冷挤压资料课件.pptx

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1、第六章 冷挤压模具设计6.1 冷挤压模具的结构分析 冷挤压模具的组成和特点 冷挤压模具的分类 模具配合部分的公差 模具材料及硬度要求6.2 工作部件设计 反挤压模具工作部分设计 正挤压模具工作部分设计6.3 冷挤压用模具材料及选用方法6.1 冷挤压模具的结构分析一、冷挤压模具的组成和特点（一）冷挤压模具的组成（如下图）1.工作部分：凸模、凹模、顶出杆2.传力部分：上、下压力垫板3.顶件部分：顶杆、反拉杆、顶板4.卸件部分：卸件杆、拉杆、弹簧5.导向部件：导柱、导套6.紧固部分：上、下底板、固定板、压板、模柄、螺钉等（二）冷挤压模具的特点冷挤压时单位挤压力大，如钢的冷挤压单位挤压力高达2000M

2、Pa以上，由此可见，要求模具耐静高压、冲击、摩擦、疲劳。与冷冲压模具相比，冷挤压模具的一些特点如下：1.工作部分材料：高强度、高硬度、高耐磨性、一定韧性2.工作部分过渡部分采用光滑圆角过渡，防止过大应力集中3.工作部分与上下底板间要设有压力垫板4.凹模一般不采用整体式结构，而是采用预应力的组合式结构，凸模有时也采用组合结构5.上下底板一般不采用铸铁材料，用中碳钢锻造或直接用钢板制成（三）模具封闭高度模具闭合高度是指模具在最低工作位置时，上下模座间距离。模具闭合高度h应介于压力机最大装模空间Hmax与最小装模空间Hmin之间，一般为Hmax-5mmh Hmin-10mm若模具闭合高度小于压力机的

3、最小装模空间，可以增设或加厚垫板；如果压力机的装模空间不足时，可除去压力机上的垫板或换用薄垫板。二、冷挤压模具的分类（一）按工艺性质1.正挤压模2.反挤压模3.复合挤压模4.镦挤模1反拉杆2弹簧垫片3调节螺母4拉杆5顶杆6凸模7活动护套1)1)正挤压模正挤压模 该模具采用带有导柱导该模具采用带有导柱导套导向的通用模架，如套导向的通用模架，如果更换工作部分的零件，果更换工作部分的零件，还可用于反挤压或复合还可用于反挤压或复合挤压。顶件部分采用由挤压。顶件部分采用由件件l l、2 2、3 3、4 4组成的可组成的可调式拉杆，以便于随时调式拉杆，以便于随时调整顶杆调整顶杆5 5的行程长度。的行程长度

4、。凸模凸模6 6采用外加活动式采用外加活动式护套护套7 7，以利于加强凸，以利于加强凸模的强度和稳定性。此模的强度和稳定性。此外，当该通用模架用于外，当该通用模架用于反挤压或复合挤压时，反挤压或复合挤压时，更换合适的护套可同时更换合适的护套可同时兼作卸件用。兼作卸件用。2)反挤压模 该模具带有导柱导套的导向装置，调换凸模2、内层凹模18后，可作正挤压或复合挤压用。当挤压件紧套在凸模2上时，可由装在卸件板11上的卸件环10从凸模上卸下，而当挤压件卡在凹模内时，则可由反拉杆23通过顶板22、顶杆20及顶出杆21将挤压件顶出。1上模板2凸模3凹模4顶出器5顶板6反向凸模7反向拉杆3）复合挤压模当挤压

5、件卡在反向凸模6、凹模3内时，可由安装在上模板1上的反向拉杆7，带动顶板5、套筒式顶出器4，推动挤压件而实现顶出。由于该挤压件的反挤成形部分高度较小，且凸模锥顶角较大，一般不会卡在凸模2上，故可以不设计卸件装置。1外套2凸模3定位器4螺母5凹模6顶杆4)镦挤模该模具带有导柱导套的导向装置。为了提高凸模2的强度，延长使用寿命，采用外套1与凸模3组成组合式的结构。为了保证凸模对中准确，装卸方便，采用定位圈3定位、螺母4紧固。挤压完毕后，压力机顶出装置推动顶杆6，将挤压件从凹模5内顶出。（二）按有无导向装置1.导柱导套导向的冷挤压模 最常用，挤压件同心度较高，模具对中方便，制造复杂，适用于大批量。2

