冷挤压工艺 正挤压模具设计
挤压工艺及模具设计
挤压工艺及模具设计Extrusion Technology and Mould Design一、挤压工艺分类挤压可分为以下三类：1）冷挤压，又称冷锻，一般指在回复温度以下（室温）的挤压。
2）温挤压，一般指坯料在金属再结晶温度以下、回复温度以上进行的挤压。
对于黑色金属，以600℃为界，划分为低温挤压和高温挤压。
3）热挤压，指坯料在金属再结晶温度以上进行的挤压。
1）冷挤压工艺冷挤压是在冷态下，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、尺寸以及一定力学性能的挤压件。
冷挤压与热锻、粉末冶金、铸造及切削加工相比，具有以下主要优点：1）因在冷态下挤压成形，挤压件质量好、精度高、其强度性能也好；2）冷挤压属于少、无切削加工，节省原材料；3）冷挤压是利用模具来成形的，其生产效率很高；4）可以加工其它工艺难于加工的零件。
2）温挤压工艺温挤压成形技术是近年来在冷挤压塑性成形基础上发展起来的一种少无切削新工艺，又称温热挤压。
它与冷、热挤压不同，挤压前已对毛坯进行加热，但其加热温度通常认为是在室温以上、再结晶温度以下的温度范围内。
对温挤压的温度范围目前还没有一个严格的规定。
有时把变温前将毛坯加热，变形后具有冷作硬化的变形，称为温变形。
或者，将加热温度低于热锻终锻温度的变形，称为温变形。
从金属学观点来看，区分冷、热加工可根据金属塑性变形后有无加工硬化现象存在来决定似乎更合理些。
在金属塑性变形后存在加工硬化现象这个过程称为冷变形及温变形。
3）热挤压工艺热挤压是几种挤压工艺中最早采用的挤压成形技术，它是在热锻温度时借助于材料塑性好的特点，对金属进行各种挤压成形。
目前，热挤压主要用于制造普通等截面的长形件、型材、管材、棒料及各种机器零件等。
热挤压不仅可以成形塑性好，强度相对较低的有色金属及其合金，低、中碳钢等，而且还可以成形强度较高的高碳、高合金钢，如结构用特殊钢、不锈钢、高速工具钢和耐热钢等。
第五章冷挤压工艺及模具设计
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2020/12/11
第五章冷挤压工艺及模具设计
冷挤压工艺及模具设计
•5.1 冷挤压工艺
•5.2 冷挤压模具设计 • •5.3 冷挤压模的典型结构
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第五章冷挤压工艺及模具设计
冷挤压工艺及模具设计
•5.1 冷挤压工艺
• 冷挤压是一种先进的少无切削加工工艺之一。它是在 常温下，使固态的金属在巨大压力和一定的速度下，通过模 腔产生塑性变形而获得一定形状零件的一种加工方法。冷挤 压的工艺过程是：先将经处理过的毛坯料放在凹模内，借助 凸模的压力使金属处于三向受压应力状态下产生塑性变形， 通过凹模的下通孔或凸模与凹模的环形间隙将金属挤出。它 是一种在许多行业广泛使用的金属压力加工工艺方法。
• (3) 冷挤压的变形方式 在变形程度相同的条件下， 反挤压的力大于正挤压的力。反挤压的许用变形程度比正挤 压小。
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第五章冷挤压工艺及模具设计
冷挤压工艺及模具设计
• (4) 毛坯表面处理与润滑 毛坯表面处理越好，润滑 越好，许用变形程度也就越大。
• (5) 冷挤压模具的几何形状 冷挤压模具工作部分的 几何形状对金属的流动有很大影响。形状合理时，有利于挤 压时的金属流动，单位挤压力降低，许用变形程度可以大些。
第五章冷挤压工艺及模具设计
冷挤压工艺及模具设计
•5.1.4.2 许用变形程度
• 冷挤压时，一次挤压加工所容许的变形程度，称为许 用变形程度。不同材料有不同的许用变形程度。在工艺上， 每道冷挤压工序的变形程度应尽量小于许用值，使模具承受 的单位挤压力不超过模具材料许用应力（目前一般模具材料 的许用应力为2500～3000N/mm2），确定许用变形程度数值 是冷挤压工艺计算的一个重要依据，因为冷挤压许用变形程 度的大小决定了制件所需的挤压次数。若计算出的冷挤压变 形程度超过许用值、则必须用多次挤压完成，以延长模具寿 命，避免损坏模具。
第六章冷挤压模具设计
2) 由于凸模弹性变形而产生的直径增大，凸凹模之间仍要有一定 的间隙。
第六章 冷挤压模具设计
1、正挤压凸模的形式 正挤压凸模基本有五种形式，见图6-8。
第六章 冷挤压模具设计
图a用于正挤压实心件，下端面是平的，形状比较简单，制造方便。
图d的芯棒与凸模内孔采用间隙配合，在挤压中芯棒可以随金属材料同步移动， 因此改善了芯棒的受拉情况，使芯棒不易拉断，这种凸模可用于挤压黑色金属。
