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1、http:/ 学时）冷冲压工艺与模具设计第冷冲压工艺与模具设计第6章冷挤压章冷挤压工艺与模具设计简介工艺与模具设计简介n教学目标：教学目标：n冷挤压是压力加工的范畴，其加工毛坯与冲裁、弯曲、拉深冷挤压是压力加工的范畴，其加工毛坯与冲裁、弯曲、拉深及各种成形工艺的板料毛坯有很大区别，其加工工艺及模具及各种成形工艺的板料毛坯有很大区别，其加工工艺及模具设计可以作为冲压加工的一个独立分支，但其加工过程、工设计可以作为冲压加工的一个独立分支，但其加工过程、工艺、模具、加工设备、应力应变状态等与常规冲压加工有很艺、模具、加工设备、应力应变状态等与常规冲压加工有很多相似之处。多相似之处。冷冲压工艺与模具设
2、计第冷冲压工艺与模具设计第6章冷挤压章冷挤压工艺与模具设计简介工艺与模具设计简介n教学重点和难点：教学重点和难点：n本章主要学习冷挤压加工的工艺特点、冷挤压的方本章主要学习冷挤压加工的工艺特点、冷挤压的方式、冷挤压模具的设计要求和冷挤压模具的基本结式、冷挤压模具的设计要求和冷挤压模具的基本结构；了解冷挤压时的金属流动特点和冷挤压毛坯的构；了解冷挤压时的金属流动特点和冷挤压毛坯的预处理方法；了解冷挤压的基本工艺计算方法。预处理方法；了解冷挤压的基本工艺计算方法。冷冲压工艺与模具设计第冷冲压工艺与模具设计第6章冷挤压章冷挤压工艺与模具设计简介工艺与模具设计简介n案例导入：案例导入：n下列各图所示零
3、件的工作负荷很大，要求有极高的强度和韧下列各图所示零件的工作负荷很大，要求有极高的强度和韧性，用切削工艺加工会将材料中的纤维组织切断，对材料的性，用切削工艺加工会将材料中的纤维组织切断，对材料的强度和韧性有一定的影响，而且材料利用率较低，改用冷冲强度和韧性有一定的影响，而且材料利用率较低，改用冷冲压工艺加工，可以直接制造出高精度的零件或切削量很小的压工艺加工，可以直接制造出高精度的零件或切削量很小的零件毛坯，在材料的内部还能形成更高强度的纤维组织，大零件毛坯，在材料的内部还能形成更高强度的纤维组织，大大提高材料的综合性能，而且能够最大限度地节约原材料和大提高材料的综合性能，而且能够最大限度地节
4、约原材料和能源。冷冲压加工是一种少切削或无切削而使金属成形的塑能源。冷冲压加工是一种少切削或无切削而使金属成形的塑性加工工艺。性加工工艺。冷冲压工艺与模具设计第冷冲压工艺与模具设计第6章冷挤压章冷挤压工艺与模具设计简介工艺与模具设计简介冷挤压汽车零件 冷冲压工艺与模具设计第冷冲压工艺与模具设计第6章冷挤压章冷挤压工艺与模具设计简介工艺与模具设计简介冷挤压花键 冷冲压工艺与模具设计第冷冲压工艺与模具设计第6章冷挤压章冷挤压工艺与模具设计简介工艺与模具设计简介冷挤压高强度螺母 冷冲压工艺与模具设计第冷冲压工艺与模具设计第6章冷挤压章冷挤压工艺与模具设计简介工艺与模具设计简介冷挤压高强度螺栓 冷冲压
5、工艺与模具设计第冷冲压工艺与模具设计第6章冷挤压章冷挤压工艺与模具设计简介工艺与模具设计简介n6.1冷挤压的主要特点冷挤压的主要特点n6.2冷挤压工艺的分类冷挤压工艺的分类n6.3冷挤压的变形分析冷挤压的变形分析n6.4冷挤压材料冷挤压材料n6.5冷挤压件的结构工艺性冷挤压件的结构工艺性n6.6冷冷挤挤压压力力n6.7冷挤压模具冷挤压模具冷冲压工艺与模具设计第冷冲压工艺与模具设计第6章冷挤压工艺章冷挤压工艺与模具设计简介与模具设计简介n冷挤压是指坯料在冷态冷挤压是指坯料在冷态(变形温度低于再结晶温度，通常是指常温变形温度低于再结晶温度，通常是指常温)下，通过强大的压力使放入模具型腔下，通过强大
