高精度焊接螺栓冷挤压工艺与模具设计【任务书+开题报告+CAD+说明书】.rar

1浙江水利水电学院浙江水利水电学院毕业设计（论文）任务书毕业设计（论文）任务书题 目：高精度焊接螺栓冷挤压工艺与模具设计 专 业：材料成型及控制工程 学 号：2022b36014 学生姓名：高健 指导教师：丁明明 职称：教授 指导教师：职称：所在单位：（外聘教师填写此行）2024 年 3 月 1 日2024 年 3 月 1 日2一、毕业设计（论文）的要求和内容（包括原始数据、技术要求、工作要求等）1.设计（研究）依据设计（研究）依据精锻成形是汽车零配件生产的重要手段。本次毕业设计的题目来源于省重点研发项目。主要是根据企业的某型号汽车轮毂零件产品（见图 1）技术要求，完成其精锻成形工艺和主要模具结构设计，以节约原材料，提高劳动效率，降低工人的劳动强度。图 1 焊接螺栓零件简图技术要求：（1）表面不允许有裂纹、斑痕、折叠、毛刺及严重碰伤拉痕等；（2）每批次须做 30”头部敲击实验及金属流线；（3）标记为重要特性尺寸，标记 S 为安全特性标记为关键特性；2.设计（研究）内容设计（研究）内容 具体工作内容：（1）焊接螺栓精锻成形工艺方案设计：根据焊接螺栓产品的技术要求，在对其进行工艺分析的基础上，提出焊接螺栓精锻成形工艺方案，并制定了相应的工艺路线图。（2）焊接螺栓精锻成形工艺参数的优化：根据螺栓成形方案，采用 DEFORM-3D 有限元3软件分别建立有限元模型，从所需设备、工艺性、经济性角度进行分析，并对成形方案和工艺参数进行优化。（3）焊接螺栓精锻模具设计：根据工艺优化的结果，设计精锻模具，并校核其强度和编制模具制造工艺。3.工作要求工作要求毕业设计是一项创造性劳动，要求学生必须严肃认真对待毕业论文的写作。在整个毕业设计过程中，学生应充分发挥主观能动性，并遵从教师的指导，在规定的时间范围内相应的任务：（1）需要阅读 20 篇左右的中外文献，并撰写相关的文献综述报告；（2）完成一篇外文资料的翻译任务（中文字数不少于 2000 字）；（3）完成开题报告的撰写任务；（4）完成毕业设计的撰写任务。学生在撰写各项文档过程中，不允许抄袭他人的研究成果，更不允许由他人代作。毕业设计的写作应观点正确，中心突出，层次分明，论述清楚，论点明确，论据充分，结构严谨，语言准确、简练，文字流畅，格式规范。毕业设计的字数不少于 10000 字（毕业论文的字数不少于 15000 字），论文正文不少于 30 页，并附有中英文摘要（中英文字或词不少于 400字）。二、毕业设计（论文）成果及要求（如图纸、实物等）二、毕业设计（论文）成果及要求（如图纸、实物等）1.图纸要求1.图纸要求根据设计任务要求，本次毕业设计需要学生确定精锻成形工艺方案，以及精锻成形的CAE 分析，并提交精锻锻模具总装配图和模具零件的 CAD 图纸一套。2.实物要求2.实物要求无3.其它成果3.其它成果无三、毕业设计（论文）进度计划 三、毕业设计（论文）进度计划 序号各阶段工作内容起讫日期备注1熟悉设计任务，查找相关文献资料2024.1.1-2024.1.202文献综述撰写与外文资料翻译2024.1.212024.2.33文献综述与外文资料审阅与修改上交2024.2.42024.2.174开题报告撰写上交与开题汇报2024.3.142024.3.175相关技术学习、课题研究与毕业设计（论文）撰写2024.3.32024.5.36论文中期检查20244.132024.4.197论文初稿上交查重与审阅2024.5.42024.5.108毕业论文审核与评阅2024.5.112024.5.179毕业论文答辩资格审查与毕业答辩2024.5.182024.5.2410论文修改后的最终稿上交2024.5.252024.5.274四、主要参考资料四、主要参考资料1 夏巨谌.典型零件精密成形M.北京：机械工业出版社,2008：161-165.2 夏巨谌.材料成形工艺M.北京：机械工业出版社,2019：106-138.3 晏爽,李普,潘秀秀，等.精密锻造成形技术的应用及其发展J.热加工工艺,2013，42(15)：9-15.4 肖红生，林新波.温锻精密成形技术及其有限元模拟J.锻压技术，2016，2：3-6.5 李猛.热模锻压力机的远程监控与智能诊断系统研究D.南京：南京理工大学,2018.6 赵震等.冷温热挤压技术M.