冷擠壓模具設(shè)計(jì)

1、冷擠壓模具設(shè)計(jì)冷擠壓模具與一般冷沖模相比，工作時(shí)所受的壓力大得多，因而在強(qiáng)度、剛度和耐磨性等方面的要求都較高。冷擠模不同于冷沖模的地方主要有：凹模一般為組合式（凸模也常常用組合式）結(jié)構(gòu)；上 下模板更厚，材料選擇得更好，滿足模具的強(qiáng)度要求；導(dǎo)柱直徑尺寸較大，滿足模具的剛度要求；工作零件尾部位置均加有淬硬的墊板；模具易損件的更換、拆卸更方便。典型冷擠壓工藝模具結(jié)構(gòu)正擠壓模具圖 7.5.1 是用于黑色金屬空心零件正擠壓的模具簡(jiǎn)圖。模具的工作部分為凸模和凹16151516 133289 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76且模架具有較強(qiáng)的通用性，若將

2、工作部分更換，這副模具可以用作反擠壓或復(fù)合擠壓。由圖還可知，凸?；爻虝r(shí)，擠壓件將留在凹模內(nèi)，因此需在模具下模板上設(shè)置頂出桿 10。反擠壓模具7.5.2（無頂出裝置25 承受，頂件力由反拉桿式聯(lián)動(dòng)頂出裝置（由件2830、313233 組成）31333132313017只要將凸模、凹模、頂ft桿、墊塊 26、27 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(fù)合擠壓。冷擠壓凸模、凹模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)冷擠壓凸模結(jié)構(gòu)型式7.5.3另外，當(dāng)擠壓不通孔的空心件時(shí)（參見圖 7.5.1），其芯軸心部需有通氣孔，以利于擠壓件的成形和退件。7.5.4各種型式的反擠壓凸模的共同特點(diǎn)是具有一段長(zhǎng)約23m

3、m（7.5.4 t 徑小 0.10.2mm，其目的是為了減少擠壓過程中凸模與擠出件孔壁間的摩擦。反擠壓凸模有三種型式，錐臺(tái)底式有利于金屬流動(dòng)，是最常用的一種結(jié)構(gòu)型式；錐 7.5.4aa 一般取 3 25；圖7.5.4b的凸模端面斜角 a 一般取。同樣，凸模過渡部分也應(yīng)光滑過渡防止應(yīng)力集中。冷擠壓凹模的結(jié)構(gòu)型式7.4.5a預(yù)應(yīng)力組合凹模 圖 7.5.4b 所示，冷擠壓時(shí)，凹模內(nèi)壁承受著極大的壓力，擠壓黑色金屬時(shí)，凹模內(nèi)壁的單位壓力高達(dá)15002500MPa。在這樣高的內(nèi)壁壓力下，單靠增加凹 模的厚度已不能防止凹摸沿縱向開裂。而在凹模的外壁上套裝具有一定過盈量的預(yù)應(yīng)力套， 可以提高凹模的整體強(qiáng)度，

4、詳見 7.5.3 節(jié)為了消除整體式凹模轉(zhuǎn)角處的應(yīng)力集中，可將整體式凹模于內(nèi)孔轉(zhuǎn)角處剖分為兩部分，即為分割式組合凹模。圖 7.5.5c、d 分別為橫向分割式和縱向分割式。7.5.6a = 90 126 ； h 3 =24mm；凹模的過渡部分均用圓角連接；7.5.5。3)反擠壓凹模 反擠壓凹模結(jié)構(gòu)尺寸如圖7.5.7所示。模腔深度主要決定于毛坯高度；凹模底部高度h1 =(1/21/3)D；凹模入口處圓角半徑r1 =23mm10 30 7.5.8abca 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但底部R用于批量不很大的條件。凹模b 的壽命比 a 長(zhǎng)得多。凹模cd預(yù)應(yīng)力組合凹模的設(shè)計(jì)將凹模分層，使外層（壓套）與內(nèi)層（凹模）（簡(jiǎn)稱組合

