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浙江工业大学本科毕业设计(论文)
故可得:质量m???v?383.0g
3.3 毛坯尺寸计算
① 金属坯料直径选取原则
由于坯料重量控制较严,余料很少。坯料放入凹模孔后如有较大间隙则坯料可能偏歪,造成锻件局部缺料而充不满。这就对坯料直径有一定要求,其选取原则是:在放入模孔顺利的前提下,其放料间隙尽可能小,即坯料直径尽量接近挤压凸模直径。在实际应用中,放料间隙单边在0.25mm时,经润滑后的坯料即可顺利放入凹模孔。考虑到原始棒料直径规格可能不尽合适,故可适当放宽放料间隙,但最大不宜超过单边0.5mm。
② 由此可给出所需坯料直径计算式:
d0?d?2t?(0.5~1.0)mm (3-1)
式中: d0一坯料直径;d一挤压凸模直径;t一磷、皂化层厚度
由式3-1可得,坯料的直径:d0?58.0mm 根据式2-1和式2-2可得:
毛坯体积:mm3v坯?v件?v修?v件?s0??h?58681.106mm 毛坯高度:h坯?v坯s坯?4v坯?d0?22.22mm
233.4 本章小结
本章主要是对十字轴套杯零件进行了进一步的分析,根据已知条件以及辅助软件剖析了其各项属性,完成了二维三维零件图,并且确定了毛坯的尺寸。通过本章内容的阐述,深入地了解了挤压件的相关信息,为接下来的模具工作部分的设计奠定了良好的基础。
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第四章 十字轴套杯模具工作部分设计
冷挤压工作部分零件是指凸模、凹模、顶杆等在挤压时直接参与挤压过程的一些零件。凸模与凹模是冷挤压模的主要工作零件,其工作部分的形状和尺寸设计得合理,会使金属流动阻力减少,挤压力降低和延长模具的使用寿命。根据对十字轴套杯零件的分析以及该零件在实际生活中的加工方法,选用正挤压法进行模具工作部分的设计。
4.1 凸模设计
4.1.1 凸模材料
正挤压凸模的作用主要是传递挤压力,其设计较为简单,由挤压件辅助处理后的σb≧635 MPa以及根据表2-1可知,实际上只要凸模上所受的单位挤压力不超过3000MPa 即可。凸模材料的抗拉强度不超过700N/mm2。
根据挤压件属性,查附表A-1【14】可得,凸模材料选Cr12MOV,材料性能见表4-2,热处理硬度60-62HRC。
4.1.2 凸模设计计算
(1)设计时应注意一些问题:
? 为了保证凸模装卸简便,紧固可靠,凸模的加紧部分一般做成阶梯型或锥形;
? 当凸模带有导向部分时,导向部分长度按刚开始挤压时,伸入凹模的长度不小于5mm的原则来设
计;
? 为防止应力集中而造成模具早期失效,所有过渡部分皆应有足够大的圆角半径或倒角; ? 为了防止凸模产生纵向弯曲,凸模成形部分长度应尽量短一些;
? 凸模与上压力板接触表面应紧密配合,不允许留有间隙;为了提高凸模的强度,当凸模承受的单位
挤压力较大时,应尽量做成组合式结构。 (2)其主要尺寸如下:
① 凸模工作部分直径d
凸模工作部分的直径d,即凸模的有效工作尺寸,其名义尺寸等于凹模内径D。相互配合关系为基孔制间隙配合
H7H7或。 g6h6② 凸模工作部分高度h
凸模的有效长度要合适,太长易产生纵向弯曲失稳。凸模的有效长度与直径之比(L/d),一般可参考下列数据:
反挤压纯铝时:
hd?7~10
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反挤压紫铜时:
hd?5~7
反挤压黄铜时: hd?3~5 反挤压低碳钢时: hd?2.5~3
由于20Cr钢属于低碳钢,由上式可得,取hd?2.5,即h?2.5d?150mm 正挤压凸模的尺寸可按照表3-1经验公式选取【15】。
表4-1 正挤压凸模(图4-1)尺寸参数设计计算表
名 称 凸模工作部分直径d 定位部分直径d2 支承部分直径d3 支承部分高度h2 圆角半径R1 尺 寸 参 数 凹模型腔D-0.02mm (1.2~1.4) d (1.8~2.0) d (0.3~0.5) d (0.5~1.0) d
图4-1 凸模示意图
由上表可得:d2?1.4d?84.00mm,d3?2.0d?120.00mm,
h2?0.4d?24.00mm,h3?0.5d?30.00mm
4.2 凹模设计
凹模设计时应注意一些问题与凸模设计基本相同。挤压时,凹模在静态高压、强烈冲击和巨大摩擦作用下,其工作条件十分恶劣。因此模具设计时必须找出一个能承受和分配这种载荷的途径。正挤压凹模根据单位挤压力大小可选择单层整体凹模或组合凹模。有时单位挤压力小时也可采组合凹模,以降低模具制造成本。
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4.2.1 凹模材料
在挤压过程中,凹模起着容纳变形金属坯料和控制金属流动的双重作用。凹模内腔壁承受着强大的压力,很容易产生开裂[16]。为了提高冷挤压凹模的强度,确保凹模在较大的单位挤压力下有较长的使用寿命,一般均采用预应力组合凹模结构形式。所谓组合凹模就是利用过盈配合,用一个或两个预应力图将凹模紧套起来而制成的多层凹模结构。在满足强度要求的情况下,根据附表A-1,凹模内层材料仍采用耐磨性较高的硬质合金钢Cr12MOV,而凹模的外层预应力加强圈材料选用AISIH13,材料的基本特性见表4-2所示。热处理硬度60-64HRC。
表4-2 材料部分机械性能
材料型号 Cr12MOV AISIH13 弹性模量(E/MPa) 225400 212000 屈服强度(σs/MPa) 1500 1200 泊松比 0.25 0.3 4.2.2 凹模结构型式设计
1) 凹模的结构形状
根据单位挤压力大小,冷挤压凹模可采用三种类型[17],即: 整体式凹模图4-2,两层组合凹模图4-3,三层组合凹模图(略)。
图4-2 整体式凹模 图4-3 两层组合凹模
2) 整体式凹模受力分析[18]
冷挤压时,整体式凹模内腔受到变形金属材料的径向压力,这种受力状况近似于厚壁圆筒承受径向内压的受力状态。其之所以是近似,是因为冷挤压时凹模不在厚壁圆筒内壁整个高度上受压力,另外据有限元数值计算及实测,凹模内壁所受的单位挤压力低于凸模端面上的单位挤压力,因此假设:所计算的凹模应力值是偏大的,设计是安全的,则:
先分析厚壁圆筒的受力情况。当厚壁圆筒的内半径为r1、外半径为r2、受内压力p1、外压力p2、而无轴向力作用时,厚壁圆筒筒壁任意一点r处的应力可由拉美(Lame)公式求得:
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