冷擠壓模具設計【畢業(yè)論文+CAD圖紙全套】

買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 第六章 冷擠壓模具設計 本章通過一些典型的冷擠壓模具結構，介紹冷擠壓模具的特點、其工作零件及其它主要零部件的設計要點及步驟等。 第一節(jié) 冷擠壓模具的結構及分類 一、概述 冷擠壓是在常溫下對金屬材料進行塑性變形，其單位擠壓力相當大，同時由于金屬材料的激烈流動所產(chǎn)生的熱效應可使模具工作部分溫度高達 200 以上，加上劇烈的磨損和反復作用的載荷，模具的工作條件相當惡劣。因此冷擠壓模具應具有以下特點： (1)模具應有足夠的強度和剛度，要在冷熱交變應力下正常工作； (2)模具工作部分零件材料應具有高強度、高硬度、高 耐磨性，并有一定的韌性； (3)凸、凹模幾何形狀應合理，過渡處盡量用較大的光滑圓弧過渡，避免應力集中； (4)模具易損部分更換方便，對不同的擠壓零件要有互換性和通用性； (5)為提高模具工作部分強度，凹模一般采用預應力組合凹模，凸模有時也采用組合凸模； (6)模具工作部分零件與上下模板之間一定要設置厚實的淬硬壓力墊板，以擴大承壓面積，減小上下模板的單位壓力，防止壓壞上下模板； (7)上下 模板采用中碳鋼經(jīng)鍛造或直接用鋼板制成，應有足夠的厚度，以保證模板具有較高的強度和剛度。 典型的冷擠壓模具由以下幾部分組成： 1工作部分 如凸模、凹模、頂出桿等； 傳力部分 如上、下壓力墊板； 頂出部分 如頂桿、反拉桿、頂板等； 卸料部分 如卸料板、卸料環(huán)、拉桿、彈簧等； 導向部分 如導柱，導套、導板、導筒等； 緊固部分 如 上、下模板、凸模固定圈、固定板、壓板、模柄、螺釘?shù)取?二、冷擠壓模具分類 冷擠壓模具有多種結構形式，可根據(jù)冷擠壓件的形狀、尺寸精度及材料來選擇合適的模具結構形式。冷擠壓模具可以按以下幾個方面來分類。 （一）按工藝性質(zhì)分類 模具按工藝性質(zhì)可分為：正擠壓模、反擠壓模、復合擠壓模、 鐓擠壓模等。 1正擠壓模 圖 6示為實心件正擠壓模。該模具更換相應的工作部分零件，可進行其它零件的正擠 ，也可用于反擠壓、復合擠壓和鐓擠。頂出系統(tǒng)由零件 1、 2、 3、 4 組成可調(diào)式拉桿，其中件 3 為調(diào)節(jié)螺母。旋轉(zhuǎn)螺母可以調(diào)節(jié)拉桿長度，以適合不同零件擠壓后的頂出。凸模 6 由活動護套加以保護，以增加凸模的強度和穩(wěn)定性。此外，當該模具用于反擠壓或復合擠壓時，更換合適的護套還可以利用上模部分的打料系統(tǒng)進行卸料。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 圖 6心件正擠壓模 圖 6示是用于黑色金屬空心零件正擠壓的模具圖。模具的工作部分為凸模和凹模。凸模 16 的心部裝有凸模芯軸 15，芯軸 15 的心部設有通氣孔與模具外部相通，在凸模中以便上下滑動。凸模 16 的上頂面與淬硬的墊板 13 接觸，以便擴大上模板 3 的承壓面積。凹模 2 經(jīng)墊塊 8 與墊板 9 固定于下模板 11 上。由圖可看出，凸模與凹模的中心位置是不能調(diào)整的，凸、凹模之間的對中精度完全靠導柱 7 與導套 6 以及各個固定零件之間的配合精度來保證，因此這種模具結構常稱為不可調(diào)整式模具。很明顯，不可調(diào)整式模具的制造精度要 求很高，但安裝方便，而且模架具有較強的通用性，若將工作部分更換，這副模具可以用作反擠壓或復合擠壓。由圖還可知，凸?；爻虝r，擠壓件將留在凹模內(nèi)，因此需在模具下模板上設置頂出桿 10。 2反擠壓模 圖 6示是一種典型的具有導向裝置的反擠壓模。該模具是在小型（無頂出裝置）壓力機上使用的杯形件反擠壓模。凸模 7 靠壓環(huán) 10、定位圈 6 和大鑼母 11 緊固與定位，可以實現(xiàn)快換。凹模采用組合凹模形式。為便于反擠壓件從凹模中取出，設計了間接頂出裝置，反擠壓力在下模完全由頂出桿 17 承受，頂件力由反拉桿式聯(lián)動頂出裝置（由件 3、 20、 21、 22、 23、 24 組成）提供，該頂出裝置在模座下方帶有活動板 22，當擠壓件頂出一段距離后，通過帶斜面的斜塊 24 將 22 撐開，使頂桿 23 的底面懸空，使之靠自重復位，為下一次放置毛坯做好準備。而活動板 22 靠其外圈的拉簧 21 合并。上模也設計了卸件裝置，由于杯形擠壓件較深，為了加強凸模的強度，除工作段外，凸模的直徑加粗并開出三道卸料槽，供帶有三個內(nèi)爪形的卸料環(huán) 12 卸料。 該模具具有一定的通用性，只要將凸模、凹模、頂出桿、墊塊 18、 19 加以更換，這副模具就可以擠壓不同形狀和尺寸的工件，也適用于正擠壓和復合擠壓 。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 復合擠壓模 圖 6活塞銷的復合擠壓的模具圖。