图e为浮动式凸模，其在芯棒上部放一弹簧，在挤压中芯棒受拉，弹簧被压缩， 可以克服更大的拉力，能有效地防止芯棒拉断。这种凸模可以用于材料硬度和摩 擦力比较大的黑色金属挤压。
图b为整体式结构，可用于挤压软金属，其过渡部分应用光滑圆弧连接，以避免 应力集中而导致芯棒折断。
图c的芯棒与凸模内孔之间为过渡配合，这种结构可以大大降低凸模不同截面间 的应力集中，不过在挤压中如金属向下流动剧烈时，摩擦力过大也可能导致芯棒 拉断。因此这种凸模适应于芯棒直径较大，或挤压材料不太硬，或摩擦因素较小 的材料挤压。
第六章 冷挤压模具设计
图是用于带凸缘铝管正挤压 的导柱通用模架。不可调整 式通用模架的特点基本上与 图12—3的反挤模相同。它 通过凸模27与凹模7将垫圈 样毛坯正挤成带凸缘的管状 零件。考虑到工件挤压后卡 在凹模内，一副拉杆式顶件 机构，顶出器11将加工好的 工件顶出。模具的导柱安装 在上模，导套则装在下模， 也可以根据需要将导柱导套
(6)模具工作部分与上下模板之间要设置淬硬压力垫板，以扩大承压 面积，减小上下模板的单位压力，防止压坏上下模板；
(7)上下模板应有足够的厚度，以保证模板具有较高的强度和刚度。
套筒扳手冷挤压工艺及模具设计
套筒扳手冷挤压工艺及模具设计套筒扳手冷挤压工艺及模具设计是一种利用金属的塑性变形来加工形状复杂的零件的方法。
冷挤压工艺能够高效地生产高质量的零件，同时还可以提高材料的工作硬化能力和综合性能。
以下是关于套筒扳手冷挤压工艺及模具设计的详细介绍。
首先，套筒扳手冷挤压工艺需要通过模具将金属材料挤压成套筒形状。
冷挤压是指在室温下进行的挤压工艺，相对于热挤压来说，冷挤压要求更高的模具精度和金属材料性能，但可以避免热挤压过程中可能产生的氧化和变形问题。
在套筒扳手的冷挤压工艺中，一般采用径向挤压的方法。
先准备好所需的冷挤压毛坯材料，然后将毛坯材料放置在挤压机的挤压室中。
挤压机通过压力将材料挤压进入模具中，形成套筒形状。
在挤压过程中，需要控制好挤压速度、挤压压力和温度等参数，以保证零件的形状和质量。
在套筒扳手冷挤压工艺中，模具设计是非常重要的一环。
模具设计的质量直接影响着冷挤压零件的精度和质量。
首先，需要设计一个合理的模具结构，包括上模、下模、导向柱和导向套等部分。
模具结构应该具备良好的刚性和稳定性，以保证挤压过程中的精度和稳定性。
其次，需要设计合适的模具尺寸和形状。
模具的尺寸应该与零件的形状要求相匹配，同时考虑到挤压过程中材料的变形和收缩等因素。
模具的形状应该充分利用材料的塑性变形能力，以减少材料的切削量和废品率。
最后，还需要考虑模具的材料选择和表面处理。
模具的材料应具有良好的耐磨性、高温硬度和尺寸稳定性。
常用的模具材料有高速工具钢、钨钢和硬质合金等。
模具的表面处理可以采用热处理、镀铬和抛光等方法，以提高模具的表面质量和使用寿命。
总之，套筒扳手冷挤压工艺及模具设计是一项复杂而重要的任务。
通过合理的工艺参数和模具设计，可以高效地生产出高质量的套筒扳手零件。
这不仅可以提高工艺效率，同时还可以降低生产成本和资源消耗。
套筒扳手冷挤压工艺及模具设计
套筒扳手冷挤压工艺及模具设计
套筒扳手冷挤压工艺及模具设计
工艺概述
套筒扳手冷挤压工艺是一种常用的金属加工方法，适用于扳手套筒的生产。
该工艺通过在金属坯料上施加高压力，使其在冷态下通过模具形成所需形状。
相比传统的热挤压工艺，冷挤压工艺具有成本低、成型精度高等优势。
工艺步骤
1. 准备金属坯料：选用适合的金属材料，根据套筒的需求进行切割或切锭得到金属坯料。
2. 设计模具：根据套筒的形状和尺寸要求，设计合适的冷挤压模具。
3. 加热坯料：将金属坯料加热至适当温度，通常为高于金属的再结晶温度。
4. 冷挤压：将加热后的金属坯料置于模具中，施加高压力，使其逐渐形成模具所需形状。
5. 完成工艺：冷挤压后的套筒进行冷却处理，去除模具并进行修整、清洁等工序。
6. 检验和质量控制：对冷挤压后的套筒进行检验，确保其尺寸、形状和表面质量符合设计要求。
模具设计要点
1. 模具材料选择：模具需要具备高强度、高硬度和耐磨性，常
用的材料有合金工具钢、硬质合金等。
2. 模具结构设计：根据套筒的形状和尺寸要求，设计适当的模
具结构，包括模具的上、下模和挤出口等。
3. 模具冷却设计：使用冷却系统对模具进行冷却，以提高生产
效率和控制工艺温度。
4. 模具表面处理：采用表面处理技术，如镀硬铬、表面喷涂等，提高模具的耐磨性和表面质量。
以上是关于套筒扳手冷挤压工艺及模具设计的简要介绍，冷挤
压工艺能够有效地提高扳手套筒的生产效率和质量。
不同形状和尺
寸的套筒可能需要针对性的工艺和模具设计，需要根据具体情况进
行调整和优化。
