过现有模具材料的强度极限。这种压力又作用于冷挤模的中心，成为相当大的集中载荷，而且工作时间很长，这是区别于其他成型方法和冲压模具最为突出的特点。另外，在金属流动过程中，模具还要承受极大的摩擦力和温度变化的作用，在连续工作的条件下，变形热和摩擦热使得模具温度达200℃~300℃以上。可见，冷挤压模具的工作条件极其恶劣。因此，冷挤压模具在结构上与冲压模具又有许多不同之处，它的主要特点是：模架刚性好，强度高；模座厚度和接触面积大；结构较为对称；凸出、凹进处较少；凹模多为镶块预应力套结构；工作部件，采取分割形式的居多；工作部件直接用螺钉紧固的情况很少，多数采用压套和压板的间接方法紧固；冷挤模一般具有双重卸、顶料装置，有时顶出和卸料装置还兼有封压金属和直接参与完成工艺变形的作用。
1.4.2 模具设计基本要求
为了保证模具的正常工作和使用寿命，模具必须能够经得住静态高压，经得起冲击，经得住工件和模具表面之间的摩擦，同时要经得住疲劳。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抗张、抗压和剪切的联合应力。由于工作应力很高，模具承载时将会产生明显的弹性变形。因此模具设计时必须找出一个能承受和分配这种应力和变形的途径。对于冷挤压模具设计的基本要求如下[2]：
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、高的耐磨性材料，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。应设计合理的几何形状，采用强硬度很好的材料。
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，易使零件取出。
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，保证操作工人的人生安全。 8）模具制造要简单，成本低廉。
1.4.3 模具设计的一般程序
在冷挤压模具设计之前，首先应依次进行的工作有：制定挤压件图；选择成型的工艺
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方案；确定毛坯的尺寸和形状；拟定挤压工艺过程；计算机压力；选择设备。
然后按选取的设备确定上下模座的形式，选择模架结构，决定大致的轮廓尺寸，并进行模具封闭高度的核算。
在经过必要的计算之后，便可着手绘制模具草图。模具草图比例由设计者自行决定。在草图中，模具的主要零件，如凸模、凹模、垫块、导向结构等，均应绘制到能看清、能理解的程度，外形则要求绘出较为清晰的轮廓。草图上不仅有可供讨论的模具结构与附属装置，还有可供参考的概略尺寸。
设计前，首先按照选择设备的装模空间，决定模具在工作状态，即完全闭合下的最大高度，根据设备工作台和垫板空间的大小，决定模座的最小外形尺寸。这样，模具的外廓尺寸便可大致确定下来。设计时首先从工作部分开始，然后根据设备的装模空间、挤压件类型、成型方式和挤压工作的实际需要决定模具结构和退料方式，根据变形方式和精度要求决定导向方法。模具总装图设计完成后，便可绘制零件图。
1.5 本文研究的主要内容
汽车齿轮轴零件，过去多数采用切削加工方法得到，其生产工艺较复杂，成本较高，效率较低，质量也不易保证。当采用冷挤压成形工艺后，该件制造工艺简单，生产率提高了约20倍以上，并且实现了少废料加工，节约了原材料，制件质量也得到明显改进。本研究工作主要有以下内容：
1）制定齿轮轴冷挤压件图（齿轮轴材料为35钢）。冷挤压件图是根据零件图制订的。它是编制工艺、设计模具、检验冷挤压件形状、尺寸的重要依据。
2）工艺分析。在冷挤压生产中，往往由于变形工序设计不妥，使挤压件成形时产生各种缺陷，如表面折叠、表面折缝、表面裂纹、缩孔、内部裂缝、纵向弯曲等。因此，只有预先了解这些缺陷的成因，才能在设计变形工序时，采取有效的解决办法，获得合格的挤压件。另外，在制订挤压件时，选择合理的许用变形程度。许用变形程度越大，则生产率就越高，工序就越少；但许用变形程度越大，单位压力也要增大，这就有可能超出模具所允许的单位压力，导致模具的损坏。 3）设计齿轮轴的冷挤压模具。
凹模设计。根据齿轮轴的技术要求合理设计凹模结构尺寸。
凸模设计。合理设计凸模工作部分的形状和尺寸，以保证挤压顺利进行。
4）对冷挤压凹模、凸模常见的失效形式进行分析，提出相应的改善措施，以提高设
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计质量和延长使用寿命。
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2 冷挤压件图的设计及毛坯准备
2.1 冷挤压件图的设计
目前，一般机械零件的几何形状、尺寸注法和加工基准等，都是按照切削加工方法进行设计的，多数不适用于冷挤压生产。因此，在采用冷挤压工艺时，首先要对产品零件图进行适当的修改，使之具有良好的挤压工艺性，并且能够利用最少的工序迅速而经济地制造出来。
冷挤压件图就是适合于冷挤压的零件图纸。它是根据成品零件图，考虑到挤压工艺性和机械加工的工艺要求而进行设计的。它还是编制冷挤压工艺，设计冷挤压模具，检验冷挤压件形状、尺寸的重要依据，是工厂的重要技术文件。
冷挤压件图的制订应考虑如下一些问题：
1）根据零件的外形及所属的类型，确定采用那种冷挤压方法，分几道工序。对本零件的形状及尺寸，经过计算应选用正挤压，单道工序。
2）根据冷挤压成形的特点、加工范围对零件进行简化。对于不经机加工的部分，应直接按零件图的技术要求给出公差。对于需要进行机加工的部分，应按照正挤压实心件的要求给出机加工余量和公差。
3）为了便于冷挤压成形后取出冷挤压件，凡凹槽，横向孔等均不可能冷挤压成形，需加放余块，冷挤压后用切削加工方法获得。
4）为了便于金属流动，避免产生金属流动死区，防止产生废品以及减少模具出现在锐角出的应力集中，在零件过渡处应设有足够大的圆角半径。
正、反挤压时的圆角半径可参照表1-1近视选取。
表1-1 圆角半径（单位：mm）[1] Table.2-1 the radius of chamfer
材料种类
反挤压
凹角半径r
低碳钢 中碳钢 高碳钢
0.2~0.5 0.5~1.5 1.5~3
凸角半径R 0.5~1.0 1~2 2~3
正挤压
凹角半径r 0.5~1.0 1.0~1.5 1.5~2.0
凸角半径R
3 3~5 5~8
齿轮轴零件图如图2-1所示。零件材料为35钢。
按照上述要求，齿轮轴零件冷挤压件图制订如图2-2所示。
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图2-1产品零件图
齿数：20 模数：1.0 压力角：20o 分度圆直径：14.5mm Fig.2-1 the chart of the product parts
图2-2挤压件图
齿数：20 模数：1.0 压力角：20o 分度圆直径：14.5mm Fig.2-2 the chart of extrusion part
制订本挤压件时，为了方便卸料，将齿轮轴直径为18mm的部分做成锥度为1度的斜面。另外，将加工余量留在直径为25mm的尾端。
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