冷挤压模具的结构、分类与设计(doc 33页)

冷挤压模具的结构、分类与设计（doc 33页）

第六章冷挤压模具设计

本章通过一些典型的冷挤压模具结构，介绍冷挤压模具的特点、其工作零件及其它主要零部件的设计要点及步骤等。

第一节冷挤压模具的结构及分类

一、概述

冷挤压是在常温下对金属材料进行塑性变形，其单位挤压力相当大，同时由于金属材料的激烈流动所产生的热效应可使模具工作部分温度高达200℃以上，加上剧烈的磨损和反复作用的载荷，模具的工作条件相当恶劣。因此冷挤压模具应具有以下特点：

(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。

典型的冷挤压模具由以下几部分组成：

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。

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。冷挤压模具可以按以下几个方面来分类。

（一）按工艺性质分类

模具按工艺性质可分为：正挤压模、反挤压模、复合挤压模、镦挤压模等。

３．复合挤压模图6-4为活塞销的复合挤压的模具图。其工作部分由上凸模5、下凸模3及凹模4构成。由于上凸模回程时挤压件将留在凹模内，因此必须在下下模部分设置顶件装置（由顶杆1和顶件套2构成）。由图可看出该复合挤压模具工作部分的一个显著的特点，即在上凸模外壁上套有控制挤压件长度方向尺寸的限流套6。因为上凸模向下挤压毛坯时，金属向上流动的阻力较小，如果没有限流套的控制将使活塞销的上孔深于下孔，加限流套6后，可迫使金属向下流动，保证上、下孔深度尺寸一致。

４．镦挤模图6-5所示为镦挤模。凸模2与外套1组成组合式凸模，以提高凸模的使用寿命。组合式凸模靠螺母4紧固在定位圈3上，以保证凸模定位准确，装卸方便。挤压结束，靠压力机顶出装置推动顶件6将挤压件顶出凹模5。

（二）按有无导向装置分

模具按有无导向装置可分为：导柱导套冷挤压模、模口导向冷挤压模、导筒导向冷挤压模及无导向冷挤压模。

1．导柱导套导向冷挤压模该类模具如图6-1～图6-５所示，它是冷挤压模具中最常见的一种模具结构。中小型冷挤压模具一般采用两导柱导套形式，大型的冷挤压模具采用四导柱导套形式，精密冷挤压模具还采用滚珠式导柱导套。采用这类结构的模具可以保证上下模具有较好的对中性，冷挤压件同心度好，但是模具制造较复杂。

2．模口导向冷挤压模图6-6为模口导向冷挤压模。凸模4靠凸模固定圈通过螺母固定在上模部分。凹模为硬质合金，凹模外层有预应力圈。挤压件卡在凹模内，可通过顶杆7将工件顶出。如挤压件紧包在凸模上，则通过卸料板将工件卸下。由于凸模导向部分尺寸与挤压件外径相同，因此必须在凸模上铣出三条卸料槽来作为卸料用。起到模口导向作用的导向套3与凸模的间隙一般在0.02mm以内，这样能保证挤压件的壁厚误差很小。这种导向方法简便、实用，导向效果比导柱导套式导向还要好。不过这种导向方式一般用于挤压较浅反挤压件的模具，同时对压力机导轨的导向精度要求较高。图中模口导向部分采用与凹模分体形式，也有整体式的，即凹模型腔上部分即为导向部分。

3．导筒导向冷挤压模图6-7为摩托车主轴双端花键复合挤压模具简图，它是一副导筒导向挤压模。模具由上模固定套10与下模固定套11进行导向，主轴两端花键分别在上齿形凹模5和下齿形凹模3内挤压成形。这种采用上下同时挤压成形满足了双端齿形的形位精度要求。它实质是双向减径挤压，毛坯不能产生镦粗，因此对变形程度、模具工作段的形状、润滑条件以及毛坯材料的状态要求都很高。另外由于挤出段长度较长，很容易产生弯曲，在齿形凹模非工作段及垫块上设置校形工作带，可以克服这一问题。

第二节模具工作部分设计

冷挤压工作部分零件是指凸模、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挤压力，其设计较为简单，因为实际上只要凸模上所受的单位挤压力不超过2500MPa 即可。在凸模和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，这一点在挤比较软的有色金属材料时特别重要；

（２）必须保证挤压时，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。

１.正挤压凸模的形式正挤压凸模基本上有五种形式，如图6-8所示。图a用于正挤压实心件，其下端面是平的，形状比较简单，制造方便。图b~图e用于正挤压空心件。其中图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～e为组合式凸模。其中图c的芯棒与凸模内孔之间为过渡配合，这种结构可以大大减少芯棒与凸模结合处的应力集中，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。这种凸模适应于芯棒直径较大，或挤压材料不太硬，或摩擦系数较小

的材料挤压。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向下移动，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。为了进一步防止芯棒拉断及卸料方便，芯棒一般做出10´~30´的斜度。

２.正挤压凸模尺寸参数设计以图6-８e的凸模为例，凸模各部分尺寸参数见表6-1。

（二）正挤压凹模

正挤压凹模根据单位挤压力大小可选择单层整体凹模或组合凹模。有时单

位挤压力小时也可采组合凹模，以降低模具制造成本。

１.凹模型腔尺寸确定图6-９为正挤压凹模形状尺寸。其外圆形状做成

一定斜度的锥形，以便装上预应力圈。凹模型腔深度h3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。凹模的入模锥度一般采用60～

126°较合理（对于较软的材料，也可采用180°）。凹模入模锥度大，挤压力

增加，如超过126°，金属挤压时易成“死区”，不利于金属的流动。塑性差的

金属挤压后，“死区”的材料会脱落。锥角小于60°时，金属挤压时摩擦阻力

增加，使挤压力也增加，同时顶件力也增加。凹模收口部分应采用适当的圆角

半径过渡。

表6-1 正挤压凸模（图6-9e）尺寸参数设计计算表

名称尺寸参数

芯棒直径d2按空心件孔径最大尺寸设计芯棒长度l空心毛坯高度+凹模工作带高度凸模工作部分高度h挤压工作行程+卸料板厚+10mm 凸模工作部分直径d凹模型腔-0.02mm

定位部分直径d3(1.2~1.4) d

支承部分直径d4(1.8~2.0) d

支承部分高度h1(0.3~0.5) d

圆角半径R1(0.5~1.0) d