其工作部分由上凸模 5、下凸模 3 及凹模 4 構成。由于上凸模回程時擠壓件將留在凹模內(nèi)，因此必須在下下模部分設置頂件裝置（由頂桿 1 和頂件套 2 構成）。由圖可看出該復合擠壓模具工作部分的一個顯著的特點，即在上凸模外壁上套有控制擠壓件長度方向尺寸的限流套 6。因為上凸模向下擠壓毛坯時，金屬向上流動的阻力較小，如果沒有限流套的控制將使活塞 銷的上孔深于下孔，加限流套 6 后，可迫使金屬向下流動，保證上、下孔深度尺寸一致。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 鐓擠模 圖 6示為鐓擠模。凸模 2 與外套 1 組成組合式凸模，以提高凸模的使用壽命。組合式凸?？柯菽?4 緊固在定位圈 3 上，以保證凸模定位準確，裝卸方便。擠壓結束，靠壓力機頂出裝置推動頂件 6 將擠壓件頂出凹模5。 （二）按有無導向裝置分 模具按有無導向裝置可分為：導柱導套冷擠壓模、?？趯蚶鋽D壓模、導筒導向冷擠壓模及無導向冷擠壓模。 1導 柱導套導向冷擠壓模 該類模具如圖 6 6是冷擠壓模具中最常見的一種模具結構。中小型冷擠壓模具一般采用兩導柱導套形式，大型的冷擠壓模具采用四導柱導套形式，精密冷擠壓模具還采用滾珠式導柱導套。采用這類結構的模具可以保證上下模具有較好的對中性，冷擠壓件同心度好，但是模具制造較復雜。 2模口導向冷擠壓模 圖 6?？趯蚶鋽D壓模。凸模 4 靠凸模固定圈通過螺母固定在上模部分。凹模為硬質(zhì)合金，凹模外層有預應力圈。擠壓件卡在凹模內(nèi)，可通過頂桿 7 將工件頂出。如擠壓件緊包在凸模上，則通過卸料板將工件卸下 。由于凸模導向部分尺寸與擠壓件外徑相同，因此必須在凸模上銑出三條卸料槽來作為卸料用。起到?？趯蜃饔玫膶蛱?3 與凸模的間隙一般在 內(nèi)，這樣能保證擠壓件的壁厚誤差很小。這種導向方法簡便、實用，導向效果比導柱導套式導向還要好。不過這種導向方式一般用于擠壓較淺反擠壓件的模具，同時對壓力機導軌的導向精度要求較高。圖中?？趯虿糠植捎门c凹模分體形式，也有整體式的，即凹模型腔上部分即為導向部分。 3導筒導向冷擠壓模 圖 6摩托車主軸雙端花鍵復合擠壓模具簡圖，它是一副導筒導向擠壓模。模具由上模固定套 10 與下模固定套 11 進行導向，主軸兩端花鍵分別在上齒形凹模 5 和下齒形凹模 3 內(nèi)擠壓成形。這種采用上下同時擠壓成形滿足了雙端齒形的形位精度要求。它實質(zhì)是雙向減徑擠壓，毛坯不能產(chǎn)生鐓粗，因此對變形程度、模具工作段的形狀、潤滑條件以及毛坯材料的狀態(tài)要求都很高。另外由于擠出段長度較長，很容易產(chǎn)生彎曲，在齒形凹模非工作段及墊塊上設置校形工作帶，可以克服這一問題。 第二節(jié) 模具工作部分設計 冷擠壓工作部分零件是指凸模、凹模、頂桿等在擠壓時直接參與擠壓過程的一些零件。 一、正擠壓模具工作部分零件設計 (一 )正擠壓凸模 正 擠壓凸模的作用主要是傳遞擠壓力，其設計較為簡單，因為實際上只要凸模上所受的單位擠壓力不超過 2500可。在凸模和凹模之間應具有合適的間隙，這是因為： 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 （）要避免在擠壓后零件上形成毛刺，這就要求較小的間隙，這一點在擠比較軟的有色金屬材料時特別重要； （）必須保證擠壓時，由于凸模彈性變形而產(chǎn)生的直徑增大，凸、凹模之間仍要有一定的間隙。 正擠壓凸?；旧嫌形宸N形式，如圖 6示。圖 a 用于正擠壓實心件，其下端面是平的，形狀比較簡單，制造方便。圖 b圖 e 用于正擠壓空心件。其中圖 b 為整體式結構，可用于擠壓軟金屬 ,其過渡部分應用光滑圓弧連接，以避免應力集中而導致芯棒折斷。圖 c e 為組合式凸模。其中圖 種結構可以大大減少芯棒與凸模結合處的應力集中，不過在擠壓中如金屬向下流動劇烈時，摩擦力過大也可能導致芯棒拉斷。這種凸模適應于芯棒直徑較大，或擠 壓材料不太硬，或摩擦系數(shù)較小的材料擠壓。圖 d 的芯棒與凸模內(nèi)孔采用間隙配合，在擠壓中芯棒可以隨金屬材料同步向下移動，因此改善了芯棒的受拉情況，使芯棒不易拉斷，這種凸模可用于擠壓黑色金屬。圖 e 為浮動式凸模，其在芯棒上部放一彈簧，在擠壓中芯棒受拉，彈簧被壓縮，可以克服更大的拉力，能有效地防止芯棒拉斷。這種凸模可以用于材料硬度和摩擦力比較大的黑色金屬擠壓。為了進一步防止芯棒拉斷及卸料方便，芯棒一般做出 1030的斜度。 以圖 6- e 的凸模為例，凸模各部分尺寸參數(shù)見表6 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 （二）正擠壓凹模 正 擠壓凹模根據(jù)單位擠壓力大小可選擇單層整體凹?；蚪M合凹模。有時單位擠壓力小時也可采組合凹模，以降低模具制造成本。 圖 6外圓形狀做成一定斜度的錐形，以便裝上預應力圈。