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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
2、冷挤压单位挤压力高达 2000MPa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 Hma
3、x-5mmh Hmin-10mm 若模具闭合高度小于压力机的最小装模空间，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)正挤压模 该模具采用带有导柱导套导向的通用模架，如果更换工作部分的零件，还可用于反挤压或复合挤压。顶件部分采用由件l、2、3、4组成的可调式拉杆，以便于随时调整顶杆5的行程长度。凸模6采用外加活动式护套7，以利于加强凸模的强度和稳定性。此外，当该通用模架用于反挤压或复合挤压时，
4、更换合适的护套可同时兼作卸件用。,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
5、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.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
6、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。,导板导向的冷挤压模 该模具可以保证挤压件具有较小的
7、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
8、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。
9、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
10、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,6.2 模具工作部件设计,一.反挤压模具工作部分设计 （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
11、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
12、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)
13、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)、(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
14、(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,（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
15、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,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
16、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，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