6、的压力使放入模具型腔内的金属毛坯发生塑性变形，充满型腔或从模具型腔中挤出，从而获得所需形状、尺寸以及一定力学性内的金属毛坯发生塑性变形，充满型腔或从模具型腔中挤出，从而获得所需形状、尺寸以及一定力学性能的制品的塑性成形方法。冷挤压是精密塑性体积成形技术中的一个重要组成部分，是一种高精度、高能的制品的塑性成形方法。冷挤压是精密塑性体积成形技术中的一个重要组成部分，是一种高精度、高效率、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，效率、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，可以节材可以节材30%50%，节能，节能
7、40%80%，而且能够提高锻件质量，改善作业环境。，而且能够提高锻件质量，改善作业环境。n(1)在冷态下挤压成形，挤压件质量好，精度高，表面粗糙度值小，一般尺寸精度可以达到在冷态下挤压成形，挤压件质量好，精度高，表面粗糙度值小，一般尺寸精度可以达到IT8IT9，表面粗糙度可达，表面粗糙度可达Ra3.20.4m；冷挤压后材料产生冷作硬化，零件内部的纤维组织连续，；冷挤压后材料产生冷作硬化，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，零件的强度远高于原材料的强度；合理的冷挤压工艺还可使零件表面基本沿零件外形分布而不被切断，零件的强度远高于原材料的强度；合理的冷挤压工艺还可使零件表面形成压
8、应力，从而提高疲劳强度；但冷挤压零件的塑性、冲击韧性变差，而且零件的残余应力大，容易形成压应力，从而提高疲劳强度；但冷挤压零件的塑性、冲击韧性变差，而且零件的残余应力大，容易引起零件变形和耐腐蚀性的降低引起零件变形和耐腐蚀性的降低(产生应力腐蚀产生应力腐蚀)。n(2)冷挤压工件切削量少甚至不用切削，属少切削或无切削加工，材料利用率及生产效率都较高，冷挤压工件切削量少甚至不用切削，属少切削或无切削加工，材料利用率及生产效率都较高，用冷挤压工艺代替切削加工制造零件，能使生产效率提高几倍、几十倍甚至上百倍，生产过程容易实现用冷挤压工艺代替切削加工制造零件，能使生产效率提高几倍、几十倍甚至上百倍，生产
9、过程容易实现机械化和自动化；但冷挤压的模具成本高，一般只适用于大批量生产的零件。机械化和自动化；但冷挤压的模具成本高，一般只适用于大批量生产的零件。n(3)冷挤压加工的变形抗力很大，挤压钢铁材料时单位挤压力可能高达冷挤压加工的变形抗力很大，挤压钢铁材料时单位挤压力可能高达2000MPa以上，接近甚至超以上，接近甚至超过模具材料的抗压强度，因此模具材料需要具有极高的强度、足够的冲击韧性和耐磨性；金属毛坯在模过模具材料的抗压强度，因此模具材料需要具有极高的强度、足够的冲击韧性和耐磨性；金属毛坯在模具中强烈的塑性变形，会使模具温度升高至具中强烈的塑性变形，会使模具温度升高至250300，因此模具材料
