铜零件)，仅次于精抛光表面。因此用冷挤压方
15、法制造的零件，一般不需要再加工，少量的只需精加工(磨削)。节 约 原 材 料 。 冷挤压件材料利用率通常可以达到 80%以上。如解放牌汽车活塞销动切削加工材料利用率为 43.3%，而用冷挤压时材料利用率提高到 92%；又如万向节轴承套改用冷挤压后，材料利用率由过去的 27.8%提高到 64%。可见，采用冷挤压方法生产机械零件，可以节约大量钢材和有色金属材料。生 产 率 高 。 用 冷 挤 压 方 法 生 产 机 械 零 件 的 效 率 是 非 常 高 的 ， 特 别 是 生 产批 量 大 的 零 件 ， 用 冷 挤 压 方 法 生 产 可 比 切 削 加 工 提 高 几 倍 、 几 十 倍 、
16、 甚 至 几重庆理工大学毕业论文 JH70 摩托车主轴坯冷镦成形模具设计3百 倍 。 例 如 ， 汽 车 活 塞 销 用 冷 挤 压 方 法 比 用 切 削 加 工 制 造 提 高 3.2 倍 ， 目前 又 用 冷 挤 压 活 塞 销 自 动 机 ， 使 生 产 率 进 一 步 提 高 。 一 台 冷 挤 压 自 动 机 的 生产 率 相 当 于 100 台 普 通 车 床 或 10 台 四 轴 自 动 车 床 的 生 产 率 。可 加 工 形 状 复 杂 的 零 件 。 如 异 形 截 面 、 内 齿 、 异 形 孔 及 盲 孔 等 ， 这 些 零件 采 用 其 它 加 工 法 难 以 完
17、成 ， 用 冷 挤 压 加 工 却 十 分 方 便 。 所 示 的 零 件 ， 能 方便 的 挤 出 。冷 挤 压 件 强 度 高 、 刚 性 好 而 重 量 轻 。 由 于 冷 挤 压 采 用 金 属 材 料 冷 变 形的 冷 作 强 化 特 性 ， 即 挤 压 过 程 中 金 属 毛 坯 处 于 三 向 压 应 力 状 态 ， 变 形 后 材 料组 织 致 密 、 且 具 有 连 续 的 纤 维 流 向 ， 因 而 制 件 的 强 度 有 较 大 提 高 。 这 样 就 可用 低 强 度 材 料 代 替 高 强 度 材 料 。 例 如 过 去 采 用 20Cr 钢 经 切 削 加 工 制
18、造 解 放牌 活 塞 销 ， 现 改 用 20 号 钢 经 冷 挤 压 制 造 活 塞 销 ， 经 性 能 测 定 各 项 指 标 ， 冷挤 压 法 高 于 切 削 加 工 法 制 造 活 塞 销 。从以上特点，可以看出，冷挤压技术与目前各种加工方法比较，具有突出的优越性。这就为冷挤压代替切削加工、锻造、铸造和拉深工艺来制造机器零件，开辟了一条广阔的道路。1.3.2冷挤压的缺点变形抗力高 冷挤压时，被挤压材料的变形抗力较高，其中最有实用意义的是钢的冷挤压，其变形抗力高达 2000MPa 以上。这样的超高压力，对模具材质、结构以及加工制造等提出了更高的要求。模具寿命短 由于冷挤压模具承受着很大的
19、单位压力作用，最高可达3000MPa，模具易磨损、易破坏；虽然在模具材料和模具结构等方面采用了很多有效的措施，但与冲压模具相比，其使用寿命还是不高的。据有关资料统计，正挤压用的钢制凸模平均寿命为 2 万件左右，凹模为 3 万件左右；而冲裁或拉深的模具寿命一般高达 10 万件以上。对毛坯的要求较高 冷挤压加工时对毛坯的要求比其他金属塑性成形加工工艺都高，否则，会是模具受到损坏。对与冷挤压毛坯，除了要求毛坯具有准确的几何形状和较高的尺寸精度外，还要求再冷挤压变形之前对毛坯进行一定的软化退火处理及表面润滑处理。对冷挤压设备要求较高 当实施冷挤压工艺过程时，除了要求冷挤压设备重庆理工大学毕业论文 JH
