摘 要

同步器M头是由中间空心，外部带阶梯形的复杂形状组合的。本零件的成形工艺较为复杂，制作的加工方案以及实施工艺过程中会略为特殊。这类零件一般均采用的是机械加工成形方式，但是对于本零件来讲，外观呈现的阶梯形以及每个孔壁的尺寸大小都不均匀，因此采用机械加工或冷挤压等成形方式。此类精度要求特殊的复杂零件，本次设计采用是冷挤压成形，数道挤压工艺。需要特别关注所使用材料的变形程度、材料流动的规律以减少零件的过度变形来得到准确的零件。本次设计研究了同步器M头的在工艺实施中的可行性，通过对同步器M头的分析，拟定多种方案进行比较得到最优方法，在最优的方法中制作最贴合的工艺流程，以此过程完成后进行同步器M头零件模具设计。冷挤压方式加工得到的零件，提升零件强度，精确零件表面精度，改善零件组织性能，节省材料的废料，加快生产效率。

关键词： 同步器M头； 冷挤压 ；模具设计

Abstract

Synchronizer M head is complex shape from the bottom of a hollow, flanged outer ladder-shaped bottom with a combination. This part of the forming process is more complex, machining program development and technology implementation process will be a little special. Such parts are generally formed by machining, but this part is concerned, it presents the appearance of a stepped wall and each the size of hole wall is not uneven, so by machining, forging or cold extrusion molding, etc. For high precision complex parts, the designs use a cold extrusion, multi-channel extrusion process. The main attention is the degree of deformation, material flow control to reduce the excessive deformation of parts to get qualified parts. The design is researching the feasibility of synchronizer M head, through the analysis of the product, making multiple process programs comparison to get the optimal solution, and making the process, on the basis of the design of synchronizer M head parts of extrusion die design process. After the cold extrusion process, improve the strength of parts, improve the parts precision, change organizational performance parts, save material, improve the production efficiency.