6、.无导向装置的冷挤压模 靠压力机导轨导向，对导轨精度要求较高。3.导板导向的冷挤压模 可保证挤压件具有较小壁厚差，制造比导柱导套简单。由于导板厚度增加模具高度。4.模口导向的冷挤压模 凸凹模模口导向，对压力机及模具加工要求高。5.套筒式导向的冷挤压模 引导部分长，精度优于模口导向。加工制造复杂，较少用。无导向装置的冲挤压模 凸模11的导向依靠压力机的导轨来保证，因此要求压力机的导轨具有较高的精度。该模具依靠调节螺钉9来调节凹模座8的位置，以保证下模和上模的同心度。为了保证凸模对中准确，装卸简便，采用螺帽12，弹簧夹头13紧固。内层凹模采用横向分割式结构，皆用硬质合金制造，外面分别装有预紧圈4和

7、6，靠凹模座8组合在一起。为了缓和从凹模传来的压力，组合凹模下面衬有淬硬的压力板7。卸件环1分成三块，外面套有弹簧2，以保证卸件环始终紧贴在凸模上。1凸模2导板导板导向的冷挤压模 该模具可以保证挤压件具有较小的壁厚差；加工制造也比导柱导套模简便。但为了保证导板起到导向作用，导板的引导部分必须有一定的厚度，这就会增加模具的总高度。导板与凸模之间的间隙不宜过大，否则起不了导向作用；其最大间隙一般不得超过0.02mm。4)模口导向冷挤压模 该模具可以保证挤压件具有很高的同心度，均匀的壁厚；但对压力机的导向精度要求较高，最好是和导柱导套导向合用。此外，对模具加工的要求亦较高，如果同心度有较大的误差，就

8、会给模具调整带来很大困难。该模具的凸模1采用螺帽3和压环2紧固，对中准确，装拆方便。凹模采用纵向分割式结构，由4、5两件构成，有利于防止凹模型腔在转角急剧变化处产生开裂。顶件时由组合式拉杆8通过顶杆7、顶出杆6将挤压件顶出。5)套筒式导向冷挤压模 该模具引导部分较长，导向精度优于模口导向的挤压模，但加工较复杂，制造精度要求较高，所需压力机的闭合高度也较大，目前应用不广。该模具的凸模采用浮动式的结构，以消除压力机的导向误差，保证凸模上下移动时不易被卡死。卸件部分采用外加弹簧由三块组成的可分式卸件环。（三）按调整方法可调式冷挤压模 凸凹模对中性可调节（无导向装置的纯铝反挤压）不可调式冷挤压模 对中

9、性不可调节，上下模 同心度全由模具制造精度保证（其他）（四）按用途有色金属冷挤压模黑色金属冷挤压模三、模具配合部分的公差为了保证挤压件的精度，模具配合部分的尺寸公差和形位公差应严格要求。确定配合部分公差的原则是：装配后的累积误差不超出挤压件的公差要求。现以图反挤压模具为例来说明各配合处的公差要求。(1)上压力板5与上底板7、凸模2的接触面以及下压力板19与下底板13、凹模18的接触面的平行度在25mm范围内皆不超出0.002mm。这些接触面与轴心线的垂直度不得超过0.01mm。(2)模柄1与上底板7、上压力板5与上底板7、固定环6与上底板7、压环4与固定环6、凸模固定圈3与压环4、凸模2与凸模