10、需要一定的回火稳定性；冷挤，因此模具材料需要一定的回火稳定性；冷挤压加工的变形抗力大，不宜用于高强度材料加工。压加工的变形抗力大，不宜用于高强度材料加工。n(4)冷挤压时材料在冷态下发生塑性变形，应选用组织致密和杂质少的材料，避免加工过程过多的冷挤压时材料在冷态下发生塑性变形，应选用组织致密和杂质少的材料，避免加工过程过多的中间退火；冷挤压件一般都不进行精加工，所以必须选用精度高的坯料；在冷挤压加工前，毛坯常进行中间退火；冷挤压件一般都不进行精加工，所以必须选用精度高的坯料；在冷挤压加工前，毛坯常进行软化退火和表面磷化等润滑处理。软化退火和表面磷化等润滑处理。n(5)冷挤压的适用范围广，既可挤
11、压塑性良好的铜、铝等材料，又可挤压采用锻造等方法较难加工冷挤压的适用范围广，既可挤压塑性良好的铜、铝等材料，又可挤压采用锻造等方法较难加工的一些金属的一些金属(因金属处于强烈的三向压应力状态，能充分提高金属坯料的塑性因金属处于强烈的三向压应力状态，能充分提高金属坯料的塑性)；既可以生产截面形状简；既可以生产截面形状简单的管、棒等型材，又可生产截面极其复杂的或具有深孔、薄壁以及变截面的零件。单的管、棒等型材，又可生产截面极其复杂的或具有深孔、薄壁以及变截面的零件。冷冲压工艺与模具设计第冷冲压工艺与模具设计第6章冷挤章冷挤压工艺与模具设计简介压工艺与模具设计简介n根据被挤金属的流动方向与加压方向的
12、关系可将冷挤压分为以下几种。根据被挤金属的流动方向与加压方向的关系可将冷挤压分为以下几种。n(1)正挤压：被挤金属的流动方向与加压方向相同，如图正挤压：被挤金属的流动方向与加压方向相同，如图6-1所示。所示。n(2)反挤压：被挤金属的流动方向与加压方向相反，如图反挤压：被挤金属的流动方向与加压方向相反，如图6-2所示。所示。n(3)复合挤压：一部分被挤金属的流动方向与加压方向相同，一部分与复合挤压：一部分被挤金属的流动方向与加压方向相同，一部分与加压方向相反，如图加压方向相反，如图6-3(a)所示。所示。n(4)径向挤压：被挤金属的流动方向与加压方向相垂直，金属在模具中径向挤压：被挤金属的流动
13、方向与加压方向相垂直，金属在模具中作径向流动，如图作径向流动，如图6-3(b)所示。所示。n(5)减径挤压：也称减径挤压：也称“开式挤压开式挤压”或或“无约束正挤压无约束正挤压”，是一种变形程，是一种变形程度较小的正挤压法，毛坯断面仅作轻度缩减，这种挤压主要用于制造直度较小的正挤压法，毛坯断面仅作轻度缩减，这种挤压主要用于制造直径差不大的阶梯轴类挤压件以及作为深孔薄壁杯形件的修整工序，如图径差不大的阶梯轴类挤压件以及作为深孔薄壁杯形件的修整工序，如图6-4所示。所示。冷冲压工艺与模具设计第冷冲压工艺与模具设计第6章冷挤章冷挤压工艺与模具设计简介压工艺与模具设计简介图6-1 正挤压 冷冲压工艺与
14、模具设计第冷冲压工艺与模具设计第6章冷挤章冷挤压工艺与模具设计简介压工艺与模具设计简介图6-2 反挤压 冷冲压工艺与模具设计第冷冲压工艺与模具设计第6章冷挤章冷挤压工艺与模具设计简介压工艺与模具设计简介(a)(b)图6-3 复合挤压与径向挤压 冷冲压工艺与模具设计第冷冲压工艺与模具设计第6章冷挤章冷挤压工艺与模具设计简介压工艺与模具设计简介图6-4 减径挤压 冷冲压工艺与模具设计第冷冲压工艺与模具设计第6章冷挤章冷挤压工艺与模具设计简介压工艺与模具设计简介u6.3.1冷挤压的应力与应变状态冷挤压的应力与应变状态u6.3.2冷挤压的变形程度冷挤压的变形程度冷冲压工艺与模具设计第冷冲压工艺与模具设
