5.1 冷挤压模具的分类、构造及设计方法

1.冷挤压模具设计的基本要求

冷挤压时的单位挤压力很大，可达到材料抗拉强度的4～6倍或更高，接近甚至超过现有模具材料的抗拉强度，远远超出一般金属塑性加工时的单位压力。冷挤压时，单位挤压力的大小主要受模具强度的限制，现在所用的冷挤压模具材料抗拉强度最高为2500～3000MPa。超过此值，模具将要损坏，或者寿命很低。因此，当计算的单位挤压力超过模具材料的抗拉强度时，就应采取降低单位挤压力的措施，如增加挤压次数，减小每次的变形程度等。连续的挤压操作可使金属与模具剧烈摩擦，模具的温度可升至200～300℃，甚至更高。由此可知，冷挤压模具的工作条件极其恶劣。因此，为了确保模具的正常工作和使用寿命，模具必须能够耐静态高压，耐冲击，经得住工件和模具表面之间的摩擦，同时要耐疲劳。作用在模具上的压力必须引导到压力机工作台面和压力机机架上。虽然金属在压缩下发生塑性变形，但是模具中的工作应力却是一个复杂的拉应力、压应力和切应力的联合应力。由于工作应力很高，模具承载时将会产生明显的弹性变形。因此，模具设计者必须找出一种能承受和分配这种应力和应变的途径。

考虑到这些因素的影响，对于冷挤压模具设计的基本要求如下：

1）保证模具在恶劣的工作条件下工作，选用具有足够的强度和刚度、高的耐磨性的材料，以及正确的加工方法和热处理工艺规范。特别是模具的工作部分（凸模、凹模等），应设计合理的几何形状，采用强韧性很好的材料。

2）模具工作部分能够方便而可靠地固定在模架上，对中性能要好。

3）对尺寸精度要求高的挤压件，模具应有良好而可靠的稳定性和导向装置。

4）模具具有方便而灵活的卸料和顶出装置，使零件易于取出。

5）模具的易损部分拆换方便，在生产批量较大时要有互换性和通用性。

6）便于毛坯的放置和定位，在大批量生产中要有利于实现机械化和自动化，并配有自动送料装置。

7）模架能牢固地安装在压力机上，具有必要的防护措施，保证操作工人的人身安全。

8）模具制造要简单，成本低廉。

2.冷挤压模具的分类

从模具的外形来看，冷挤压模具与冲压模具颇为相似。纯粹的冷挤压模具可以归纳为以下三类：正挤模、反挤模、复合挤压模。若将挤压生产中所有成形工序的模具都包括起来，按照不同的特征可分为许多类型，如表5-1所示。

表5-1 冷挤压模具的分类

3.冷挤压模具的构造

图5-1所示为一般冷挤压模具的基本构造。这是一种无导向装置的敞开式挤压模具。它的特点是结构简单，重量较轻，尺寸较小，制造容易。其中图5-1a是仿效冲压模具结构形式而设计的，其凸、凹模利用螺栓直接紧固在上模板和下模座上；图5-1b则是冷挤压模具的典型结构形式。

图5-1 冷挤压模具的基本构造

a）仿效冲压模具的结构形式

Ⅰ—上模活动部分 Ⅱ—下模固定部分 Ⅲ—工作部分

b）典型冷挤压模具的结构形式

1—上模板 2—凸模垫块 3—固定套 4—特形螺母 5—凸模 6—压圈 7—凹模 8—顶料杆 9—支承圈 10—垫圈 11—模座 12—顶杆

图5-1a所示模具的上模活动部分Ⅰ和下模固定部分Ⅱ合在一起，或者中间再连以导向装置，即为模架。在模架内部安装全部模具零件，便构成模具的总体结构。

图5-1b所示模具的上模部分主要由以下零件组成：上模板1、凸模垫块2、固定套3、特形螺母4和凸模5。凸模利用固定套和特形螺母紧固在上模板中，并用凸模垫块进行支承。下模部分由以下主要零件组成：压圈6、凹模7、顶料杆8、支承圈9、垫圈10、模座11和顶杆12。凹模放在支承圈和垫圈上，利用压圈紧固在模座之中。除此之外，模具零件还有卸料板、环形顶出套、导柱、导套、螺栓和定位销等。

组成模具的全部零件，根据其功用又可分为两大类，即工艺零件和辅助零件。工艺零件是指直接参与完成工艺过程并和毛坯直接发生接触的零件。它包括工作零件、定位零件、卸料零件。辅助零件不直接参与完成工艺过程，也不和毛坯直接发生作用，只对模具完成工艺过程起保证作用或对模具的功能起完善的作用。它包括导向、支承和紧固类零件。冷挤压模具零件的分类见表5-2。

表5-2 冷挤压模具零件的分类

图5-2 冷挤压模具技术关联系统图

4.冷挤压模具的设计方法及步骤

像许多类型的成形模具一样，金属冷挤压模具的设计过程，也是相当复杂的。如果要设计一种符合要求的冷挤压模具，必须考虑影响它的许多因素和互相依赖的许多参数。不了解它们的互相依赖关系，便不可能描述整个设计过程。该过程描述的基本要素是描述设计、制造和使用三大技术环节，如图5-2所示。该图表示出了模具设计系统中诸因素的相互关系。从模具构思开始到模具完成为止，模具系统的设计程序图如图5-3所示。

图5-3 模具系统的设计程序图