关于冷挤压组合凹模的设计

Ｄｉ篡　栏目主持　卢燕明　

有心棒管件开式冷挤压凹模受力分析　

的数值模拟　

河北理工大学　（唐山０６３００９）　高小会孟献举李军　

开式冷挤压技术是一种高效、低耗的先进生产　

工艺技术，通常应用于中小型锻件的规模化生产中。　

目前，这项技术在国内外受到了普遍重视，如今更　

以其成形力低、工艺流程简化、无污染等诸多优势　

在汽车、摩托车以及家电生产等行业中得到了广泛　

的应用。数值模拟作为一种综合应用计算力学、计　

算数学、信息科学的综合工程技术，是支持工程技　

术人员进行创新研究和创新设计的重要工具和手段。　

开式冷挤压模具的寿命是关系到经济效率的重　

要因素，由于开式冷挤压过程中作用在凹模内壁的　

单位压力非常大，如果凹模采用整体式就有可能产　

生开裂缺陷。实践与理论皆证实，采用单纯增大壁　

厚的办法达不到提高凹模强度的目的，为了延长模　

具的使用寿命，就必须使模具结构设计合理，因此　

采用组合式凹模结构。而合理的设计首先要知道凹　

模内壁上的压应力，这就是说研究作用在凹模内壁　

压应力的大小和分布规律是对凹模进行优化设计的　

前提条件。冷挤压时的单位挤压力很大，远远地超　

过一般塑性成形方法的单位压力。由此可见，冷挤　

压模具的工作条件是极其恶劣的，对模具也就提出　

了更高的要求。　

本文即对有心棒管件开式冷挤压过程中坯凹模　

的受力情况进行了研究，为模具的优化设计提供了　

帮助。　

一、有心棒开式冷挤压　

有心棒管材开式冷挤压的变形如图１所示，其　

中Ｄｆ１和Ｄ　是挤压毛坯的原始外径和挤出外径，２　

是模具锥角，Ｒ　和　：是模具过渡圆角，ｄ０和ｄ　分　

别为挤压毛坯的原始内径和挤出内径，ｂ为工作带长　

度。　

５０　参磊　棚工　开式冷挤压常用的工艺类型有棒材缩径、管件　

有心棒缩径、管件无心棒缩径、管件扩径、深小锥　

孑Ｌ成形、花键轴开式冷挤压等，本文对管件有心棒　

缩径工艺进行研究。　

图１开式冷挤压示意图　

１．挤压设备压头２．挤压毛坯３．挤压凹模４．挤压心棒　

《冷挤压成型工艺及模具设计》课程教学大纲

一、课程名称（中英文）

中文名称：冷挤压成型工艺及模具设计

英文名称：Cold Extrusion Processes and Die Design

二、课程编码及性质

课程编码：0817761

课程性质：选修课

三、学时与学分

总学时：24

学 分：1.5

四、先修课程

机械设计、材料成形工艺、金属学及热处理和材料成形原理等

五、授课对象

本课程面向材料成型及控制工程专业学生开设，也可以供材料科学与工程专业和电子封装技术专业学生选修。

六、课程教学目的（对学生知识、能力、素质培养的贡献和作用）

本课程是第七学期开设的一般选修课，其教学目的主要包括：

1、掌握金属材料冷挤压的变形性质和成型规律，以及冷挤压模具设计的方法；

2、掌握冷挤压成型工艺及模具设计的特点及国内外发展概况，查找并掌握冷挤压技术及模具设计发展前沿的新技术的特性；

3、掌握挤压成形的各种方法，能独立编制工艺规程和设计冷挤压模具，分析和解决冷挤压生产问题，具有今后从事冷挤压成型工艺和复杂模具开发与设计的能力。

表1 课程目标对毕业要求的支撑关系

毕业要求及其指标点 本课程目标对毕业要求的支撑关系 毕业要求 指标点

毕业要求1：工程知识

能够将数学、自然科学、工程基础和专业知识用于解决复杂工程问题。 1.1掌握了用于解决材料成型及控制工程复杂问题的数学基础知识。

1.2掌握了用于解决材料成型及控制工程复杂问题的物理、化学等自然科学基础知识。

1.3掌握了用于解决材料成型及控制工程复杂问题的工程力学基础知识。

1.4掌握了用于解决材料成型及控制工程复杂问题的工程检测与控制基础知识。

1.5系统掌握了专业知识，能够将所学知识用于解决材料成型及控制工程复杂问题。

毕业要求2：问题分析

能够应用数学、自然科学和工程科学的基本原理，识别、表达、并通过文献研究分析复杂工程问题，以获得有效结论。 2.1能够应用工程数学基本原理，识别、表达、并通过文献研究分析复杂工程问题，以获得有效结论。如：复杂的模具设计。

