冷挤压模结构设计汇总.docx

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冷挤压模结构设计汇总

冷挤压模结构设计

上下模板是冷挤压压力的主要支承部分，由于冷挤压的单位压力较高，上下模板不能采用铸铁材料。

上下模板加导柱、导套就组成有导向的冷挤压模架，无导柱、导套者则为无导向模架

图1为在导柱、导套导向通用反挤压模具。

卸年亦有导向，其导向的基准仍为模架的导柱。

反挤压时挤压件的端面往往是不平的，缺件时使凸模受力不均匀，可能造成凸模偏移而折断。

缺件有强有力的导向时，提高了凸模的稳定性，这是因为卸件板与凸划亦有导向的缘故。

反挤压适用模架兼作为下挤压及复合挤压使用。

图2为有导柱导套导向正挤压通用模具。

图3为镦挤复合模具。

通用反挤、正挤和镦挤复合模架中的组合凹模在相同吨位的压力机上都设计成可以互换的，提高了模具的使用范围。

模架精度可分为三级，其技术指标见表1，用于不同挤压件选用，常用的为Ⅱ级。

卸件板与顶件杆：

挤压有时粘在凸模上，有时粘在凹模中，有此部件，能将打主挤压件取出。

卸件板与顶件杆都是用于制件脱模的零件。

凸模与凹模垫板：

通用冷挤压模具中，采用了多层垫板。

为了防止高的挤压单位压力直接传递给模板而造成局部凹陷或变形，必须在凹模底端加上垫板，以便把加工压力均匀分散传递，起到缓冲作用。

凸模固定器及定位环：

凸模固定器是将凸模安装在上模上，而定位环则可考虑挤压件的不同直径快速交换，提高了模具的通用性能。

凸模与凹模：

冷挤压模具的工作部件，在设计时必须认真对待。

应选用具一定韧性的高强度钢材制造。

凸模与凹模承受了最大的冷挤压单位压力。

为了加强凹模的强度，通常采用预应力组合凹模，可以用二层或三层组合而成。

表1

图1

图2

图3

    在冷挤压模具中，凸模是最关键的零件之一。

凸模在冷挤压过程中，承受的单位挤压力最大，极易磨损与破坏。

为此凸模的设计和加工就显得特别重要。

1．反挤压凸模

图1是用于黑色金属冷挤压的几种凸模。

A、b两种凸模效果较好，在生产中尽量使用。

C的平端面工作部分的凸模，由于冷挤压件需要平的底部，在生产中也常用，但单位挤压力比锥形带平底的凸模约高20%。

无平台的锥形凸模α一般为5°～9°，也有用到27°的。

但不要超过27°。

角α过大，会因为毛坯端面不平面导致杯形件的壁厚差过大，使凸模受到很大的侧向力，在挤压过程中折断。

反挤压凸模工作高度及凸模后隙直径见公式1。

图2为纯铝等有色金属反挤压凸模工作部分的几种型式。

其设计原则与上述基本一致。

纯铝的塑性较好，强度较低，其反挤压杯压形件往往是薄壁深孔件，应尽可能减小凸模工作带的高度。

一般取g=0.5～1.5mm。

角α=12°～25°。

有色金属反挤压凸模工作带高度一般是均匀的，如果在挤压变形不均的杯形件时，凸模工作带的高度在变形程度大的部位和变形阻力较大的部位，应适当减小凸模工作带的高度，即制造成不等的凸模工作带。

