双头螺栓挤压模具设计
双头螺栓两端直径不同，且中间比两端直径大很多，故首先确定中间部分采用墩挤的形式做出。直径较小的一端采用减径挤压缩小直径即可。由此初步确定为墩挤和减径挤压复合。经过尝试后，发现复合不可行，因为减径挤压在直径缩减处会有一个锥角，故还需在复合加工后再加一次墩挤，将锥度去掉。由于挤压能改善制品质量，故在不需要加工的一端也增加一次减径挤压。这样使得双头螺栓两端质量基本一致。
所以最终的方案分为三次挤压：
第一步减径挤压 主要是改善螺栓质量，稍微的减少毛胚一端直径，在后续工序中能够基本抵消本次减径挤压所减少的直径。
第二步墩挤复合挤压 挤出螺栓M5端中径，也为第三步墩出中间圆台做准备。
第三步墩挤压 墩出中间圆台及螺栓两端倒角部分。
关键词 螺栓，减径挤压，墩挤压，模具设计
目 录
1前言 1
2 产品分析 1
3 工艺方案分析制定 2
4 坯料 3
4.1 坯料尺寸计算 3
4.2 坯料下料及挤前处理 4
5 挤压力计算 5
5.1 第一次挤压力计算 5
5.2 第二次挤压力计算 7
5.2.1减径挤压力计算 7
5.2.2墩挤挤压力计算 8
5.3 第三次挤压力计算 9
6 挤压设备的选择 10
7 挤压模具设计 11
7.1 工作部分设计 11
7.1.1 第一次挤压工作部分设计 11
7.1.2 第二次挤压工作部分设计 16
7.1.3 第三次挤压工作部分设计 17
7.2 凸模和凹模的紧固方式设计 19
7.2.1 上模紧固设计 19
7.2.2 下模 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
紧固设计 20
7.3 卸料机构设计 21
7.3 传力结构设计 22
7.4 模座及模柄的选择 23
7.4 导柱导套的选择 24
7.5 紧固部分的设计 24
8 模具装配及配精度 25
结束语 26
致谢 27
参考文献 28
1前言
挤压技术的发展经历了漫长的历史过程，最初的挤压技术要追溯到19世纪末，那时候的挤压只是使用冷挤压法生产软质有色金属零部件。首次成功的用冷挤压法挤压黑色金属是在1942年，从那时起，挤压技术开始在飞速发展。国内在解放前冷挤压技术还比较落后。20世纪50年代开始了铜及其合金的冷挤压，60年代开始黑色金属的冷挤压。近年来。随着我国工业生产及科学技术的蓬勃发展，冷挤压技术也得到了迅猛发展。
随着挤压技术的发展，挤压所使用的原料种类也越来越多，从原来的有色软金属到现在许多低塑性高强度的材料都可以在一定变形程度内进行挤压。
挤压有以下其他机械加工所不具备的特点：
提高金属的变形能力 金属在挤压时处于强烈的三向压应力状态，可以充分发挥其塑形，获得大变形量。
制品综合质量高 挤压变形可以改善金属材料的组织，提高其力学性能，特别是对于一些具有挤压效应的铝合金，其挤压制品在淬火后，纵向力学性能远高于其他加工方法生产的同类产品。
节约原材料 挤压属于少、无切削加工，大大节约原材料。
产品范围广 挤压加工不但可以生产断面形状简单的工件、管、棒、线材，而且还可以生产断面形状复杂的实心和空心件、型材、制品断面沿长度方向分阶段变化的和逐渐变化的变断面型材，其中许多断面形状的制品是采用其他塑性加工方法无法成形的。
生产灵活性大、生产效率高 挤压加工具有很大的灵活性，只需更换模具就可以在同一台设备上生产形状、尺寸规格和品种不同的产品。
工艺流程简单、设备投资较少。
2 产品分析
本次毕业设计的题目是设计一套挤压模，挤压出如图1的双头螺栓。其中六角头和螺纹不再本次设计中。根据本次设计需要，画出图2，即为本次设计的最终产品。
双头螺栓的材料为高强度螺栓，实际生产时通常采用中碳钢及以上材料，本次生产采用的是45钢，制作螺栓的性能等级为8.8级。符合实际生产需求。
图1
图2
3 工艺方案分析制定
考虑到产品两端直径不同，且中间比两端直径大很多，故首先确定中间部分采用墩挤的形式做出。直径较小的一端采用减径挤压缩小直径即可。由此初步确定为墩挤和减径挤压复合。经过尝试后，发现复合不可行，因为减径挤压在直径缩减处会有一个锥角，故还需在复合加工后再加一次墩挤，将锥度去掉。由于挤压能改善制品质量，故在不需要加工的一端也增加一次减径挤压。这样使得双头螺栓两端质量基本一致。