10、固定圈3、外加强圈16与下底板13、顶出杆21与凹模18、导套8与上底板7、导柱9与导套8等圆周方向配合面上，要求各个零件本身的同轴度不得大于相应处公差的13140。(3)凸模2与凸模固定圈3、顶出杆21与凹模18、导柱9与导套8等配合荐用基孔制间隙配合H7/h6。(4)上压力板5与上底板7、固定环6与上底板7、压环4与固定环6、外加强圈16与下底板13等配合荐用基孔制过渡配合H7/js6。(5)导套8与上底板7、导柱9与衬套12、衬套12与下底板13等配合面荐用基孔制过盈配合H7/u56或H7/s6。四、模具材料及硬度要求四、模具材料及硬度要求6.2 模具工作部件设计一.反挤压模具工作部分设

11、计（一）反挤压凸模设计反挤压凸模一般由夹紧和成形二部分组成，如图619(a)所示；当依靠模口导向时，则应由夹紧、导向和成形三部分构成，如图619(b)所示。1.反挤压凸模形式主要三种：平底凸模：制件要求平底或单位挤压力小。尖顶锥形凸模：可降低单位挤压力，易造成壁厚不均，较少用。带平底锥形凸模：可减少压力又可保证壁厚均匀，应用较多。2.设计时注意问题为了凸模装卸简便，紧固可靠，凸模夹紧部分一般为锥形或阶梯形。当凸模带导向时，导向部分长度按刚开始挤压时伸入凹模长度不小于5mm的原则设计。过度部分设有足够大圆角或倒角。为防止凸模工作时纵向弯曲，成型部分高h1尽量短，成型部分高h1与成型部分直径d的关

12、系为：有色金属反挤压 h1/d6 黑色金属反挤压 h1/d3凸模与上压力垫板接触表面紧密配合。当凸模所受单位压力大时，凸模应采用组合式结构。各部分的弹性变形量不能相互干涉，应做出正好抵消弹性变形量的退让槽。3.带平底锥形凸模的设计（二）反挤压凹模设计1反挤压凹模的组成反挤压凹模一般由成形和顶出两部分构成。当有导向装置时，应由导向、成形和顶出三部分构成，如图所示。2.反挤压凹模的形式a、b为整体式凹模c为纵向分割式凹模d为横向分割式凹模e、f为带有顶出杆的凹模图(a)(d)四种凹模主要用于不需要顶件的反挤压，常用于反挤压有色金属薄壁杯形件。其中，凹模(a)、(b)为整体式凹模。凹模(a)的特点是

13、结构简单，制造方便，但在转角半径及处易开裂下沉，模具使用寿命较短，适宜于批量不大的有色金属反挤压。凹模(b)的特点是转角处采用25斜角过渡，有利于金属流动，其寿命较凹模(a)长。凹模(c)、(d)为分割式凹模，寿命比整体式凹摸长，因此应用较广。凹模(c)为纵向分割式反挤压凹模，采用过盈量较大的配合，可以不产生毛刺；凹模(d)为横向分割式凹模，为了避免被挤金属材料流入上下分块的拼合面处，拼合面宽度应尽量取小一些，一般不宜超过3mm，拼合面应仔细研磨，光洁度不低与Ra0.1um，其余部分留出大于0.2mm的空隙，此外，上下分块要求较高的制造精度，其同轴度不应大于该处公差的1314。图627(e)、

14、(f)带有顶出装置，适用于黑色金属的反挤压。其中图627(e)适用于挤压件底部外形呈尖角的反挤压。图627(f)适用于挤压件底部呈大圆角的反挤压。它的顶杆高出的部分正好抵消工作时的弹性变形量。3.设计时应注意的问题1.为了提高凹模强度，凹模应采用组合式结。2.加强圈的布置应注意加强成形部分。3.加强圈与内层凹模下底面不应在同一平面。4.凹模型腔过渡圆角处应设有足够大的圆角半径。4.凹模型腔尺寸计算表 名称 设计计算 凹模型腔内径D 23mm 凹模型腔高度H2 h0=+h+r+(24)mm其中h0毛坯高度 h凸模工作带高度 顶件部分直径D2 等于顶出杆直径 顶出部分高度H1 当D=2D2，H1=