北京：电子工业出版社,2018：1-17.7 韩玉科.镁基汽车控制臂的热模锻工艺优化J.热加工工,2017,46(07):193-196.8 王伯平.互换性与测量技术基础（第 4 版）.北京:机械工业出版社，2018.9 赵旭辉.热模锻压力机的应用现状分析J.金属加工(热加工),2014(05):54.10 赵林,肖彩霞.基于 EtherCAT 的热模锻压力机控制系统优化设计J.热加工工艺,2018,47(09):155-158.11 徐丽,马继斌,周锋.基于 CC-link/MODBUS 网络在热模锻压力机控制系统中的应用J.锻压装备与制造技术,2017,52(05):34-37.12 蒋鹏，夏汉关，等.面向智能制造的精密锻造技术M.合肥：合肥工业大学出版社,2018：66-76.五、其他（学生提交）五、其他（学生提交）需要提交的主要成果：需要提交的主要成果：1.毕业设计论文2.开题报告3.外文翻译4.模具装配图5.模具零件图指 导 教师（签名）：2022 年 2 月 18 日六、审核签字六、审核签字教研室主任（签名）：年 月 日注：1.任务书由指导教师填写、教研室主任审核。2.任务书要求在毕业设计（论文）工作开始前下达。浙江水利水电学院浙江水利水电学院毕业设计（论文）开题报告毕业设计（论文）开题报告题 目：高精度焊接螺栓的冷成型工艺 专 业：材料成型及控制工程 学 号：2018b23038 学生姓名：XXX 指导教师：丁明明 职称：教授 指导教师：丁明明 职称：教授 所在单位：（外聘教师填写此行）年 月 日年 月 日2一、选题的依据及意义一、选题的依据及意义1.选题依据1.选题依据挤压是将挤压模具装在压力机上，将金属坯料放入模腔内，利用压力机的往返运动，在强大的压力和一定的速度之下，迫使金属在挤压模的型腔内发生塑性变形，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。本次毕业设计的题目来源于某企业的高精度焊接螺栓设计图。主要是根据该企业的该型号高精度焊接螺栓零件产品（见图 1）技术要求，传统的重力铸造方法虽然成本低而生产效率高，但是容易产生气泡，密度不均匀，表面平滑度不够。而挤压法生产的高精度焊接螺栓质量好，也能批量生产。图 1 高精度焊接螺栓零件简图技术要求：1.表面不允许有裂纹、斑痕、折叠、毛刺及严重碰伤拉痕等；2.每批次须做 30头部敲击实验及金属流线；3.标记为重要特性尺寸，标记 S 为安全特性，标记为关键特性。2.选题意义2.选题意义在世界上的大多数的国家和地区中,模具工业已经取得了长足的发展,并且取得了很大的成就,在他们国家会有一些相应的机构以及研究所和研究人员,为国家的研究方向以及发展发现提出来一些相应的建设性的意见。例如,日本有第一类技术协会,台湾有台湾模具行业协3会,中国有中国模具工业协会,它们在各省和各省都有分支机构。在中国的模具企业才达到数万。近年来,我国冲压模具水平有了很大的提高。由于模具工业的大力 模具工业的发展已经成为我国国民经济的重要基础产业之一，不管是在发展技术的不断革新，制造业的成本不断的降低，同时生产效率显著增加，极大程度上节省了人工成本，减低了资源的消耗，并获得了十分广泛应用。模具使用非常广泛，几乎所有的五金零件都需要在现代制造中模具来成型产品组件。我国模具工业与其他发达国家的差距仍然很大。要想超越其他发达国家，必须加快模具工业的发展。通过对本次毕业设计可加深对四年大学学习只是的巩固和理解，使我们更加熟悉冲模的工作原理，加强处理各种设计模具相关为题。本次论文设计过程是，使我在复习书本知识的同时，了解新的知识，可以加强本人查阅、设计、换算和绘图等能力。二、国内外研究现状及发展趋势（文献综述）二、国内外研究现状及发展趋势（文献综述）1.国内研究现状1.国内研究现状目前，我国模具的发展与研究日渐成熟，这意味着我国将逐渐的淘汰一些不够标准的模具厂家，近年来我国模具的精度与标准化不断地发展，但不得不承认的是我国的模具制造技术与老牌发达国家还扔有着一段不小的差距。眼下我国的模具生产依然以价格作为主要竞争力，精度与标准化体系上仍然被机械发达的国家所垄断，正因如此，国产模具很难打入高端市场。在大型的复杂的高精度精密仪器上仍然需要依赖向老牌发达国家进口。但是经过我国科学家的不断努力，科学技术不断的发展，差距也在不断地缩小。虽然外国对中国的技术封锁，且我国大多数知名模具企业多为中外合资，外国资本掌握着主导权。