冷挤压模具设计

1、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：凹模一般为组合式（凸模也常常用组合式）结构；上 下模板更厚，材料选择得更好，满足模具的强度要求；导柱直径尺寸较大，满足模具的刚度要求；工作零件尾部位置均加有淬硬的垫板；模具易损件的更换、拆卸更方便。典型冷挤压工艺模具结构正挤压模具图 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16151516 133289 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76且模架具有较强的通用性，若将

2、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。反挤压模具7.5.2（无顶出装置25 承受，顶件力由反拉杆式联动顶出装置（由件2830、313233 组成）31333132313017只要将凸模、凹模、顶ft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。冷挤压凸模、凹模结构设计冷挤压凸模结构型式7.5.3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。7.5.4各种型式的反挤压凸模的共同特点是具有一段长约23m

3、m（7.5.4 t 径小 0.10.2mm，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 7.5.4aa 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。冷挤压凹模的结构型式7.4.5a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15002500MPa。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，

4、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。7.5.6a = 90 126 ； h 3 =24mm；凹模的过渡部分均用圆角连接；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 =(1/21/3)D；凹模入口处圆角半径r1 =23mm10 30 7.5.8abca 结构简单，但底部R用于批量不很大的条件。凹模b 的寿命比 a 长得多。凹模cd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）（简称组合

5、凹模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 （即整体式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。1.37.5.10a但在a46 以后，再继续加大a比a=4 - 。当a=4 - 6p 1100Mpa 时用 整体式凹模；当 p =1100 - 1400 时采用两层式凹模； 当 p 1400 - 2500 Mpa 时采用三层式凹模。组合凹模尺寸设计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 - 。对两层组合凹模 图7.5.9b),可:；对三层组合凹(图 7.5.9c),可取,；uc的决定两层组合凹模的径向过盈量 u 2 轴向压

6、合量 c 2 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g 一般采用 130 分 ，最大不宜超过3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，必须对之进行修正。冷挤压工艺设计冷挤压件的结构工艺性分析冷挤件的形状应尽量有利于金属变形均匀，在挤出方向上流速一 致。对称性冷挤压件的形状最好是轴对称旋转

7、体，其次是对称的非旋转体，如方形、矩形、正多边形, 齿形等。冷挤压件为非对称形时，模具受侧向力，易损坏 ( 图 7.4.1) 。断面积差零件不同断面上，特别是相邻断面上的断面积差设计得愈小愈有利。断面积差较大的冷挤压件，可以通过改变成形方法，增加变形工序而获得（图 7.4.2）。断面过渡及圆角过渡冷挤压件断面有差别时，通常应设计从一个断面缓慢地过渡到另一个断面，避免急剧变化，可用锥形面或中间台阶来逐步过渡(图 7.4.3)，且过渡处要有足够大的圆角。断面形状形；然后单独镦出外部锥体或切削加工出内锥体（图7.4.4）。阶梯形 图 7.4.57.4.6避免细小深孔 冷挤压直径过小的孔或槽是很困难的

8、，也是不经济的，应尽量避免。挤压压余厚度挤压的压余厚度不宜过小，否则会使单位挤压力急剧增大，并且会产生缺陷（如缩孔）。图7.4.5 实心阶梯形件图7.4.6 空心阶梯形件图 7.4.7 挤压缩孔冷挤压工艺方案的制定l）确定冷挤压压和进一步加工的工艺基准。确定挤压压完成后多余材料的排除方式。值。挤压件的尺寸 越大，所需设备吨位随之增大，采用冷挤压加工的困难性增加。挤压件的形状 越复杂、变形程度越大，所需的冷挤压工序数目就越多。，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。对于上述几个指标进行全面分析、平衡之后，就可以选择一个最佳的工艺方案。最 佳的工艺方案的具体

9、标志是冷挤压工艺分析的典型实例在挤压黑色金属时，因材料的强度高，对变形程度过大的零件常需通过多道变形工 程度大而形状复杂的零件。下面对几种典型形状零件的冷挤压工艺及设计要点进行介绍。轴类零件当轴类零件不超过材料的许用变形程度时，一般用一次正挤压成形完成。挤压图7.4.8所示的零件有ab两种工艺方案。在a方案中，毛坯取最大台阶直径（），用正挤压工艺挤出直径 部分 方案中，毛坯直径取次级台阶直径，先挤出直径，再将镦粗到 。但是，在变形程度较小时（ 50），也可同时进行两个或两个以上台的挤压。图 7.4.8 阶梯轴的冷锻具有阶梯内孔零件7.4.9（ ），反挤小孔（ ）。反挤大孔时的变形程度应取小于许