凹模型腔深度 據(jù)毛坯長度和擠壓前凸模需進入凹模導向深度（一般 10決定。凹模的入模錐度一般采用 60126較合理（對于較軟的材料，也可采用 180）。凹模入模錐度大，擠壓力增加，如超過 126，金屬擠壓時易成“死區(qū)”，不利于金屬的流動。塑性差的金屬擠壓后，“死區(qū)”的材料會脫落。錐角小于 60時，金屬擠壓時摩擦阻力增加，使擠壓力也增加，同時頂件力也增加。凹模收口部分應采用適當?shù)膱A角半徑過渡。 表 6正擠壓凸模（圖 6寸參數(shù)設計計算表 名 稱 尺 寸 參 數(shù) 芯棒直徑 空心件孔徑最大尺寸設計 芯棒長度 l 空心毛坯高度 +凹模工作帶高度 凸模工作部分高度 h 擠壓工作行程 +卸料板厚 +10模工作部分直徑 d 凹模型腔 位部分直徑 d 支承部分直徑 d 支承部分高度 d 圓角半徑 d 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 圓角半徑的大小對模具的使用壽命影響很大。一般圓角半徑越大，凹模的使用壽命越長，當然圓角半徑的值受到擠壓零件形狀的限制。凹模型腔的工作帶長度 適當選擇： 純鋁： 2 鋁、紫銅、黃銅： 3 碳鋼 : 4 在工作帶以下的孔徑 使擠出的零件不再與凹模接觸，以免增加摩擦力，需擴大為 1+（ 應光滑過渡。底厚 以強度要求進行選擇，一般可取 。 正擠壓組合凹模的結構形式有六種，如圖 6示。圖 a 的內(nèi)層凹模為整體式，結構簡單，制造安裝方便，但在單位擠壓力較大情況下，型腔轉(zhuǎn)角處由于應力集中較大，易產(chǎn)生橫向開裂。圖 b圖 f 的內(nèi)層凹模為分割式結構，其中圖 b、圖 c 為縱向分割式，過盈配合，當凹模與外面兩層預應力圈壓合后實際過盈將進一步增大，因此凹模鑲?cè)Φ募饨翘幉粫懒?，在擠壓中也不會 產(chǎn)生鉆料現(xiàn)象。圖 c 的凹模內(nèi)孔末端 10加工出 5斜度，便于將凹模鑲?cè)喝氚寄?nèi)孔中。圖 d 是將內(nèi)層凹模做成橫向分割式，但這種形式由于內(nèi)層凹模軸向壓緊力不夠大，在單位擠壓力較大情況下，被擠金屬容易鉆料。圖 e、圖 f 是將內(nèi)層凹模和預應力圈均做成橫向分割式，雖然結構復雜些，但由于軸向壓緊力大，可以有效地防止被擠金屬鉆料。橫向分割凹模的貼合面寬度一般為 13宜，貼合面以外應將其中一塊加工成 1的斜角，或加工成 的不接觸面。貼合面一定要平整，并進行研磨拋光，這樣可以防止被擠金屬鉆料。橫向分割面一般取在 凹模內(nèi)壁圓角半徑上切點以上 1為佳，如圖 f 所示。圖 e 、圖 f 所示的橫向分割凹模還應加壓套，在模具上把上下兩部分緊壓在一起。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 二、反擠壓模具工作部分零件設計 （一）反擠壓凸模 反擠壓凸模一般由夾緊和成形兩部分組成，如圖 6示，當反擠壓凸模在擠壓時靠?？趯驎r，則還需增加導向部分，如圖 6示。 合理的反擠壓凸模成形部分形狀和尺寸，可以有利于金屬的流動，降低單位擠壓力，從而提高模具的使用壽命。按反擠壓凸模成形部分的形狀不同有三種常用 形式，見圖 6 a 和圖 b 兩種凸模使用效果較好，可降低單位擠壓力。尤其是圖 b 中的尖頂錐形凸模，斜角 越大則單位擠壓力越小，生產(chǎn)中一般斜角 為 59。但是斜角越大，當毛坯表面不平時，擠壓時凸模要歪斜，造成零件壁厚不均勻。圖 c 中平底凸模用于擠壓件內(nèi)孔要求平底或單位擠壓力較低的場合。 反擠壓凸模的有效工作部分是圖中高度為 h 的圓柱形表面，稱之為工作帶，工作帶以上的凸模直徑略小些，工作帶的作用有以下三點： （ 1）減小凸模與擠壓金屬的接觸面積，可大大降低摩擦阻力； （ 2）防止擠壓結束時，擠壓件粘在凸模上； （ 3）擠壓時，不會由于凸模工作帶以上部分的彈性變形而產(chǎn)生的直徑增大，影響擠壓件內(nèi)孔的尺寸精度。 反擠壓凸模所受到的單位擠壓力比正擠壓時大。同時由于坯料放置偏斜或坯料端面不平整，會使凸模在反擠壓時受到偏心載荷而彎曲折斷。所以其工作條件比正擠壓凸模更為惡劣，因此必須合理設計和正確選擇反擠壓凸模的尺寸參數(shù)。 以圖 6應用得最廣泛的帶平底錐形凸模為例，其各部分尺寸參數(shù)的確定如表 6 表 6反擠壓凸模尺寸參數(shù)設計計算表 名 稱 被 擠 壓 毛 坯 材 料 種 類 黑 色 金 屬 有 色 金 屬 工作帶直徑 于擠壓件孔徑最大尺寸 等于擠壓孔徑最大尺寸 工作帶高度 h 23部平坦部分直徑 .7 頂角 7 27 3 25 非工作部分直徑 d （ 面與工作帶交接處 面與平坦部分交接處 r 位直徑 位高度 承部分直徑 文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 支承部分高度 承部分錐半角 5 15 5 15 支承錐面與 1 d 與 接處 d 與 接處 反擠壓凸模的成形部分長度 當越短越好，這樣可以避免凸模在擠壓時產(chǎn)生縱向彎 曲而失穩(wěn)。 