15、计第6章冷挤章冷挤压工艺与模具设计简介压工艺与模具设计简介冷冲压工艺与模具设计第冷冲压工艺与模具设计第6章冷挤压章冷挤压工艺与模具设计简介工艺与模具设计简介n1.正挤压正挤压n正挤压时坯料大致分为正挤压时坯料大致分为4个区：待变形区个区：待变形区1、变形区、变形区2、死区、死区3、已变形区、已变形区4。因为变形区始终处于凹模孔口附近，只要压。因为变形区始终处于凹模孔口附近，只要压余的厚度不小于变形区的高度，变形区的大小、位置都不变，余的厚度不小于变形区的高度，变形区的大小、位置都不变，所以正挤压变形属于稳定变形。挤压时变形区的应力状态是所以正挤压变形属于稳定变形。挤压时变形区的应力状态是三向受
16、压，其应变状态是两向收缩、一向伸长，如图三向受压，其应变状态是两向收缩、一向伸长，如图6-5所所示。正挤压又分为实心件正挤压和空心件正挤压两种。正挤示。正挤压又分为实心件正挤压和空心件正挤压两种。正挤压法可以制造各种形状的实心件和空心件，如螺钉、芯轴、压法可以制造各种形状的实心件和空心件，如螺钉、芯轴、管子和弹壳等。管子和弹壳等。冷冲压工艺与模具设计第冷冲压工艺与模具设计第6章冷挤压章冷挤压工艺与模具设计简介工艺与模具设计简介图6-5 正挤压变形的分区及变形区应力与应变状态图 冷冲压工艺与模具设计第冷冲压工艺与模具设计第6章冷挤压章冷挤压工艺与模具设计简介工艺与模具设计简介n正挤压实心件的金属
17、流动网格图如图正挤压实心件的金属流动网格图如图6-6所示。在理想状态下，挤出的所示。在理想状态下，挤出的材料的变形情况如图材料的变形情况如图6-6(b)所示，属于均匀无剪切的理想变形。但在实所示，属于均匀无剪切的理想变形。但在实际上由于受工件形状、外部摩擦、变形程度等因素的影响，坯料的边缘际上由于受工件形状、外部摩擦、变形程度等因素的影响，坯料的边缘接近凹模孔口时才发生变形，如图接近凹模孔口时才发生变形，如图6-6(c)所示。变形主要集中在模具孔所示。变形主要集中在模具孔口附近，处于凹模下底面转角处的小部分金属很难变形或停留不动，被口附近，处于凹模下底面转角处的小部分金属很难变形或停留不动，被
18、称之为死区。死区的大小与摩擦、凹模锥角、变形程度有关。在实际生称之为死区。死区的大小与摩擦、凹模锥角、变形程度有关。在实际生产中，润滑条件达不到理想的情况，因而，毛坯与金属表面之间的摩擦产中，润滑条件达不到理想的情况，因而，毛坯与金属表面之间的摩擦会使变形不均匀的程度加剧，如图会使变形不均匀的程度加剧，如图6-6(d)所示。其表现是网格歪扭得更所示。其表现是网格歪扭得更严重，死区也相应比较大。严重，死区也相应比较大。冷冲压工艺与模具设计第冷冲压工艺与模具设计第6章冷挤压章冷挤压工艺与模具设计简介工艺与模具设计简介冷冲压工艺与模具设计第冷冲压工艺与模具设计第6章冷挤压章冷挤压工艺与模具设计简介工
19、艺与模具设计简介n2.反挤压反挤压n如图如图6-7(a)所示为高度大于直径的毛坯反挤压。在稳定变形所示为高度大于直径的毛坯反挤压。在稳定变形中，中，区为不参与变形的粘滞区区为不参与变形的粘滞区(死区死区)，区为强烈变形区，区为强烈变形区，区为已变形区，该区材料不再继续变形，仅以刚性平移的区为已变形区，该区材料不再继续变形，仅以刚性平移的形式向上移动，如图形式向上移动，如图6-7(b)所示。当底部厚度减小到一定值所示。当底部厚度减小到一定值时，底部的全部材料都向外侧流动，产生如图时，底部的全部材料都向外侧流动，产生如图6-7(c)所示的所示的非稳定变形状态。反挤压法可以制造各种断面形状的杯形件，