但是，我国已经逐渐摒弃了改革开放之后的“造不如买，买不如租”的风气。自主创新意识不断地提高，在国家的大力扶持下，利用国际上的各种模具进行设计再联系本国的实际情况，已经走出了一条属于中国自己的模具发展之路。2.国外研究现状2.国外研究现状在世界上的大多数的国家和地区中,模具工业已经取得了长足的发展,并且取得了很大的成就,在他们国家会有一些相应的机构以及研究所和研究人员,为国家的研究方向以及发展发现提出来一些相应的建设性的意见。例如,日本有第一类技术协会,台湾有台湾模具行业协会,中国有中国模具工业协会,它们在各省和各省都有分支机构。在中国的模具企业才达到数万。国外，特别是在欧美和日韩等发达国家，他们有着非常丰富且先进的生产技术和制造经验，非常值得我们所学习借鉴。在世界发达国家的许多模具生产企业都已经将非常先进的技术应用4到模具当中。如：高速切削、五州联动加工已经在模具中普遍应用，极大的缩短了加工时间，提高了生产效率；有着先进的技术，使得他们制造模具的速度也异常之快；而他们的工作人员更是非常的精简，在企业里，一个人就看管着很多台机器，极大的降低了生产成本，并极大的提高了生产效率；他们的制造管理体系也非常标准、先进，信息传达准确无误。3.发展趋势3.发展趋势改革开放以来，模具作为工业之母，取得了快速、持续的发展。模具的需求量也大大增加，说明我国人民的生活水平也在提高。多年生植物，尤其是珠三角沿海地区，稳定增长 15%。国内模具行业领先全国。近年来，在珠三角的带动下，我国的中小企业得到了接种。同时，也可以增加企业之间的良性竞争。为适应竞争的需要，企业正在向精细化、规模化方向发展。在两国密切沟通的前景下，人力价格和模具制造成本优势吸引了其他国家的优秀企业进入国内融资。合资企业的诞生无疑可以大大提高模具制造水平。现在模具制造行业普遍使用 CAD。技术已经普及，但先进、更成熟的成型模拟分析、同轴开关等 CAE 模拟分析软件在国内的普及率并不高，但 CAE 软件在模具行业是一款实用性非常高的软件。这是非常有效的。使用 CAE 仿真分析软件，可以在计算机上模拟模具塑件的成形性、温度变化、金属变形程度，可以大大提高模具制造行业的产品质量。如果不是 CAE 软件分析，则需要进行实际的模具测试过程和不断的调试，会大大延长模具制造周期，大大增加模具制造成本。因此，CAE 仿真软件分析的普及将成为我国模具工业发展的必由之路。作为一种先进的仿真分析软件，它需要高技能人才。未来，高校需要给予足够的重视3。三、课题拟研究内容与拟解决的主要问题三、课题拟研究内容与拟解决的主要问题主要研究内容主要研究内容1.熟悉常用挤压材料的使用性能。能为所设计挤压制品选择合适的挤压材料。2.掌握冲压模具设计的基本程序和方法，能正确选择模具材料并提出合适的热处理工艺，对挤压模具的制造过程或方法有初步的了解。3.了解常用的挤压模具设计软件，并能熟练运用三维软件的模具设计模块设计挤压模具。4.了解国内、外挤压模具的现状和发展趋势。拟解决的主要问题 拟解决的主要问题 高精度焊接螺栓有着自身的特点，其产品精度高，具有良好的力学性能，形状复杂，组织性和质量较好。为了满足日益发展的工业制造业的需要，我们需要看到研究成果在实践中的一些不足和问题，并且通过努力减少这些问题的出现。问题如下：5（1）本次设计对冷挤压基本概念、产生的历史背景、应用状况、发展趋势进行了简要的综述；进行了设计前的可行性分析，通过对工件的分析，验证了冷挤压方案的合理性。并构思出工件的冷挤压模具的结构。（2）讨论了工件的冷挤压材料并结合工件的形状及工艺的要求对工件毛坯进行了制备。通过对冷挤压变形过程的分析，介绍了冷挤压力的计算和冷挤压设备的选择。通过对零件本身使用性能的分析及零件的相互作用关系，合理的设计出模具的各个零件，并对零件进行了装配。（3）通过对零件的使用性能、周围环境及零件本身结构的分析，介绍了模具材料的选择。介绍了模具零件实体制作，并对实体进行了装配。生动而形象的展示模具外形，使模具的合理性得到保证。四、课题研究方案四、课题研究方案1.研究方案1.研究方案采用 UG 软件对需要加工的零件进行三维造型。针对零件的几何形状特点和材料特性，基于传统的塑性加工工艺和经验提出若干个锻造工艺方案。(3)根据三维分析结果，从中选择较优的工艺方案和工艺参数。(4)模具设计：根据工艺优化的结果，设计挤压模具，并校核其强度和编制模具制造工艺。