20、70 摩托车主轴坯冷镦成形模具设计4应有较大的强度以外，还要求有较好的刚度。此外，还要求设备具有良好的精度并具有可靠的保险装置。1.4冷挤压技术现状及发展方向冷 挤 压 技 术 发 展 的 初 期 是 非 常 缓 慢 的 ， 长 期 以 来 只 对 几 种 软 金 属 （ 铅 和锡 ） 进 行 挤 压 。 直 到 19 纪 末 20 世 纪 初 ， 才 开 始 挤 压 较 硬 的 有 色 金 属 （ 锌 、铝 、 紫 铜 、 黄 铜 等 ） 至 于 钢 的 挤 压 ， 由 于 冷 挤 压 时 需 要 很 大 的 压 力 ， 在 当 时不 能 解 决 挤 压 钢 用 的 模 具 材 料 、 合
21、适 的 润 滑 剂 与 大 吨 位 的 压 力 机 等 问 题 ， 长时 间 一 直 认 为 挤 压 钢 是 十 分 困 难 甚 至 是 不 可 能 的 。1906 年 ， 英 国 人 科 斯 利 特 （ T.W.coslett） 发 现 用 磷 酸 盐 处 理 钢 件 制 品是 一 种 较 理 想 的 防 锈 方 法 ， 但 工 序 繁 多 ， 而 经 济 效 益 又 差 ， 故 未 被 广 泛 采 用 。不 过 ， 这 种 防 锈 法 的 出 现 却 极 大 地 激 发 了 人 们 去 研 究 更 简 单 而 有 效 的 新 方 法的 积 极 性 。 到 后 来 ， 用 自 动 连 续 装
22、 置 对 钢 毛 坯 进 行 磷 酸 锌 防 锈 处 理 只 需 要 两分 钟 。 经 磷 酸 锌 处 理 过 的 毛 坯 表 面 附 有 脂 肪 润 滑 剂 或 钠 皂 薄 膜 ， 且 这 层 薄 膜不 易 脱 落 ， 挤 压 这 种 毛 坯 时 ， 压 力 较 小 。 这 个 发 现 使 人 们 找 到 了 一 种 理 想 的钢 毛 坯 表 面 处 理 法 一 磷 化 皂 化 法 。磷 化 皂 化 处 理 钢 毛 坯 表 面 方 法 的 出 现 使 钢 的 挤 压 成 为 可 能 。 1934 年 ，德 国 人 采 用 磷 化 皂 化 法 成 功 地 冷 挤 出 钢 管 。 二 次 世 界
23、 大 战 期 间 ， 德 国 人 需 要大 量 弹 壳 ， 当 时 黄 铜 又 供 应 不 足 ， 于 是 德 国 人 秘 密 试 验 用 冷 挤 压 生 产 钢 弹 壳 、后 来 ， 采 用 合 金 工 具 钢 作 模 具 材 料 ， 用 冷 挤 压 成 功 地 挤 出 大 批 量 钢 弹 壳 类 零件 。第 二 次 世 界 大 战 以 后 ， 美 国 人 窃 取 了 德 国 人 关 于 钢 的 冷 挤 压 的 全 部 资 料 ，开 始 在 美 国 用 冷 挤 压 秘 密 生 产 军 火 ， 开 办 了 很 多 生 产 钢 弹 壳 和 弹 体 的 军 工 厂 。钢 的 冷 挤 压 于 194
24、7 年 才 正 式 用 于 民 用 工 业 。 美 国 于 1949 年 发 表 了 各 种 钢材 冷 挤 压 后 机 械 性 能 的 实 验 数 据 。 德 国 于 1950 年 、 1953 年 先 后 公 布 了 钢的 冷 挤 压 的 基 本 技 术 数 据 及 冷 挤 压 力 和 挤 压 功 的 实 验 结 果 。1957 年 ， 日 本 引 进 了 专 用 冷 挤 压 机 ， 开 始 在 精 密 仪 器 和 仪 表 中 采 用 冷 挤压 技 术 。 日 本 见 这 种 新 技 术 经 济 效 益 显 著 ， 很 快 把 这 种 技 术 用 于 制 造 汽 车 和电 气 制 件 。 现