5、凹模組合凹模的優(yōu)點(diǎn)是同樣外形尺寸（包括外套在內(nèi)的整個(gè)組合凹模外形尺寸）和相同 （即整體式但它增加了凹模加工的工作量和難度，主要表現(xiàn)在壓合面的加工和裝配上。1.37.5.10a但在a46 以后，再繼續(xù)加大a比a=4 - 。當(dāng)a=4 - 6p 1100Mpa 時(shí)用 整體式凹模；當(dāng) p =1100 - 1400 時(shí)采用兩層式凹模； 當(dāng) p 1400 - 2500 Mpa 時(shí)采用三層式凹模。組合凹模尺寸設(shè)計(jì)組合凹模各圈直徑的決定 如上所述，凹?？傊睆奖纫话闳=4 - 。對(duì)兩層組合凹模 圖7.5.9b),可:；對(duì)三層組合凹(圖 7.5.9c),可取,；uc的決定兩層組合凹模的徑向過盈量 u 2 軸向壓

6、合量 c 2 可用下式求出：； 其中 分別為 處的徑向過盈系數(shù)和軸向壓合系數(shù)，其值由圖7.5.10查出。三層組合凹模徑向過盈量與軸向壓合量可按下式求出：； ;以上系數(shù)均按圖 7-7 查取。3)預(yù)應(yīng)力組合凹模的壓合工藝壓合方法 一般采用加熱壓合（俗稱紅套g 一般采用 130 分 ，最大不宜超過3將內(nèi)圈壓入。拆卸時(shí)順序剛好相反。加熱壓合是先將外圈加熱后再套到內(nèi)圈上，利用熱脹冷縮原理使外圈在冷卻后將內(nèi)圈壓緊，也叫“紅套”。壓合后凹模內(nèi)腔直徑會(huì)縮小，必須對(duì)之進(jìn)行修正。冷擠壓工藝設(shè)計(jì)冷擠壓件的結(jié)構(gòu)工藝性分析冷擠件的形狀應(yīng)盡量有利于金屬變形均勻，在擠出方向上流速一 致。對(duì)稱性冷擠壓件的形狀最好是軸對(duì)稱旋轉(zhuǎn)

7、體，其次是對(duì)稱的非旋轉(zhuǎn)體，如方形、矩形、正多邊形, 齒形等。冷擠壓件為非對(duì)稱形時(shí)，模具受側(cè)向力，易損壞 ( 圖 7.4.1) 。斷面積差零件不同斷面上，特別是相鄰斷面上的斷面積差設(shè)計(jì)得愈小愈有利。斷面積差較大的冷擠壓件，可以通過改變成形方法，增加變形工序而獲得（圖 7.4.2）。斷面過渡及圓角過渡冷擠壓件斷面有差別時(shí)，通常應(yīng)設(shè)計(jì)從一個(gè)斷面緩慢地過渡到另一個(gè)斷面，避免急劇變化，可用錐形面或中間臺(tái)階來逐步過渡(圖 7.4.3)，且過渡處要有足夠大的圓角。斷面形狀形；然后單獨(dú)鐓出外部錐體或切削加工出內(nèi)錐體（圖7.4.4）。階梯形 圖 7.4.57.4.6避免細(xì)小深孔 冷擠壓直徑過小的孔或槽是很困難的

8、，也是不經(jīng)濟(jì)的，應(yīng)盡量避免。擠壓壓余厚度擠壓的壓余厚度不宜過小，否則會(huì)使單位擠壓力急劇增大，并且會(huì)產(chǎn)生缺陷（如縮孔）。圖7.4.5 實(shí)心階梯形件圖7.4.6 空心階梯形件圖 7.4.7 擠壓縮孔冷擠壓工藝方案的制定l）確定冷擠壓壓和進(jìn)一步加工的工藝基準(zhǔn)。確定擠壓壓完成后多余材料的排除方式。值。擠壓件的尺寸 越大，所需設(shè)備噸位隨之增大，采用冷擠壓加工的困難性增加。擠壓件的形狀 越復(fù)雜、變形程度越大，所需的冷擠壓工序數(shù)目就越多。，續(xù)工序加工費(fèi)等。這是一項(xiàng)綜合指標(biāo)，往往是決定工藝方案是否合理、可行的關(guān)鍵因素。對(duì)于上述幾個(gè)指標(biāo)進(jìn)行全面分析、平衡之后，就可以選擇一個(gè)最佳的工藝方案。最 佳的工藝方案的具體

