第六章 冷挤压工艺与模具设计

第6章冷挤压工艺与模具设计

一、目的与要求

了解冷挤压工艺方法及冷挤压模具结构组成。

二、主要内容

冷挤压分类，冷挤压件工艺性分析，冷挤压模具设计。

三、难点与重点

冷挤压必须解决的主要问题

四、授课方式

多媒体授课。

五、思考题

6—1 冷挤压加工有哪些类型?各适用于什么场合？

6—2 冷挤压加工有什么优点?

6—3 冷挤压对毛坯有何要求？

6—4 如图所示的冷挤压件，试确定坯料形状及尺寸。

6—5 如图所示的冷挤压件，材料为10号钢，试计算冷挤压力的大小。

题6—4图题6—5图

6—6 预应力组合凹模是如何提高挤压凹模的整体强度的?若凹模承受的单位压力是1300MPa，通常采用几层凹模?

六、小结

6.1 概述

冷挤压是指在室温条件下，利用压力机的压力，使模腔内的金属毛坯产生塑性变形，并将金属从凹模孔或凸、凹模的缝隙中挤出，从而获得所需工件的加工方法。

6.1.1、冷挤压的分类

根据冷挤过程中金属流动的方向和凸模运动方向的相互关系，可将冷挤压分为正挤压、反挤压、复合挤压、径向挤压等。

1、正挤压挤压时金属流动方向与凸模运动方向一致（见图6-1）。适用于带凸缘的空心件和杯形件、管件、阶梯轴等制件的挤压。

2、反挤压挤压时金属流动方向与凸模运动方向相反（见图6-2）。适用于杯形件、

图6-1正挤压图6-2反挤压

3、复合挤压挤压时一部分金属的流动方向与凸模运动方向相同，而另一部分金属的流动方向与凸模运动方向相反（见图6-3）。适用于各种断面的制件，如圆形、方形、六角形、齿形、花瓣形等的挤压。

4、径向挤压挤压时金属流动方向与凸模运动方向相垂直（见图6-4）。适用于具有

3-毛坯4-凹模5-顶杆 4-毛坯5-凹模6-顶杆

图6-3复合挤压图6-4径向挤压

6.1.2冷挤压的优点

1、节约原材料

2、提高零件的机械性能

3、生产率高

4、可以制造用其它方法难以制作的零件。

5、尺寸精确，粗糙度值比较小粗糙度Ra可达3.2～0.4μm,最高可达0.1μm。零件公差等级可达到IT8。

6.1.3冷挤压的主要技术问题

冷挤压毛坯变形所需要的单位压力很大，可能达到毛坯材料强度极限的4－6倍或更高，有时接近甚至超过现有模具材料的抗压强度极限（2500~3000MPa），因此解决模具的强度、刚度和寿命就成为冷挤压的关键。为此，必须对下列技术问题加以综合考虑：

1、设计合理的、工艺性良好的冷挤压件结构；

2、制定合理的冷挤压工艺方案；

3、选用适合于冷挤压加工的材料；

4、选用合理的毛坯软化热处理规范，采用理想的毛坯表面处理方法与润滑剂；

5、选用耐疲劳、耐磨损的高强度模具材料，采用合理的模具加工方法与热处理方法；

6、设计合理的模具结构；

7、选择合适的压力机。

即把毛坯做成如图6-5所示两块半圆柱体，其中一块刻有正方形的网格，并在拼合面上涂润滑油，将两半块拼合成圆柱体的毛坯进行各种形式的挤压后再分开，便可得到各种挤压的金属流动情况。

6.2.1正挤压的金属流动

正挤压实心件的金属流动情况如图6-6所示。

(d)小模锥角 (e)大模锥角 (f)非稳定变形

图6-6实心件正挤压过程中的变形

6.2.2反挤压的金属流动

如图6-7所示

达筒壁后，就不再继续变形，仅在后续变形金属的推动和流动金属本身的惯性力作用下，以刚性平移的形式向上运动。

6.3 冷挤压件的工艺性

冷挤压件的表面粗糙度与模具工作表面的质量，几何形状及润滑等因素有关，一般粗糙度Ra可达3.2－0.4μm，在理想的挤压条件下，可达0.1μm。

6.4 冷挤压件坯料的制备及处理方法

6.4.1冷挤压对毛坯的要求

1、冷挤压用毛坯表面应保持光滑，不能有裂纹、折叠等缺陷。一般要求毛坯表面粗糙度Ra在6.3μm以下。

2、毛坯的几何形状应保持对称、规则，两端面保持平行。否则，易使凸模单面受力（图6-10）而折断。

毛坯高度 0

000F V

F V h ==

（6—2）

式中 V 0———毛坯体积(mm)

V ———包括修边余量（或切削耗量）的制件体积（可将制件分成若干个简单几

何体，分别计算后再求其和）（mm 3）; F ０———毛坯横断面积（mm ２）； h 0———毛坯高度（mm ）

毛坯外经d 0，一般比凹模内径D d 小，以便毛坯放入凹模，通常d 0=D d -（0.1～0.3）。 挤压空心件时，采用带内孔的毛坯，其毛坯内径d 2可按如下确定： 制件内孔要求精度不高时 d 2=d p +（0.1～0.3） 制件内孔要求精度较高时 d 2=d p +（0.01～0.05）

d p ———凸模直径 6.4.3毛坯的制取方法

原材料为板材的毛坯，可采用小间隙圆角凹模落料获得，毛坯质量好，效率高。原材料为棒料的毛坯，可用切削加工和冲剪获得，前者毛坯质量好，后者效率高且省料。杯形和预成形的毛坯是用反挤或拉深而成的毛坯。

6.4.4坯料的软化、表面处理和润滑

为了改善材料的挤压性能、降低冷挤压时的单位挤压力、提高零件表面质量和延长模具使用寿命，必须对坯料进行合理的软化处理、表面处理和润滑。

表6-5列出常用冷挤压材料的软化退火范围及所能达到的硬度，表中所列规范是一些工厂生产实践的总结。表6-6列出几种材料的冷挤压坯料的表面处理方法和常用润滑剂。 6.5 变形程度和挤压力计算

6.5.1变形程度的表示方法

变形程度是表示挤压时金属塑性变形量大小的指标，常用断面缩减率F ε表示：

000

1

0100⨯-=

F F F F ε （6—3）

式中 F 0——冷挤压变形前毛坯的横断面积（mm 2）

F 1——冷挤压变形后制件的横断面积（mm 2）

6.5.2许用变形程度

许用变形程度是指冷挤压时材料的许用变形程度，实际上是指在模具强度允许的条件下，能保持模具有合理寿命的一次挤压的变形程度。