25、 已 成 为 遍 及 各 个 工 业 部 门 的 重 要 加 工 手 段 。随 着 能 源 危 机 的 日 趋 严 重 ， 人 们 对 环 境 质 量 将 更 加 关 注 ， 加 之 市 场 竞 争重庆理工大学毕业论文 JH70 摩托车主轴坯冷镦成形模具设计5日 益 加 剧 ， 促 使 锻 件 生 产 向 高 效 、 高 质 、 精 化 、 节 能 节 材 方 向 发 展 。 因 此 用挤 压 成 形 等 工 艺 手 段 所 生 产 的 精 化 锻 件 的 产 量 ， 在 市 场 竞 争 中 将 得 到 较 大 的发 展 。汽 车 向 轻 型 化 、 高 速 度 、 平 稳 性 方 向 发 展
26、 ， 对 锻 件 的 尺 寸 精 度 、 重 量 精度 及 力 学 性 能 等 都 提 出 了 较 高 的 要 求 。 如 轿 车 发 动 机 用 连 杆 锻 件 除 对 大 小 头之 间 的 误 差 有 要 求 外 ， 对 每 件 的 重 量 误 差 也 要 求 不 大 于 八 克 。 新 产 品 的 高 要求 ， 将 促 进 精 化 生 产 工 艺 的 发 展 。专 业 化 、 规 模 化 的 组 织 生 产 仍 是 冷 挤 压 生 产 的 发 展 方 向 和 趋 势 。 在 法 国 ，以 挤 压 成 形 工 艺 生 产 锻 件 的 专 业 厂 家 1991 1994 年 全 员 劳 动
27、生 产 率 ， 即 每人 生 产 挤 压 件 的 产 量 及 产 值 ， 均 高 于 一 般 生 产 模 锻 件 或 者 自 由 锻 件 的 厂 家 。以 1994 年 为 例 ， 专 业 厂 家 挤 压 件 人 均 产 量 为 51024KG， 创 产 值 775688 法郎 。 而 同 期 一 般 性 生 产 模 锻 件 的 厂 家 ， 其 人 均 产 量 仅 为 39344KG， 产 值592384 法 郎 ， 仅 相 当 于 挤 压 件 专 业 生 产 厂 家 的 77.1%和 76.37%。 自 由 锻 件生 产 厂 与 之 相 比 则 更 低 。挤 压 专 机 将 成 为 一 种
28、发 展 趋 势 。 随 着 中 小 型 锻 件 的 精 化 生 产 发 展 及 冷 挤压 、 温 挤 压 工 艺 的 推 广 应 用 ， 多 工 位 冷 挤 压 压 力 机 、 精 压 机 及 针 对 某 种 锻 件而 设 计 制 造 的 专 机 会 得 到 大 力 发 展 。 新 昌 轴 承 套 圈 的 冷 挤 大 面 积 应 用 是 在 邵银 标 工 程 主 导 下 发 展 起 来 ， 目 前 国 内 轴 承 套 圈 的 冷 挤 压 成 型 占 了 较 大 份 额 。1.5 本 课 题 要 求1、完成 JH70 摩托车主轴坯冷镦工艺方案制定 。 2、完成冷镦专用模架设计。 3、完成组合凹模
29、设计。 4、完成冷镦专用模架的三维建模。1.6预期目标及效果1、掌握冷镦专用模架的设计方法。 2、掌握组合凹模的设计方法。 3、熟练应用三维软件对冷挤压模具进行三维建模。2.冷挤压零件重庆理工大学毕业论文 JH70 摩托车主轴坯冷镦成形模具设计62.1零件基本尺寸及三维模型冷镦零件如下图所示：图 1由二维零件图建立三维模型如下：图 22.2毛坯材料的选择及其性能指标毛坯零件图如下图所示：重庆理工大学毕业论文 JH70 摩托车主轴坯冷镦成形模具设计7图 3毛坯材料选取 20CrMo 钢，材料的基本情况如下：牌号：20CrMo标准：GB/T 3077-1988对应标准：JIS G4053：2003