套筒扳手冷挤压工艺及模具设计范文精简版
套筒扳手冷挤压工艺及模具设计套筒扳手冷挤压工艺及模具设计引言1. 冷挤压的基本原理冷挤压是一种将金属材料压制成所需形状的加工方法，其基本原理是通过施加高压力将金属材料挤压进模具中，使其形成所需的形状。
与传统的热挤压相比，冷挤压具有以下优点：- 保持金属材料的力学性能；- 无需进行后续热处理；- 提高材料利用率；- 减少生产成本。
2. 套筒扳手的冷挤压工艺套筒扳手的冷挤压工艺通常包括以下几个步骤：2.1 材料准备选择适合冷挤压的金属材料，通常使用高强度的合金钢作为原料。
根据套筒扳手的规格和要求，将金属材料切割成一定长度的柱状坯料。
2.2 加热处理将切割好的坯料加热至适当的温度，通常选择较高的温度以提高材料的延展性和可塑性。
加热温度的选择需根据具体的材料和工艺要求进行调整。
2.3 挤压成形将加热后的坯料放入冷挤压机的模具中，施加高压力使得坯料被挤压形成套筒扳手的初始形状。
冷挤压机通常采用液压系统来提供高压力，并通过控制活塞的运动来控制挤压过程。
2.4 冷却和回火在挤压成形后，将套筒扳手暴露在空气中进行冷却，以使其固化。
然后，对套筒扳手进行回火处理，以消除挤压过程中可能产生的应力，并提高其硬度和韧性。
2.5 表面处理，对套筒扳手进行表面处理，通常采用镀铬、喷涂等方式，以提高其表面的硬度、耐腐蚀性和美观度。
3. 套筒扳手的模具设计套筒扳手的模具设计在冷挤压工艺中起着关键作用。
以下是一些模具设计的考虑因素：3.1 模具材料模具材料需要具备足够的强度和硬度，以承受高压力和磨损。
常用的模具材料包括合金工具钢、硬质合金等。
根据具体要求，可以采用不同的模具材料。
3.2 模具结构模具结构直接影响到套筒扳手的形状和尺寸。
模具结构应考虑到挤压过程中套筒扳手内部的空间和外部轮廓的形成，以及模具的易于拆卸和维修。
3.3 模具冷却由于冷挤压工艺可能产生较大的摩擦热，模具冷却是必要的。
合理的模具冷却设计可以提高生产效率和模具的使用寿命。
冷挤压工艺及模具设计课件
对修复后的模具进行全面检测 和调试，确保其性能达到要求 。
05
冷挤压工艺与模具 设计的未来发展
新材料的应用
高强度轻质材料
随着新材料技术的不断发展，高强度轻质材料如钛合金、铝合金等在冷挤压工 艺中的应用将更加广泛，能够满足产品轻量化、高性能的要求。
复合材料
复合材料的出现为冷挤压工艺提供了更多的可能性，通过将不同材料组合在一 起，可以实现单一材料无法达到的性能，提高产品性能和降低成本。
合理布局
根据产品特点和工艺要求，合 理布置模具结构，确保产品成
型和出模顺利。
优化流道设计
优化模具流道设计，减少流动 阻力，降低成型难度和压力。
增强刚性和稳定性
为确保模具在使用过程中不易 变形和损坏，应加强模具的刚 性和稳定性设计。
易于维修和更换
模具结构应便于维修和更换损 坏或磨损的部件，降低维护成
本。
冷挤压特点
冷挤压工艺具有高效率、高精度、低 成本等优点，能够加工出形状复杂、 精度要求高的零件，广泛应用于汽车 、家电、电子、航空航天等领域。
冷挤压的应用范围
汽车零件制造
家用电器制造
冷挤压工艺可以用于制造汽车发动机、底 盘、电气系统等零部件，如活塞、连杆、 气瓶等。
家用电器中的金属零部件，如空调压缩机 、冰箱压缩机、洗衣机电机等，也广泛采 用冷挤压工艺制造。
模具的制造工艺
选择合适的加工方法
根据模具材料和结构特点，选择合适的加工方法，确保模具精度 和表面质量。
控制加工参数
合理控制加工参数，如切削速度、进给量等，以提高加工效率和模 具质量。
热处理和表面处理
根据需要，对模具进行热处理和表面处理，提高其硬度和耐久性。
03
第五章冷挤压工艺及模具设计课件教学提纲
冷挤压工艺及模具设计
5.1.4 冷挤压变形程度 在冷挤压过程中，变形程度是决定使用设备压力大小及
影响模具寿命的主要因素之一，若要提高生产率，就必须增 大每次挤压的变形程度，以减少挤压次数。但变形程度越大， 其变形抗力也越大，就会降低模具的寿命，甚至引起凸模折 断或凹模开裂。因此对各种挤压材料，都应选择合适的变形 程度。
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冷挤压工艺及模具设计
(4) 提高零件的精度，降低表面粗糙度 由于金属表面在高压、高温（挤压过程中产生的热量）
下受到模具光滑表面的熨平，因此，制件表面很光，表面强 度也大为提高。冷挤压零件的精度可达1T8～1T9级，有色金
属冷挤压零件的表面粗糙度可达Ra=1.6～0.4μm。有的冷挤
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冷挤压工艺及模具设计
