冷 挤 压 成 形 技 术

冷挤压成形技术

冷挤压是精密塑性体积成形技术中的一个重要组成部分。冷挤压是指在冷态下将金属毛坯放入模具模腔内，在强大的压力和一定的速度作用下，迫使金属从模腔中挤出，从而获得所需形状、尺寸以及具有一定力学性能的挤压件。显然，冷挤压加工是靠模具来控制金属流动，靠金属体积的大量转移来成形零件的。

冷挤压技术是一种高精、高效、优质低耗的先进生产工艺技术，较多应用于中小型锻件规模化生产中。与热锻、温锻工艺相比，可以节材30%～50%，节能40%～80%而且能够提高锻件质量，改善作业环境。

目前，冷挤压技术已在紧固件、机械、仪表、电器、轻工、宇航、船舶、军工等工业部门中得到较为广泛的应用，已成为金属塑性体积成形技术中不可缺少的重要加工手段之一。二战后，冷挤压技术在国外工业发达国家的汽车、摩托车、家用电器等行业得到了广泛的发展应用，而新型挤压材料、模具新钢种和大吨位压力机的出现便拓展了其发展空间。日本80年代自称，其轿车生产中以锻造工艺方法生产的零件，有30%～40%是采用冷挤压工艺生产的。随着科技的进步和汽车、摩托车、家用电器等行业对产品技术要求的不断提高，冷挤压生产工艺技术己逐渐成为中小锻件精化生产的发展方向。与其他加工工艺相比冷挤压有如下优点：1）节约原材料。冷挤压是利用金属的塑性变形来制成所需形状的零件，因而能大量减少切削加工，提高材料利用率。冷挤压的材料利用率一般可达到80%以上。

2）提高劳动生产率。用冷挤压工艺代替切削加工制造零件，能使生产率提高几倍、几十倍、甚至上百倍。

3）制件可以获得理想的表面粗糙度和尺寸精度。零件的精度可达IT7～IT8级，表面粗糙度可达R0.2～R0.6。因此，用冷挤压加工的零件一般很少再切削加工，只需在要求特别高之处进行精磨。

4）提高零件的力学性能。冷挤压后金属的冷加工硬化，以及在零件内部形成合理的纤维流线分布，使零件的强度远高于原材料的强度。此外，合理的冷挤压工艺可使零件表面形成压应力而提高疲劳强度。因此，某些原需热处理强化的零件用冷挤压工艺后可省去热处理工艺，有些零件原需要用强度高的钢材制造，用冷挤压工艺后就可用强度较低的钢材替用。

5）可加工形状复杂的，难以切削加工的零件。如异形截面、复杂内腔、内齿及表面看不见的内槽等。

6）降低零件成本。由于冷挤压工艺具有节约原材料、提高生产率、减少零件的切削加工量、可用较差的材料代用优质材料等优点，从而使零件成本大大降低。

冷挤压技术在应用中存在的难点主要有：

1）对模具要求高。冷挤压时毛坯在模具中受三向压应力而使变形抗力显著增大，这使得模具所受的应力远比一般冲压模大，冷挤压钢材时，模具所受的应力常达2000MPa～2500MPa。例如制造一个直径38mm,壁厚5.6mm，高100mm的低碳钢杯形件为例，采用拉延方法加工时，最大变形力仅为17t，而采用冷挤压方法加工时，则需变形力132t，这时作用在冷挤压凸模上的单位压力达2300MPa以上。模具除需要具有高强度外，还需有足够的冲击韧性和耐磨性。此外，金属毛坯在模具中强烈的塑性变形，会使模具温度升高至250℃～300℃

左右，因而，模具材料需要一定的回火稳定性。由于上述情况，冷挤压模具的寿命远低于冲压模。

2）需要大吨位的压力机。由于冷挤压时毛坯的变形抗力大，需用数百吨甚至几千吨的压力机。

3）由于冷挤压的模具成本高，一般只适用于大批量生产的零件。它适宜的最小批量是5～10万件。

4）毛坯在挤压前需进行表面处理。这不但增加了工序，需占用较大的生产面积，而且难以实现生产自动化。

5）不宜用于高强度材料加工。

6）冷挤压零件的塑性、冲击韧性变差，而且零件的残余应力大，这会引起零件变形和耐腐蚀性的降低（产生应力腐蚀）

国内外冷挤压技术发展过程

现代冷挤压技术是从18世纪末开始的，法国人在法国革命时代把铅从小孔中挤出制成枪弹，开始了冷挤压。1830年在法国已经有人开始利用机械压力机，采用反挤压方法制造铅管和锡管。1906年美国为了制造黄铜的西服纽扣，已经有人取得了正挤压空心杯形坯料的专利权。1909年美国人获得专利的Hooker法——正向冲挤法，金属流动方向与冲挤方向相同，就是在买了1906年的专利之后发展起来的，该专利中的杯形坯料，是采用拉深法制造的。第一次世界大战中，曾用Hooker法制造了黄铜弹壳，而在第二次世界大战以前的1934年，德国人就利用这种方法试制了钢弹壳，但因热胶着严重，没有成功。直到第二次世界大战中期由于采用了新的表面润滑处理方法——使工件表面形成磷酸盐薄膜，挤压方法制造钢质弹壳获得成功。自此，冷挤压技术走向实用，成为冷锻技术中应用最广泛的一种方法。

60年代，日本汽车工业的成长，为冷挤压技术的发展创造了有利的条件。从冷挤压设备上看，自从1933年，日本会田株式会社生产了日本第一台 2000kN PK型精压机（肘杆式压力机）以来，到目前为止，己生产了2000多台PK系列压力机。随着汽车工业的发展，对高精度压力机的要求愈加迫切，会田株式会社又研制成功了各种锻造压力机。同时，日本小松研制了以高精度和易于操作为目标的 LIC、LZC系列冷锻成形压力机。

从冷挤压产品上看，日本70年代成功冷挤压启动离合器齿轮、传动轴花键、交流发电机磁极铁芯。80

年代，又成功冷挤大型高精度等速圆球外座圈、内座圈、十字轴、汽车差速器伞齿轮等高精零件。为日本汽车的高性能化和降低生产成本做出了很大贡献。

我国的冷挤压技术与日本的起步时间相当。70年代，我国曾在自行车、汽车电器等批量生产的产品中，推广过冷挤压生产工艺技术，也开发成功了启动齿轮的挤压成形，并投入批量生产。但由于未从根本上解决工艺、设备、材料、模具、润滑、自动化装置以及毛坯料的原始尺寸、原始状态、后处理等一系列技术问题，因而未得到较大发展。80年代，随着家电和汽车摩托车工业的迅速发展，对冷挤压工艺设备及生产技术的引进、消化、吸收，科研人员通过生产实践攻克了冷挤压技术的不少难题与此同时冷锻设备也有了较大发展。