30、ASTM A29M：2005ISO 683-18：1996统一数字代号：A3020220CrMo 钢的淬透性较高，无回火脆性，焊接性相当好，形成冷裂的倾向很小，可切削性及冷应变塑性良好。一般在调质或渗碳淬火状态下使用，用于制造在非腐蚀性介质及工作温度低于 250、含有氮氢混合物的介质中工作的高压管及各种紧固件、较高级的渗碳零件，如齿轮、轴等。化学成份：碳 C ：0.17 0.24 硅 Si：0.170.37 锰 Mn：0.400.70重庆理工大学毕业论文 JH70 摩托车主轴坯冷镦成形模具设计8硫 S ：允许残余含量0.035 磷 P ：允许残余含量 0.035 铬 Cr： 0.801.10
31、镍 Ni：允许残余含量 0.030 铜 Cu：允许残余含量 0.030 钼 Mo：0.15 0.25力学性能：抗拉强度 b (MPa)：885(90) 屈服强度 s (MPa)：685(70) 伸长率 5 (%)： 12 断面收缩率 (%)：50冲击功 Akv (J)：78 冲击韧性值 kv (J/cm2)：98(10)硬度 ：197HB 试样尺寸：试样毛坯尺寸为 15mm2.3零件加工前准备毛坯软化处理为了改善材料的冷挤压性能，提高塑性降低硬度和变形抗力，消除内应力和得到良好的金相组织，以降低单位挤压力和提高模具使用寿命，在冷挤压加工之前或多道冷挤压工序之间，必须对毛坯进行软化处理。20Cr
32、Mo 钢采用球化退火作为其软化热处理工艺，使珠光体中的渗碳体及二次渗碳体球化而进行的一种退火。20CrMo 钢的退火规范如下图所示：图3 20CrMo 钢的球化退火规范毛坯表面处理与润滑重庆理工大学毕业论文 JH70 摩托车主轴坯冷镦成形模具设计9为了降低冷挤压件与冷挤压模工作部分的摩擦，降低冷挤压的单位挤压力，提高冷挤压件的表面质量，减少模具的磨损，对冷挤压毛坯进行润滑与表面处理。对该冷挤压零件润滑于表面处理主要包括以下内容：（1）去除表面缺陷。（2） 清洁、去脂、濯洗。（3）去除表面氧化层（用酸洗或机械处理） （4）在毛坯表面形成特殊的润滑支撑层 磷酸盐处理。（5）润滑处理。其中（1 ）
33、（3）项处理的目的是改善表面质量，并为以后的磷酸盐处理和润滑处理做好准备。具体操作如下：采用软轴砂轮或抛光轮进行机械的清理以实现去除表面缺陷。在清洁、去脂和濯洗工序，采用以下配方作为清洗剂：氢氧化钠 60100g/L 碳酸钠（大苏打） 6080g/L 磷酸钠 2580g/L 水玻璃 1015g/L 处理温度为85，处理时间控制在 1525分钟。在进行去油处理后要对效果进行检查，用水直接淋在零件上，如果已彻底去油，则谁能浸润所有表面。在化学去油后，要在热水中对毛坯进行冲洗，在80的热水中进过46次吊动。在去除表面氧化层工艺中，采用酸洗处理。将毛坯浸入硫酸、盐酸或其混合液中，使锈层逐渐剥落或溶解。
34、酸洗溶液成分及处理工艺如下：硫酸 ：120180g/L，盐：810g/L，处理温度为6575，处理时间控制在515分钟。2.4毛坯变形程度重庆理工大学毕业论文 JH70 摩托车主轴坯冷镦成形模具设计10冷镦时，毛坯高度减小，直径增大，变形程度用下式表示：，式中，10%0Hh冷镦时变形程度（%） ； 毛坯镦粗前的高度（mm ） ；H 毛坯h 0镦粗后的高度（mm ） 。根据上式计算出本次冷镦的毛坯变形程度为 =16.15%h重庆理工大学毕业论文 JH70 摩托车主轴坯冷镦成形模具设计113.冷挤压模具设计冷挤压的最大特点之一是单位挤压力很大，可能达到材料抗拉极限的 4 到6 倍甚至更高，远超一般
35、塑性加工过程的单位挤压力。冷挤压模具连续工作时温度可达 200-300，有时还可能更高。可见，冷挤压模具的工作环境是相当恶劣的。这就对模具的结构、材料、加工工艺等方面提出了比较高的要求，以使其具有耐高压、耐冲击和耐摩擦等特点，从而在恶劣的工作条件下能过正常工作，同时保证一定的使用寿命。所以，所设计的冷挤压模具应具有以下特点：（1）模具应具有足够的刚度及强度，在冷热温度及交变应力环境下，模具所选用材料应保证不被破坏或变形而失效。所以如上、下模板等模具零件应保证有足够的厚度，直接工作的零件应选用较好的材料。（2）模具的工作部分要有足够的韧性及耐磨性，如采用专用模具钢作为上、下凹模的材料。（3）易损