凸模的成形部分長度按照經(jīng)驗數(shù)值，其許用范圍如下： 反擠壓純鋁時： h1/710；反擠壓紫銅時： h1/56；反擠壓黃銅時：h1/45；反擠壓低碳鋼時： h1/。 反擠壓塑性較好的有色金屬時，為了增加凸?？v向穩(wěn)定性，可以在凸模的工作端面上開出工藝凹槽。工藝凹槽的形狀見圖 6模在剛開始擠壓時借助凹槽可“咬住”毛坯，從而提高其縱向穩(wěn)定性。工藝凹槽必須對稱于凸模中心，使凸模在擠壓中保持與凹模的良好同心度，否則在擠壓時會產(chǎn)生偏移而折斷凸模。工藝凹槽的尺寸一般為 1 ， ，工藝凹槽的尖頂處應用圓弧相連。 用于擠壓純鋁的細長反擠壓凸模工作端面不必拋光，過分光滑的端面容易使凸模在擠壓時產(chǎn)生漂移，從而發(fā)生彎曲以致折斷。 對于黑色金屬反擠壓凸模，由于其單位擠壓力大，工作端面不允許開出工藝凹槽，否則會在凹槽處由于應力集中而產(chǎn)生開裂。 （二）反擠壓凹模 反擠壓凹模形式 根據(jù)零件的形狀、尺寸、精度及材料種類不同，反擠壓凹模也有各種形式。一般反擠壓凹模有成形和頂出兩部分組成。如需要模口導向，可采用如圖 6示的典型結構。在擠壓外壁粗糙度較低，同時 壁厚精度較高的有色金屬零件時，可以采用如圖 6示在凹?？诓吭O置盛料腔，擠壓時，凸模先以略為減徑的方式將坯料壓入成形型腔，然后再進行反擠壓。這樣可以減小坯料與成形型腔之間的間隙，同時坯料外周表面也通過減徑擠壓而粗糙度大為降低，并且盛料腔又可起到模口導向作用。 圖 6其他一些常用反擠壓凹模形式。圖 a圖 d 用于有色金屬薄壁件反擠壓，擠壓后工件不會卡在凹模內(nèi)，所以不需要頂出裝置。其中圖 a 為整體式，其特點是結構簡單、制造方便，缺點是轉(zhuǎn)角半徑 R 處容易開裂下沉。圖 b 也為整體式，但凹模型腔底部有 25斜度，擠 壓時有利于金屬流動。圖 c、圖 d 為分割式凹模，壽命比整體式凹模長。圖 c 為縱向分割式凹模，其鑲塊在裝配前與凹模為過盈配壓，壓入預應力圈后，其過盈量將更大，這樣可以避免在角部產(chǎn)生毛刺。圖 d 為橫向分割式凹模，為了避免擠壓時金屬材料鉆入上下模的貼合面，貼合面也要像前述正擠壓橫向式組合凹模一樣，要有特殊的要求。生產(chǎn)實踐證明，就是象純鋁這樣流動性好的金屬也不含鉆入拼縫中。同時，上下凹模應有較高的制造精度，以避免擠壓件底部產(chǎn)生聯(lián)接痕跡。圖 e、圖 f 均帶有頂出裝置，以適用于黑色金屬或厚壁工件的反擠壓。圖 e 適用于工件底部外形呈尖 角的反擠壓件，圖 f 適用于工件底部外形呈一定圓角半徑的反擠壓。如果工件底部要求平整，其頂桿的高度要略高出凹模型腔底平面，以抵消擠壓時頂桿長度由于彈性壓縮變形而縮短。頂桿的高出量根據(jù)材料和變形程度的不同而有所區(qū)別。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 為了提高反擠壓凹模使用壽命，節(jié)省模具材料，一般反擠壓凹模都采用組合凹模形式，內(nèi)凹模外面加壓上預應力圖，如圖 6示。 反擠壓內(nèi)層凹模尺寸確定 一般內(nèi)凹模型腔尺寸參數(shù)見圖 6尺寸計算見表 6于要求不高的反擠壓件， 為了減小擠壓時金屬流動的阻力，同時也為了送料和取料的方便，凹模內(nèi)孔可略帶錐度，一般單邊斜度為 10 20。凹模型腔拋光至 擠壓時金屬阻力減小到最低限度。 表 6擠壓內(nèi)層凹模型腔尺寸確定表 名稱 設計計算 凹模型腔內(nèi)經(jīng) D 等于擠出件外徑的最小尺寸 凹模入口處圓角半徑 r 2 3模型腔高度 H2 h0+h+r+2 4mm 毛坯高度， h 為凸模工作帶高度 頂件部分高度 D=2， D=， 2 凹?？偢叨?H 須大 于 腔轉(zhuǎn)角處圓角半徑 R 2文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 （三）頂桿設計 反擠壓頂件在擠壓中直接承受較大的單位擠壓力，設計時應考慮其有足夠的強度，同時為了使較大的單位擠壓力能和緩地傳遞給下壓力墊板，其支承部分的直徑應適當放大。圖 6常用的頂桿形式。圖 a 為擠壓黑色金屬冷擠壓件用的頂桿，其桿部直徑 般比凹模型腔直徑小 樣既不會產(chǎn)生很大的縱向毛刺，又能使頂部及時退回便于送料。其支承部分直徑 d=(1.5)度圓弧應盡可能大。圖 b 頂桿是考慮到其因彈性變形而產(chǎn)生橫向變粗而卡死在凹模內(nèi)， 頂桿與凹模頂出孔配合部分不做成直徑相同的圓柱體。頂桿僅在直徑2(凹模頂出部分孔徑 )、高度 h =5 10與凹模頂出孔配合， 下做出一定的退讓量： d2=1)在擠壓有色金屬時，要求不產(chǎn)生縱向毛刺，頂桿與凹模頂出部分孔徑的配合可采用基孔制間隙配合。 頂件上端面在擠壓時，其中心處的單位壓力最大。