冷挤压毛坯尺寸是根据制件挤压前后体积相等的原则进
行计算的。如果挤压后还要进行切削加工，则毛坯的体积V 坯还应按制件实际体积V件再加上切削消耗量，
即
V坯=V件+V修。
（5-1）
其中V修为修边余量或切削加工量（mm3），一般取挤压
件体积的3～5%。
求得的毛坯体积与毛坯横截面积后之比即为毛坯的高
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冷挤压工艺及模具设计
毛坯软化热处理规范可从相关手册中查到。但是，由于 保温时间同被处理毛坯尺寸、毛坯放置方法及装炉量等诸多 因素有关，因此在实际生产流程中，应根据具体情况确定保 温时间。
在冷挤压工序之间，还应根据变形程度和冷作硬化程度 的大小适当安排工序间软化热处理工序。
对于黄铜与硬铝挤压件，挤压后务必进行消除内应力的 退火。对于要求高的碳钢和不锈钢件，挤压后也需进行消除 应力退火的工序。
挤压第六章 冷挤压模具设计
第三节 预应力组合凹模的设计
图6-21 冷挤压凹模的三种结构形式 a)整体式凹模 b)两层组合凹模 c)三层组合凹模
一、整体式凹模受力分析
1)当作用在整体式及凹模内壁的最大切向拉应力σθmax超过凹模材料抗拉强度时，就 要从凹模内壁处产生裂纹而造成切向开裂。 2)当作用在整体式凹模内壁的最大等效应力max超过凹模材料许用应力时，就要从凹 模内璧处开始产生破坏。
1.反挤压凹模形式
图6-14 反挤压凹模典型结构
1.反挤压凹模形式
图6-15 盛料腔模具结构
1.反挤压凹模形式
图6-16 常用反挤压凹模形式
2.反挤压内层凹模尺寸确定
图6-17 反挤压内层凹模型腔尺寸
(三)反挤压顶杆
图6-18 常用顶杆形式
三、反挤凸模与凹模制造尺寸与公差
1.要求保证挤压件外径尺寸时(图6-19a)
8—模柄 9、19—压力垫板 10—压环 11—大螺母 12—卸件环 13—卸料板 14—凹
模 15—加强圈 16—紧固圈 17—顶出杆 18—垫块 20—顶板 21—拉簧 22—活动板 23—
顶杆 24—斜块
３.复合挤压模
图6-4 活塞销复合挤压模 1—顶杆 2—顶件套 3—下凸模 4—凹模 5—上凸模 6—限流套
图6-37 垫块顶料的结构形式 1—凹模 2—垫块 3—垫板 4—顶杆
二、顶出装置
图6-38 顶杆顶料的结构形式
二、顶出装置
图6-39 套筒顶料的结构形式
第五节 导向装置的设计
一、导柱导套布置形式 二、导柱导套紧固方法 三、导柱导套尺寸
一、导柱导套布置形式
1)双导柱中间布置。 2)双导柱对角布置。 3)四导柱封闭布置。
(一)按工艺性质分类 (二)按有无导向装置分类
套筒扳手冷挤压工艺及模具设计
套筒扳手冷挤压工艺及模具设计套筒扳手冷挤压工艺及模具设计1. 引言2. 冷挤压工艺冷挤压工艺是通过在室温下将金属材料进行加工，使其发生塑性流动并得到所需形状的方法。
与热挤压相比，冷挤压工艺不需要加热设备和冷却时间，节省了能源和时间成本。
套筒扳手的冷挤压工艺主要包括以下几个步骤：2.1 材料准备选择适宜的金属材料，并按照规定要求进行表面处理，以保证材料的质量和可加工性。
2.2 模具设计根据套筒扳手的设计要求，设计合适的冷挤压模具。
模具的设计应考虑到扳手的形状、尺寸、力学性能等因素，以确保挤压过程中的形状精度和机械性能。
2.3 挤压加工将准备好的材料放入冷挤压机的模具中，施加适当的压力，使材料发生塑性变形，从而得到套筒扳手的形状。
2.4 修整对挤压得到的套筒进行修整，去除多余的材料，并进行表面处理，以提高套筒的精度和美观度。
2.5 检验对挤压得到的套筒进行质量检验，包括尺寸、形状、力学性能等方面的检测。
2.6 后续工艺对挤压得到的套筒进行后续工艺，如热处理、表面涂层等，以增加套筒的使用寿命和功能性。
3. 模具设计套筒扳手的冷挤压模具设计是整个工艺中的关键步骤。
模具的设计应满足以下要求：3.1 适应性模具应适应不同规格和型号的套筒扳手的生产需求，具有一定的通用性。
3.2 精度和稳定性模具应具有足够的精度和稳定性，以保证挤压过程中的形状精度和尺寸精度。
3.3 寿命和可维修性模具应具有较长的使用寿命，并具备方便维修和更换模具零件的能力，以降低维护成本。
3.4 易操作性模具应易于操作和调整，以提高生产效率。
，套筒扳手的冷挤压工艺和模具设计在生产中具有重要意义。
通过合理的挤压工艺和优秀的模具设计，可以提高套筒扳手的生产效率和质量，降低成本，满足市场需求。
第 6章 冷挤压工艺与模具 设计
4)最好有超载保险装置。
5)最好在压力机上备有顶出装置。
P 850 MPa
⑶ 考虑到 h0 / d 0 1.5, 90 0 上述单位挤压力需要修 正，因此可根据图③中相应的曲线，查得修正的单位挤 压力：