36、零件应保证拆卸及安装快捷，便于更换，在大量生产过程中，要保证易损件具有较好的互换性。（4）凸、凹模应具有合理的几何形状，以避免产生应力集中，有利于金属在挤压过程中的塑性流动，降低单位及压力，提高模具的承载能力。（5）模具应具有比较精确的导向装置，以使模具从开始挤压到挤压结束的整个过程中都能有比较良好的对中性和同轴度，如此才能保证制造出符合要求的挤压件。尤其是当压力机导向精度较低，而产品要求精度要求又较高时，一个合适模具导向装置则显得更为重要。（6）必须保证操作人员在使用模具生产过程中的安全，尽量使安装、拆卸模具的过程简化，易于操作。（7）在保证使用要求和一定使用寿命的前提下，尽量降低模具的生产
37、成本。如在模具材料，制造工艺，加工精度的选择上严格控制成本。综合以上设计要求，并结合具体模具的实际情况，JH70 摩托车主轴坯冷镦模具模架及主要零部件设计如下：重庆理工大学毕业论文 JH70 摩托车主轴坯冷镦成形模具设计123.1冷挤压模架整体结构设计JH70 摩托车主轴坯冷镦模具整体结构如下图所示，模具采用模口导向的冷镦模架。由于上、下凹模所承受单位及压力很高，一般使用寿命较低，需要经常更换，故将上、下凹模设计成锥形固定，以方便装卸。同时，这样设计也使模具的承压面积增大，使压力不至过于集中。同时，在上模及上模座之间设计有淬硬垫板，以防止过大的压力将上模座压溃，整个上模用一个特型紧固螺母包裹住
38、。为了便于将挤压完成的工件从模具中取出，设计了顶出装置下模座中的顶杆。工件挤压完成后，顶杆通过向上顶顶料杆，顶料杆再最终将工件从模具中顶出。在设计顶料杆的过程中着重考虑了它的长度，使顶料杆的大头接触到模座垫板之前能保证将工件完全从模具中顶出。由于冷挤压力过程中下模部分的的压力几乎完全由顶料杆承担，故在顶料杆下方与下模座之间设计有垫块及垫圈，从而将压力均匀分散到下模座上，增大了传力面积，同时放置于下模座中的垫圈还起到支撑顶杆的作用。此模架采用较为简便的模口导向，这种通过模具自身实行导向的设计使上、下模对正简单，导向精度高且简单方便，是冷镦模具较理想的导向方式。在上、下模合模的过程中模圈导向套先与
39、下模固定套接触并配合导向，导向一段距离之后上凹模再与工件接触，此后的整个挤压过程中模圈导向套始终与下模固定套配合导向，从而保证了挤压过程中上、下模的同轴度。此模具具有导向良好简便，易于拆装换模，模具零件制造简单等优点，基本上满足了设计要求。下图即为模具装配图：重庆理工大学毕业论文 JH70 摩托车主轴坯冷镦成形模具设计13图 41-上模板 2-上模座 3-上模座 4-模圈导向套 5-六角头螺钉 6-下模预应力圈 7-顶料杆 8-下模座 9-垫圈 10-内六角圆柱头螺钉 11 下模板 12-内六角圆柱头螺钉 13-垫板 14-杆芯 15-上凹模 16-上模预应力圈 17-下凹模 18-垫板 19
40、-垫块 20-顶杆 3.2模具主要零部件的设计3.2.1上模板的设计材料基本尺寸的确定通过查阅手册，确定上模板的材料为 45 钢。根据上模尺寸确定上模板长宽尺寸为 580455，确定厚度为 70mm，保证了上模板的强度，使其在很高的挤压力作用下不会失效。螺钉孔及定位凹槽的设计根据上模座的尺寸确定螺钉连接的位置，从而确定出上模板上螺钉孔的位置。根据挤压力的大小，为保证上模板与上模座之间足够的连接强度，也考虑到二者连接后必须保证上模板是一个平面以便上模板能顺利地与压力机连接，故确定采用 M12 内六角圆柱头螺钉连接。为保证上模座与上模板连接位置的正确，避免在连接过程中二者出现滑移，在上模板上设计了
