第七章 預應力組合凹模設計

冷擠壓工藝及模具設計冷擠壓模的典型結構1正擠壓模這是一副微型電機轉子正擠壓模。凹模采用鑲拼結構，并采用一層預應力套，為了保證工件Φ4mm部分在擠出過程中不致彎曲，凹模下部裝有導向套8。頂件采用橡皮頂件裝置，擠壓時由壓桿10通過推桿31將橡皮壓縮使頂桿4不影響金屬流動。上模裝有行程限止塊9，以控制模具閉合高度，保證95mm的工件尺寸。冷擠壓工藝及模具設計圖正擠壓模冷擠壓工藝及模具設計1—下模座；2、15、16、19—螺釘；3—墊板；4—頂板；5—導柱；6—導套；7—上模座；8—導向套；9—行程限制塊；10—壓桿；11—凸模；12—墊板；13—模柄；14、17、20、26—銷釘；18—凸模固定板；21—導套；22——導柱；23—預應力套；24—凹模；25—凹模鑲塊；27—彈頂板；28—橡皮；29—螺母；30—雙頭螺桿；31—推桿；32—下墊板冷擠壓工藝及模具設計2反擠壓模圖可調式反擠壓模，凸模固定端為錐形，凸模3和緊固套圈4由螺母5鎖緊固定在上模部分。由于擠壓力通常較大，因此，在凸模固定端設置淬硬的墊板2、凹模采用三層預應力組合形式，預應力組合凹模的中心位置可通過若干組螺釘和9和壓板7予以調整。整個三層凹模在壓合靡平后，由壓板14將其緊壓在下模座中。頂桿8與預應力組合凹模圈構成了反擠壓凹模的模腔，頂桿承受整個軸向反擠壓力，其底部設置墊板12。頂桿的中心位置也可通過若干組螺釘10予以調整。擠壓后工件易滯留在凹模中，由頂桿和推桿13將零件頂推出模腔。擠壓件也可能緊箍在凸模上，則由卸料板15將其卸下。冷擠壓工藝及模具設計1—上模座；2、12—墊板；3—凸模；4—緊固套圈；5—螺母；6—預應力組合凹模；7、14—壓板；8—頂桿；9、10—調節(jié)螺釘；11—墊座；13—推桿；15—卸料板

圖可調式反擠壓模

冷擠壓工藝及模具設計5.3.3復合擠壓模這是一套加工鋁質材料的復合擠壓模。模具工作過程為：將毛坯放在凹模9模腔內，上模下行，凸模36開始工作，擠壓金屬使之向上、下兩個方向流動，當下方金屬接觸到頂桿8時已充滿凹模9，金屬只能向上流動而使工件成形。上模上行，上模的拉桿15通過軸銷13拉動桿套5、托板3將頂桿4、8提起，從而將工件頂出凹模。如若工件套在凸模上，當凸摸上行時，卸件塊19便將工件卸下。冷擠壓工藝及模具設計圖復合擠壓模（一）冷擠壓工藝及模具設計圖復合擠壓模（二）冷擠壓工藝及模具設計1、16、29、31—螺釘；2、13、28—銷釘；3—托板；4—頂板；5—拉桿套；6—下模座；7—彈簧；8—頂桿；9—凹模；10—定位套；11—左導柱；12—螺母；14—圓螺母；15—拉桿；17—壓板；18—鋼絲圈；19—卸料塊；20—左導柱；21—螺紋套；22—固定板；23—上模座；24—墊板；25—緊套；26—墊塊；27—模柄；30—卸料架；32—彈簧；33—右導套；34—右導柱35—螺紋環(huán)36—凸模37—墊塊38—螺母第七章預應力組合凹模設計目的：提高冷擠壓凹模的強度，提高模具壽命

