1、.,第6章 冷擠壓工藝與模具設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介,（時(shí)間：2次課，4 學(xué)時(shí)）,.,第6章 冷擠壓工藝與模具設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介,教學(xué)目標(biāo)： 冷擠壓是壓力加工的范疇，其加工毛坯與沖裁、彎曲、拉深及各種成形工藝的板料毛坯有很大區(qū)別，其加工工藝及模具設(shè)計(jì)可以作為沖壓加工的一個(gè)獨(dú)立分支，但其加工過(guò)程、工藝、模具、加工設(shè)備、應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)等與常規(guī)沖壓加工有很多相似之處。,.,第6章 冷擠壓工藝與模具設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介,教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)： 本章主要學(xué)習(xí)冷擠壓加工的工藝特點(diǎn)、冷擠壓的方式、冷擠壓模具的設(shè)計(jì)要求和冷擠壓模具的基本結(jié)構(gòu)；了解冷擠壓時(shí)的金屬流動(dòng)特點(diǎn)和冷擠壓毛坯的預(yù)處理方法；了解冷擠壓的基本工藝計(jì)算方法。,.,第6章 冷擠壓工藝與模具設(shè)

2、計(jì)簡(jiǎn)介,案例導(dǎo)入： 下列各圖所示零件的工作負(fù)荷很大，要求有極高的強(qiáng)度和韌性，用切削工藝加工會(huì)將材料中的纖維組織切斷，對(duì)材料的強(qiáng)度和韌性有一定的影響，而且材料利用率較低，改用冷沖壓工藝加工，可以直接制造出高精度的零件或切削量很小的零件毛坯，在材料的內(nèi)部還能形成更高強(qiáng)度的纖維組織，大大提高材料的綜合性能，而且能夠最大限度地節(jié)約原材料和能源。冷沖壓加工是一種少切削或無(wú)切削而使金屬成形的塑性加工工藝。,.,第6章 冷擠壓工藝與模具設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介,冷擠壓汽車(chē)零件,.,第6章 冷擠壓工藝與模具設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介,冷擠壓花鍵,.,第6章 冷擠壓工藝與模具設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介,冷擠壓高強(qiáng)度螺母,.,第6章 冷擠壓工藝與模具設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介,冷擠

3、壓高強(qiáng)度螺栓,.,第6章 冷擠壓工藝與模具設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介,6.1 冷擠壓的主要特點(diǎn) 6.2 冷擠壓工藝的分類(lèi) 6.3 冷擠壓的變形分析 6.4 冷擠壓材料 6.5 冷擠壓件的結(jié)構(gòu)工藝性 6.6 冷 擠 壓 力 6.7 冷擠壓模具,.,6.1 冷擠壓的主要特點(diǎn),冷擠壓是指坯料在冷態(tài)(變形溫度低于再結(jié)晶溫度，通常是指常溫)下，通過(guò)強(qiáng)大的壓力使放入模具型腔內(nèi)的金屬毛坯發(fā)生塑性變形，充滿(mǎn)型腔或從模具型腔中擠出，從而獲得所需形狀、尺寸以及一定力學(xué)性能的制品的塑性成形方法。冷擠壓是精密塑性體積成形技術(shù)中的一個(gè)重要組成部分，是一種高精度、高效率、優(yōu)質(zhì)低耗的先進(jìn)生產(chǎn)工藝技術(shù)，較多應(yīng)用于中小型鍛件規(guī)?；a(chǎn)中。與熱鍛

4、、溫鍛工藝相比，可以節(jié)材30%50%，節(jié)能40%80%，而且能夠提高鍛件質(zhì)量，改善作業(yè)環(huán)境。 (1) 在冷態(tài)下擠壓成形，擠壓件質(zhì)量好，精度高，表面粗糙度值小，一般尺寸精度可以達(dá)到IT8IT9，表面粗糙度可達(dá)Ra3.20.4m；冷擠壓后材料產(chǎn)生冷作硬化，零件內(nèi)部的纖維組織連續(xù)，基本沿零件外形分布而不被切斷，零件的強(qiáng)度遠(yuǎn)高于原材料的強(qiáng)度；合理的冷擠壓工藝還可使零件表面形成壓應(yīng)力，從而提高疲勞強(qiáng)度；但冷擠壓零件的塑性、沖擊韌性變差，而且零件的殘余應(yīng)力大，容易引起零件變形和耐腐蝕性的降低(產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕)。 (2) 冷擠壓工件切削量少甚至不用切削，屬少切削或無(wú)切削加工，材料利用率及生產(chǎn)效率都較高，用冷擠