Key Words： synchronizer M ; cold extrusion ; die design

目录

第1章 绪论 - 1 -

1.1我国冷挤压技术现状及发展方向 - 1 -

1.2冷挤压工艺及冷挤压模具的重要性 - 3 -

1.3设计主要内容 - 3 -

1.4 设计目的与意义 - 5 -

第2章 金属挤压成形基本理论 - 6 -

2.1 同步器M头成形理论 - 6 -

2.2 冷挤压变形的影响因素 - 6 -

2.3 冷挤压过程中产生的现象 - 7 -

2.4 冷挤压时的外摩擦和润滑 - 7 -

2.5 冷挤压对金属组织、力学性能的影响 - 8 -

第3章 同步器M头挤压零件设计 - 9 -

3.1冷挤压件的原材料及毛坯准备 - 9 -

3.1.1冷挤压件的原材料 - 9 -

3.1.2冷挤压毛坯的制备 - 9 -

3.1.3 毛坯的预成形 - 10 -

3.1.4毛坯的软化处理 - 10 -

3.1.5 毛坯表面的处理及挤压的润滑方式 - 11 -

3.2冷挤压挤压件的设计 - 12 -

3.2.1毛坯体积的计算 - 13 -

3.2.2 毛坯的内外径计算 - 13 -

3.2.3 毛坯的高度 - 13 -

3.3冷挤压力的影响因素 - 14 -

3.4 冷挤压的变形程度大小 - 15 -

3.5 冷挤压件的尺寸精度 - 16 -

3.6冷挤压力的计算 - 17 -

3.7 冷挤压设备的选择 - 18 -

3.7.1 冷挤压设备的基本要求 - 18 -

3.7.2 冷挤压的压力机选择 - 18 -

第4章 冷挤压工艺制定 - 21 -

4.1冷挤压工艺设计的设计内容 - 21 -

4.2冷挤压工艺设计的方法 - 21 -

第5章 同步器M头建模与数值模拟分析 - 29 -

5.1 同步器M头建立模具模型 - 29 -

5.2同步器M头数值模拟分析 - 31 -

第6章 冷挤压模具设计 - 35 -

6.1冷挤压模具设计的要求 - 35 -

6.2 模具工作部分的设计 - 35 -

6.2.1 复合挤压凹模的设计 - 35 -

6.2.2 复合挤压凸模的设计： - 37 -

6.2.3 顶料杆的设计 - 38 -

6.3 模具紧固零件的设计 - 38 -

6.3.1 垫板的设计 - 38 -

6.3.2 定位圈的设计 - 39 -

6.3.3 压力圈的设计 - 39 -

6.3.4 螺钉的设计 - 40 -

6.4 模具上下模座部分设计 - 40 -

6.4.1 上、下模座的设计 - 40 -

6.4.2 导柱、导套的设计 - 41 -

6.4.3 上、下模座的设计 - 41 -

第7章 冷挤压模具的结构和工作原理 - 42 -

7.1 冷挤压模具的结构 - 42 -

7.2 冷挤压模具的工作原理 - 43 -

结 论 - 44 -

参考文献 - 45 -

致 谢 - 47 -

第1章 绪论

1.1我国冷挤压技术现状及发展方向

冷挤压技术在应用初期的发展是非常缓慢的，其应用材料在随后发展的长时间内都局限在少数材质比较软的金属材料，如铅、锡等。在18世纪末，法国人最先成功研究出铅类棒料的冷挤压技术^[1]。一直到20世纪40年代，在钢类零件领域，冷挤压技术才逐渐应用^[1]。20世纪50年代，冷挤压工业生产中开始使用的材料，从材料铅逐渐发展到应用铝、铜及其合金。在20世纪60年代，由于实际生产的需要，钢类零件的冷挤压技术应用发展迅速^[1]。近些年来，随着我国工业生产领域的迅猛发展及现代科学技术的生产需求，冷挤压技术逐步已经成为首要选择^[1]。就目前情况，我国的冷挤压技术可加工的金属材料分布较广，如铅类、锡类、铜类、锌及其合金、铝类、不锈钢及其合金钢等；甚至在一些难以变形的金属材料如高速钢等也可以进行加工。我国现存的冷挤压技术可以制作出来的零件有很多种，其中包括较为复杂的零件，如凸缘（台阶）轴类零件、杯形零件、空心轴类零件、阶梯轴类零件以及齿形类零件等。自我国改革开放之后，为了更好的发展冷挤压技术，买入了大批量国外的更加合理化模具钢种。以此为基础发展，选用模具材料更是突飞猛进，从高速钢、滚珠轴承钢、弹簧钢，更是应用了新型模具以及硬质合金等^[1]。冷挤压技术中，模具的使用寿命已经大幅度提升，从一开始的6000~60000次发展到现在的300000~4000000次。模具设计方面，CAD/CAM计算方法以及专业的系统计算方法都是现在较为常用的数据处理方式^[1]。制造零件的强度以及刚度得以保证的情况下，使得选用模具的材料发挥最大的潜力^[1]。为了满足快速以及精确地制造要求中所需要的冷挤压模具，现有技术中可以采用快速造型技术，以及高速数控加工。对于压力机来说，我国现有的挤压机技术已经很先进、成熟，包括多个吨位挤压压力机的设计以及应用能力。

冷挤压技术未来发展的主要方面：

1. 在工业技术范畴内，将传统的制造工艺，如拉深、铸造、锻造等技术逐步发展为冷挤压技术，使得工业生产更为简便。
2. 在现在可以应用材料的基础上，为了使更多种类的材料的得到应用，在冷挤压技术中加大使用。
3. 设计中在合理的需求范围内，逐步提高冷挤压工序中所产生的挤压变形量。
4. 冷挤压技术中，不仅可以满足冷挤压制造复杂零件形状，甚至是制造外形不对称的特殊零件。
5. 在保证制作的零件性能不变的情况下，使得冷挤压技术中模具寿命更为有效。
6. 为了更加适应现代化、智能化、数字化生产工艺，尽可能最大化提升冷挤压技术的生产能力。
7. 使得冷挤压技术在小批量的生产工艺中得到更加广泛的应用。
8. 为了更加适用于工业2.0的计划，高度灵活、数字化以及个性化等现代技术的要求下扩大应用范围。

为了满足工业生产中的需求，以下方面可以作为研究的方向：

1. 进一步探究冷挤压成形工艺过程中，金属流动的规律以及流动过程中应力应变的关系。
2. 研究冷挤压变形中的摩擦规律，并且探索外摩擦力对冷挤压变形产生的影响。
3. 探究精密可靠的下料方法，以此提高毛坯尺寸的精度及重量偏差。
4. 研制更为可靠、简易、经济的表面润滑处理方法。
5. 寻找更好的模具钢材料，研发与其对用的加工工艺方法。
6. 更有效地利用有限元方法、计算机辅助设计等现代方式，寻求更切合实际应用的单位挤压力计算方法，并辅之以优化设计，获得更为合理的模具结构。
7. 进一步探究模具、模架设计的方法，探究生产时凸模、凹模表面以及内部的应力应变规律。
8. 开发、研究设计出更适用于现代工业生产技术的冷挤压压力机。
9. 尝试在冷挤压技术中采用机械化、自动化装置，并设计更合理的安全装置。
10. 在冷挤压技术中，加以应用更多先进技术，以应对更为复杂零件的生产。

1.2冷挤压工艺及冷挤压模具的重要性

冷挤压是在室温条件下进行的，应用金属材料塑性变形的理论，把常态的毛坯放在模具型腔中，在一定速度的凸模压力作用下，使金属毛坯在三向受压的压力状态下产生了金属的塑性变形，致使金属毛坯通过凹模和凸模之间的间隙或者凹模的模孔，从而得到空心类零件或者断面比毛坯小的实心零件，并且获得要求中需要得形状及尺寸，同时具有较好性能的挤压成形件的加工技术^[4]。冷挤压是无切削（少切削）零件加工工艺方法之一，因此是金属塑性加工中的一种较为先进工艺技术。