所以最终的方案分为三次挤压：
第一步减径挤压 主要是改善螺栓质量，稍微的减少毛胚一端直径，在后续工序中能够基本抵消本次减径挤压所减少的直径。
第二步墩挤复合挤压 挤出螺栓M5端中径，也为第三步墩出中间圆台做准备。
第三步墩挤压 墩出中间圆台及螺栓两端倒角部分。
图3
通过分析挤压加工特点时发现，由于凹模内导向部分直径略大于坯料直径，所以挤压后坯料未通过成形位置的直径略微变大。
4 坯料
4.1 坯料尺寸计算
根据挤压特点得出，V0=V（V—工件体积,mm3；V0—坯料体积,mm3）通过Pro/E精确计算出产品的体积: Vmax=1010.05 mm3
Vmin= 972.305mm3
根据螺栓直径M6选择毛胚为φ5.25mm的线材，根据体积公式V=FH（F—坯料横截面积，mm2 ；H—坯料高度，mm）得Hmax=46.66mm
Hmin=44.92mm
图4
4.2 坯料下料及挤前处理
挤压件坯料常用下料方法有剪切、锯切和切削。其中，剪切下料制备坯料是比较经济的方法。但考虑到剪刀的磨损、间隙、形状等原因，剪切断面呈马蹄形并有毛刺、断面倾斜、微裂纹等缺陷。当坯料端面倾斜严重时，使用预成型也不能抵消，使挤压件的同心度和平直度等受到影响。切削下料（锯切下料）虽然没有剪切下料经济，而且还会伴随着材料损失，但其尺寸准确，没有形状变形，故被广泛使用。
结合考虑本次产品为螺栓。需要良好的同心度，且不能有微观裂纹等缺陷。故采用切削下料方式制作坯料。带锯床的切口损耗小，生产效率高，精度较高，且投资小，可为本次产品坯料切削。
冷挤压过程中，一般坯料在三向压应力状态下产生塑形变形，金属流动量大，变形抗力大，冷作硬化严重。故钢制零件在冷挤压前必须进行软化处理，使其硬度降低，提高塑形，改善加工性能。
45号钢在挤压前需要进行退火处理以改善其性能，具体方法是将切削完成的毛胚加热到820o～850o保温2～3小时。
表1钢质挤压件不同润滑状态的摩擦因素
润滑剂
摩擦因素
润滑剂
摩擦因素
林华处理+皂化
0.060.08
二氧化钼+机油
由于两端倒角的挤出较小，挤压力相对墩挤可忽略，故在此不做计算。
进过计算后发现每次挤压力都比较小，故考虑将三次挤压放在一个模具中，这样总的挤压力为F总=F1+F2+F3=29.03+30.57+67.79KN=127.39KN。
1前言 1
2 产品分析 1
3 工艺方案分析制定 2
4 坯料 3
4.1 坯料尺寸计算 3
4.2 坯料下料及挤前处理 4
5 挤压力计算 5
5.1 第一次挤压力计算 5
5.2 第二次挤压力计算 7
5.2.1减径挤压力计算 7
5.2.2墩挤挤压力计算 8
5.3 第三次挤压力计算 9
6 挤压设备的选择 10
7 挤压模具设计 11
7.1 工作部分设计 11
7.1.1 第一次挤压工作部分设计 11
7.1.2 第二次挤压工作部分设计 16
7.1.3 第三次挤压工作部分设计 17
7.2 凸模和凹模的紧固方式设计 19
7.2.1 上模紧固设计 19
7.2.2 下模 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
紧固设计 20
7.3 卸料机构设计 21
7.3 传力结构设计 22
7.4 模座及模柄的选择 23
7.4 导柱导套的选择 24
7.5 紧固部分的设计 24
8 模具装配及配精度 25
结束语 26
致谢 27
参考文献 28
1前言
挤压技术的发展经历了漫长的历史过程，最初的挤压技术要追溯到19世纪末，那时候的挤压只是使用冷挤压法生产软质有色金属零部件。首次成功的用冷挤压法挤压黑色金属是在1942年，从那时起，挤压技术开始在飞速发展。国内在解放前冷挤压技术还比较落后。20世纪50年代开始了铜及其合金的冷挤压，60年代开始黑色金属的冷挤压。近年来。随着我国工业生产及科学技术的蓬勃发展，冷挤压技术也得到了迅猛发展。
随着挤压技术的发展，挤压所使用的原料种类也越来越多，从原来的有色软金属到现在许多低塑性高强度的材料都可以在一定变形程度内进行挤压。