5、壓工藝代替切削加工制造零件，能使生產(chǎn)效率提高幾倍、幾十倍甚至上百倍，生產(chǎn)過(guò)程容易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化；但冷擠壓的模具成本高，一般只適用于大批量生產(chǎn)的零件。 (3) 冷擠壓加工的變形抗力很大，擠壓鋼鐵材料時(shí)單位擠壓力可能高達(dá)2000MPa以上，接近甚至超過(guò)模具材料的抗壓強(qiáng)度，因此模具材料需要具有極高的強(qiáng)度、足夠的沖擊韌性和耐磨性；金屬毛坯在模具中強(qiáng)烈的塑性變形，會(huì)使模具溫度升高至250300，因此模具材料需要一定的回火穩(wěn)定性；冷擠壓加工的變形抗力大，不宜用于高強(qiáng)度材料加工。 (4) 冷擠壓時(shí)材料在冷態(tài)下發(fā)生塑性變形，應(yīng)選用組織致密和雜質(zhì)少的材料，避免加工過(guò)程過(guò)多的中間退火；冷擠壓件一般都不進(jìn)行精加

6、工，所以必須選用精度高的坯料；在冷擠壓加工前，毛坯常進(jìn)行軟化退火和表面磷化等潤(rùn)滑處理。 (5) 冷擠壓的適用范圍廣，既可擠壓塑性良好的銅、鋁等材料，又可擠壓采用鍛造等方法較難加工的一些金屬(因金屬處于強(qiáng)烈的三向壓應(yīng)力狀態(tài)，能充分提高金屬坯料的塑性)；既可以生產(chǎn)截面形狀簡(jiǎn)單的管、棒等型材，又可生產(chǎn)截面極其復(fù)雜的或具有深孔、薄壁以及變截面的零件。,.,6.2 冷擠壓工藝的分類(lèi),根據(jù)被擠金屬的流動(dòng)方向與加壓方向的關(guān)系可將冷擠壓分為以下幾種。 (1) 正擠壓：被擠金屬的流動(dòng)方向與加壓方向相同，如圖6-1所示。 (2) 反擠壓：被擠金屬的流動(dòng)方向與加壓方向相反，如圖6-2所示。 (3) 復(fù)合擠壓：一部分

7、被擠金屬的流動(dòng)方向與加壓方向相同，一部分與加壓方向相反，如圖6-3(a)所示。 (4) 徑向擠壓：被擠金屬的流動(dòng)方向與加壓方向相垂直，金屬在模具中作徑向流動(dòng)，如圖6-3(b)所示。 (5) 減徑擠壓：也稱(chēng)“開(kāi)式擠壓”或“無(wú)約束正擠壓”，是一種變形程度較小的正擠壓法，毛坯斷面僅作輕度縮減，這種擠壓主要用于制造直徑差不大的階梯軸類(lèi)擠壓件以及作為深孔薄壁杯形件的修整工序，如圖6-4所示。,.,6.2 冷擠壓工藝的分類(lèi),圖6-1 正擠壓,.,6.2 冷擠壓工藝的分類(lèi),圖6-2 反擠壓,.,6.2 冷擠壓工藝的分類(lèi),(a),(b),圖6-3 復(fù)合擠壓與徑向擠壓,.,6.2 冷擠壓工藝的分類(lèi),圖6-4 減

8、徑擠壓,.,6.3 冷擠壓的變形分析,6.3.1 冷擠壓的應(yīng)力與應(yīng)變狀態(tài) 6.3.2 冷擠壓的變形程度,.,6.3 冷擠壓的變形分析,.,6.3.1 冷擠壓的應(yīng)力與應(yīng)變狀態(tài),1. 正擠壓 正擠壓時(shí)坯料大致分為4個(gè)區(qū)：待變形區(qū)1、變形區(qū)2、死區(qū)3、已變形區(qū)4。因?yàn)樽冃螀^(qū)始終處于凹?？卓诟浇灰獕河嗟暮穸炔恍∮谧冃螀^(qū)的高度，變形區(qū)的大小、位置都不變，所以正擠壓變形屬于穩(wěn)定變形。擠壓時(shí)變形區(qū)的應(yīng)力狀態(tài)是三向受壓，其應(yīng)變狀態(tài)是兩向收縮、一向伸長(zhǎng)，如圖6-5所示。正擠壓又分為實(shí)心件正擠壓和空心件正擠壓兩種。正擠壓法可以制造各種形狀的實(shí)心件和空心件，如螺釘、芯軸、管子和彈殼等。,.,6.3.1 冷擠壓的

