塑性成形方法

第五节其它塑性成形方法

随着工业的不断发展，人们对金属塑性成形加工生产提出了越来越高的要求，不仅要求生产各种毛坯，而且要求能直接生产出更多的具有较高精度与质量的成品零件。其它塑性成形方法在生产实践中也得到了迅速发展和广泛的应用，例如挤压、拉拔、辊轧、精密模锻、精密冲裁等。

一、挤压

挤压：指对挤压模具中的金属锭坯施加强大的压力作用，使其发生塑性变形从挤压模具的模口中流出，或充满凸、凹模型腔，而获得所需形状与尺寸制品的塑性成形方法。

挤压法的特点：

（1）三向压应力状态，能充分提高金属坯料的塑性，不仅有铜、铝等塑性好的非铁金属，而且碳钢、合金结构钢、不锈钢及工业纯铁等也可以采用挤压工艺成形。在一定变形量下，某些高碳钢、轴承钢、甚至高速钢等也可以进行挤压成形。对于要进行轧制或锻造的塑性较差的材料，如钨和钼等，为了改善其组织和性能，也可采用挤压法对锭坯进行开坯。

（2）挤压法可以生产出断面极其复杂的或具有深孔、薄壁以及变断面的零件。

（3）可以实现少、无屑加工，一般尺寸精度为IT8～IT9，表面粗糙度为Ra3.2～0.4μ m，从而

（4）挤压变形后零件内部的纤维组织连续，基本沿零件外形分布而不被切断，从而提高了金属的力学性能。

（5）材料利用率、生产率高；生产方便灵活，易于实现生产过程的自动化。

挤压方法的分类：

1．根据金属流动方向和凸模运动方向的不同可分为以下四种方式：

（１）正挤压金属流动方向与凸模运动方向相同，如图2-69所示。

（２）反挤压金属流动方向与凸模运动方向相反，如图2-70所示。

（３）复合挤压金属坯料的一部分流动方向与凸模运动方向相同，另一部分流动方向与凸模运动方向相反，如图2-71所示。

（４）径向挤压金属流动方向与凸模运动方向成90°角，如图2-72所示。

图2-69 正挤压

图2-70 反挤压

图2-71 复合挤压

图2-72 径向挤压

2．按照挤压时金属坯料所处的温度不同，可分为热挤压、温挤压和冷挤压三种方式：

（１）热挤压变形温度高于金属材料的再结晶温度。热挤压时，金属变形抗力较小，塑性较好，允许每次变形程度较大，但产品的尺寸精度较低，表面较粗糙。应用于生产铜、铝、镁及其合金的型材和管材等，也可挤压强度较高、尺寸较大的中、高碳钢、合金结构钢、不锈钢等零件。目前，热挤压越来越多地用于机器零件和毛坯的生产。

（２）冷挤压变形温度低于材料再结晶温度（通常是室温）的挤压工艺。冷挤压时金属的变形抗力比热挤压大得多，但产品尺寸精度较高，可达IT8～IT9，表面粗糙度为Ra3.2～0.4μm，而且产品内部组织为加工硬化组织，提高了产品

的强度。目前可以对非铁金属及中、低碳钢的小型零件进行冷挤压成形，为了降低变形抗力，在冷挤压前要对坯料进行退火处理。

冷挤压时，为了降低挤压力，防止模具损坏，提高零件表面质量，必须采取润滑措施。由于冷挤压时单位压力大，润滑剂易于被挤掉失去润滑效果，所以对钢质零件必须采用磷化处理，使坯料表面呈多孔结构，以存储润滑剂，在高压下起到润滑作用。常用润滑剂有矿物油、豆油、皂液等。

冷挤压生产率高，材料消耗少，在汽车、拖拉机、仪表、轻工、军工等部门广为应用。

（３）温挤压将坯料加热到再结晶温度以下高于室温的某个合适温度下进行挤压的方法，是介于热挤压和冷挤压之间的挤压方法。与热挤压相比，坯料氧化脱碳少，表面粗糙度较小，产品尺寸精度较高；与冷挤压相比，降低了变形抗力，增加了每个工序的变形程度，提高了模具的使用寿命。温挤压材料一般不需要进行预先软化退火、表面处理和工序间退火。温挤压零件的精度和力学性能略低于冷挤压零件。表面粗糙度为Ra6.5～3.2μm。温挤压不仅适用于挤压中碳钢，而且也适用于挤压合金钢零件。

挤压在专用挤压机上进行，也可在油压机及经过适当改进后的通用曲柄压力机或摩擦压力机上进行。

二、拉拔

拉拔：在拉力作用下，迫使金属坯料通过拉拔模孔，以获得相应形状与尺寸制品的塑性加工方法，如图2-73所示。拉拔是管材、棒材、异型材以及线材的主要生产方法之一。

图2-73 拉拔示意图

1—坯料 2—拉拔模 3—制品

拉拔方法按制品截面形状可分为实心材拉拔与空心材拉拔。实心材拉拔主要包括棒材、异型材及线材的拉拔。空心材拉拔主要包括管材及空心异型材的拉拔。

拉拔的特点：

（1）制品的尺寸精确，表面粗糙度小。

（2）设备简单、维护方便。

（3）受拉应力的影响，金属的塑性不能充分发挥。拉拔道次变形量和两次退火间的总变形量受到拉拔应力的限制，一般道次伸长率在20%～60%之间，过大的道次伸长率将导致拉拔制品形状、尺寸、质量不合格，过小的道次伸长率将降低生产率。

（4）最适合于连续高速生产断面较小的长制品，例如丝材、线材等。

拉拔一般在冷态下进行，但是对一些在常温下塑性较差的金属材料则可以采用加热后温拔。采用拉拔技术可以生产直径大于500mm的管材，也可以拉制出直径仅0.002mm的细丝，而且性能符合要求，表面质量好。拉拔制品被广泛应用在国民经济各个领域。

三、辊轧

金属坯料在旋转轧辊的作用下产生连续塑性变形，从而获得所要求截面形状

并改变其性能的加工方法，称为辊轧。常采用的辊轧工艺有辊锻、横轧及斜轧等。

（一）辊锻

辊锻：使坯料通过装有圆弧形模块的一对相对旋转的轧辊，受压产生塑性变形，从而获得所需形状的锻件或锻坯的锻造工艺方法，如图2-74所示。它既可以作为模锻前的制坯工序也可以直接辊锻锻件。目前，成形辊锻适用于生产以下三种类型的锻件：

图2-74 辊锻示意图

（1）扁断面的长杆件，如扳手、链环等。

（2）带有头部，且沿长度方向横截面面积递减的锻件，如叶片等。叶片辊锻工艺和铣削旧工艺相比，材料利用率可提高4倍，生产率提高2.5倍，而且叶片质量大为提高。

（3）连杆，采用辊锻方法锻制连杆，生产率高，简化了工艺过程。但锻件还需用其它锻压设备进行精整。

（二）横轧

横轧：轧辊轴线与轧件轴线互相平行，且轧辊与轧件作相对转动的轧制方法，如齿轮轧制等。