組合凹模設計為了解決凹模的橫向裂紋，生產中采用橫向或縱向剖分的凹模結構，為了提高凹模強度，防止縱向裂紋產生，生產中普遍使用預應力組合凹模。

組合凹模：利用過盈配合，用一個或兩個預應力圈將凹模緊套起來而制成的多層凹模結構形式。接觸壓力產生部位：兩個預應力圈之間；預應力圈與凹模之間冷擠壓工藝及模具設計

組合凹模型式的確定根據(jù)凹模內壁、側向壓力的數(shù)值確定組合凹模型式，包括整體式凹模、兩層組合凹模和三層組合凹模。特點優(yōu)點：相同凹模外形尺寸和相同的行腔尺寸的條件下，強度大；缺點：加工表面增多，壓合面加工工藝要求較高第一節(jié)預應力組合凹模的優(yōu)越性整體式凹模受力分析厚壁圓筒承受徑向內壓厚壁圓筒受力r處位移ur整體式凹模受力分析令P2=0，σt—拉應力；σr—壓應力，最大切向拉應力在r=r1處令

得

分析結果a=<4整體式凹模外內徑比4~6二、預應力組合凹模受力分析1、未擠壓時預應力分布1）內凹模受接觸壓應力p2k作用時過盈配合，強力壓合或紅套預應力分布

切向最大應力：內凹模內壁

徑向最大應力：內凹模外壁位移分布二、預應力組合凹模受力分析1、未擠壓時預應力分布2）內應力圈受接觸壓應力p2k作用時最大切向拉應力及徑向壓應力在預應力圈內部二、預應力組合凹模受力分析1、未擠壓時位移分布2）內應力圈受接觸壓應力p2k作用時

二、預應力組合凹模受力分析1、未擠壓時預應力分布3）組合凹模組合后而未擠壓預應力分布

二、預應力組合凹模受力分析1、未擠壓時應力4）接觸壓應力p2k計算：過盈量大小r2出過盈量

2、組合凹模擠壓時應力分布1）組合凹模作為整體凹模時應力計算將r2換為r3，忽略接觸壓應力r1=<r=<r3,切向應力為拉應力，徑向應力為壓應力

2、組合凹模擠壓時應力分布2）組合凹模擠壓時實際應力分布三層強度1.8倍，兩層強度1.3倍組合凹模優(yōu)點第二節(jié)組合凹模優(yōu)化設計理論計算設計變量目標函數(shù)一、兩層組合凹模（一）、凹模內壁不允許出現(xiàn)拉應力（1）優(yōu)選直徑d2和d3求解過程2、接觸壓應力P2k計算3、過盈量Δd2計算鋼制組合凹模：4、組合凹模內壁強度驗算（二）、凹模內壁允許出現(xiàn)拉應力1、優(yōu)選直徑d2和d3Q1最優(yōu)值：選擇凹模和預應力圈材料的必要條件2、接觸壓應力p2k計算：3、過盈量Δd2計算4、組合凹模內壁強度驗算——凹模內徑（按擠壓件最大外徑），mm；，mm；γ=1°30′（錐度可以向上，亦可以向下）；——d2處軸向壓合量，mm；——d2處徑向過盈量，mm。式中、、。二層組合凹模設計參數(shù)二、多層組合凹模1各圈直徑優(yōu)化設計合理選擇內凹模和隔層預應力圈材料的屈服應力2、任意兩層壓配合處接觸壓應力計算徑向力和切向力3、任意兩全配合直徑處過盈量計算三、三層組合凹模優(yōu)化設計第三節(jié)組合凹模優(yōu)化設計圖算法一、兩層組合凹模1、允許內凹模內壁出現(xiàn)拉應力的圖算法目標函數(shù)材料為鋼制材料圖的應用一、兩層組合凹模2、不允許內凹模內壁出現(xiàn)拉應力的圖算法目標函數(shù)：當作用在凹模內壁達到最大內壓力時，產生在內壁的切向拉二、三層組合凹模1、三層組合凹模優(yōu)化設計圖算法用途二、三層組合凹模2、內凹模為硬質合金優(yōu)化設計圖算法第四節(jié)組合凹模尺寸的簡便算法過程：1、確定凹模形式（整體、兩層、三層）2、組合凹模內凹模和各層預應力圈的直徑；3、決定內凹模和個層預應力圈的景象過盈量和軸向壓合量。一、凹模形式1、一般工具鋼制成的內凹模：P<=1100Mpa，整體1100Mpa<P<=1600Mpa，兩層2、硬質合金：<1100Mpa,兩層；1100Mpa<P<=1900Mpa，三