9、應(yīng)力與應(yīng)變狀態(tài),圖6-5 正擠壓變形的分區(qū)及變形區(qū)應(yīng)力與應(yīng)變狀態(tài)圖,.,6.3.1 冷擠壓的應(yīng)力與應(yīng)變狀態(tài),正擠壓實(shí)心件的金屬流動(dòng)網(wǎng)格圖如圖6-6所示。在理想狀態(tài)下，擠出的材料的變形情況如圖6-6(b)所示，屬于均勻無(wú)剪切的理想變形。但在實(shí)際上由于受工件形狀、外部摩擦、變形程度等因素的影響，坯料的邊緣接近凹模孔口時(shí)才發(fā)生變形，如圖6-6(c)所示。變形主要集中在模具孔口附近，處于凹模下底面轉(zhuǎn)角處的小部分金屬很難變形或停留不動(dòng)，被稱(chēng)之為死區(qū)。死區(qū)的大小與摩擦、凹模錐角、變形程度有關(guān)。在實(shí)際生產(chǎn)中，潤(rùn)滑條件達(dá)不到理想的情況，因而，毛坯與金屬表面之間的摩擦?xí)棺冃尾痪鶆虻某潭燃觿?，如圖6-6(d)所

10、示。其表現(xiàn)是網(wǎng)格歪扭得更嚴(yán)重，死區(qū)也相應(yīng)比較大。,.,6.3.1 冷擠壓的應(yīng)力與應(yīng)變狀態(tài),.,6.3.1 冷擠壓的應(yīng)力與應(yīng)變狀態(tài),2. 反擠壓 如圖6-7(a)所示為高度大于直徑的毛坯反擠壓。在穩(wěn)定變形中，區(qū)為不參與變形的粘滯區(qū)(死區(qū))，區(qū)為強(qiáng)烈變形區(qū)，區(qū)為已變形區(qū)，該區(qū)材料不再繼續(xù)變形，僅以剛性平移的形式向上移動(dòng)，如圖6-7(b)所示。當(dāng)?shù)撞亢穸葴p小到一定值時(shí)，底部的全部材料都向外側(cè)流動(dòng)，產(chǎn)生如圖6-7(c)所示的非穩(wěn)定變形狀態(tài)。反擠壓法可以制造各種斷面形狀的杯形件，如儀表罩殼、萬(wàn)向節(jié)、軸承套等。,.,6.3.1 冷擠壓的應(yīng)力與應(yīng)變狀態(tài),.,6.3.1 冷擠壓的應(yīng)力與應(yīng)變狀態(tài),3. 復(fù)合擠壓

11、 復(fù)合擠壓是正擠壓和反擠壓的組合。復(fù)合擠壓存在向不同出口擠出的流動(dòng)的分界面(分流面)。分流面位置影響兩端金屬的相對(duì)擠出量，但由于受到零件形狀及變形條件(如模具結(jié)構(gòu)、摩擦與潤(rùn)滑等)的影響，分流面較難確定具體位置。圖6-8為復(fù)合擠壓的變形網(wǎng)格示意圖，此法可以制造雙杯類(lèi)零件、杯桿類(lèi)零件和桿類(lèi)零件。,.,6.3.1 冷擠壓的應(yīng)力與應(yīng)變狀態(tài),.,6.3.2 冷擠壓的變形程度,.,6.3.2 冷擠壓的變形程度,2. 冷擠壓的極限變形程度 極限變形程度是指冷擠壓時(shí)，在模具強(qiáng)度允許的條件下一次擠壓所能達(dá)到的最大變形程度。圖6-9為正擠壓時(shí)毛坯材料硬度與極限變形程度的關(guān)系。曲線(xiàn)由實(shí)驗(yàn)測(cè)得，其試驗(yàn)條件是：毛坯的相

12、對(duì)高度 h0/d0=1，毛坯經(jīng)退火軟化、表面磷皂化處理。各種常見(jiàn)金屬材料一次擠壓的極限變形程度值見(jiàn)表6-1。其他材料及其他擠壓方法的極限變形程度請(qǐng)查閱有關(guān)資料。,.,6.3.2 冷擠壓的變形程度,3. 影響冷擠壓極限變形程度的因素 影響冷擠壓極限變形程度的因素首先是模具的強(qiáng)度和使用壽命。冷擠壓時(shí)坯料在三向壓應(yīng)力狀態(tài)下產(chǎn)生塑性變形，這種狀態(tài)下的金屬塑性極好，如果不是受模具強(qiáng)度的限制，塑性變形可以達(dá)到很大的變形程度。如擠壓低強(qiáng)度的有色金屬，其變形程度可以高達(dá)99%。但坯料的變形程度很大時(shí)，所需的擠壓力也很大，模具也要承受強(qiáng)大的擠壓力。如果模具所受的擠壓力超過(guò)其許可范圍，則模具也會(huì)過(guò)早磨損甚至破壞。