挤压有以下其他机械加工所不具备的特点：
提高金属的变形能力 金属在挤压时处于强烈的三向压应力状态，可以充分发挥其塑形，获得大变形量。
制品综合质量高 挤压变形可以改善金属材料的组织，提高其力学性能，特别是对于一些具有挤压效应的铝合金，其挤压制品在淬火后，纵向力学性能远高于其他加工方法生产的同类产品。
节约原材料 挤压属于少、无切削加工，大大节约原材料。
产品范围广 挤压加工不但可以生产断面形状简单的工件、管、棒、线材，而且还可以生产断面形状复杂的实心和空心件、型材、制品断面沿长度方向分阶段变化的和逐渐变化的变断面型材，其中许多断面形状的制品是采用其他塑性加工方法无法成形的。
生产灵活性大、生产效率高 挤压加工具有很大的灵活性，只需更换模具就可以在同一台设备上生产形状、尺寸规格和品种不同的产品。
工艺流程简单、设备投资较少。
2 产品分析
本次毕业设计的题目是设计一套挤压模，挤压出如图1的双头螺栓。其中六角头和螺纹不再本次设计中。根据本次设计需要，画出图2，即为本次设计的最终产品。
双头螺栓的材料为高强度螺栓，实际生产时通常采用中碳钢及以上材料，本次生产采用的是45钢，制作螺栓的性能等级为8.8级。符合实际生产需求。
图1
图2
3 工艺方案分析制定
考虑到产品两端直径不同，且中间比两端直径大很多，故首先确定中间部分采用墩挤的形式做出。直径较小的一端采用减径挤压缩小直径即可。由此初步确定为墩挤和减径挤压复合。经过尝试后，发现复合不可行，因为减径挤压在直径缩减处会有一个锥角，故还需在复合加工后再加一次墩挤，将锥度去掉。由于挤压能改善制品质量，故在不需要加工的一端也增加一次减径挤压。这样使得双头螺栓两端质量基本一致。
所以最终的方案分为三次挤压：
第一步减径挤压 主要是改善螺栓质量，稍微的减少毛胚一端直径，在后续工序中能够基本抵消本次减径挤压所减少的直径。
第二步墩挤复合挤压 挤出螺栓M5端中径，也为第三步墩出中间圆台做准备。
第三步墩挤压 墩出中间圆台及螺栓两端倒角部分。
图3
通过分析挤压加工特点时发现，由于凹模内导向部分直径略大于坯料直径，所以挤压后坯料未通过成形位置的直径略微变大。
4 坯料
4.1 坯料尺寸计算
根据挤压特点得出，V0=V（V—工件体积,mm3；V0—坯料体积,mm3）通过Pro/E精确计算出产品的体积: Vmax=1010.05 mm3
Vmin= 972.305mm3
根据螺栓直径M6选择毛胚为φ5.25mm的线材，根据体积公式V=FH（F—坯料横截面积，mm2 ；H—坯料高度，mm）得Hmax=46.66mm
Hmin=44.92mm
图4
4.2 坯料下料及挤前处理
挤压件坯料常用下料方法有剪切、锯切和切削。其中，剪切下料制备坯料是比较经济的方法。但考虑到剪刀的磨损、间隙、形状等原因，剪切断面呈马蹄形并有毛刺、断面倾斜、微裂纹等缺陷。当坯料端面倾斜严重时，使用预成型也不能抵消，使挤压件的同心度和平直度等受到影响。切削下料（锯切下料）虽然没有剪切下料经济，而且还会伴随着材料损失，但其尺寸准确，没有形状变形，故被广泛使用。
结合考虑本次产品为螺栓。需要良好的同心度，且不能有微观裂纹等缺陷。故采用切削下料方式制作坯料。带锯床的切口损耗小，生产效率高，精度较高，且投资小，可为本次产品坯料切削。
冷挤压过程中，一般坯料在三向压应力状态下产生塑形变形，金属流动量大，变形抗力大，冷作硬化严重。故钢制零件在冷挤压前必须进行软化处理，使其硬度降低，提高塑形，改善加工性能。
45号钢在挤压前需要进行退火处理以改善其性能，具体方法是将切削完成的毛胚加热到820o～850o保温2～3小时。
表1钢质挤压件不同润滑状态的摩擦因素
润滑剂
摩擦因素
润滑剂
摩擦因素
林华处理+皂化
0.060.08
二氧化钼+机油
由于两端倒角的挤出较小，挤压力相对墩挤可忽略，故在此不做计算。
进过计算后发现每次挤压力都比较小，故考虑将三次挤压放在一个模具中，这样总的挤压力为F总=F1+F2+F3=29.03+30.57+67.79KN=127.39KN。
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