2.技术路线图2.技术路线图 收集资料，查阅文献挤压成形工艺设计三维建模CAD 设计模具设计模具制造工艺设计工艺参数优化零件加工成形6五、课题拟获得成果、主要特色及进度安排 五、课题拟获得成果、主要特色及进度安排 1.拟获得成果1.拟获得成果（1）模具设计 冷挤模设计量不少于三张零号图纸的。1）挤压模具二维装配图（二维 CAD 装配图）；2）挤压模具三维装配图（三维剖面图或爆炸图）；3）一套模具全部工作零件图。（2）编制毕业设计说明书(说明书中英文摘要)1）设计说明书的中、英文摘要2）挤压件产品工艺分析3）挤压件材料选择4）设备选择及验算5）挤压模结构设计6）挤压模设计的有关计算2.研究特色2.研究特色1.挤压零件尺寸准确表面光洁：目前我国研制的冷挤压件一般尺寸精度可达 89 级，陇度一般可达，若采用理想的润滑可达（指纯铝和紫铜零件），仅次于精抛光表面。因此用冷挤压方法制造的零件，一般不需要再加工，少量的只需精加工（磨削）。2.节约原材料：冷挤压件材料利用率通常可以达到 80以上。如解放牌汽车活塞销动切削加工材料利用率为 43.3，而用冷挤压时材料利用率提高到 92；又如万向节轴承套改用冷挤压后，材料利用率由过去的 27.8提高到 64。可见，采用冷挤压方法生产机械零件，可以节约大量钢材和有色金属材料。3.生产率高：用冷挤压方法生产机械零件的效率是非常高的，特别是生产批量大的零件，用冷挤压方法生产可比切削加工提高几倍、几十倍、甚至几百倍。例如，汽车活塞销用冷挤压方法比用切削加工制造提高 3.2 倍，目前又用冷挤压活塞销自动机，使生产率进一步提高。一台冷挤压自动机的生产率相当于 100 台普通车床或 10 台四轴自动车床的生产率。3.进度安排 3.进度安排 序号各阶段工作内容起讫日期备注1熟悉设计任务，查找相关文献资料2022.1.1-2022.1.202文献综述撰写与外文资料翻译2022.1.212022.2.33文献综述与外文资料审阅与修改上交2022.2.42022.2.174开题报告撰写上交与开题汇报2022.2.182022.3.25相关技术学习、课题研究与毕业设计（论文）撰写2022.3.32022.5.36论文中期检查2022.4.132022.4.197论文初稿上交查重与审阅2022.5.42022.5.108毕业论文审核与评阅2022.5.112022.5.179毕业论文答辩资格审查与毕业答辩2022.5.182022.5.2410论文修改后的最终稿上交2022.5.252022.5.277六、主要参考六、主要参考文献文献1 王伯平.互换性与测量技术基础（第 4 版）.北京:机械工业出版社，2018.2程国良,谢晖,杨大宇,等.汽车车身冲压模具开发同步工程的关键技术研究J.模具技术,20083纪莲清,谢欢.基于 Pro/E 二次开发的冲压模具参数化设计系统J.锻压技术,2007,32(003):4李海生,寇菲菲,蔡强,等.基于知识元的冲压模具设计方法J.计算机集成制造系统,5许铁涛,郭迎春,宗珂,et al.数字化技术在冲压模具设计与制造中的应用J.现代制造技术与装备,2018,6丁海涛,张彪.某车型车门内板试制工艺及模具设计J.汽车实用技术,2020,(03)7李健平,雷金宝,韦佳,武方方.刚性分析在冲压模具设计中的应用J.模具技术,20208王全民.冲压模具寿命的分析及提高J.机电工程技术,20209金吉光.基于数字化冲压件快速设计的模具设计制造J.锻造与冲压,202010 王丹晨，张承基，边翊，等，铝合金车轮锻造成形工艺研究A蒋鹏，夏汉关面向智能制造的精密锻造技术:第七届全国精密锻造学术会议论文集C合肥:合肥工业大学出版社，201811夏巨谌.材料成形工艺M.北京：机械工业出版社,2019：106-138.12 谢谈,贾德伟,蒋鹏,等.精密塑性成形技术在中国的应用与进展J.机械工程学报,2016,37(7):100-104.13曾贤勇,韩耀东.冲压成形过程中粘结瘤生成机理及其解决方案J.模具制造,2020,14Zbigniew Gronostajski,PawelWidomski,SlawomirPolak,etalInfluence of application of GN+Cr/CrN hybrid layer on durabilityimprovement of die inserts used in hot forging process of wheel forgingJProcedia Manufacturing 15(2018)396-403七、指导教师审核意见七、指导教师审核意见同意直接开题 同意修改后开题不同意开题，原因：。