13、所以，冷擠壓的極限變形程度實(shí)際上受到模具的強(qiáng)度和使用壽命的限制。可以說(shuō)，冷擠壓的極限變形程度實(shí)際上是指在模具強(qiáng)度允許和保持模具有一定使用壽命的條件下坯料一次擠壓所能達(dá)到的最大變形程度。其次是擠壓金屬材料的性質(zhì)。被擠壓金屬的強(qiáng)度、硬度越大，單位擠壓力越大，極限變形程度就越小；被擠壓金屬的硬化指數(shù)越大，極限變形程度也越小。第三是擠壓方式。正擠壓的單位擠壓力小于反擠壓，因此正擠壓的極限變形程度大于反擠壓。第四是模具的幾何形狀。合理的模具幾何形狀(如正擠壓時(shí)合理的凹模中心角、反擠壓時(shí)合理的凸模端部錐角等)，可以降低單位擠壓力，從而提高極限變形程度。除此之外，坯料的表面處理與潤(rùn)滑狀態(tài)等對(duì)極限變形程度有影

14、響，良好的表面特性與潤(rùn)滑條件也能提高極限變形程度。,.,6.3.2 冷擠壓的變形程度,圖6-9 黑色金屬正擠壓的極限變形程度,.,6.3.2 冷擠壓的變形程度,.,6.4 冷擠壓材料,6.4.1 常用冷擠壓材料 6.4.2 冷擠壓工藝對(duì)毛坯的質(zhì)量要求 6.4.3 冷擠壓毛坯的準(zhǔn)備,.,6.4 冷擠壓材料,.,6.4.1 常用冷擠壓材料,冷擠壓時(shí)，金屬材料塑性越好，硬度越低，含碳量越低，含硫、磷等雜質(zhì)越少(碳素鋼中的硫會(huì)造成鋼的熱脆性，磷會(huì)造成鋼的冷脆性)，冷作硬化敏感性越弱，則對(duì)冷擠壓越有利，其擠壓工藝性越好。 目前可供冷擠壓的常用金屬材料有：鉛、錫、銀、純鋁(L1L5)、鋁合金(LF21、L

15、Y11、 LY12、LD10等)、紫銅與無(wú)氧銅(T1、T2、T3、TU1、TU2等)、黃銅(H62、H68等)、錫青銅(QSn6.5-0.1等)、鎳(N1、N2等)、鋅及鋅鎘合金、純鐵、碳素鋼(Q195、Q215、Q235、Q255、08、10、15、20、25、30、35、40、45、50號(hào)鋼等)、低合金鋼(15Cr、20Cr、20MnB、16Mn、30CrMnSiA、12CrNiTi、35CrMnSi等)和不銹鋼(1Cr13、2Cr13、1Cr18Ni9Ti等)。此外，對(duì)于鈦和某些鈦合金、鉭、鋯合金等也可進(jìn)行冷擠壓，甚至對(duì)強(qiáng)度和硬度均較高的軸承鋼GCr9、GCr15及高速鋼W6Mo5Cr4

16、V2也可進(jìn)行一定變形量的冷擠壓加工。,.,6.4.2 冷擠壓工藝對(duì)毛坯的質(zhì)量要求,冷擠壓用毛坯表面應(yīng)保持光潔，不能有裂紋、折疊等缺陷。否則，經(jīng)擠壓后將使上述缺陷進(jìn)一步擴(kuò)大而導(dǎo)致擠壓件報(bào)廢。一般要求毛坯表面粗糙度在Ra6.3m以下。表面越光潔，成形質(zhì)量就越高。 毛坯的幾何形狀盡可能對(duì)稱(chēng)、規(guī)則，且兩端面要保持平行。否則在單位壓力很大時(shí)，凸模可能會(huì)因受力不均而折斷。在實(shí)際生產(chǎn)中毛坯的形狀常采用如圖6-10所示的4種。實(shí)心毛坯和空心環(huán)狀毛坯，如圖6-10(a)、(b)所示，適用于正擠壓、反擠壓、復(fù)合擠壓和徑向擠壓；如圖6-10(c)、(d)所示的兩種毛坯是經(jīng)反擠壓預(yù)成形制成的，主要用于空心件正擠壓，特

17、殊情況下可用于徑向擠壓和反擠壓。 毛坯的外形尺寸是根據(jù)擠壓前后體積不變條件計(jì)算的。如果冷擠壓后還要進(jìn)行切削加工，則計(jì)算毛坯體積還應(yīng)加上修正余量，修正余量的體積一般為冷擠壓件體積的3%5%。毛坯外徑一般取比凹模尺寸小 0.10.2mm，以便毛坯放入凹模；同理，毛坯內(nèi)徑一般比零件內(nèi)孔(或芯棒)大0.10.2mm，但當(dāng)工件內(nèi)孔精度要求很高時(shí)，毛坯內(nèi)徑一般取比擠壓件孔徑小0.010.05mm。,.,6.4.2 冷擠壓工藝對(duì)毛坯的質(zhì)量要求,.,6.4.3 冷擠壓毛坯的準(zhǔn)備,1. 下料 毛坯的下料方法有很多種，應(yīng)該根據(jù)坯料形狀、精度要求、材料的利用率及生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際條件等因素進(jìn)行選擇。板形坯料主要用沖壓分