20、非稳定变形状态。反挤压法可以制造各种断面形状的杯形件，如仪表罩壳、万向节、轴承套等。如仪表罩壳、万向节、轴承套等。冷冲压工艺与模具设计第冷冲压工艺与模具设计第6章冷挤压章冷挤压工艺与模具设计简介工艺与模具设计简介冷冲压工艺与模具设计第冷冲压工艺与模具设计第6章冷挤压章冷挤压工艺与模具设计简介工艺与模具设计简介n3.复合挤压复合挤压n复合挤压是正挤压和反挤压的组合。复合挤压存在复合挤压是正挤压和反挤压的组合。复合挤压存在向不同出口挤出的流动的分界面向不同出口挤出的流动的分界面(分流面分流面)。分流面。分流面位置影响两端金属的相对挤出量，但由于受到零件位置影响两端金属的相对挤出量，但由于受到零件形
21、状及变形条件形状及变形条件(如模具结构、摩擦与润滑等如模具结构、摩擦与润滑等)的影的影响，分流面较难确定具体位置。图响，分流面较难确定具体位置。图6-8为复合挤压为复合挤压的变形网格示意图，此法可以制造双杯类零件、杯的变形网格示意图，此法可以制造双杯类零件、杯杆类零件和杆类零件。杆类零件和杆类零件。冷冲压工艺与模具设计第冷冲压工艺与模具设计第6章冷挤压章冷挤压工艺与模具设计简介工艺与模具设计简介冷冲压工艺与模具设计第冷冲压工艺与模具设计第6章冷挤压章冷挤压工艺与模具设计简介工艺与模具设计简介冷冲压工艺与模具设计第冷冲压工艺与模具设计第6章冷挤压章冷挤压工艺与模具设计简介工艺与模具设计简介n2.
22、冷挤压的极限变形程度冷挤压的极限变形程度n极限变形程度是指冷挤压时，在模具强度允许的条件下一次挤压所能达极限变形程度是指冷挤压时，在模具强度允许的条件下一次挤压所能达到的最大变形程度。图到的最大变形程度。图6-9为正挤压时毛坯材料硬度与极限变形程度的为正挤压时毛坯材料硬度与极限变形程度的关系。曲线由实验测得，其试验条件是：毛坯的相对高度关系。曲线由实验测得，其试验条件是：毛坯的相对高度h0/d0=1，毛坯经退火软化、表面磷皂化处理。各种常见金属材料一次挤压的极限毛坯经退火软化、表面磷皂化处理。各种常见金属材料一次挤压的极限变形程度值见表变形程度值见表6-1。其他材料及其他挤压方法的极限变形程度
23、请查阅。其他材料及其他挤压方法的极限变形程度请查阅有关资料。有关资料。冷冲压工艺与模具设计第冷冲压工艺与模具设计第6章冷挤压章冷挤压工艺与模具设计简介工艺与模具设计简介n3.影响冷挤压极限变形程度的因素影响冷挤压极限变形程度的因素n影响冷挤压极限变形程度的因素首先是模具的强度和使用寿命。冷挤压时坯料在影响冷挤压极限变形程度的因素首先是模具的强度和使用寿命。冷挤压时坯料在三向压应力状态下产生塑性变形，这种状态下的金属塑性极好，如果不是受模具三向压应力状态下产生塑性变形，这种状态下的金属塑性极好，如果不是受模具强度的限制，塑性变形可以达到很大的变形程度。如挤压低强度的有色金属，其强度的限制，塑性变