指导教师（签名）：年 月 日八、学院审核意见八、学院审核意见同意直接开题 同意修改后开题不同意开题，原因：。8教研室主任（签名）：年 月 日1浙江水利水电学院浙江水利水电学院毕业设计（论文）毕业设计（论文）焊接螺栓冷挤压工艺与模具设计学院名称：机械工程学院 专业班级：材控 s22-1 学生姓名：高健 学生学号：2022b36014 指导教师姓名：丁明明 指导教师职称：2024 年 5 月1毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名：日 期：指导教师签名：日期：使用授权说明使用授权说明本人完全了解 学院关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名：日 期：2目 录摘要.1ABSTRACT.2第一章第一章 绪论绪论.31.1 课题设计的意义.31.2 国内外模具发展状况.4第二章第二章 挤压零件分析及工艺方案的设计挤压零件分析及工艺方案的设计.62.1 工艺分析.62.2 工件的材料分析.7第三章第三章 工艺方案的制定工艺方案的制定.83.1 DEFORM-3D 模拟.83.2 金属流动规律分析.93.3 模拟参数设置.10第四章第四章 冷挤压的工艺方案冷挤压的工艺方案.124.1 挤压件坯料.124.2 挤压件毛坯长度的确定.124.3 冷挤压件材料的软化热处理.134.4 中间成形工序确定.134.5 挤压的整体工序.15第五章第五章 冷挤压力计算冷挤压力计算.165.1 冷挤压的变形程度.165.2 冷挤压的单位变形力.165.3 压力中心.175.4 冷挤压设备的选择.17第六章第六章 各零部件和模具总结构的设计各零部件和模具总结构的设计.196.1 凹模部件结构设计.196.2 凸模部件结构设计.216.3 凸模固定圈结构设计.226.4 凹模垫圈的选择.2236.5 推件结构设计.236.6 上下模座的选用.246.7 模具装配图.25总总 结结.27致致 谢谢.28参考文献参考文献.29浙江水利水电学院 2024 届毕业设计（论文）1摘要摘要随着人们生活水平的提高和经济的持续增长，模具在产品研发中的作用变得尤为突出。无论产品有多复杂或对精度有多高的要求，模具都能在当前的技术水平上为其提供良好的支持，并显著地降低生产成本。我们可以观察到，在众多常见的生活用品中，很大一部分都是通过模具来辅助加工的。在本次设计中，我们选择了高精度焊接螺栓挤压模具的设计方法。在开始设计阶段，在开始之前，我们必须对模具的整体部分进行详尽的探讨，这涉及到其具体的尺寸以及所采用的相关构造等多个方面的细节。确定这些细节后，我们根据加工过程中的各个步骤进行了详细的规划，完成所有这些后，我们还绘制了相应的设计图纸。在中期设计阶段，我们首先基于现有的文献资料，对挤压模具的整体加工过程有了深入的了解。随后，我们对所涉及的内容进行了整合，以确保在设计过程中能够实际应用。另外，基于加工的特定需求，我们已经确定了所需的相关设备，并成功地完成了图纸的编制。最后设计完成后，这一设计流程不仅是对个人能力的一次检验和提升，无论是从设计流程的角度，还是从知识掌握程度的角度来看，都已经取得了显著的进步。关键词：关键词：工艺性、结构、挤压模具浙江水利水电学院 2024 届毕业设计（论文）2AbstractWith the improvement of peoples living standards and the continuous growth of the economy,the role of mold in product research and development has become particularly prominent.No matter how complex the product is or how high the precision is required,the mold can provide good support for it at