18、離(沖裁或精沖)方法，棒料主要用剪切、切割等方法來(lái)下料。 (1) 切削。在批量不大時(shí)常用車(chē)削、銑削、鋸切法加工擠壓毛坯。其優(yōu)點(diǎn)是得到的毛坯形狀規(guī)則、精度較高，但生產(chǎn)效率較低(除高速帶鋸鋸切外)。 (2) 剪切。剪切下料是在專(zhuān)用的棒料剪切機(jī)或沖剪機(jī)上進(jìn)行的，也可以采用剪切模在普通壓力機(jī)上進(jìn)行。普通的棒料剪切法下料，是在沖床上進(jìn)行的，生產(chǎn)效率高，材料的利用率高，缺點(diǎn)是毛坯斷面有塌角和斷裂面，這會(huì)影響到擠壓件的表面質(zhì)量。 (3) 沖裁。對(duì)于板形坯料，宜用沖裁的方法加工，生產(chǎn)效率高，毛坯平直，但原材料的利用率較低，因?yàn)闆_裁時(shí)有“搭邊”浪費(fèi)。普通沖裁的落料件有缺陷，如斷面有粗糙的斷裂帶和毛刺，要求落料后

19、要滾光毛刺，消除斷面缺陷，否則會(huì)影響到擠壓件的表面質(zhì)量。用小間隙圓角凹模沖裁可以得到精度較高的毛坯，常用于有色金屬擠壓毛坯的加工。,.,6.4.3 冷擠壓毛坯的準(zhǔn)備,2. 毛坯的軟化和表面處理 冷擠壓毛坯在擠壓之前及工序之間，大部分都需要進(jìn)行軟化熱處理，目的是降低毛坯的硬度和強(qiáng)度，提高塑性，獲得適合于冷擠壓的金相組織，以利于冷擠壓變形的進(jìn)行。 潤(rùn)滑對(duì)冷擠壓非常重要，擠壓時(shí)摩擦不僅影響到金屬的變形及擠壓件的質(zhì)量，而且也直接影響到單位擠壓力的大小和模具的使用壽命，所以要采用良好且可靠的潤(rùn)滑方法。潤(rùn)滑劑有液態(tài)的(如動(dòng)物油、植物油、礦物油等)，也有固態(tài)的(如硬脂酸鋅、硬脂酸鈉、二硫化鉬、石墨等)，它們

20、可以單獨(dú)使用，也可以混合使用。 對(duì)于鋼的冷擠壓，其單位擠壓力很大(可高達(dá)2000MPa以上)，一般的涂刷潤(rùn)滑劑在強(qiáng)大的擠壓力作用下極易被擠掉，無(wú)法進(jìn)行生產(chǎn)，因此毛坯的表面處理成了冷擠壓工藝中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。,.,6.4.3 冷擠壓毛坯的準(zhǔn)備,不同的材料需用不同的處理方法，使表面形成特殊的支承層。碳鋼和低合金鋼用磷化處理(將毛坯浸在磷酸鹽溶液中)，使其表面生成一層不溶性磷酸鹽薄膜。該薄膜由細(xì)小的片狀結(jié)晶組織構(gòu)成，呈多孔狀態(tài)，對(duì)潤(rùn)滑劑有吸附、貯存的作用，且磷酸鹽薄膜與鋼毛坯表面結(jié)合牢固，并有一定的塑性，能隨毛坯基體一起變形，而且它耐磨、耐熱。經(jīng)過(guò)磷化處理后的毛坯與模具間的摩擦阻力大大降低，毛坯表面

21、與模具直接摩擦而引起的黏結(jié)現(xiàn)象也可以避免，擠壓時(shí)的變形力大為降低，擠壓件的表面質(zhì)量和模具的使用壽命則大大提高。 冷擠壓時(shí)碳素鋼的表面處理方法主要有：去除表面缺陷；清潔、去脂、洗滌；去除表面氧化層；磷化處理；潤(rùn)滑處理。前三項(xiàng)是為了改善毛坯的表面質(zhì)量，為后二項(xiàng)作好準(zhǔn)備。 常用的磷化處理配方如下：氧化鋅(ZnO)2030g，磷酸(H3PO4)2230g，硝酸(HNO3) 3040g，碳酸鈉(Na2CO3)46g，亞硝酸鈉(NaNO2)0.1 0.2g，水(H2O)1kg?；旌吓渲坪罂偹岫?070點(diǎn)，游離酸度35點(diǎn)，處理溫度4050；處理時(shí)間1015分鐘。配制方法是先配制濃縮母液，再用10倍的水進(jìn)行稀