如擠壓件下端面的平整度要求高時，可以在頂桿上端面做成圓錐面，如圖 b 所示，其頂部中心處高出 樣可以抵消單位擠壓力造成的彈性 變形，以確保擠壓件得到平整的底平面。 三、反擠凸模與凹模制造尺寸與公差 反擠壓時，模具工作部分的間隙，決定了擠壓件壁厚的大小。由于擠壓時模具工作部分的磨損，這個間隙就會越來越大，因此擠壓件的壁厚尺寸也越來越大，在設計模具工作部分的尺寸和公差時，必須考慮模具有一定的磨損量，同時又不影響擠壓件的尺寸精度要求。這樣既可以擠出合格的產(chǎn)品，又可以提高模具的使用壽命。下面分兩種情況來進行計算。 擠壓件尺寸公差如圖 6示。 第三節(jié) 預應力組合凹模設計 在冷擠壓的生產(chǎn)實踐中，人們經(jīng)常發(fā)現(xiàn)，如果整體式凹模在擠壓中受到 的單位擠壓力較大時，往往導致凹模向外擴展而產(chǎn)生切向開裂，如圖 6示。為買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 了提高冷擠壓凹模的強度，確保凹模在較大的單位擠壓力下有較長的使用壽命，一般均采用預應力組合凹模結構形式。所謂組合凹模就是利用過盈配合，用一個或兩個預應力圖將凹模緊套起來而制成的多層凹模結構。 根據(jù)單位擠壓力大小，冷擠壓凹?？刹捎萌N類型（圖 6即：整體式凹模圖 a，兩層組合凹模圖 b，三層組合凹模圖 c。其中左半圖為末壓合前，右半圖為壓合后。 一、整體式凹模受力分析 冷擠壓時，整體式凹模內(nèi)腔受到變 形金屬材料的徑向壓力，這種受力狀況近似于厚壁圓筒承受徑向內(nèi)壓的受力狀態(tài)。其之所以是近似，是因為冷擠壓時凹模不在厚壁圓筒內(nèi)壁整個高度上受壓力，另外據(jù)有限元數(shù)值計算及實測，凹模內(nèi)壁所受的單位擠壓力低于凸模端面上的單位擠壓力，因此用這種假設所計算的凹模應力值是偏大的，設計是安全的。 先分析厚壁圓筒的受力情況。當厚壁圓筒的內(nèi)半徑為 半徑為 內(nèi)壓力 壓力 無軸向力作用時，厚壁圓筒筒壁任意一點 r 處的應力可由拉美（ 式求得 . 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 可以看出： （ 1）當作用在整體式及凹模內(nèi)壁的最大切向拉應力超過凹模材料抗拉強度時，就要從凹模內(nèi)壁處產(chǎn)生裂紋而造成切向開裂。 （ 2）當作用在整體式凹模內(nèi)壁的最大等效應力超過凹模材料許用應力時，就要從凹模內(nèi)璧處開始產(chǎn)生破壞。 綜上所述，在冷擠壓單位擠壓力較高的情況下，凹模不宜采用整體式凹模。通過理論分析和試驗驗證，為了提高凹模強度，防止凹模的切向開裂及凹模內(nèi)壁的破壞，采用預應力的組合凹模是種行之有效的方法。 二、組合凹模受力分析 為了分析問題簡單起見，這里對 兩層組合凹模（即內(nèi)凹模和預應圈）的受力進行分析。 未擠壓時組合凹模預應力分布 （）內(nèi)凹模受接觸預壓力 p 作用時的預應力分布 （）預應力圈受接觸預壓力作用時的預應力分布 （）組合凹模組合后而未擠壓時的預應力分布 組合凹模組合后而未擠壓時的預應力等于內(nèi)凹模受接觸預壓力 用產(chǎn)生的預應力與預應力圈受接觸預壓力 用產(chǎn)生的預應力相疊加而成，其分布情況如圖 6示。 組合凹模擠壓時的應力分布 （）組合凹模作為整體凹模時應力分布 （）組合凹模擠壓時的實際應力分布 組合凹模擠 壓時的實際應力應為未擠壓時預應力與擠壓時不考慮接觸預應力時的應力相疊加而成，其分布情況見圖 6圖中可以看出，由于組合凹模中的內(nèi)凹模與預應力圈采用過盈配合，壓入后兩者的接觸面產(chǎn)生接觸預應力，該接觸預應力使內(nèi)凹模上產(chǎn)生切向壓應力；而預應力圈上產(chǎn)生切向拉應力。因此，組合凹模擠壓時，內(nèi)凹模所產(chǎn)生的切向拉應力就被抵消而減小，而預應力圈上所買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 產(chǎn)生的切向拉應力被疊加而增加。這樣，內(nèi)凹模與預應力圈的切向應力趨于相同。如果組合凹模預應力圈的尺寸選擇得適當，其過盈量也足夠大，甚至可以使內(nèi)凹模的內(nèi)壁在擠壓時完全沒有切向拉應 力。 對一定尺寸的組合凹模進行強度分析可得知：三層組合凹模的強度是整體式凹模強度的 ，兩層組合凹模的強度是整體式凹模強度的 。 組合凹模的優(yōu)點是： （ 1）顯著地提高內(nèi)凹模在擠壓時的承載能力，提高內(nèi)凹模的強度。 （ 2）節(jié)省了昂貴的模具鋼。原來整個凹模要用高級合金工具鋼制成，現(xiàn)在僅內(nèi)凹模用高級合金工具鋼即可，預應力圈可改用較差一些的合金鋼或中碳鋼來制成。 （ 3）由于內(nèi)凹模尺寸小，熱處理容易，提高了模具鋼熱處理的質(zhì)量，同時小尺寸規(guī)格模具鋼的碳化物偏析情況得到改善，提高了模具鋼的原始材質(zhì)。