the current level of technology and significantly reduce production costs.We can observe that in many common daily necessities,a large part of them are assisted by mold processing.In this design,we chose the design method of high precision welding bolt extrusion die.In the beginning of the design phase,before starting,we must conduct a detailed discussion of the overall part of the mold,which involves its specific size and the relevant structure used and other aspects of the details.After determining these details,we carried out detailed planning according to the various steps in the processing process,and after completing all these,we also drew the corresponding design drawings.In the interim design stage,we first based on the existing literature,the overall process of extrusion mold has a deep understanding.We then integrated what was involved to ensure that it could be applied in practice during the design process.In addition,based on the specific needs of the processing,we have identified the relevant equipment required and successfully completed the preparation of the drawings.After the final design is completed,this design process is not only a test and improvement of personal ability,but also a significant progress has been made from the perspective of design process and knowledge masteryKeywords:Processability,structure,extrusion die浙江水利水电学院 2024 届毕业设计（论文）3第一章 绪论1.1 课题设计的意义焊接螺栓是构成了顶级机械产品的基础，其功能可形容为“四两拨千斤”。从外观上来看，螺栓在机械业务中的产值仅仅占据了几百分之几。从实质角度看，这个系统为关键部件和设备带来的附加价值相对较高。经历了多年持续的两位数增长之后，2012 年中国的螺栓行业出现了负增长，年同比下降约 1.5%，这主要是因为市场需求的不足，特别是在遭受国际反倾销之后，螺栓的出口销售收入呈现减少的趋势1。螺栓领域的竞争日益尖锐，正在走向品牌化的经营方式。近 10 年里，中国螺栓产业的迅速发展引起了全球的关注，不仅让发达国家感到震惊，还催生了一个新的巨大市场，跨国公司纷纷涉足此领域。当中国内部的螺栓产业突然意识到市场的生存压力增大，它们已经有了众多的强大竞争者2。在当下的中国螺栓市场中，众多中小型螺栓制造公司广泛生产标准部件，这并未能真正赋予这些企业关键的竞争优势，更是受制于原材料和人员成本等多方面的外部因素的制约，从 4.8 级到 6.8 级的低强度螺栓，或者从 8.8 级到 12.9 级的高强度螺栓，中国的螺栓制造技术有望接近全球先进标准2。