22、釋。 碳鋼毛坯經(jīng)磷化處理后還需進(jìn)行潤(rùn)滑處理，潤(rùn)滑的方法較多，其中皂化就是一種最常用的方法。皂化處理是在硬脂酸鈉溶液中浸泡一段時(shí)間，使毛坯表面牢固地附上一層皂化層作潤(rùn)滑劑。此外，采用機(jī)油添加適量的二硫化鉬作潤(rùn)滑劑，其潤(rùn)滑效果也很好。奧氏體不銹鋼(1Cr18Ni9Ti)與磷酸鹽溶液不發(fā)生作用，應(yīng)采用草酸鹽進(jìn)行表面處理；硬鋁用氧化、磷化或氟硅化處理；銅及銅合金毛坯用鈍化處理。這些表面處理方法與磷化處理一樣能使?jié)櫥行?、可靠?雖然磷化和皂化的方法有效性很好，但是操作工序多，生產(chǎn)周期長(zhǎng)，改用專(zhuān)門(mén)研制的高分子涂劑及專(zhuān)用配方的潤(rùn)滑液也可以滿(mǎn)足冷擠壓工藝的要求。,.,6.5 冷擠壓件的結(jié)構(gòu)工藝性,冷擠壓件

23、的形狀應(yīng)盡量有利于金屬的均勻變形，在擠出方向上流速一致。 1. 對(duì)稱(chēng)性 冷擠壓件的形狀最好是軸對(duì)稱(chēng)旋轉(zhuǎn)體，其次是對(duì)稱(chēng)的非旋轉(zhuǎn)體，如方形、矩形、正多邊形、齒形等，如圖6-11所示。冷擠壓件為非對(duì)稱(chēng)形時(shí)，模具受側(cè)向力作用，容易損壞。,.,6.5 冷擠壓件的結(jié)構(gòu)工藝性,圖6-11 對(duì)稱(chēng)性,.,6.5 冷擠壓件的結(jié)構(gòu)工藝性,2. 斷面積差 零件的不同斷面上，特別是相鄰斷面上的斷面積差設(shè)計(jì)得越小越有利。斷面積差較大的冷擠壓件，可以通過(guò)改變成形方法，增加變形工序來(lái)獲得，如圖6-12所示。,.,6.5 冷擠壓件的結(jié)構(gòu)工藝性,.,6.5 冷擠壓件的結(jié)構(gòu)工藝性,3. 斷面過(guò)渡及圓角過(guò)渡 冷擠壓件斷面有差別時(shí)，通

24、常應(yīng)設(shè)計(jì)成從一個(gè)斷面緩慢地過(guò)渡到另一個(gè)斷面，避免斷面的急劇變化，可用錐形面或中間臺(tái)階來(lái)逐步過(guò)渡，且過(guò)渡處要有足夠大的圓角，如圖6-13所示。,.,6.5 冷擠壓件的結(jié)構(gòu)工藝性,圖6-13 斷面的合理過(guò)渡,.,6.5 冷擠壓件的結(jié)構(gòu)工藝性,4. 斷面形狀 錐形件冷擠壓會(huì)產(chǎn)生一個(gè)有害的水平分力，故冷擠壓時(shí)應(yīng)先冷擠加工成圓筒形，然后單獨(dú)鐓出外部錐體或切削加工出內(nèi)錐體；階梯形件適宜于正擠壓或減徑擠壓，但差異很小的階梯冷擠壓則不經(jīng)濟(jì)，階梯之間的尺寸相差很小，最好擠成大階梯形或簡(jiǎn)單空心件，然后切削出來(lái)；冷擠壓直徑過(guò)小的孔或槽是很困難的，也是不經(jīng)濟(jì)的，應(yīng)盡量避免，若零件要求有小孔或窄槽，在冷擠壓時(shí)可以不考慮

25、擠出，而在擠壓成形后，通過(guò)鉆、銑或電火花加工等方法加工出來(lái)。 5. 擠壓壓余厚度 擠壓的壓余厚度不宜過(guò)小，否則會(huì)使單位擠壓力急劇增大，并且容易產(chǎn)生如縮孔等的擠壓缺陷。,.,6.6 冷 擠 壓 力,6.6.1 影響擠壓力的主要因素 6.6.2 冷擠壓力的確定和壓力機(jī)的選擇,.,6.6 冷 擠 壓 力,冷擠壓時(shí)由于材料是在冷態(tài)下成形，而且變形量一般都很大，擠壓過(guò)程中作用在模具上的單位壓力很大，尤其是鋼材等高強(qiáng)度材料的冷擠壓，擠壓力達(dá)到甚至超過(guò)2000MPa，此時(shí)模具有開(kāi)裂破壞的可能，對(duì)壓力機(jī)也構(gòu)成威脅，因此冷擠壓時(shí)要進(jìn)行擠壓力的計(jì)算。擠壓力的計(jì)算是模具設(shè)計(jì)的重要依據(jù)，也是選擇擠壓設(shè)備的依據(jù)。,.,

