中北大学课程设计.doc

1 前言 本次课程设计主要是制定典型零件的生产工艺，是以《固态相变原理》、《金属热处理工艺学》和《金属材料学》为基础的一门综合课程设计。从本次课程设计中，我们可以获得综合运用所学的基本理论、基本知识、基本技能，独立分析和解决实际问题的能力；培养严肃、认真、科学的工作作风和勇于进取开拓的创新精神。通过本次课程设计，可以使我们初步掌握典型零部件生产工艺过程；掌握典型零件的选材、热处理原则和工艺制定原理；理论联系实际，综合运用基础课及专业课程多方面的知识去认识和分析零部件热处理生产过程的实际问题，培养解决问题的能力。 1.1 热处理的作用 金属热处理是机械制造中的重要工艺之一，与其它加工工艺相比，热处理一般不改变工件的形状和整体的化学成分，而是通过改变工件内部的显微组织，或改变工件表面的化学成分，赋予或改善工件的使用性能。其特点是改善工件的内在质量，而这一般不是肉眼所能看到的。 为使金属工件具有所需要的力学性能、物理性能和化学性能，除合理选用材料和各种成形工艺外，热处理工艺往往是必不可少的。钢铁是机械工业中应用最广的材料，钢铁显微组织复杂，可以通过热处理予以控制，所以钢铁的热处理是金属热处理的主要内容。另外，铝、铜、镁、钛等及其合金也都可以通过热处理改变其力学、物理和化学性能，以获得不同的使用性能。 1.2 冷挤压的作用 冷挤压是精密塑性体积成形技术中的一个重要组成部分。冷挤压是指在冷态下将金属毛坯放入模具模腔内，在强大的压力和一定的速度作用下，迫使金属从模腔中挤出，从而获得所需形状、尺寸以及具有一定力学性能的挤压件。显然，冷挤压加工是靠模具来控制金属流动，靠金属体积的大量转移来成形零件的。 冷挤压技术是一种高精、高效、优质低耗的先进生产工艺技术，较多应用于中小型锻件规模化生产中。与其他加工工艺相比冷挤压有如下优点： 1）节约原材料。 2）提高劳动生产率。 3）制件可以获得理想的表面粗糙度和尺寸精度。 4）提高零件的力学性能。。 5）可加工形状复杂的，难以切削加工的零件。 6）降低零件成本。 2 零件图分析 2.1 零件图 零件图如图1所示，由该图可知，此零件为冷挤压模中的凹模。它由两个螺纹孔和一个弧形的型孔组成。其弧形型孔为材料加工成型的重要部分。从形状看来，这个凹模是个形状相对简单的模具。 图1 零件图 尺寸要求：L=170mm 厚度为50mm 技术要求：硬度为61—63HRC 2.2 零件服役条件及失效形式 冷挤压模具工作时，通常是将大截面的坯料变形为小截面的工件(或反之)，坯料受到强烈的三向压应力作用，发生剧烈的塑性变形。由于被挤压材料的变形抗力较高，如钢的冷挤压，其变形抗力高达1900 MPa以上，使模具承受强大的挤压反作用力和摩擦力；同时，摩擦功和变形功转化成热能，使模具表面温升达300—400℃左右，而且，每一次挤压过程都是在很短的时间内完成的，从而使模具在工作时温度升高，不工作时温度又下降，即模具承受着冷热交变温度和多次冲击负载的作用[1]。 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[2]。所以凹模的失效形式主要表现为：凹模内腔因磨损而使得工件的尺寸超出设计的要求及凹模内腔疲劳裂纹的出现[3]。 3 材料的选择 因为冷挤压模具在工作中受到拉伸、压缩、冲击、疲劳、摩擦等机械力的作用，变形抗力很大，同时毛坯在模具中强烈的塑性变形会产生热效应，因此，冷挤压模具钢应具有：①良好的耐磨性；②足够的强度和韧性；③良好的红硬性；④抗咬合粘结能力等的性能[4]。同时零件还要求硬度值达到61—63HRC。 3.1 材料种类的选择 因为零件为冷挤压模，所以应选择冷作模具钢，而挤压凹模磨损严重，所以应选择抗磨损冷作模具钢，如Cr12、Cr12MoV。 3.2 确定材料及其性能分析 因为Cr12MoV钢有高淬透性，截面为300—400mm以下者都可以完全淬透，在300—400℃时仍可保持良好的硬度和耐磨性[5]。其淬透性、淬火回火后的硬度、强度、韧性均比Cr12高，且淬火时体积变化最小[6]，淬火加热温度一般采用980—1030℃，然后150—170℃低温回火,硬度为HRC61—63[7]，故其热处理后硬度可达到零件要求，所以我选择Cr12MoV钢。 3.2.1 化学成分 Cr12MoV钢中各元素含量如表1[8]。 表1 Cr12MoV钢化学成分（质量分数） % 牌号成分 C Si Mn Cr Mo V S P Cr12MoV 1.45 — 1.70 ≤0.40 ≤0.35 11.00—12.50 0.40 —