对于纯铝的反挤压细长凸模，为了增加其纵向稳定性，可以在工作端面上作出工艺凹槽（图3）。

凸模借工艺凹槽在开始挤压的瞬间将毛坯'咬住'而提高其稳定性。

凹槽的形状须对称于凸模中心，保持良好的同心度，否则反而会在挤压时发生偏移，造成凸模折断。

工艺凹槽的槽宽一般取0.3～0.8mm，深0.3～0.6mm。

工艺凹槽顶部应用小圆弧光滑相连。

2．正挤压凸模

在黑色金属冷挤压中，反挤压凸模的长径比一般较小，而正挤压的凸模长径比就往往较大。

为了不使凸模纵向失稳，有进还需加上凸模保护套。

图4是正挤压所用凸模的几种型式。

实心凸模可按型式a设计，在各台阶相接处应用光滑弧连接，不允许有加工刀痕存在。

对于正挤压纯铝空心件的凸模，可采用型式b设计，凸模与芯轴制作成整体。

挤压黑色金属空心件，整体式凸模就不宜采用，在凸模本体与芯轴的直径急剧过渡区就很易断裂。

应当采用型式c与型式d的组合式，使凸模本体与芯轴组合而成。

组合芯轴分固定式c与活动式d。

固定用于芯轴直径较大，而活动式用于芯轴直径较小的环形件。

活动芯轴可随变形金属同时向下滑动一锻距离，从而改善了芯轴的受拉情况，防止芯轴被拉断。

图5为下挤压凸模顶端形状的又一种型式。

此型式有下列特点：

（1）端面有0.5°～1°斜角，其作用是保证凸模的稳定性。

特别是毛坯二端不平时尤为重要。

（2）同凹模配合的有效长度为3～5mm，而不是全直筒式的。

凸模在高的单位挤压力作用下，有时会使凸模直径胀大，增加了凸模下移的阻力。

仅有3～5mm有效长度，就能确保凸模的使用精度。

（3）后角3°的存在，采用小圆弧相联，具有较低的应力集中系数，保证凸模具有较高的寿命。

为此，这种型式的凸模亦广为采用。

公式1

图1

图2

图3

图4

图5

    1．反挤压凹模

图1是常见的反挤压凹模结构型式。

A、b、c、d四种凹模主要用于不需要顶出装置的挤压件。

反挤压有色金属薄壁件可以采用这些型式凹模。

整体凹模结构筒单，制造方便，但在R转角处极易开裂，故不常用。

为防止整体凹模在底部R转角处因应力集中而开裂，对凹模采用横向分割型式d型及纵向佞割型（如c、e型）。

反挤压凹模的模膛深度：

见公式1。

2．正挤压凹模

图2为几种常见的正挤压凹模的结构，型式a为整体结构，凹模容易发生横向开裂。

其余的凹模型式为横向分割型和纵向分割型。

图3为一般的正挤压凹模结构。

凹模入口角：

α=90°～120°

工作带高：

g=1.0～3.0mm，有色金属。

g=2.0～4.0mm，黑色金属。

后隙：

b=0.05～0.1mm

凹模模膛深度：

见公式2。

凹模工作带以下高度：

0.7倍的模膛直径。

带矫正的正挤压凹模结构见图4。

多台阶的正挤压凹模结构见图5。

公式1

公式2

图1

图2

图3

图4

图5

    设计组合凹模时，首先须决定多层直径，然后再决定多圈的径向过盈量与轴向压合量。

1）两层组合凹模的设计

（1）计算凹模多圈直径：

组合凹模的总直径比α=4～6，对二层组合凹模则：

见公式1。

因此：

凹模内腔直径d1为已知，二层组合凹模的外径既可按上式决定。

Ｄ2直径的数值必须选择合理，否则会影响到凹械的强度。

二层组合凹模的中层直径比：

见公式2。

（2）计算径向过盈量与轴向压合量：

首先按图2查出径向过盈系数，按图3查出轴向压合系数与C2的数值可按公式2计算。

2）三层组合凹模的设计

组合凹模的总直径比α=4～6，则得公式3。

三层组合凹模的外径可按上式计算。

直径d2与d3的数值必须选取合理，否则会影响凹模的强度。

直径的合理值按公式4计算。

计算径向过盈量U2、U3与轴向压合量C2、C3：

图5为三层组合凹模的轴向压合量C2和C3。

图6为三层组合凹模的过盈系数。

从图6与图7分别可查出径向过盈系数与轴向压合系数，然后按公式4计算。

3）组合凹模的压合工艺

组合凹模的压合方法有二种：

一种是冷压合，另一种是热压合。

冷压合的压合角一般采用1°30ˊ，压合角不宜超过3°。

配合面必须研磨，其面的相互接触面积，不小于70%。

对冷压合来说，按压合角的放置方向有正装法与倒装法之分。

应当注意各圈压合后，凹模内腔直径有所缩小，收缩量约为0.3%。

当挤压件精度要求高时，压合后应对凹模内腔的尺寸进行修正。

中外圈的材料选择：

中层预应力圈：

40Cr、35CrMoA热处理硬度HRC40～42；

外层预应力圈：

45、40Cr热处理硬度；

中层预应力圈：

HRC36～38

中圈与外圈在反复使用的条件下，应进行200度的低温回火，以去除内应力。

各圈压合时，在压力机外必须装设有机玻璃挡板，以保证安全。

公式1

公式2

公式3

公式4

公式5

公式6

图1

图2

图3

图4

图5

图6

图7