10、用的合理变形程度。一次反挤压孔的相对深度受凸模长径比的限制，（黑色金属2 3 ，有色金属3 6 ）反挤压阶梯孔深也不能太大，一般 1。图 7.4.9 有阶梯内孔件的挤压工序深孔薄壁零件见图7.4.10。壁厚s 很薄，2.5 3。因此要用一道工序成形是不可能的通常第一道工序反挤成杯形件再进行第二道与第三道正挤压使外径逐渐变小这类零件 还可以采用挤压与变薄拉深相结合的方法成形。图7.4.11 的零件与深孔薄壁件的挤压成形基本相似只是多一道反挤压杯形后冲底工序深孔件的另一种挤压方法是用双向挤如图7.4.12所示。对于双向挤压，其可达。7.4.107.4.11“ft”形件该类零件可用反挤压成形。通过调

11、整中间圆柱四周的角部形状，可以达到调整挤出的中间圆柱高度。但若圆柱高度太大，中心圆柱应在中间工序里先挤压出来一段（见图7.4.6）。图 7.4.12 双向挤压深孔件图 7.4.13 考虑成品局部形状的半成品的设计挤压“ft”形件a)毛坯；b)半成品；c)成品花键轴挤压随着汽车、摩托车工业的发展，越来越多的花键生产厂家采用冷挤压成形工艺代替传统的切削加工工艺，由于花键工件大多数为长轴类件，通常采用开式（无约束）正挤压工艺。实现该工艺的前提条件是挤压力不能达到传力段的屈服应力，即相对挤压应力1.0。某汽车后桥传动轴花键齿形截面及挤压凹模轮廓形状见图7.4.7、图7.4.8。图 7.4.14 冷挤压

12、花键齿形截面图图 7.4.15 挤压凹模的轮廓形状冷挤压原材料与毛坯的准备冷挤压用原材料性愈弱，则对冷挤压越有利，其挤压工艺性越好。（ L1 L5 （ LF21 、LY11 、 LY12 、 LD10 等）、紫铜与无氧铜（ T1 、 T2 、 T3 、 TU1 、 TU2 等）、黄铜（ H62 、 H68 、等）、锡磷青铜（ QSn6.5 一 0.1 等）、镍（ N1 、 N2 等）、锌及锌镉合金、纯铁、碳素钢（ Q195 、 Q215 、 Q235 、 Q255 、 08 、 10 、 15 、 20 、253035404550 号钢等（ 15Cr20Cr20MnB16Mn 、30CrMnS

13、iA12CrNiTi35CrMnSi 等（ 1Cr132Cr131Cr18Ni9Ti 等GCr9 、GCr15 及高速钢 W6Mo5Cr4V2 也可进行一定变形量的冷挤压加工。挤压毛坯的冷形状及尺寸的确定（一）冷挤压对毛坯的要求冷挤压毛坯的质量冷挤压用毛坯表面应保持光洁，不能有裂纹、折叠等缺陷。否则，经挤压后将使上述缺陷进一步扩大而导致挤压件报废。一般要求毛坯表面粗糙度冷挤压毛坯的几何形状在 6.3 m 以下。7.2.1 所示的四种。实心毛c 、 d 两种毛坯是经反挤压预成形制成的，主要用于空心件正挤压，特殊情况下可用于径向挤压和反挤压。图 7.2.1 毛坯的基本形状2.毛坯尺寸计算毛坯体积还

14、应加上修边量，即：（7.2.1）式中:坯料体积(mm 3 )；(mm 3(mm 3 )35）。毛坯体积确定后，其高度为：(7.2.2)式中 毛坯的横断面(mm 3 。毛坯外径一般取比凹模尺寸小 0.10.2mm，以便毛坯放入凹模；同理，毛坯内径一般比零件内孔（或芯棒）大 0.10.2mm，但当工件内孔精度要求很高时，毛坯内径一般取比挤压件孔径小 0.010.05mm。冷挤压毛坯的加工方法的实际条件等因素进行选择。板形坯料主要用冲压分离（冲裁或精冲切削则、精度较高，但生产效率较低（除高速带锯锯切外）。剪切剪切下料是在专用的棒料剪切机或冲剪机上进行的是毛坯断面有塌角和断裂面，质量不太好。冲裁角凹模

15、的冲裁可以得到精度较高的毛坯，常用于有色金属挤压毛坯的加工。冷挤压毛坯的软化和表面处理毛坯的软化规范可从有关手册中查到。坯料的润滑与表面处理工艺润滑对冷挤压是非常重要的。挤压时摩擦不仅影响到金属的变形及挤压件的质量， 而且也直接影响到单位挤压力的大小、模具的寿命。所以要采用良好且可靠的润滑方法。润滑剂有液态的（如动物油、植物油、矿物油等），也有固态的（如硬脂酸锌、硬脂酸钠、二硫化钼、石墨等），它们可以单独使用，也可以混合使用。有色金属常用这些润滑剂。对于钢的冷挤压，其单位挤压力很大（可高达 2000MPa 以上），使用一般的涂刷面处理方法（磷化处理及润滑处理）后，才使钢的冷挤压用于实际生产。因此毛坯的表面处理是冷挤压工艺中的一个重要环节表面处理主要包括：去除表面缺陷；清洁、去脂、洗涤；去除表面氧化层；在毛坯表面形成特殊的支承层；润滑处理。前三项是为了改善毛坯表面质量，并为