9、標(biāo)志是冷擠壓工藝分析的典型實(shí)例在擠壓黑色金屬時(shí)，因材料的強(qiáng)度高，對(duì)變形程度過大的零件常需通過多道變形工 程度大而形狀復(fù)雜的零件。下面對(duì)幾種典型形狀零件的冷擠壓工藝及設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行介紹。軸類零件當(dāng)軸類零件不超過材料的許用變形程度時(shí)，一般用一次正擠壓成形完成。擠壓圖7.4.8所示的零件有ab兩種工藝方案。在a方案中，毛坯取最大臺(tái)階直徑（），用正擠壓工藝擠出直徑 部分 方案中，毛坯直徑取次級(jí)臺(tái)階直徑，先擠出直徑，再將鐓粗到 。但是，在變形程度較小時(shí)（ 50），也可同時(shí)進(jìn)行兩個(gè)或兩個(gè)以上臺(tái)的擠壓。圖 7.4.8 階梯軸的冷鍛具有階梯內(nèi)孔零件7.4.9（ ），反擠小孔（ ）。反擠大孔時(shí)的變形程度應(yīng)取小于許

10、用的合理變形程度。一次反擠壓孔的相對(duì)深度受凸模長(zhǎng)徑比的限制，（黑色金屬2 3 ，有色金屬3 6 ）反擠壓階梯孔深也不能太大，一般 1。圖 7.4.9 有階梯內(nèi)孔件的擠壓工序深孔薄壁零件見圖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擠成杯形件再進(jìn)行第二道與第三道正擠壓使外徑逐漸變小這類零件 還可以采用擠壓與變薄拉深相結(jié)合的方法成形。圖7.4.11 的零件與深孔薄壁件的擠壓成形基本相似只是多一道反擠壓杯形后沖底工序深孔件的另一種擠壓方法是用雙向擠如圖7.4.12所示。對(duì)于雙向擠壓，其可達(dá)。7.4.107.4.11“ft”形件該類零件可用反擠壓成形。通過調(diào)

11、整中間圓柱四周的角部形狀，可以達(dá)到調(diào)整擠出的中間圓柱高度。但若圓柱高度太大，中心圓柱應(yīng)在中間工序里先擠壓出來一段（見圖7.4.6）。圖 7.4.12 雙向擠壓深孔件圖 7.4.13 考慮成品局部形狀的半成品的設(shè)計(jì)擠壓“ft”形件a)毛坯；b)半成品；c)成品花鍵軸擠壓隨著汽車、摩托車工業(yè)的發(fā)展，越來越多的花鍵生產(chǎn)廠家采用冷擠壓成形工藝代替?zhèn)鹘y(tǒng)的切削加工工藝，由于花鍵工件大多數(shù)為長(zhǎng)軸類件，通常采用開式（無約束）正擠壓工藝。實(shí)現(xiàn)該工藝的前提條件是擠壓力不能達(dá)到傳力段的屈服應(yīng)力，即相對(duì)擠壓應(yīng)力1.0。某汽車后橋傳動(dòng)軸花鍵齒形截面及擠壓凹模輪廓形狀見圖7.4.7、圖7.4.8。圖 7.4.14 冷擠壓

12、花鍵齒形截面圖圖 7.4.15 擠壓凹模的輪廓形狀冷擠壓原材料與毛坯的準(zhǔn)備冷擠壓用原材料性愈弱，則對(duì)冷擠壓越有利，其擠壓工藝性越好。（ L1 L5 （ LF21 、LY11 、 LY12 、 LD10 等）、紫銅與無氧銅（ T1 、 T2 、 T3 、 TU1 、 TU2 等）、黃銅（ H62 、 H68 、等）、錫磷青銅（ QSn6.5 一 0.1 等）、鎳（ N1 、 N2 等）、鋅及鋅鎘合金、純鐵、碳素鋼（ Q195 、 Q215 、 Q235 、 Q255 、 08 、 10 、 15 、 20 、253035404550 號(hào)鋼等（ 15Cr20Cr20MnB16Mn 、30CrMnS