41、用于固定上模座的的重庆理工大学毕业论文 JH70 摩托车主轴坯冷镦成形模具设计14凹槽，从而确保了上、下模具的同轴度。U 形槽的位置及尺寸的确定U 形槽用于上模板与压力机的连接，其距离是根据压力机上 T 形槽之间的距离确定的，此模具采用的是 200T 油压机，T 形槽之间的最小距离是 200mm，再综合上模板的尺寸，最终确定了两个 U 形槽的距离为 200mm。再根据模板的尺寸确定 U 形槽宽度为 30mm，长度为 40mm。起吊孔的设计为了便于模板的移动、起吊，在板的侧面设计了两个 M20 的起吊孔，也可用于上模板角度、位置的调整。这里确定起吊孔的深度为 20mm。上模板零件图如下图所示：图
42、 53.2.2上模座的设计上模座在整个模具中起着十分重要的作用。不仅固定着整个上模，使上模重庆理工大学毕业论文 JH70 摩托车主轴坯冷镦成形模具设计15固定在上模板上，而且保证了上、下模的同轴度，起到了至关重要定位作用。为了使上模座准确固定在上模板上，在模座上方设计了与上模板凹槽配合的凸台，凸台不仅起到了固定及定位的作用，还满足了制造工艺的要求。由于上模座外缘有于上模紧固螺母啮合的螺纹，螺纹应避免一直延伸到模座根部，故凸台的设计实现了这一要求。上模座如下图所示：图 63.2.3垫板的设计为了将挤压力均匀分散到上、下模座上，避免被集中的压力压溃，在上、下与上、下模座之间分别设计了淬硬垫板，其中
43、位于下模与下模座之间的垫板通过 6 颗 M10 的六角头螺钉将上模固定套一起固定到下模座上。两块垫板的厚度为 20mm，使其具有了足够的强度。同样，垫板上也设计了起吊孔，以便于垫板的起吊和移动。垫板零件图如下图所示：重庆理工大学毕业论文 JH70 摩托车主轴坯冷镦成形模具设计16图 73.2.4下模座的设计与上模座一样，下模座在整个模具结构中同样起着至关重要的作用。除了承载下模，连接下模与下模板之外，与上模板类似的，下模板也担负着定位的任务，保证了下模与上模的同轴度。下模中心位置设计有凹槽，用于承载和定位下模。凹槽底部开有螺纹孔，用于连接固定垫板和下模预应力圈。根据下模预应力圈的尺寸确定了螺纹
44、孔的位置，进而确定了下模座凹槽内螺纹孔的位置。下模固定套尺寸查手册决定采用 M10 六角头螺钉作为连接紧固件。同时，下模座的底部也设计有 6 个均布螺纹孔，用于模座与下模板的连接固定。同样，根据模座尺寸确定了螺纹孔的位置，此处采用 M16 内六角圆柱头螺钉连接。凹槽中心开有通孔，用于容纳顶料杆及其垫块，通孔直径取决于顶料杆大头部分的直径，由于通孔和顶料杆大头之间应留有间隙，故通孔直径应略大于顶料杆大头直径。下模座如下图所示：图 83.2.5下模预应力圈的设计下模预应力圈用于承载、固定下模。同时，在上、下模合模的过程中还通过与模圈导向套的配合起到导向的作用。预应力圈内孔尺寸根据下凹模外圆尺重庆理工大学毕业论文 JH70 摩托车主轴坯冷镦成形模具设计17寸确定。为了增大传力面积，防止过大的集中力将固定套压溃，将下模固定套内圈设计成锥面形状。其外全尺寸与模圈导向套尺寸相符，以保证精确导向。根据固定套的尺寸确定出螺钉通孔的位置，通过 M10 六角头螺钉将其固定在下模座上。内圈具体尺寸等设计详见下章。下模固定套如下图所示：图 93.2.6下模板的设计下模板在挤压过程中起到支撑整个模具的作用，其设计过程与上模板类似。简述如下：材料及基本尺寸的的确定通过查阅手册，确定下模板材料为 45 钢。长宽尺寸为 700550