主要包括普通的标准件以及中低档次的特种和异型螺栓，这类螺栓数量众多且价格合理。总的来说，市场上主要是低级产品的泛滥，尽管还有部分高端、高精确度、强度高的螺栓需要进口，但进口的平均价格与其报价的比率之间的差异大约是 6 倍以上。从数据中可以看出，中国的螺栓产业尚属于发展中的部分，它是“庞大却不强壮”或“臃肿而不健壮”的。相较于美国、日本、韩国以及中国台湾地区，该区域在多个关键领域均存在显著差距。当前，该区域正面临技术服务不足、机械紧固方案缺乏的挑战，并且产品设计、制造以及管理的数字化进程滞后，这些因素共同制约了其产品和制造过程向绿色化方向发展的步伐。据我们所知，随着资源和环境对螺栓制造行业的压力日益增加，如何有效缓解资源紧张，推动绿色制造业的发展，已成为急需解决的问题。因此，有必要加大对该区域绿色制造技术的研发与应用，以实现制造业的可持续发展5。在未来一段时间内，螺栓的进步将持续向品牌经营的战略方向前进，为螺钉项目的全面发展贡献力量5。在产品层面上，中高端产品计划快速地进行品牌研发到更好的本土化阶段，从设计、制作、包装、物流、使用直到报废后的处理，我们都要确保垃圾最小化、最不排放、最大的资源利用效率和最小化对环境的影响，从而实现企业和社会双重效益的和谐提升5。在商品交易的流通环节中，积极探索多元化的增值服务模式，旨在同步提升客户价浙江水利水电学院 2024 届毕业设计（论文）4值和企业的经济收益。从单纯的螺栓供应，我们已逐步扩展至提供机械固持方案的定制设计、个性化的服务支持以及远程监控解决方案。预计这些增值服务的融入将在螺栓生产企业的销售利润中占据日益重要的位置，成为推动企业增长的新动力5。现阶段，中国螺栓行业面临的产业密集度不足的挑战，已经大大阻碍了中国螺栓行业的竞争力增强，多年以来的市场开放策略未曾引入关键技术，针对目前的情况，企业间的重新组织与策略性合作变得日益普及，面对这一潮流和发展趋势，中国的螺栓行业需要强化与其他企业进行战略合作，以提升整个中国螺栓产业的竞争力6。中国在螺栓的核心技术领域的发展并没有取得明显进展。同时，低端产品的市场空间日益受限。外国投资者利用本地的方式在企业中获得了成本上的优势，并结合了技术品牌的优势，逐渐进军原为自主品牌的行业。1.2 国内外模具发展状况冷锻，作为一种精密塑性成形工艺，凭借其优质、高效、低成本的特点，在制造业中占据显著地位。与切削加工相比，冷锻工艺具备无法比拟的优越性，包括高精度的制件尺寸、优异的机械性能、高材料利用率，以及适合大批量自动化生产的特性。因此，冷锻技术被广泛应用于交通运输工具、航空航天、机床等行业，作为最终产品的制造方法。具体来说，冷锻是指在室温条件下进行的锻造加工，通过设备上的模具对金属原材料进行塑性变形，从而得到具有特定形状和性能的零件。这种工艺也称为冷体积成形，其主要方式涵盖冷挤压和冷镦挤两大类。其中，冷挤压包含正挤压、反挤压、复合挤压、径向挤压等多种形式，而冷镦挤则包括镦挤复合、镦粗等多种方法。这些不同的冷锻方式，为制造业提供了多样化的选择，以满足不同产品的生产需求4。大连理工大学的刘军，宋满仓副教授经过理论设计、数值模拟、材料试验及现场试制等试验及分析，对铝合金复杂杯形薄壁件，如图 1-4 所示，铝合金复杂杯形薄壁件锻件的冷镦挤成型工艺研究。研究出的冷镦挤成型工艺路线基本上满足了该零件锻件生产需要，减少了零件的加工余量，节约了原材料，缩短了机械加工周期，满足了精益制造的要求5。其中锻件的切面如图 1-1 所示浙江水利水电学院 2024 届毕业设计（论文）5图 1-1 锻件切面模型图 1-2 铝合金复杂杯形薄壁件模型湖南交通职业技术学院机电工程学院的周玉甲为提高齿套质量和生产自动化水平、降低劳动力成本和材料成本为目的，设计了一种适用于齿套生产的 5 工位冷成形工艺,同时利用 Defom-3D 软件进行了成形模拟，提前检验工艺各阶段成形时是否存在成形缺陷，以及时发现问题并快速改进，防止在实际冷锻试验时出现类似情况，造成资源的浪费6。于是研究了一种适用于生产某规格差速器齿套的冷锻成形新工艺，整个生产过程由自动冷锻机完成，无人工参与，材料利用率可达 93.1%,能够取代目前采用的“冷锻制坯+机加工”的生产工艺，能有效解决生产速度慢、材料浪费和生产的齿套齿部强度差等难题6。在模具产业的全球布局中，欧美发达国家无疑占据了主导地位，尤其在 CAE 有限元分析领域，其技术实力始终保持国际领先。