13、iA12CrNiTi35CrMnSi 等（ 1Cr132Cr131Cr18Ni9Ti 等GCr9 、GCr15 及高速鋼 W6Mo5Cr4V2 也可進(jìn)行一定變形量的冷擠壓加工。擠壓毛坯的冷形狀及尺寸的確定（一）冷擠壓對(duì)毛坯的要求冷擠壓毛坯的質(zhì)量冷擠壓用毛坯表面應(yīng)保持光潔，不能有裂紋、折疊等缺陷。否則，經(jīng)擠壓后將使上述缺陷進(jìn)一步擴(kuò)大而導(dǎo)致擠壓件報(bào)廢。一般要求毛坯表面粗糙度冷擠壓毛坯的幾何形狀在 6.3 m 以下。7.2.1 所示的四種。實(shí)心毛c 、 d 兩種毛坯是經(jīng)反擠壓預(yù)成形制成的，主要用于空心件正擠壓，特殊情況下可用于徑向擠壓和反擠壓。圖 7.2.1 毛坯的基本形狀2.毛坯尺寸計(jì)算毛坯體積還

14、應(yīng)加上修邊量，即：（7.2.1）式中:坯料體積(mm 3 )；(mm 3(mm 3 )35）。毛坯體積確定后，其高度為：(7.2.2)式中 毛坯的橫斷面(mm 3 。毛坯外徑一般取比凹模尺寸小 0.10.2mm，以便毛坯放入凹模；同理，毛坯內(nèi)徑一般比零件內(nèi)孔（或芯棒）大 0.10.2mm，但當(dāng)工件內(nèi)孔精度要求很高時(shí)，毛坯內(nèi)徑一般取比擠壓件孔徑小 0.010.05mm。冷擠壓毛坯的加工方法的實(shí)際條件等因素進(jìn)行選擇。板形坯料主要用沖壓分離（沖裁或精沖切削則、精度較高，但生產(chǎn)效率較低（除高速帶鋸鋸切外）。剪切剪切下料是在專用的棒料剪切機(jī)或沖剪機(jī)上進(jìn)行的是毛坯斷面有塌角和斷裂面，質(zhì)量不太好。沖裁角凹模

15、的沖裁可以得到精度較高的毛坯，常用于有色金屬擠壓毛坯的加工。冷擠壓毛坯的軟化和表面處理毛坯的軟化規(guī)范可從有關(guān)手冊(cè)中查到。坯料的潤(rùn)滑與表面處理工藝潤(rùn)滑對(duì)冷擠壓是非常重要的。擠壓時(shí)摩擦不僅影響到金屬的變形及擠壓件的質(zhì)量， 而且也直接影響到單位擠壓力的大小、模具的壽命。所以要采用良好且可靠的潤(rùn)滑方法。潤(rùn)滑劑有液態(tài)的（如動(dòng)物油、植物油、礦物油等），也有固態(tài)的（如硬脂酸鋅、硬脂酸鈉、二硫化鉬、石墨等），它們可以單獨(dú)使用，也可以混合使用。有色金屬常用這些潤(rùn)滑劑。對(duì)于鋼的冷擠壓，其單位擠壓力很大（可高達(dá) 2000MPa 以上），使用一般的涂刷面處理方法（磷化處理及潤(rùn)滑處理）后，才使鋼的冷擠壓用于實(shí)際生產(chǎn)。因此毛坯的表面處理是冷擠壓工藝中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)表面處理主要包括：去除表面缺陷；清潔、去脂、洗滌；去除表面氧化層；在毛坯表面形成特殊的支承層；潤(rùn)滑處理。前三項(xiàng)是為了改善毛坯表面質(zhì)量，并為