组合凹模的经验设计优化技巧

组合凹模用于以下两种情况：

1）当凹模承受大的单位压力时，整体凹模强度往往不够而容易破裂。此时，采用预紧圈对凹模施加压应力，以提高凹模的承载能力。两层组合凹模的强度可以达到整体凹模的1.3倍，三层组合凹模的强度可以达到整体凹模的1.8倍。

对于由3Cr2W8V和W18Cr4V或H13和W6Mo5Cr4V2等模具钢制造的凹模结构，可按以下情况确定：当模膛工作压力小于1000MPa时，可采用单层整体凹模（见图4-31a）；当模膛工作压力为1000～1500MPa时，可采用两层组合凹模（见图4-31b）；当模膛工作压力为1500～2500MPa时，可采用三层组合凹模（见图4-31c）。

2）节省模具钢。模膛工作压力虽没有达到1000MPa以上，但为了节省模具钢，仍可采用两层或三层组合凹模。

（1）两层组合凹模的设计^［37］

1）凹模各圈直径的确定。组合凹模的总直径比a＝4～6，对两层组合凹模而言：

a₃₁＝d₃／d₁＝4～6，即d₃＝（4～6）d₁

凹模内腔直径d₁已知，两层组合凹模的外径即可确定。直径d₂的数值必须合理选择，否则将影响到凹模的强度。

两层组合凹模的中层直径比a₂₁＝d₂／d₁，a₂₁的合理值a₂′₁可按图4-34查出。d₂的合理值d₂′可按下式计算：d₂′＝a₂′₁d₁。

2）计算径向过盈量（双向）U₂与轴向压合量C₂。在决定了各圈直径之后，便可以计算d₂处的双向径向过盈量U₂与轴向压合量C₂，如图4-35所示。

在图4-36中，按a₃₁查出径向过盈系数β₂；在图4-37中，按a₃₁查出轴向压合系数δ₂；U₂与C₂的数值可按下式决定：

图4-34 两层组合凹模中合理的中层直径比a₂₁与总直径比a₃₁的关系

图4-35 两层组合凹模压合情况

图4-36 两层组合凹模径向过盈系数β₂与总直径比a₃₁的关系

图4-37 两层组合凹模轴向压合系数δ₂与总直径比a₃₁的关系

U₂＝β₂^d2

C₂＝δ₂d₂

式中 d₂——中圈直径（mm）；

U₂——d₂处的径向过盈量（mm）；

β₂——d₂处的径向过盈系数；

C₂——d₂处的轴向压合量（mm）；

δ₂——d₂处的轴向压合系数。

（2）三层组合凹模的设计^［37］

1）凹模各圈直径的确定。组合凹模的总直径比a＝4～6，对三层组合凹模而言：(www.xing528.com)

a₄₁＝d₄／d₁＝4～6，即d₄＝（4～6）d₁

三层组合凹模的外径可按上式计算，直径d₂与d₃的数值必须选取合理，否则影响凹模的强度。d₂与d₃的合理值可按下式计算：

a₂′₁＝d₂／d₁，即d₂＝a₂′₁d₁

a₃′₂＝d₃／d₂，即d₃＝a₃′₂d₂

a₂′₁与a₃′₂的数值可按图4-38查得。

2）计算径向过盈量（双向）U₂、U₃与轴向压合量C₂、C₃。图4-39所示为三层组合凹模的轴向压合情况，图4-40所示为三层组合凹模的径向过盈系数β₂和β₃。从图4-40与图4-41分别查出径向过盈系数β与轴向压合系数δ，然后按下式计算出径向过盈量（双向）U₂、U3与轴向压合量C₂、C₃。

图4-38 三层组合凹模中a₃₂及a₂₁合理数值与总直径比a₄₁的关系

图4-39 三层组合凹模

图4-40 三层组合凹模的径向过盈系数β₂和β₃与总直径比的关系

图4-41 三层组合凹模的轴向压合系数与总直径比的关系

U₂＝β₂^d2

C₂＝δ₂d₂

U₃＝β₃^d3

C₃＝δ₃d₃

式中 U₂——d₂处的径向过盈量（双向）（mm）；

U₃——d₃处的径向过盈量（双向）（mm）；

C₂——d₂处的轴向压合量（mm）；

C₃——d₃处的轴向压合量（mm）；

β₂——d₂处的径向过盈系数；

β₃——d₃处的径向过盈系数；

δ₂——d₂处的轴向压合系数；

δ₃——d₃处的轴向压合系数。