这些国家在产品设计初期，便能通过先进的CAE 分析技术，精准地评估成型工艺的性能，从而优化模具的结构和形态，有效规避后续的设计修改和异常。在模具结构设计方面，他们普遍采用标准化的结构模块，并结合标准件和标准成型方案，显著提升了设计与制造的效率和可靠性7。相较之下，我国模具行业虽然起步稍晚，但发展势头迅猛。近年来，我国模具行业积极引进和采用智能、自动化、高精度、高效率的生产工具和技术，以显著提升生产效率和加工精度。对于大型、复杂及异形部件的模具制造，我们仍在不断向欧美等国的先进技术学习，力求在这一领域实现更大的突破。通过不断的技术创新和产业升级，我国模具行业正逐步迈向全球先进行列。浙江水利水电学院 2024 届毕业设计（论文）6第二章 挤压零件分析及工艺方案的设计2.1 工艺分析冷锻技术是一种高品质、高效率且低开支的精密塑形方法，它具有切削加工无法匹敌的众多优势，包括高度精确的尺寸、出色的机械性质、材料的高效率以及方便于大规模自动生产等。这种技术已成为交通工具、航天航空以及机床等行业的主流生产方法。本次设计该零件的挤压模具，制件为高精度焊接螺栓，如图 2.1 所示。图 2.1 零件图挤压技术要求：1.材料：20MnTiB；2.生产批量：大批量；3.未注公差：按 IT12 级确定。从零件图上，我们可以直观地看出该零件为一个六角头螺栓零件。大体形状还算比较规则，呈轴对称图形，产品的材料为 20MnTiB。在尺寸方面观察，零件无较高的精度要求1。浙江水利水电学院 2024 届毕业设计（论文）7根据产品零件的形状尺寸、材料、精度等要求，确定它们对挤压工艺的适应性。2.2 工件的材料分析凸焊螺栓材料为 20MnTiB，该材料为高强度钢，主要用于 10.9 级螺栓冷镦成形，其材料化学成分和力学性能分别见表 1 和表 2。针对原成形方案存在的问题，新改进的工艺方案如图 2 所示，具体如下：下料：查找国标确定线材直径为 11.6mm，根据体积不变原则，计算出其毛坯下料长度为 30.32mm；工位 1 缩径，通过正挤压的方式使毛坯杆部直径由 11.6mm 缩小至 6.95mm；由于凸焊螺栓的头部与杆部尺寸变化较大，为了保证合理的变形量以免造成产品缺陷和模具损坏，工位 2 至工位 4 对凸焊螺栓头部结构进行多次镦锻；工位 5 通过挤压与冲裁复合，成形凸焊螺栓头部的盲孔和凸点特征及其外形结构，保证凸焊螺栓的四个凸点的定位要求；倒角单独放在工位 6，以解决杆部过短无法过模的问题，至此凸焊螺栓冷镦完成可知其抗剪强度MPab300抗拉强度MPab355，屈服点强度MPas215，断后伸长率%31，由此可见该材料具有良好的塑性及较高的弹性模量即具有良好的冲裁性能和弯曲性能，因此该材料适合3。图 2.2 20MnTiB 化学成分浙江水利水电学院 2024 届毕业设计（论文）8第三章 工艺方案的制定第三章 工艺方案的制定经过上文的零件制造工艺分析后，决定了这个零件的冲压方案。考虑产品的大批量、准确度、模具的使用时长以及手工操作的需求，我们探讨了部件的外部结构特点。此件零件涵盖了如平面，圆柱等多种结构。在选择加工工艺时，提出了以下方案1:3.1 deform-3D 模拟Deform-3D 常用于紧固件冷镦成形过程模拟，一方面可以根据金属流动分布状态发现其成形缺陷，指导改善成形工艺；另一方面可以根据模具的受力状态，优化模具结构，提高模具寿命。基于 Deform-3D 有限元仿真，分析了马车螺栓的各个冷镦工位的成形缺陷与模具结构的相关性，通过改善模具结构消除了多类成形缺陷。对 SCM435 合金钢接头的冷镦工艺进行有限元仿真分析，从成形过程的金属流动规律、成形零件的饱满度、成形载荷的变化规律以及损伤值等角度来验证工艺的可行性。通过压缩试验建立 45 号钢的材料本构方程，并将其用于汽车六角螺母冷镦成形工艺模拟，模拟结果与试制产品一致。借鉴上述成功案例，本文将 Deform-3D 软件用于凸焊螺栓的多工位冷墩新工艺研究，检验工艺和模具结构的可行性，并将其用于指导实际生产。模拟情况如图所视；浙江水利水电学院 2024 届毕业设计（论文）9图 2.3 deform-3D 模拟3.2 金属流动规律分析凸焊螺栓 6 个工位的成形过程如图 3 所示，缩径工位为正挤压（图 a-图 b），在成形中 期材料跟随凸模运动向下流动，但在成形末期，未缩径段的