冷挤压模具设计

冷挤压模具设计

冷挤压模具与一般冷冲模相比，工作时所受的压力大得多，因而在强度、刚度和耐磨性等方面的要求都较高。冷挤模不同于冷冲模的地方主要有：

1）凹模一般为组合式（凸模也常常用组合式）结构；

2）上﹑下模板更厚，材料选择得更好，满足模具的强度要求；

3）导柱直径尺寸较大，满足模具的刚度要求；

4）工作零件尾部位置均加有淬硬的垫板；

5）模具易损件的更换、拆卸更方便。

7.5.1 典型冷挤压工艺模具结构

1. 正挤压模具

图7.5.1是用于黑色金属空心零件正挤压的模具简图。模具的工作部分为凸模和凹模。凸模16的心部装有凸模芯轴15，芯轴15的心部设有通气孔与模具外部相通。凸模16的上顶面与淬硬的垫板13接触，以便扩大上模板3的承压面积。凹模2经垫块8与垫板9固定于下模板11上。由图可看出，凸模与凹模的中心位置是不能调整的，凸、凹模之间的对中精度完全靠导柱7与导套6以及各个固定零件之间的配合精度来保证，因此这种模具结构常称为不可调整式模具。很明显，不可调整式模具的制造精度要求很高；但安装方便，而且模架具有较强的通用性，若将工作部分更换，这副模具可以用作反挤压或复合挤压。

由图还可知，凸模回程时，挤压件将留在凹模内，因此需在模具下模板上设置顶出杆 10。

2. 反挤压模具

图7.5.2所示的是在小型（无顶出装置）冲床上使用的黑色金属反挤压模具的,它是一种典型的具有导向装置的反挤压模。为便于反挤压件从凹模中取出，设计了间接顶出装置，反挤压力在下模完全由顶出杆25承受，顶件力由反拉杆式联动顶出装置（由件3、28、30、31、32、33组成）提供，该顶出装置在模座下方带有活动板31，当挤压件顶出一段距离后，通过带斜面的斜块33将31撑开，使顶杆32的底面悬空，使之靠自重复位，为下一次放置毛坯做好准备。而活动板31靠其外圈的拉簧30合并。上模也设计了卸件装置，由于杯形挤压件较深，为了加强凸模的强度，除工作段外，凸模的直径加粗并开出三道卸料槽，供带有三个内爪形的卸料圈17卸料。

只要将凸模、凹模、顶山杆、垫块 26、27加以更换，这副模具就可以挤压不同形状和尺寸的工件；也适用于正挤压和复合挤压。

7.5.2 冷挤压凸模、凹模结构设计

1．冷挤压凸模结构型式

1）正挤压凸模图7.5.3是常用的正挤压凸模结构型式。其中，a型用于实心件的正挤压，b型用于空心件的正挤压。其芯轴与凸模间为动配合，在工作时芯轴可随金属一起向下移动一定的距离，可减少挤出件的孔壁与芯轴表面间的摩擦力，从而也改善了芯轴在挤压过程中的受力条件。凸模过渡部分应光滑过渡，防止应力集中。

另外，当挤压不通孔的空心件时（参见图 7.5.1），其芯轴心部需有通气孔，以利于挤压件的成形和退件。

2）反挤压凸模常用的反挤压凸模结构型式如图7.5.4所示。与正挤压凸模相比较，各种型式的反挤压凸模的共同特点是具有一段长约2～3mm的工作带（见图7.5.4中的尺寸t ）。工作带的公称直径与杯形件内孔的公称直径相等。工作带以上部分的直径比工作带直径小 0.1～0.2mm，其目的是为了减少挤压过程中凸模与挤出件孔壁间的摩擦。

反挤压凸模有三种型式，锥台底式有利于金属流动，是最常用的一种结构型式；锥底式有利于金属流动，多用于深孔件的挤压；平底式虽然不利于金属流动，但当挤压件要求孔底必须为平底时，则应采用平底式凸模。图 7.5.4a的凸模端面斜角 a 一般取3°～25°；图7.5.4b的凸模端面斜角 a 一般取。同样，凸模过渡部分也应光滑过渡，