26、6.6.1 影響擠壓力的主要因素,影響單位擠壓力的因素很多，材料的力學(xué)性能、變形程度、變形速度、毛坯的幾何形狀、模具的幾何形狀、摩擦與潤(rùn)滑、變形方式等都影響擠壓力。 1. 擠壓金屬的力學(xué)性能 強(qiáng)度指標(biāo)和硬化指數(shù)越大，材料變形抗力也越大；鋼的含碳量越高，其變形抗力越大；金屬材料純度越高，其變形抗力越小。 2. 變形程度 正擠壓?jiǎn)挝粔毫﹄S變形程度的增加而增加；反擠壓?jiǎn)挝粔毫ο冉岛笊?，在斷面縮減率達(dá)40%50%時(shí)單位壓力最低，當(dāng)斷面收縮率大于50%時(shí)，單位壓力將隨變形程度的增加而增加，如圖6-14所示。,.,6.6.1 影響擠壓力的主要因素,圖6-14 變形程度與單位擠壓力的關(guān)系,.,6.6.1 影

27、響擠壓力的主要因素,3. 模具的幾何形狀 模具的幾何形狀對(duì)單位擠壓力影響較大，影響最顯著的是正擠壓時(shí)的凹模錐角和反擠壓時(shí)凸模的形狀。擠壓力最小的正擠壓凹模合理錐角為=(4066)。但是，在生產(chǎn)實(shí)際中較多使用=(90 126)，因?yàn)榘寄ｅF角較小時(shí)、擠壓件的錐角部位加長(zhǎng)，造成擠后的切削余量增多，浪費(fèi)工時(shí)也浪費(fèi)材料。但錐角過(guò)大，又會(huì)導(dǎo)致擠壓變形的死區(qū)加大。另外，凹模的工作帶長(zhǎng)度一般為24mm，過(guò)渡部分均用圓角連接。反擠壓時(shí)凸模的形狀對(duì)反擠壓?jiǎn)挝粔毫σ灿忻黠@的影響，在其他條件相同的情況下，頭部為半球形的凸模比有錐度的錐臺(tái)式凸模單位擠壓力要??；錐度小的錐臺(tái)式凸模又比錐度大的錐臺(tái)式凸模單位擠壓力要?。黄降?/p>

28、式凸模的單位擠壓力最大。 4. 坯料的相對(duì)高度 坯料的相對(duì)高度h0/d0反映了工件與模具之間的摩擦阻力關(guān)系。一般正擠壓時(shí)，隨著坯料相對(duì)高度的增加單位擠壓力也增大；反擠壓時(shí)，若h0/d01，則單位擠壓力隨相對(duì)高度的增大而增加，若 h0/d01，則單位擠壓力不再隨相對(duì)高度的增加而增大，而是基本保持不變。,.,6.6.1 影響擠壓力的主要因素,5. 變形方式 某些零件的成形加工，往往可以采用多種不同的擠壓方式，而且不同的方式其擠壓力也不同。例如桿形件，既可以采用正擠壓成形，也可采用反擠壓成形。從減小擠壓力(并非單位擠壓力)角度出發(fā)，桿形件以采用反擠壓為宜(摩擦阻力更小)。但實(shí)際多采用正擠壓，因?yàn)槠渖?/p>

29、產(chǎn)操作方便。 6. 潤(rùn)滑 摩擦越大，單位擠壓力越大，因此，生產(chǎn)實(shí)際中大都采用較好的潤(rùn)滑方法。良好、可靠的潤(rùn)滑可以有效地減小擠壓力。,.,6.6.2 冷擠壓力的確定和壓力機(jī)的選擇,確定冷擠壓力的方法很多，但要精確計(jì)算冷擠壓力的大小目前還沒(méi)有完善的理論基礎(chǔ)及計(jì)算公式。目前常用的有近似計(jì)算法和圖算法等，其中以圖算法較為簡(jiǎn)便。圖算法是假設(shè)擠壓變形過(guò)程接近于一個(gè)均衡的變形過(guò)程，并且是在毛坯經(jīng)過(guò)退火軟化、表面磷化和潤(rùn)滑處理的條件下建立的。圖算法考慮到擠壓件的形狀、擠壓方式、材料性能、變形程度、模具工作部分的幾何形狀、毛坯的相對(duì)高度等主要因素的影響。限于篇幅這里不作詳細(xì)介紹，具體的方法請(qǐng)參閱有關(guān)資料。 對(duì)于