＜模具Ｉ业》２００２　Ｎｏ　４总２５４　

热胀冷缩效应及弹性回复对齿轮尺寸精度的影　

响。在该模具的设计过程中，通过对齿轮温变形时　的热胀冷缩情况和弹性回复情况进行有限元模拟，　

给出了公式（１），该公式能在齿轮精锻成形时对模　具尺寸进行比较精确的修正。　

△＝　ｒ＋　￡　

＝　（Ｔ　一　）一ｋＥ（导一导）　（１）　

式中△——模具的修正量　ｋ　——温度修正系数　

了、　——零件终成形温度　

——模具终成形温度　

——零件材料线膨胀系数　

——模具材料线膨胀系数　

——弹性修正系数　

——齿轮材料在成形温度下的屈服应力　Ｅ　——齿轮材料的弹性模量　

——模具材料在成形温度下的屈服应力　

Ｅ　——模具材料的弹性模量　△　——模具的温度修正量　△Ｅ——模具的弹性修正量　

５结柬语　

实验证明，用该模具完全可以成形出啮合套的齿　形和键形，并能达到比较满意的效果。二段成形工　

艺成形啮合套打破了镦挤成形齿轮的传统观念，将　镦挤成形工艺、缩挤成形工艺和分流方法有机地结　合在一起，对内直齿轮精锻技术的发展和生产应用　

有一定的借鉴作用。　

参考文献：　［１】厄尔贾维克汽车手动变速器和变速驱动桥［Ｍ】北　

京：机械工业出版社。１９９７　

【２】锻模设计手册编写组　锻模设计手册［Ｍ】北京：机械　工业出版社，１９９１　

【３１冯冲前浮动凹摸镦挤直齿圆柱齿轮成形原理及工　艺研究【Ｃ】．燕山大学硬：　论文，２００１　

［４】李洪破直齿圆柱齿轮辙挤成型１艺【Ｃ】燕山大学　碗士论文．１９９１　

油缸二工位冷挤压工艺及模具设计　

王志东　，朱止芳　，陈新波　（１新　千斤７页厂，河南新　４５３００２；２新　内燃机厂，河南新　４５３００２）　

摘要：结合油缸二工位冷挤压（光）工艺及模具设计实践　及工艺特点，并对该工艺及模具设计作了较详细的介绍　形零件　Ｉ参考。　论述了冷挤压，特别是二工位冷挤压的优越性　可供千斤顶行业及其它内孔要求较高的长筒　

关键词：千斤顶油缸；二工位冷挤压；跹层预应力组合凹模　中圈舟类号：ＴＧ３７５　．４１　文献标识码：Ｂ　文章编号：１００１　

仿真，毽罐／ＣＡＤ／ＣＡＭ／ＣＡＥ／ＣＡＰＰ　圃固四匣团哩　

棒材开式冷挤压过程中挤压凹模的数值模拟研究　

孟宪举，何荣海　

（河北理工大学机械工程学院，河北唐山０６３００９）　

Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ　Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　Ｅｘｔｒｕｓｉ０ｎｉｎｇ　Ｄｉｅ　ｏｆ　０ｐｅｎ—ｄｉｅ　Ｃｏｌｄ　Ｅｘｔｒｕｓｉｏｎ　ｏｆ　Ｂａｒｓ　ＭＥＮＧ　Ｘｉａｎ－ｊＵ，ＨＥ　Ｒｏｎｇ－ｈａｉ　（Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｈｅｂｅｉ　Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｔａｎｇｓｈａｎ　０６３００９，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ　ｔｈｅ　ｔｕｂｉｎｇ　ｅｘｔｒｕｓｉｏｎ　ｐｒｏｃｅｓｓ，ｔｈｅ　ｄｉｅ　ｓｈｏｕｌｄ　ｂｅ　ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ　ｄｅｓｉｇｎｅｄ，ｔｈｅ　ｄｉｅ　ｗａｌｌ　ｂｙ　ｔｈｅ　ｆｏｒｃｅ　ｉｓ　ｄｅｓｉｇｎｅｄ　

ｔｏ　ａｆｆｅｃｔ　ｔｈｅ　ｄｉｅ　ｉｓ　ａ　ｖｅｒｙ　ｉｍｐｏｒｔａｎｔ　ｆａｃｔｏｒ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｔｈｉｓ　ａｒｔｉｃｌｅ　ｕｓｅｓ　ｔｈｅ　ｆｉｎｉｔｅ　ｅｌｅｍｅｎｔ　ｓｏｆｔｗａｒｅ　Ｄｅｆｏｒｍ一３Ｄ　ｔｏ　

ｓｉｍｕｌａｔｅ　ｔｈｅ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｏｆ　ｏｐｅｎ－ｄｉｅ　ｃｏｌｄ　ｅｘｔｒｕｓｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｐｉｐｅ　ａｎｄ　ｇｅｔｓ　ｔｈｅ　ｄｉｅ　ｗａｌｌ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｔｒｅｓｓ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｉｍｐａｃｔ　ｏｆ　ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ　ｓｕｆｆｅｒｅｄ　ｂｙ　ｖａｒｉｏｕｓ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｄｉｅ　ｗａｌｌ　ｓｔｒｅｓｓ．Ｔｈｅ　ｄｉｅ　ｗａｌｌ　ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ　ｉｓ　ｒｅｄｕｃｅｄ　

ａｎｄ　ｔｈｅ　ｓｔｒｅｓｓ　ｒａｎｇｅ　ｏｆ．ｔｈｅ　ｐａｒａｍｅｔｅｒ　ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ　ｉｓ　ｏｂｔａｉｎｅｄ　ｔｏ　ａｃｈｉｅｖｅ　ｔｈｅ　ｐｕｒｐｏｓｅ　ｏｆ　ｏｐｔｉｍｉｚｉｎｇ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｅｘｔｒｕｓｉｏｎｉｎｇ　ｄｉｅ；ｏｐｅｎ—ｄｉｅ　ｃｏｌｄ　ｅｘｔｒｕｓｉｏｎ；ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