模具设计的基本原则：孔型设计体积相等与连接颈相适应

螺旋孔型模具设计与楔横轧相同，除应满足旋转条件与疏松条件外，还应遵循两个基本原则。

1.体积相等原则

体积相等原则是孔型斜轧模具设计最重要最基本的原则。体积相等原则为：在封闭孔型区段内，任何位置孔型内所包含的金属体积应保持为一个常数，此常数为需轧出产品的体积加上一个不大的连接颈体积。

为了说明这一原则，以钢球孔型为例，如图6-3-19所示，表示两轧辊在任意位置所形成的孔型。

棒料从左边咬入，轧成钢球后从右边出来。封闭孔型内包含五部分体积，应等于轧出钢球的

体积加上最终连接颈体积，用V₀表示，其表达式为：

式中V_aα、V_aα+360——分别为前后连接颈的体积（相差360°）；

V_cα、Vcα+360——分别为前后球台的体积（相差360°）；

V_sα——为平直部分的圆柱体积。

如果式（6-3-8）中左边的体积和小于右边的体积，在孔型中出现多余金属，这将可能出现疏松及不旋转等问题。

如果式（6-3-8）中左边的体积和小于右边的体积，在孔型中出现金属不够，这将可能出现提前拉断、缩颈以及产品体积不够等问题。

图6-3-19 任意位置钢球孔型法向剖面图

图6-3-20 连接颈体积适应图(www.xing528.com)

2.连接颈相适应原则

连接颈相适应原则为：在任意位置，凸棱宽度与连接颈长度相适应。即a_α=b_α。

为了说明这一原则，我们仍用钢球孔型任意位置两个轧辊所形成的凸棱来说明。

斜轧孔型特点，自咬入直至成形终了，凸棱逐渐升高，型腔逐渐稍有增大。当凸棱升高时，连接颈直径被轧细、展宽，稍稍扩大的型腔亦需要从连接颈补充必要的金属，如图6-3-20所示，该图表示相差90°轧辊凸棱的关系，即α+90°位置连接颈体积变化为α位置时，其连接颈宽度b_α应与α角的凸棱宽度a_α相适应。则当凸棱高度由h_α+90升至h_α，凸棱两侧型腔增大2（V_cα-V_cα+90）连接颈体积2V_aα+90一部分补充扩大到型腔里，剩下的部分构成2V_aα，由此可建立以下平衡式：

2V_aα+90=2V_aα+2（V_cα-V_cα+90） （6-3-9）

式中 V_aα、V_aα+90——分别为前后连接颈的体积（相差90°）；

V_cα、Vcα+90——分别为前后球台的体积（相差90°）。

则：

根据连接颈相适应原则有：

孔型设计体积相等原则，是从总体上要求任意型腔内金属平衡；连接颈相适应原则是从局部提出进一步要求，保证任意位置a_α=b_α，也是建立在金属体积平衡基础之上的。

如果凸棱宽度a_α大于连接颈长度b_α，则连接颈受拉，严重时被拉断，使轧件在孔型中处于不稳定状态。

如果凸棱宽度a_α小于连接颈长度b_α，则出现连接颈金属多余，这种情况发生在未封闭孔型处时，由于连接颈的后伸，将后一个球推离凸棱，造成钢球前半部短金属的缺陷；这种情况发生在封闭孔型处时，多余金属使连接颈变扁，既可能出现不旋转，又可能出现强迫将其扭断现象，还可能出现疏松等缺陷。连接颈的疏松与中空会迅速向钢球扩展，造成钢球心部的疏松乃至中空。

孔型设计体积相等原则和连接颈相适应原则，二者相辅相成，对一般斜轧孔型设计是普遍适用的。然而不同的产品制件，由于其几何形状的不同，应导出相应的计算公式，并根据不同的情况，综合运用。