30、冷擠壓，在選擇壓力機(jī)時(shí)除有與其他沖壓工藝同樣的要求外，還需要注意以下幾個(gè)問(wèn)題。 (1) 冷擠壓工藝所需的壓力應(yīng)當(dāng)?shù)陀谒x擇壓力機(jī)的名義噸位。由于冷擠壓所需的工作行程大，“壓力-行程”曲線(xiàn)圖中壓力的變化比較平穩(wěn)，因此除了校核壓力機(jī)的名義噸位以外，還應(yīng)將其“壓力-行程”曲線(xiàn)圖與壓力機(jī)的許用負(fù)荷曲線(xiàn)圖進(jìn)行對(duì)比校核。 (2) 壓力機(jī)要有較好的剛性與導(dǎo)向精度。壓力機(jī)的剛性與導(dǎo)向精度影響冷擠壓模具上下模的同軸度與垂直度，影響模具的使用壽命。 (3) 壓力機(jī)最好有過(guò)載保護(hù)裝置。 (4) 最好在壓力機(jī)上備有頂出裝置。 (5) 可以采用冷擠壓壓力機(jī)(機(jī)械傳動(dòng)式或液壓傳動(dòng)式)、通用機(jī)械壓力機(jī)、通用液壓機(jī)進(jìn)行冷擠壓

31、生產(chǎn)，也可以在摩擦壓力機(jī)上進(jìn)行冷擠壓。,.,6.7 冷擠壓模具,冷擠壓加工時(shí)變形抗力很大，接近甚至超過(guò)模具材料的強(qiáng)度，因此擠壓模具必須適應(yīng)冷擠壓的工藝要求：模具材料要有極高的強(qiáng)度、硬度和耐磨性，足夠的沖擊韌性，有一定的回火穩(wěn)定性。模具的工作部分的幾何形狀、尺寸參數(shù)及表面粗糙度要有利于金屬材料的塑性變形和減少擠壓力；模具的結(jié)構(gòu)要有良好的導(dǎo)向裝置以確保擠壓件的精度，且易于拆卸、更換、安裝及有一定的通用性。 冷擠壓模具與一般冷沖模相比，工作時(shí)所受的壓力大得多，因而在強(qiáng)度、剛度和耐磨性等方面的要求都較高。冷擠模不同于冷沖模的地方主要有如下幾個(gè)方面。 (1) 凹模一般為組合式(凸模也有組合式)結(jié)構(gòu)。 (

32、2) 上、下模板更厚，材料選擇得更好，滿(mǎn)足模具的強(qiáng)度要求。 (3) 導(dǎo)柱直徑尺寸較大，滿(mǎn)足模具的剛度要求。 (4) 工作零件尾部位置均加有淬硬的墊板。 (5) 模具易損件的更換、拆卸更方便。,.,6.7 冷擠壓模具,冷擠壓凹模的型式分整體式凹模和組合式凹模兩大類(lèi)。組合凹模又分預(yù)應(yīng)力組合凹模和分割型組合凹模。整體式凹模加工方便，但強(qiáng)度低，在凹模內(nèi)孔轉(zhuǎn)角處有嚴(yán)重的應(yīng)力集中現(xiàn)象，容易開(kāi)裂。為了消除整體式凹模轉(zhuǎn)角處的應(yīng)力集中，可將整體式凹模在內(nèi)孔轉(zhuǎn)角處剖分為兩部分，即為分割式組合凹模。分割式組合凹模又分為橫向分割式和縱向分割式。 冷擠壓時(shí)，凹模內(nèi)壁承受著極大的壓力，擠壓黑色金屬時(shí)，凹模內(nèi)壁的單位壓力高達(dá)15002500MPa，在這樣高的內(nèi)壁壓力下，單靠增加凹模的厚度已不能防止凹模沿縱向開(kāi)裂，而在凹模的外壁上套裝具有一定過(guò)盈量的預(yù)應(yīng)力套，可以提高凹模的整體強(qiáng)度，這種凹模稱(chēng)為預(yù)應(yīng)力組合凹模(簡(jiǎn)稱(chēng)組合凹模)。預(yù)應(yīng)力組合凹模將凹模分層，使外層(壓套)與內(nèi)層(凹模)過(guò)盈裝配并對(duì)內(nèi)層產(chǎn)生很大的預(yù)加壓力，在同樣外形尺寸(包括外套在內(nèi)的整個(gè)組合凹模外形尺寸)和相同