第七章 预应力组合凹模设计

冷挤压工艺及模具设计冷挤压模的典型结构1正挤压模这是一副微型电机转子正挤压模。凹模采用镶拼结构，并采用一层预应力套，为了保证工件Φ4mm部分在挤出过程中不致弯曲，凹模下部装有导向套8。顶件采用橡皮顶件装置，挤压时由压杆10通过推杆31将橡皮压缩使顶杆4不影响金属流动。上模装有行程限止块9，以控制模具闭合高度，保证95mm的工件尺寸。冷挤压工艺及模具设计图正挤压模冷挤压工艺及模具设计1—下模座；2、15、16、19—螺钉；3—垫板；4—顶板；5—导柱；6—导套；7—上模座；8—导向套；9—行程限制块；10—压杆；11—凸模；12—垫板；13—模柄；14、17、20、26—销钉；18—凸模固定板；21—导套；22——导柱；23—预应力套；24—凹模；25—凹模镶块；27—弹顶板；28—橡皮；29—螺母；30—双头螺杆；31—推杆；32—下垫板冷挤压工艺及模具设计2反挤压模图可调式反挤压模，凸模固定端为锥形，凸模3和紧固套圈4由螺母5锁紧固定在上模部分。由于挤压力通常较大，因此，在凸模固定端设置淬硬的垫板2、凹模采用三层预应力组合形式，预应力组合凹模的中心位置可通过若干组螺钉和9和压板7予以调整。整个三层凹模在压合靡平后，由压板14将其紧压在下模座中。顶杆8与预应力组合凹模圈构成了反挤压凹模的模腔，顶杆承受整个轴向反挤压力，其底部设置垫板12。顶杆的中心位置也可通过若干组螺钉10予以调整。挤压后工件易滞留在凹模中，由顶杆和推杆13将零件顶推出模腔。挤压件也可能紧箍在凸模上，则由卸料板15将其卸下。冷挤压工艺及模具设计1—上模座；2、12—垫板；3—凸模；4—紧固套圈；5—螺母；6—预应力组合凹模；7、14—压板；8—顶杆；9、10—调节螺钉；11—垫座；13—推杆；15—卸料板

图可调式反挤压模

冷挤压工艺及模具设计5.3.3复合挤压模这是一套加工铝质材料的复合挤压模。模具工作过程为：将毛坯放在凹模9模腔内，上模下行，凸模36开始工作，挤压金属使之向上、下两个方向流动，当下方金属接触到顶杆8时已充满凹模9，金属只能向上流动而使工件成形。上模上行，上模的拉杆15通过轴销13拉动杆套5、托板3将顶杆4、8提起，从而将工件顶出凹模。如若工件套在凸模上，当凸摸上行时，卸件块19便将工件卸下。冷挤压工艺及模具设计图复合挤压模（一）冷挤压工艺及模具设计图复合挤压模（二）冷挤压工艺及模具设计1、16、29、31—螺钉；2、13、28—销钉；3—托板；4—顶板；5—拉杆套；6—下模座；7—弹簧；8—顶杆；9—凹模；10—定位套；11—左导柱；12—螺母；14—圆螺母；15—拉杆；17—压板；18—钢丝圈；19—卸料块；20—左导柱；21—螺纹套；22—固定板；23—上模座；24—垫板；25—紧套；26—垫块；27—模柄；30—卸料架；32—弹簧；33—右导套；34—右导柱35—螺纹环36—凸模37—垫块38—螺母第七章预应力组合凹模设计目的：提高冷挤压凹模的强度，提高模具寿命

组合凹模设计为了解决凹模的横向裂纹，生产中采用横向或纵向剖分的凹模结构，为了提高凹模强度，防止纵向裂纹产生，生产中普遍使用预应力组合凹模。

组合凹模：利用过盈配合，用一个或两个预应力圈将凹模紧套起来而制成的多层凹模结构形式。接触压力产生部位：两个预应力圈之间；预应力圈与凹模之间冷挤压工艺及模具设计

组合凹模型式的确定根据凹模内壁、侧向压力的数值确定组合凹模型式，包括整体式凹模、两层组合凹模和三层组合凹模。特点优点：相同凹模外形尺寸和相同的行腔尺寸的条件下，强度大；缺点：加工表面增多，压合面加工工艺要求较高第一节预应力组合凹模的优越性整体式凹模受力分析厚壁圆筒承受径向内压厚壁圆筒受力r处位移ur整体式凹模受力分析令P2=0，σt—拉应力；σr—压应力，最大切向拉应力在r=r1处令

得

分析结果a=<4整体式凹模外内径比4~6二、预应力组合凹模受力分析1、未挤压时预应力分布1）内凹模受接触压应力p2k作用时过盈配合，强力压合或红套预应力分布

切向最大应力：内凹模内壁

径向最大应力：内凹模外壁位移分布二、预应力组合凹模受力分析1、未挤压时预应力分布2）内应力圈受接触压应力p2k作用时最大切向拉应力及径向压应力在预应力圈内部二、预应力组合凹模受力分析1、未挤压时位移分布2）内应力圈受接触压应力p2k作用时

二、预应力组合凹模受力分析1、未挤压时预应力分布3）组合凹模组合后而未挤压预应力分布

二、预应力组合凹模受力分析1、未挤压时应力4）接触压应力p2k计算：过盈量大小r2出过盈量

2、组合凹模挤压时应力分布1）组合凹模作为整体凹模时应力计算将r2换为r3，忽略接触压应力r1=<r=<r3,切向应力为拉应力，径向应力为压应力

2、组合凹模挤压时应力分布2）组合凹模挤压时实际应力分布三层强度1.8倍，两层强度1.3倍组合凹模优点第二节组合凹模优化设计理论计算设计变量目标函数一、两层组合凹模（一）、凹模内壁不允许出现拉应力（1）优选直径d2和d3求解过程2、接触压应力P2k计算3、过盈量Δd2计算钢制组合凹模：4、组合凹模内壁强度验算（二）、凹模内壁允许出现拉应力1、优选直径d2和d3Q1最优值：选择凹模和预应力圈材料的必要条件2、接触压应力p2k计算：3、过盈量Δd2计算4、组合凹模内壁强度验算——凹模内径（按挤压件最大外径），mm；，mm；γ=1°30′（锥度可以向上，亦可以向下）；——d2处轴向压合量，mm；——d2处径向过盈量，mm。式中、、。二层组合凹模设计参数二、多层组合凹模1各圈直径优化设计合理选择内凹模和隔层预应力圈材料的屈服应力2、任意两层压配合处接触压应力计算径向力和切向力3、任意两全配合直径处过盈量计算三、三层组合凹模优化设计第三节组合凹模优化设计图算法一、两层组合凹模1、允许内凹模内壁出现拉应力的图算法目标函数材料为钢制材料图的应用一、两层组合凹模2、不允许内凹模内壁出现拉应力的图算法目标函数：当作用在凹模内壁达到最大内压力时，产生在内壁的切向拉二、三层组合凹模1、三层组合凹模优化设计图算法用途二、三层组合凹模2、内凹模为硬质合金优化设计图算法第四节组合凹模尺寸的简便算法过程：1、确定凹模形式（整体、两层、三层）2、组合凹模内凹模和各层预应力圈的直径；3、决定内凹模和个层预应力圈的景象过盈量和轴向压合量。一、凹模形式1、一般工具钢制成的内凹模：P<=1100Mpa，整体1100Mpa<P<=1600Mpa，两层2、硬质合金：<1100Mpa,两层；1100Mpa<P<=1900Mpa，三