當內(nèi)凹模損壞后，僅需調(diào)換內(nèi)凹模，預應力圈仍可繼續(xù)使用。 (4)內(nèi)凹?？梢圆捎糜操|(zhì)合金，大大地延長模具使用壽命。硬質(zhì)合金呈脆性、抗拉性能差，其不可能作為整體式凹模的材料。但當組合凹模設計得使內(nèi)凹模內(nèi)壁在擠壓時完全沒有切向拉應力或切向拉應力較小時，硬質(zhì)合金就能作為內(nèi)凹模的材料充分發(fā)揮其硬度高、極耐磨的特點，可廣泛地應用于大批量擠壓的場合。 三、組合凹模尺寸計算 組合凹模尺寸計算首先要確 定凹模的形式，即采用整體式還是采用兩層或三層組合凹模；其次要確定組合凹模內(nèi)凹模和各層預應力圈的直徑；最后決定內(nèi)凹模和各層預應力圈的徑向過盈量和軸向壓合量。 凹模形式的確定 在設計組合凹模時，根據(jù)內(nèi)凹模使用材料可分為兩種情況： （）一般工具鋼制成的內(nèi)凹模，有足夠的抗拉強度，允許在一定的拉應力狀態(tài)下工作。 當單位擠壓力 p 1100，可采用整體式凹模。當 1100p 1600，可采用兩層組合凹模（即具有一層預應力圈）。當 1600p 2500，可采用三層組合凹模（即具有 兩層預應力圈）。 （ 2）硬質(zhì)合金作為內(nèi)凹模材料，由于抗拉強度很低甚至為零。設計時就必須設定其不允許在拉應力狀態(tài)下工作。當 p 1100，采用兩層組合凹模；當 1100p 1900應采用三層組合凹模。整體式凹模在這種情況下沒有使用價值。 組合凹模各圈尺寸確定 凹模的總直徑比 a 一般取 4 6 的數(shù)值，但對于多層組合凹模而言，中間各圈直徑的確定必須合理，否則會影響凹模的強度。 組合凹模徑向過盈量與軸向壓合量 C 的確定 （）兩層組合凹模徑向過盈量 2 與軸向壓合量 (圖 6確 定 在決定了各圈直徑后 ,可按圖 6圖 6定 的徑向過盈量 2 與軸向壓合量 先按圖 6圖 6出徑向過盈量系數(shù) 2 與軸向壓合量系數(shù) 2,然后按下式計算徑向過盈量 2(雙向 )與軸向壓合量 2= 2 2 ， 2 2 式中 2 預應力圈內(nèi)徑 ( 2 2 處的徑向雙向過盈量 (； 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 2 徑向過盈系數(shù)； 2 處的軸向壓合量 ( 2 2 處的軸向壓合系數(shù)。 （）三層組合凹模徑向過盈量 2、 3 與軸向壓合量 圖 6確定 在決定了三層組合凹模的各圈直徑之后 ,便可按圖 6圖 6出徑向過盈系數(shù)與軸向壓合系數(shù) ,然后按下式計算徑向過盈量 2、 3 與軸向壓合量 2= 2 2 ， 2 2 3= 3 3 ， 3 3 式中 2、 3 2、 3 處的徑向雙向過盈量（）； C 3 2、 3 處的軸向壓合量（）； 2、 3 2、 3 處的徑向過盈系數(shù)； 2、 3 2、 3 處的軸向壓合系數(shù)； 四、組合凹模的壓合工藝 根據(jù)組合凹模過 盈量的大小及具體的生產(chǎn)條件，選用適當?shù)膲汉瞎に嚒Ｄ壳霸谏a(chǎn)實踐中主要有以下三種方法： 熱壓配合法 先將外圈加熱后再套到內(nèi)圈上，利用熱脹冷縮的原理使外圈在冷卻后將內(nèi)圈包緊，也俗稱為“紅套”。采用這種方法，各圈的配合面均為圓柱面，加工容易。但當預緊過盈量較大時，預應力圈的加熱溫度可能高于材料的回火溫度（一般回火溫度為 500 600），就會使材料的硬度下降，縮短凹模的使用壽命。外圈加熱選擇的熱膨脹變形要比實際所需的熱膨脹變形大 10。對于加熱溫度高于 450時，必須采用防氧化措施。因此熱壓配合法僅適用于小過盈量的壓合。 冷壓配合法 采用干冰或低溫處理裝置將內(nèi)凹模冷卻，然后再將預應力圈套在內(nèi)凹模外。這種方法各圈的配合面也均為圓柱面。由于冷卻溫度有一定限制，該法也僅適用于小過盈量的壓合。 常溫強力壓合法 常溫強力壓合時各圈的配合面均為錐面，錐面配合斜度 一般采用 130，不宜超過 3，否則在使用過程中會自動松脫。各圈配合面要有 70以上的面積相貼合，否則將造成預緊力達不到要求而使得內(nèi)凹模開裂。 三層組合凹模壓合時，各圈的壓合次序是自外向內(nèi)，即先將中預應力圈壓入外預應力圈中，再將內(nèi)凹模壓入中預應力圈 中。壓出次序則相反。 壓合后的內(nèi)凹模的型腔尺寸有所收縮，必須進行修正，也可以對收縮量進行理論計算或憑經(jīng)驗數(shù)據(jù)，預先把收縮量計入，以便壓入后內(nèi)凹模型腔尺寸為所需的尺寸。 常溫壓合法一般在油壓機上進行，壓合時必須采用一些必須的防護裝置，如有機玻璃擋板，以保證操作者的安全。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 第四節(jié) 卸件和頂出裝置設計 擠壓結束后，擠壓件由于彈性變形的恢復，有可能緊包在凸模上，也有可能卡在凹模型腔內(nèi)，需要將擠壓件卸下或頂出。