P 1050 MPa
⑷根据毛坯直径 d 0 和修正的单位压力 p 从图④中查得总 挤压力：
P 4500 MPa
6.3.4冷挤压力机的选用
图6.4.3 断面的合理过渡
图6.4.4 锥形件的冷挤压
图6.4.5 实心阶梯形件
图6.4.6 空心阶梯形件
图6.4.7 挤压缩孔
图6.4.8 阶梯轴的冷锻 a)一次正挤 b)正挤——镦头
图6.4.9 有阶梯内孔件的挤压工序
图6.4.10 深孔薄壁件的挤压工序 图6.4.12 双向挤压深孔件
图6.4.11 无底筒形件的挤压工序
图6.4.13 考虑成品局部形状的半成品设计（挤压“山”形件） a)毛坯 b)半成品 c)成品
图6.4.14 冷挤压花键齿形截面图
图6.4.15 挤压凹模的轮廓形状
6.5 冷挤压模具设计
6.5.1、典型的冷挤压模具
正挤压模具(如图6.５.１） 反挤压模具（如图6.５.２）
3）挤压件可达精度和表面粗糙度 它有一定限度。增加修 整工序可提高挤压件精度。 4）挤压件的材料 材料影响挤压难度、许用变形程度。 5）挤压件费用 一般包含材料费、备料费、工具及模具制 造费、冷挤压加工费及后续工序加工费等。这是一项综合 指标，往往是决定工艺方案是否合理、可行的关键因素。 6）挤压件的批量 批量大时可以使总的成本降低。
套筒扳手冷挤压工艺及模具设计
套筒扳手冷挤压工艺及模具设计一、引言套筒扳手是一种常见的手工工具，广泛应用于机械加工、维修等领域。
冷挤压技术是一种高效、精确的金属成形工艺，可用于生产套筒扳手。
本文将介绍套筒扳手的冷挤压工艺及模具设计。
二、冷挤压工艺2.1 工艺概述套筒扳手冷挤压工艺是通过将金属材料塑性变形成扳手的形状。
该工艺具有高效、节能、成本低等优点，能够满足大批量生产的需求。
2.2 工艺步骤套筒扳手冷挤压的工艺步骤如下：1. 材料准备：选择适合的金属材料，如碳钢、合金钢等。
2. 模具设计：设计套筒扳手的模具，包括挤压模、顶针等。
3. 材料预热：将金属材料进行适当的预热，以提高挤压性能。
4. 挤压成形：将预热后的金属材料放入挤压模中，施加压力使之变形。
5. 冷却处理：将挤压后的工件进行冷却处理，以提高强度和硬度。
6. 表面处理：对冷却后的工件进行表面处理，如镀层、热处理等。
7. 检验包装：对最终成品进行检验，合格后进行包装。
2.3 工艺参数套筒扳手冷挤压的工艺参数包括：挤压压力：根据材料的性质和形状要求确定合适的挤压压力。
挤压速度：控制挤压过程的速度，以保证工件的质量。
模具温度：根据材料的热处理要求，调整模具的温度。
冷却时间：冷却处理的时间要足够，以保证工件的性能。
三、模具设计3.1 模具类型套筒扳手冷挤压的模具主要包括挤压模和顶针两种。
挤压模：用于将金属材料塑性变形成工件的形状。
顶针：用于支撑和定位金属材料，在挤压过程中起到辅助作用。
3.2 模具材料套筒扳手冷挤压的模具材料需要具备高强度、耐磨损和耐腐蚀等特性。
常用的模具材料包括工具钢、合金钢等。
3.3 模具结构套筒扳手冷挤压的模具结构应满足以下要求：1. 确保工件的尺寸精度和表面质量。
2. 提高生产效率，减少模具更换次数。
3. 方便模具的制造和维修。
3.4 模具设计要点在套筒扳手冷挤压的模具设计中，需要考虑以下要点：1. 模具选择合适的材料和热处理工艺，以提高使用寿命。
2. 设计模具的结构合理，易于拆卸和安装。
专用螺栓冷挤压工艺及模具设计
专用螺栓冷挤压工艺及模具设计南京工业职业技术学院匡余华[摘要]对专用螺栓的冷挤压工艺进行了分析和计算,并介绍冲床冷挤压模的结构。
关键词专用螺栓冷挤压变形量模具[Abstract ]The cold e xt r udi n g p r ocess f or t he s p ecial bolts was a nal y ze d a nd calculat e d.And t he s t r uct ur e of t he cold e xt r udi n g die us e d on s t a m p i n g machi nes was i nt r oduce d.K e y words s p ecial bolt ,cold e xt r usion ,def or mation q ua ntit y ,die1引言图1所示工件是一专用螺钉,材料为40～45钢,硬度200HB ,年产量约5万件。
原生产工艺主要有车、铣、热处理等工序,因此材料消耗大、生产效率低,工件成本高。
现采用冷挤压工艺,大大提高了生产效率,由于材料加工硬化,冷挤压后的工件机械性能大大提高。
通过用户使用和试验,采用冷挤压加工的螺栓无需进行调质处理。
图1工件2工艺过程(1)下料:在普通冲床上用切断模下料,材料45钢,<10mm ×54mm ,冷拉圆钢。
