摘 要

伴随着目前工业技术的飞速发展，冷精锻成形工艺已然成为了一项十分重要的工业技术，在各种类型的重要零部件生产制造中应用广泛，因此冷锻件的产量也是能够体现我国综合实力的一项重要指标。而在冷精锻技术中，冷精锻模具的设计和生产是最为重要的，在非常大的程度上对产品的质量、生产效益以及新产品的开发起着决定性的作用。

本文以日常生活中普遍的自行车花盘作为工件，来进行冷精锻模具的计算设计以及工艺分析，通过结合所学过的模具设计以及成型原理等课程的内容，设计一套能够制造出自行车花盘的冷精锻模具。通过对工件性能以及冷锻工艺的分析，设计出几套可行的冷锻模具结构，经过实用性和经济性的多方位比较，最终选择了一套以反挤压为主的复合挤压冷精锻模具。在对零件的冷锻工艺性能进行分析以及计算出毛坯的具体尺寸之后，开始对冷精锻模具的主要零部件进行设计和尺寸的计算，其中设计部分包括以下几点主要内容：选择模具结构、设计模具工作部分、设计导向和顶出件、紧固装置以及设计模具固定方法等；计算部分包括以下几点主要内容：变形程度、冷锻力、凸模和凹模的尺寸计算等。在确定了冷锻工艺方案之后，利用DEFORM-3D有限元分析软件建立自行车花盘冷锻成形过程的有限元模型，获得冷精锻成形过程中的金属流动规律。然后对冷锻过程中工件的各项动态变量进行观察分析，从而判断设计方案存在哪些缺陷并加以修正。最后利用Pro/e软件对整体冷锻模具进行建模，并利用Auto-CAD软件绘制出冷锻模的总体装配图以及多张重要零部件图。

关键词：冷精锻模；反挤压；有限元分析；Auto-CAD

Abstract

With the rapid development of the current industrial technology, the cold forging process has become a very important industrial technology, it is widely used in the production of various types of important components, so the output of cold forgings is also an important indicator that can reflect China's overall strength. And in the cold precision forging technology, the design and production of the cold precision forging die are the most important, they play a decisive role in the product quality, production efficiency, and the development of new products.

This article uses a common bicycle disk as the workpiece to carry out the calculation and design of the cold forging die and the process analysis. By combining the contents of the courses of mold design and molding principles that have been learned, a set of cold precision forging dies that can manufacture bicycle disk has been designed. Through the analysis of the workpiece performance and the cold forging process, I have designed several sets of feasible cold forging die structures. And after a multi-faceted comparison of practicality and economy, I choice a set of composite extrusion cold forging dies which based on reverse extrusion. After analyzing the cold forging process performance of the parts and calculating the specific dimensions of the blank, started to design the cold forging dies and calculate the dimensions of the main components. The design section includes the following main points: select mold structure, design mold working part, design guiding device, ejector, and fastening device, design mold fixing method, etc; The calculation section includes the following main points: deformation, cold forging force, calculation of convex and concave die size, etc. After determining the cold forging process plan, use DEFORM-3D finite element analysis software to establish the finite element model of the cold forging process of bicycle disk, and obtained the metal flow law in cold precision forging process. Then observe and analyze the dynamic variables of the workpiece in the process of cold forging to find out what defects exist in the mold design and correct them. Finally, use the Pro/e software to model the cold forging die, and use the Auto-CAD software to draw a total assembly drawing of the cold forging die and several important parts drawings.

Keywords:Cold forging die; Reverse extrusion; Finite-element analysis; Auto-CAD

目录

摘要 I

Abstract II

目录 III

第1章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 冷精锻的基本概念 1

1.3 冷精锻的特点 1

1.4 冷精锻的关键技术 2

1.4.1 冷精锻成形工艺与设备 2

1.4.2 冷精锻坯料的材料和处理 2

1.4.3 冷精锻的生产模式 2

1.4.4 冷精锻工艺的模拟与分析 3

1.5 冷精锻的出现与发展 3

1.5.1 冷锻的出现 3

1.5.2 冷锻在近代的发展 3

1.5.3 冷精锻目前在国内外的发展 4

第2章 冷精锻工艺分析 5

2.1 冷锻零件的材料和尺寸参数 5

2.2 毛坯的尺寸 5

2.3 毛坯的软化处理 6

2.4 毛坯的润滑与表面处理 6

2.5 零件冷锻工艺性分析 6

2.6 锻件变形程度的计算 7

2.7 冷锻力的计算 7

2.8 冷锻设备的选择 9

第3章 冷精锻模具设计 11

3.1 模具结构形式的选择 11

3.2 模具工作部分设计 11

3.2.1 上模设计 12

3.2.2 下模设计 13

3.3 模架的选择 13

3.4 压力垫板设计 14

3.5 导向、顶出及紧固零件的设计 14

3.5.1 导向设计 14

3.5.2 顶出装置设计 15

3.5.3 紧固零件设计 15

第4章 冷精锻过程金属流动的有限元模拟分析 18

4.1 创建冷精锻模型 18

4.2 模拟冷锻过程 22

4.3 模拟结果分析 22

第5章 冷精锻模具的建模及装配 29

5.1 建造零件模型 29

5.2 冷锻模装配 30

5.3 冷锻模具总装配图及工作原理 31

5.4 主要零件图 32

第6章 总结与展望 35

6.1 总结 35

6.2 展望 35

致 谢 36

参考文献 37

第1章 绪论

1.1 引言

伴随着国内外制造行业的竞争日渐剧烈，目前在塑性加工技术领域内，重点研究和主要发展的方向之一便是高效、节能、精密的成型技术。尤其是在交通制造行业，比如汽车、高铁、飞机制造等领域，不仅要实现板料成形技术水平的提高，还要尽量采用冷、温精锻等新型工艺来代替传统的锻造工艺，以此来达到节约能源和材料、提高零件的质量精度以及生产效率、并降低制造成本的最终目的^[1]。

而在塑性加工中，对模具的要求是极为重要的，尤其对于冷、温锻这类新型工艺，由于其制造精度高，所以对模具的精度和材料性能的要求，以及压力机的规格要求也都十分严格。到目前为止，在世界各国中以美国、德国、日本为主的一些工业发达国家在这些新型塑性加工工艺领域发展最为迅速，我国虽然相比上个世纪以及有了很大的进步，但仍然存在巨大的差距，需要不断地加快在塑性加工领域的发展。

1.2 冷精锻的基本概念