冷挤压凸模、凹模结构设计

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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。

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
两层组合凹模的径向过盈量u2轴向压合量c2可用下式求出：

其中分别为处的径向过盈系数和轴向压合系数，其值由图7.5.10查出。
三层组合凹模径向过盈量
与轴向压合量
可按下式求出：

以上系数均按图7-7查取。

3)预应力组合凹模的压合工艺
压合方法 一般采用加热压合（俗称红套）和在室温下用压机冷压合两种方法。对于冷压合来说，压合角g一般采用1度30分，最大不宜超过3度。否则在使用过程中各圈会自动松脱。压合时，各圈的压合顺序原则上是应由外向内压，即先将中圈压入外圈后，再将内圈压入。拆卸时顺序刚好相反。

加热压合是先将外圈加热后再套到内圈上，利用热胀冷缩原理使外圈在冷却后将内圈压紧，也叫“红套”。压合后凹模内腔直径会缩小，必须对之进行修

李萍

没图老师