(2)退火:硬度为130～150HB 。
(3)磷化、皂化。
(4)润滑:二硫化钼。
(5)第一次挤压:挤出螺纹M 8mm 底径<7.1mm 。
(6)润滑:二硫化钼。
(7)第二次挤压:镦出六角形头部。
(8)车退刀槽2mm ×0.5mm 。
(9)磨外圆:保证尺寸<10-0.0150mm 。
(10)滚压螺纹:在<7.1×25mm 上滚压出M 8mm 螺纹。
3工艺计算3.1冷挤压螺纹部分变形程度计算由正挤压黑色金属的许用变形程度图可知,含碳量为0.40%左右的钢许用变形程度———断面收缩率为75%。
第六章 冷挤压模具设计
第六章 冷挤压模具设计
3、复合挤压模
图6-4为活塞销 的复合挤压模 具图。
第六章 冷挤压模具设计
第二节 模具工作部分的设计
冷挤压模具工作部分是指凸模、凹模、顶杆等在挤压时直接 参与挤压过程的一些零件。 一、正挤压模具工作部分零件设计 (一) 正挤压凸模 正挤压凸模的作用主要是传递压力，设计时应考虑其强度。 在凸模与凹模之间应具有合适的间隙，这是因为： 1) 要避免在挤压后零件上形成毛刺，这就要求较小的间隙，这一 点在挤压比较软的有色金属材料时特别重要。 2) 由于凸模弹性变形而产生的直径增大，凸凹模之间仍要有一定 的间隙。
第六章 冷挤压模具设计
二、冷挤压模具分类
冷挤压模具有多种结构形式，可根据冷挤压件的形状、尺寸 精度及材料来选择合适的模具结构形式。 (一) 按工艺性质分类
正挤压模： 反挤压模： 复合挤压模： 镦挤压模：
第六章 冷挤压模具设计
1、正挤压模
图6-1为实心 件正挤压模。
第六章 冷挤压模具设计
图6-2为空心件正挤压模(坯料为黑色金属)。
第六章 冷挤压模具设计
(二) 正挤压凹模 正挤压凹模根据单位挤压力大小可选择整体凹模和组合凹模。 1、凹模型腔尺寸的确定 图6-9为正挤压凹模的形状尺寸。
第六章 冷挤压模具设计
(1) 凹模型腔深度h3要根据毛坯长度 和挤压前凸模需进入凹模导向深度 (一般10mm)来决定。 (2) 凹模的入模锥度一般采用 60o~126o较合理(对于较软的材料， 也可采用180o)。 (3) 凹模收口部分应采用适当的圆 角半径过渡。圆角半径r的大小对模 具使用寿命有很大影响，一般圆角 半径越大，凹模的使用寿命越长。
图e为浮动式凸模，其在芯棒上部放一弹簧，在挤压中芯棒受拉，弹簧被压缩， 可以克服更大的拉力，能有效地防止芯棒拉断。这种凸模可以用于材料硬度和摩 擦力比较大的黑色金属挤压。 为了防止芯棒拉断及卸料方便，芯棒一般做出10’~30’的斜度。
冷挤压工艺与模具设计
6. 坯料的表面处理
不同材料需用不同的处理方法： (1)碳钢和低合金钢用磷化处理 ； (2)奥氏体不锈钢的表面处理与润滑：
7、 冷挤压件质量分析
1.零件断面形状与尺寸 2.挤压件表面质量 3.挤压件组织与性能
冷挤压模具实例
正挤压模具
1-凸模固定圈;2-凹模;3-上模板;4、12、14-螺钉;5-凹模固定板;6-导套; 7-导柱;8-垫块;9、13-垫板;10-顶出杆;11-下模板;15-凸模芯轴;16-凸模
反挤压模具
1- 下 模 座 ;2- 下 模 座 ;3拉 杆 ;4- 导 套 ;5- 上 模 座 ;6 、 29- 螺 母 ;8- 压 柱;9-定位圈;10、11-螺 钉 ;12- 模 柄 ;13- 凸 模 ;15- 加 强 圈 ;16- 紧 固 圈 ;17- 卸 料 圈 ;18- 卸 料 板 ;19- 压 力 垫 块 ;20- 凹 模 ;21- 预 应 力 圈 ;22- 弹 簧 ;23- 压 板 ;24- 螺 钉;25-顶出杆;26、27、 14-垫块;28-顶板;30-拉 簧 ;31- 活 动 板 ;32- 顶 杆;33-斜块
2．反挤压 1坯料;2-挤压件;3-顶杆;4-凹模;5-凸模
3．复合挤压 1坯料;2-挤压件;3-凹模;4-凸模
4．径向挤压 1-坯料;2-上模;3-凸模;4-挤压件;5-下模;6—顶冷挤压特点及应用
冷挤压特点： (1)坯料变形区塑性好，变形抗力大； (2)冷挤压零件质量高，其尺寸公差一般可以达到IT7
3、 冷挤压材料
1.冷挤压材料要求。 2.冷挤压常用材料：常用的冷挤压材料见专业书籍。
冷挤压工艺正挤压模具设计
冷挤圧匸艺正挤圧模具设计目录第一章冷挤压工艺的特点及模具分类 (2)一、冷挤压工艺 (2)二、冷挤压模具特点 (2)三、典型的冷挤压模具组成 (2)四、冷挤压模具分类 (3)五、冷挤压的特点 (3)第二章模具工作部分设计 (5)一、冷挤压模设计要求 (5)二、正挤压凸模 (5)三、正挤压凹模 (6)第三章模具组成及工作过程原理 (8)一、自行车前钢碗正挤压模具装配图 (8)二、工作过程 (9)第四章听课感受及意见及建议 (10)—V感受 (10)二、意见和建议 (10)参考文献 (10)第一章冷挤压工艺的特点及模具分类一、冷挤压工艺冷挤压的工艺过程是：先将经处理过的毛坯料放在凹模内，借助凸模的压力使金属处于三向受压应力状态下产生塑性变形，通过凹模的下通孔或凸模及凹模的环形间隙将金属挤岀。