15、2D2 当D=1.5D2，H1=D2 凹模总高度 H1=H2 必须大于2.5H2型腔转角处圆角半径R 0.52mm（三）顶出杆的设计1.典型结构2.设计应注意问题(1)为防止顶出杆横向变形卡在凹模内，顶出杆仅d1=D2（凹模顶出部分孔径）、高度h=510mm处配合，d1以下做退让量，双边取0.51mm。(2)d1与凹模孔配合取基孔间隙配合H7/h6或H7/g6。(3)端面受力较大，为防止弹性变形，顶出杆端面不能做成平面。而应做成圆锥面，中心处高出量取(0.050.1mm)。(4)支承部分直径d要大于d。二、正挤压模具工作部分设计（一）凸模设计凸模主要作用是传力图a用于正挤压实心件和带凸缘的空心

16、件图be用于正挤压空心件,其中b为整体式，c、d、e为组合式名称设计计算芯棒直径d2按空心件孔径尺寸计算芯棒长度l空心件毛坯高度+凹模工作带高度凸模工作部分高度h挤压工作行程+卸件板厚度+10mm凸模工作部分直径d按挤压凹模腔直径计算配合关系为基孔制间隙配合定位部分直径d3(1.21.4)d支承部分直径d3(1.82.0)d支承部分高度h1(0.30.5)d圆角半径R1(0.51.0)d正挤压凸模设计计算表（二）凹模设计一般由容料和成形两部分构成；当挤压件较长时，由容料、成形、矫直三部分构成。为了提高凹模的强度,一般应做成组合式凹模。内层凹模形式:a 整体式b 纵向分割式c 纵向分割式d 横向

17、分割式e 横向分割式6.3 冷挤压用模具材料及选用方法 冷挤压模具是在极其恶劣的条件下工作的，单位挤压力高达20002500Mpa，在连续工作条件下变形热与摩擦热可使模具温度高达300左右，同时模具还要经受流动金属的强烈冲刷，因此，模具工作部分材料应具备高硬度、高强度、高耐磨性、一定的韧性以及良好的热硬性、热稳定性、耐疲劳性等性能。一、冷挤压模具材料 工作部分的材料主要是碳素工具钢、合金工具钢、高碳高铬模具钢、高速钢、硬质合金及钢结硬质合金等，有时也用一些合金成分较低的低合金工具钢和部分合金结构钢。二、冷挤压模具材料的选用方法(1)挤压纯铝、纯铜等有色金属零件可选较差的模具材料。挤压黄铜、硬铝

18、，特别是 挤压黑色金属的零件应选择高铬合金工具钢、高速铜或硬质合金等优质的模具材料。(2)用于大批量生产的模具应选用较好的模具材料；而对于试制或小批量生产的模 具，则可选用使用寿命短、加工方便、费用低廉的模具材料。(3)大批量生产形状简单的圆形零件一般应选用硬度高、耐磨性好的模具材料。而对 于形状复杂的零件由于过渡部分应力集中较大，且在模具热处理时，该部分会产生较大的内应力，又由于外表部分的摩擦面积显著增加，单位挤压力加大，因此一般不宜采用高碳合金工具钢作模具材料，宜用中碳合金工具钢作模具材料，以保证良好的强韧性。(4)冷挤压凹模在挤压过程中受到很大的切向拉应力。因此，要求模具材料具有较好的抗拉强度。而冷挤压凸模在挤压时受着强烈的反复压缩作用，因此要求模具材料具有足够的抗压强度和耐热疲劳性。(5)较小零件的模具成本较低，一般可选用较好的模具材料，尺寸较大的零件所用的模具也较大，大模具造价较高，一般应选价廉的模具材料。(6)反挤压时，凸模是威形的关键零件，极易磨损；而正挤压时，凹模是成形的关键零件，极易磨损。因此，反挤压凸模或正挤压凹模应选择磨耐性高的模具材料。