防止应力集中。

2. 冷挤压凹模的结构型式

1）凹模的型式：分整体式凹模和组合式凹模两大类。组合凹模又分预应力组合凹模和分割型组合凹模。整体式凹模图7.4.5a所示，此种凹模加工方便，但强度低。在凹模内孔转角处有严重的应力集中现象，容易开裂。

预应力组合凹模图7.5.4b所示，冷挤压时，凹模内壁承受着极大的压力，挤压黑色金属时，凹模内壁的单位压力高达1500～2500MPa。在这样高的内壁压力下，单靠增加凹模的厚度已不能防止凹摸沿纵向开裂。而在凹模的外壁上套装具有一定过盈量的预应力套，可以提高凹模的整体强度，详见7.5.3节

为了消除整体式凹模转角处的应力集中，可将整体式凹模于内孔转角

处剖分为两部分，即为分割式组合凹模。图 7.5.5c、d分别为横向分割式和纵向分割式。

2）正挤压凹模其结构尺寸如图7.5.6所示。凹模入口角 a = 90 ° ～126 ° ；凹模工作带长度 h 3 =2～4mm；凹模的过渡部分均用圆角连接；

.常用正挤压凹模型式见图 7.5.5。

3)反挤压凹模反挤压凹模结构尺寸如图7.5.7所示。模腔深度主要决定于毛坯

高度；凹模底部高度h1=(1/2～1/3)D；凹模入口处圆角半径r1=2～3mm；模腔内壁可做成10 ￠～ 30 ￠的斜度。反挤压凹模型式如图 7.5.8所示。图中a、b、c用于不需顶件装

置的挤压件，如用于反挤压有色金属薄壁件。凹模a结构简单，但底部R处易开裂下沉，适用于批量不很大的条件。凹模b的寿命比 a长得多。凹模c的寿命更长，但模具的制造精度要求高，否则难于保证同心度，凹模d有顶出装置，常用于黑色金属挤压。

7.5.3 预应力组合凹模的设计

将凹模分层，使外层（压套）与内层（凹模）过盈装配并对内层产生很大预加压力的组合式凹模结构型式叫预应力组合凹模（简称组合凹模）。它广泛应用于钢铁材料的冷挤压。

组合凹模的优点是同样外形尺寸（包括外套在内的整个组合凹模外形尺寸）和相同内腔尺寸的条件下，其强度要比单层（即整体式）凹模的强度大得多。而且也节省了模具钢。但它增加了凹模加工的工作量和难度，主要表现在压合面的加工和装配上。

1.组合凹模的型式根据理论分析可知：对于同一尺寸的凹模，两层预应力组合凹模的强度是整体式凹模强度的1.3倍；三层预应力组合凹模的强度是整体式凹模的强度的1．8倍。层数愈多，凹模补强愈大，但是，其加工及装配也愈复杂。故二层、三层预应力组合凹模应用较多。图7.5.10绘出了冷挤压凹模的型式。由于凹模总直径比a越大，凹模强度越大，但在a增加到4 - 6以后，再继续加大a便没有多大意义。因此，在生产中常采用的总直径比a=4 - 6。当a=4 - 6时，各种凹模的许用单位压力的大致范围为： p ￡ 1100Mpa 时用整体式凹模；当 p =1100 - 1400 Mpa时采用两层式凹模；当 p ￡ 1400 - 2500 Mpa 时采用三层式凹模。

2. 组合凹模尺寸设计

a) 组合凹模各圈直径的决定如上所述，凹模总直径比一般取a=4 - 6。

对两层组合凹模 (图7.5.9b),可取: ；

对三层组合凹模(图7.5.9c),可取, , ；

b)预应力组合凹模径向过盈量u 和轴向压合量c 的决定