它是一种在许多行业广泛使用的金属压力加工工艺方法。
二、冷挤压模具特点1＞模具应有足够的强度和刚度，要在冷热交变应力下正常工作；2、模具工作部分零件材料应具有高强度、高硬度、高耐磨性，并有一定的韧性；3、凸、凹模儿何形状应合理，过渡处尽量用较大的光滑圆弧过渡，避免应力集中；4、模具易损部分更换方便，对不同的挤压零件要有互换性和通用性；5、为提高模具丄作部分强度，凹模一般采用预应力组合凹模，凸模有时也采用组合凸模；6、模具工作部分零件及上下模板之间一定要设置厚实的淬硬压力垫板，以扩大承压面积，减小上下模板的单位压力，防止压坏上下模板；7、上下模板采用中碳钢经锻造或直接用钢板制成，应有足够的厚度，以保证模板具有较高的强度和刚度。
三、典型的冷挤压模具组成1＞工作部分如凸模、凹模、顶出杆等;2、传力部分如上、下压力垫板；3、顶出部分如顶杆、反拉杆、顶板等;(n)图1-2反挤压图1-3复合挤冷挤压工艺正挤压模具设计4、卸料部分如卸料板、卸料环、拉杆、弹簧等；5、导向部分如导柱，导套、导板、导筒等；6、紧固部分如上、下模板、凸模固定圈、固定板、压板、模柄、螺钉等。
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目录第一章冷挤压工艺的特点及模具分类........................
一、冷挤压工艺 ........................................
二、冷挤压模具特点.....................................
三、典型的冷挤压模具组成...............................
四、冷挤压模具分类.....................................
五、冷挤压的特点 ......................................
第二章模具工作部分设计 .................................
一、冷挤压模设计要求...................................
二、正挤压凸模 ........................................
三、正挤压凹模 ........................................
第三章模具组成及工作过程原理............................
一、自行车前钢碗正挤压模具装配图.......................
二、工作过程 ..........................................
第四章听课感受及意见与建议..............................
一、感受 ..............................................
二、意见和建议 ........................................
参考文献.................................................
第一章冷挤压工艺的特点及模具分类
一、冷挤压工艺
冷挤压的工艺过程是：先将经处理过的毛坯料放在凹模内，借助凸模的压力使金属处于三向受压应力状态下产生塑性变形，通过凹模的下通孔或凸模与凹模的环形间隙将金属挤出。
它是一种在许多行业广泛使用的金属压力加工工艺方法。
二、冷挤压模具特点
1、模具应有足够的强度和刚度，要在冷热交变应力下正常工作；
2、模具工作部分零件材料应具有高强度、高硬度、高耐磨性，并有一定的韧性；
3、凸、凹模几何形状应合理，过渡处尽量用较大的光滑圆弧过渡，避免应力集中；
4、模具易损部分更换方便，对不同的挤压零件要有互换性和通用性；
5、为提高模具工作部分强度，凹模一般采用预应力组合凹模，凸模有时也采用组合凸模；
6、模具工作部分零件与上下模板之间一定要设置厚实的淬硬压力垫板，以扩大承压面积，减小上下模板的单位压力，防止压坏上下模板；
7、上下模板采用中碳钢经锻造或直接用钢板制成，应有足够的厚度，以保证模板具有较高的强度和刚度。
三、典型的冷挤压模具组成
1、工作部分如凸模、凹模、顶出杆等；
2、传力部分如上、下压力垫板；
3、顶出部分如顶杆、反拉杆、顶板等；
4、卸料部分如卸料板、卸料环、拉杆、弹簧等；