將擠壓件從凸模上卸下的裝置稱為卸件裝置，將擠壓件從凹模型腔內(nèi)頂出的裝置稱為頂出裝置。 一、卸件裝置 當凸模向 下運動進行擠壓時，卸料板下面的彈簧被壓縮。當擠壓結束后凸模向上運動時彈簧恢復，使卸料板與固定螺栓的螺母端面相靠緊。凸模繼續(xù)向上運動時，擠壓件碰到卸料板被卡下。這種結構可以減小凸模的長度。裝在卸料板內(nèi)的卸件環(huán)經(jīng)熱處理淬火，提高其耐磨性，延長卸料板的使用壽命，同時使卸料板具有通用性，通過更換卸件環(huán)來滿足不同尺寸擠壓件的需要。黑色金屬反擠壓件的壁部較厚，一般選用圖 6壁厚小于 ，應選用圖 6示的組合式卸件環(huán)結構形式。這種卸件環(huán)周邊凹槽處圈有彈簧 ,以確保卸件環(huán)始終緊貼在凸模 上。 還有一種采用固定卸料板進行剛性卸料 ,如圖 6示。此形式結構簡單、卸料力大、動作可靠 ,多用于工件尺寸不大 ,淺形杯形反擠壓件。圖 a 用支桿支承 ;圖 b 用套管支承。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 二、頂出裝置 如果擠壓件卡在凹模內(nèi) ,就需要專用的頂出裝置將之頂出。頂出裝置一般裝在下模部分。如壓力機上沒有專用頂出機構 ,就需要設計如圖 6 6過安裝在上模板上的反拉桿 ,當上?；爻虝r帶動頂板、頂桿、推 動頂出桿頂出擠壓件。當壓力機備有專用頂出機構 ,模具的頂出裝置就較簡單 ,如圖6 6 6示。 常見的頂出裝置主要有三種基本類型 :(1)墊塊頂料； (2)頂桿頂料； (3)套筒頂料。墊塊頂料見圖 6其利用裝在凹模 1 型腔中的扁形墊塊 2 和頂桿 4 將擠壓件從凹模內(nèi)頂出。 這種頂出形式結構簡單 ,便于加工 ,節(jié)省材料 ,但頂出擠壓件時有可能將墊塊一起頂出凹模。頂桿頂料見圖 6 a 將頂料桿安置在下凸模 中 ,這種形式用于大型正擠壓的空心或筒形件。圖 b 用于桿徑較小的長桿形件的正擠壓 ,為了便于加工和更換方便 ,將 頂料桿 2 做成圓柱形 ,鑲在頂桿 5 的凹窩內(nèi)。這種結構使用可靠、調(diào)整方便、經(jīng)濟耐用。圖 c 是使用得最為廣泛的頂出裝置 ,結構簡單 ,使用方便 ,不僅用于正擠壓和反擠壓 ,也可用于復合擠壓模具。圖 6套筒頂料方式。套在下凸模 3 上的具有粗大端部的筒狀環(huán)形頂出器 2 兼有從下凸模 3上卸料和與凹模 1 中頂出的雙重功能 ,主要用下部帶孔零件的卸料和頂出。該裝置借助下部三個均布的圓柱銷 4 帶動環(huán)形頂出器 ,將擠壓件從凹模中頂出。 第五節(jié) 第五節(jié) 導向裝置設計 為了保證冷擠壓時凸、凹模的同心度要求 ,減少因偏心負荷所產(chǎn)生的彎曲力矩而損壞 凸模 ,并提高冷擠壓件的精度 ,一般在冷擠壓模具上 ,都設有必要的導向裝置。 一、導向方法 常用的冷擠壓模具的導向方法主要有導柱導套導向 (圖 6 )、?？趯颍▓D 6導筒導向（圖 6由于導柱導套導向精度高，安裝方便，使用壽命長，其應用得最為廣泛。 二、導柱導套導向裝置 示有（ 1）雙導柱中間布置；（ 2）雙導柱對角布置；（ 3）四導柱封閉布置。其中四導柱封閉布置適用于模板面積較大，受力不均勻有偏心載荷的場合，是冷擠壓模具中采用得較多的一種布置 形式。 導柱導套與模板的緊固方法主要有三種：（ 1）基孔制過渡配合。該方法采用壓板螺釘將導柱、導套緊固在上、下模板上，見圖 6 2）基孔制過盈配合，將導柱、導套直接壓入上、下模板，見圖 6、。（ 3）采用低熔點合金、環(huán)氧樹脂或無機粘結劑將導柱導套直接緊固在上、下模板上。 導柱導套尺寸見圖 6了克服擠壓時可能產(chǎn)生的偏心負荷，導柱導套的剛性要盡可能設計得高些。根據(jù)模具的結構，導柱直徑 0 60時 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 壓入模板長度 l 不得小于 長度 L 一般按模具的結構尺寸來確定，但必須保證凸模進入凹模之前，導柱伸入導套 10 上。導套內(nèi)孔徑 導柱直徑d 的配合為基孔制間隙配合。由于導套壓入上模板后其內(nèi)孔要略有縮小，因此 d 大 0.5 上。導套壓入段的長度 l 及其外徑 D 不得小于 向段長度（ （ 2 3） 滑動式導柱導套在工作時為了保持良好的潤滑狀態(tài)，要在導柱或?qū)咨祥_油槽，以便貯存潤滑油。當擠壓件精度要求高時，可采用滾珠式導柱導套來確保上、下模更高的導向精度 。 導柱導套材料常用滲碳鋼來制造，經(jīng)表面滲碳淬火處理，以保證其表面硬度高而耐磨性好、同時其芯部又有較高的韌性。導柱導套相配合部分的表面粗糙度不高于 m。 第六節(jié) 壓力墊板設計 一、壓力墊板的作用 冷擠壓時，模具型腔中的單位擠壓力很高，如凸?；虬寄Ｋ鶄鬟f的軸向壓應力直接作用在上下模板上，有可能要造成模板的壓塌。因此必須在模板與凸、凹模之間設置淬硬的壓力墊板，有時簡稱墊板，以起到減緩軸向壓應力的作用。