5、导向部分如导柱，导套、导板、导筒等；
6、紧固部分如上、下模板、凸模固定圈、固定板、压板、模柄、螺钉等。
在第二章内容中将主要介绍模具的工作部分的设计。
四、冷挤压模具分类
根据金属被挤出的方向与凸模运动方向的关系，冷挤压一般可分为正挤压、反挤压、复合挤压三种基本方式。
1、正挤压如图1-1所示，挤压时金属流动方向与凸模流动方向相同，适用于各种形状的实心件、管件和环形件的挤压；
2、反挤压如图1-2所示，挤压时金属流动方向与凸模运动方向相反，适用于各种截面形状的杯形件的挤压；
3、复合挤如图1-3所示，挤压时，金属流动方向相对于凸模运动方向，一
部分相同，另一部分相反，适用于各种复杂形状制件的挤压；改变凹模孔口或凸、凹模之间缝隙的轮廓形状，就可以挤出形状和尺寸不同的各种空心件和实心件。
图1-1正挤压图1-2反挤压图1-3复合挤
五、冷挤压的特点
1、节约原材料，生产效率高
冷挤压是少无切削加工工艺，与切削加工相比，节约原材料，同时，冷挤压是在压力机简单的往复运动中生产零件，生产效率高，比切削加工高30倍。
2、提高零件的力学性能
在冷挤压过程中，金属处于三向挤压应力状态，变形后材料的组织致密，又有连续的纤维流向，变形中的加工硬化也使材料的强度和刚度大大提高，从而可用低强度钢材代替高强度钢。
3、可加工形状复杂的零件
对复杂零件可以一次加工成型，加工十分方便，大批大量生产时，加工成本低。
4、提高零件的精度，降低表面粗糙度
由于金属表面在高压、高温（挤压过程中产生的热量）下受到模具光滑表面的熨平，因此，制件表面很光，表面强度也大为提高。
冷挤压零件的精度可达1T8～1T9级，有色金属冷挤压零件的表面粗糙度可达Ra=～μm。
有的冷挤压件无需切削加工。
第二章模具工作部分设计
一、冷挤压模设计要求
1、模具应具有足够的刚度和强度，并且能在冷热交变应力的情况下，模具应保证正常工作，模具结构要合理，如采用组合式模具。
2、选用合适的模具材料，工作部分必须要有相当的韧性和耐磨性，几何形状及参数要合理、准确。
有利于毛坯塑性变形、降低单位挤压力。
尽量采用光滑圆角过渡，防止应力集中。
3、模具的易损部位，应考虑通用性和互换性。
并便于更换、修理。
4、对于精度要求较高的挤压件，模具设计要有良好的稳定导向装置。
5、坯料取放应方便，毛坯易放入模腔。
6、模具应安全可靠，制造工艺简便，成本低，使用寿命长。
为满足以上各项要求，必须慎重考虑模具结构的设计、材料的选择、制造工艺及其热处理等问题。
二、正挤压凸模
1、如图2-1是正挤压凸模的各种型式。
实心件正挤压凸模比较简单，可按图2-1(a)、(b)的型式设计。
(b)型端部的锥度有
图2-1
防止凸模纵向开裂的作用。
对正挤压空心件的凸模设计要特别注意。
纯铝空心件正挤压，可使用图(c)的整体式凸模。
对于挤压较硬的金属材料，特别是黑色金属的挤压，应采用图 (d)、(e)的组合式凸模。
(e)型组合式凸模与芯轴之间采用IT7级H7/k6过渡配合，芯轴与凸模本体之间没有相对滑动，在挤压过程中，芯轴受摩擦而产生很大的拉应力，因而仅适用于芯轴直径较大、或挤压材料不太硬、或摩擦系数较小的条件。
(d)型组合凸模、凸模孔与芯轴之间用IT7级间隙配合H7/h6。
挤压过程中由于摩擦力的作用，芯轴可随变形金属同时向下滑动，从而大大减弱了芯轴的受拉情况，避免芯轴拉断。
2、自行车前钢碗正挤压凸模尺寸设计
三、正挤压凹模
1、正挤压凹模有图2-3所示的几种结构型式。
凹模一般采用预应力的结构。
图2-3(a)是整体式凹模，这种凹模在使用中，直筒部分与锥角相交处产生应力集中容易开裂，所以常采用图2-3中的(b)、(c)及(d)等剖分式结构。
2、自行车前钢碗正挤压凹模尺寸设计
第三章 模具组成及工作过程原理
一、自行车前钢碗正挤压模具装配图
本模具为空心件正挤压模，凸模由凸模芯、凸模套组成。
上顶料杆中部开有气孔。
下顶料杆靠托板托住，改变下顶料杆的长度可适用于顶出不同长度的工件。
零件明细表
二、工作过程
本模具通过凸模与凹模将毛坯正挤成管状零件。
考虑到工件挤压后卡在凹模内，一副顶出装置， 即由顶料杆和顶出板等将加工好的工件顶出。
图2-2
图2-4
图2-3
图3-1
第四章听课感受及意见与建议
一、感受
二、意见和建议
参考文献
[1] 贾俐俐主编. 挤压工艺及模具[M]. 北京：机械工业出版社，2004.
[2] 杨长顺. 冷积压模具设计[M]. 北京：国防工业出版社，1994.
[3] 翟德梅编. 挤压工艺及模具[M]. 化学工业出版社，2004.
[4] 吴诗编着. 温挤技术[M]. 北京：国防工业出版社，1979.
[5] 洪深泽. 挤压工艺及模具设计[M]. 北京：机械工业出版社，1996.。