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 設墊板在直徑為 圖 6示。根據(jù)彈性理論對墊板的分析可知，壓力在板內(nèi)傳播像截頭錐體一樣向外擴大，傳到墊板與模板接觸面上時，壓力的分布以加壓中心為最大，周邊為最小。根據(jù)計算結果，將傳遞壓力比 遞直徑比 d/相對板厚 T/關系作出曲線，如圖 6示。由圖中可見，當 T/加時，則 d/加，即壓力的作用范圍擴大，而傳遞壓力比 急劇下降，也就是單位壓力得到較大的和緩。 二、壓力墊板的設計計算 （一）確定壓力墊板尺寸 已知從凸?；虬寄鬟f來的壓力 用范 圍直徑 確定壓力墊板的最小厚度 最小直徑 模板的材料種類查得其擠壓強度 者考慮一個安全系數(shù)后得到許用抗壓強度 然后查圖 6到比值 T/d/而算得 際取用時，只要使壓力墊板厚度 T 及直經(jīng) d 大于算得的 可。 （二）校核模板的強度 已知均布壓力作用范圍直徑 據(jù)模具結構尺寸選定壓力墊板厚度 T、直徑 d 以及模板材料的許用抗壓強度 校核模板強度及壓力墊板尺寸是否合適。由算得的 T/圖 6得 d/后由已知的算得 果 則說明模板強度足夠，否則就要增加墊板厚度或采用多層壓力墊板；若已知 d 說明按模具結構選定的壓力墊板直徑 d 是合適的，否則就要增大墊板直徑 d，以保證 d 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 第七節(jié) 凸模和凹模的緊固方法 凸模和凹模應采用合理的緊固方法，以確保冷擠壓件的擠壓精度，延長模具的使用壽命，并便于模具的安裝、調(diào)整及迅速地更換零件。 一、凸模的緊固方法 常用的凸模 緊固方法見圖 6 a 是利用螺栓將凸模 4 和墊塊 2 直接緊固在上模板 1 上。圖 b 和圖 c 是利用圓形外螺帽 6 和內(nèi)螺帽 7，通過壓套 3，將凸模固定在凸模座 5 上。圖 d 是利用壓板 8，通過壓套 3 用螺釘緊固到凸模座 5 上。圖 6通過緊固螺釘 2 將凸模 3 直接緊固在模柄 1中。這種方法一般只適用于單位擠壓力較小的有色金屬擠壓模具上。 二、組合凹模緊固方法 常用的組合凹模緊固方法見圖 6 a 是用螺釘直接將外預應力圈 3 固定在凹模座 5 上。對于非圓形截面型腔的模具，為了防止其轉(zhuǎn)動，需采用定位銷進行定位。這種 緊固方法緊固可靠、裝卸方便，應用較廣。圖 b 采用壓板 6 通過螺釘緊固在凹模座 5 上，凹模的對中可以用四個調(diào)節(jié)螺釘進行調(diào)整。該法對中調(diào)整方便，裝卸快捷，應用也較廣。圖 c 是采用大螺母 7 將外預應力圈直接與凹模座5 固定，這種方法緊固可靠、裝卸方便，但加工略復雜 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 第八節(jié) 冷擠壓模具材料及選用方法 冷擠壓時，模具型腔中單位擠壓力可高達 2000 2500要經(jīng)受著極高的摩擦阻力和溫度變化，因此冷擠壓模具的工作條件是十分惡劣的。合理的選擇冷擠壓模具的材料比起其他 模具顯得更為重要。 一、冷擠壓模工作零件材料的選用 （一）冷擠壓工作零件材料的要求 樣在擠壓中可以避免工作零件本身的塑性變形、破壞和磨損。 以避免由于沖擊、偏心載荷，疲勞應力集中而引起的折斷和開裂破壞。 模具具有較高的使用壽命，以保證擠壓件的尺寸精度。 冷擠壓中，模具工作零件的局部溫度可高達 300 左右，有時甚至更高，因此要求材料在這樣的高溫狀態(tài)下硬度保持不變。 性能，如在熱加工時，鍛造性能要好；機加工時要容易進行切削；熱處理時，應有較寬的溫度區(qū)間，變形和熱裂傾向小。 當然，在大多數(shù)情況下，某種模具鋼材不可能全部滿足上述要求，應該根據(jù)具體的擠壓情況來選擇最能符合使用條件的材料。 （二）冷擠壓工作零件常用材料 碳素工具鋼是冷擠壓模具鋼中價格最低廉的鋼種。 常用的碳素工具鋼牌號。其優(yōu)點是加工及熱處理方便，具有良好的切削和耐磨性能，但缺點是淬透性、強韌性及耐熱性能差、熱處理變形大、使用壽命低。因此只能用買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 于尺寸較小、形狀簡單、負載不大的模具零件 ，如壓力墊板、頂料桿，純鋁、紫銅等軟材料擠壓凹模。 含鉻量為 12的高合金工具鋼是冷擠壓模具材料中普遍采用的高碳高鉻鋼種。 經(jīng)常使用的牌號。該類鋼熱處理變形小，淬透性好，耐磨性較高，韌性優(yōu)良，適宜制作冷擠壓凸模和凹模。不過這類鋼的碳化物偏析較為嚴重，尤其是大尺寸的材料，在制造模具之前要進行改鍛，使碳化物分布均勻（ 1 3 級），否則在使用中嚴重影響模具使用壽命，因此它比較適宜于作為有預應力圈的內(nèi)凹模材料。 常用高速工具鋼的牌號有： 。該類鋼種具有很高的強度、良好的耐磨性和韌性，尤其是高溫硬度