24、形可以达到很大的变形程度。如挤压低强度的有色金属，其变形程度可以高达变形程度可以高达99%。但坯料的变形程度很大时，所需的挤压力也很大，模。但坯料的变形程度很大时，所需的挤压力也很大，模具也要承受强大的挤压力。如果模具所受的挤压力超过其许可范围，则模具也会具也要承受强大的挤压力。如果模具所受的挤压力超过其许可范围，则模具也会过早磨损甚至破坏。所以，冷挤压的极限变形程度实际上受到模具的强度和使用过早磨损甚至破坏。所以，冷挤压的极限变形程度实际上受到模具的强度和使用寿命的限制。可以说，冷挤压的极限变形程度实际上是指在模具强度允许和保持寿命的限制。可以说，冷挤压的极限变形程度实际上是指在模具强度允许
25、和保持模具有一定使用寿命的条件下坯料一次挤压所能达到的最大变形程度。其次是挤模具有一定使用寿命的条件下坯料一次挤压所能达到的最大变形程度。其次是挤压金属材料的性质。被挤压金属的强度、硬度越大，单位挤压力越大，极限变形压金属材料的性质。被挤压金属的强度、硬度越大，单位挤压力越大，极限变形程度就越小；被挤压金属的硬化指数越大，极限变形程度也越小。第三是挤压方程度就越小；被挤压金属的硬化指数越大，极限变形程度也越小。第三是挤压方式。正挤压的单位挤压力小于反挤压，因此正挤压的极限变形程度大于反挤压。式。正挤压的单位挤压力小于反挤压，因此正挤压的极限变形程度大于反挤压。第四是模具的几何形状。合理的模具几
26、何形状第四是模具的几何形状。合理的模具几何形状(如正挤压时合理的凹模中心角、如正挤压时合理的凹模中心角、反挤压时合理的凸模端部锥角等反挤压时合理的凸模端部锥角等)，可以降低单位挤压力，从而提高极限变形程，可以降低单位挤压力，从而提高极限变形程度。除此之外，坯料的表面处理与润滑状态等对极限变形程度有影响，良好的表度。除此之外，坯料的表面处理与润滑状态等对极限变形程度有影响，良好的表面特性与润滑条件也能提高极限变形程度。面特性与润滑条件也能提高极限变形程度。冷冲压工艺与模具设计第冷冲压工艺与模具设计第6章冷挤压章冷挤压工艺与模具设计简介工艺与模具设计简介图6-9 黑色金属正挤压的极限变形程度 冷冲
27、压工艺与模具设计第冷冲压工艺与模具设计第6章冷挤压章冷挤压工艺与模具设计简介工艺与模具设计简介冷冲压工艺与模具设计第冷冲压工艺与模具设计第6章冷挤章冷挤压工艺与模具设计简介压工艺与模具设计简介u6.4.1常用冷挤压材料常用冷挤压材料u6.4.2冷挤压工艺对毛坯的质量要求冷挤压工艺对毛坯的质量要求u6.4.3冷挤压毛坯的准备冷挤压毛坯的准备冷冲压工艺与模具设计第冷冲压工艺与模具设计第6章冷挤章冷挤压工艺与模具设计简介压工艺与模具设计简介冷冲压工艺与模具设计第冷冲压工艺与模具设计第6章冷挤压章冷挤压工艺与模具设计简介工艺与模具设计简介n冷挤压时，金属材料塑性越好，硬度越低，含碳量越低，含硫、磷等杂
28、冷挤压时，金属材料塑性越好，硬度越低，含碳量越低，含硫、磷等杂质越少质越少(碳素钢中的硫会造成钢的热脆性，磷会造成钢的冷脆性碳素钢中的硫会造成钢的热脆性，磷会造成钢的冷脆性)，冷作，冷作硬化敏感性越弱，则对冷挤压越有利，其挤压工艺性越好。硬化敏感性越弱，则对冷挤压越有利，其挤压工艺性越好。n目前可供冷挤压的常用金属材料有：铅、锡、银、纯铝目前可供冷挤压的常用金属材料有：铅、锡、银、纯铝(L1L5)、铝合、铝合金金(LF21、LY11、LY12、LD10等等)、紫铜与无氧铜、紫铜与无氧铜(T1、T2、T3、TU1、TU2等等)、黄铜、黄铜(H62、H68等等)、锡青铜、锡青铜(QSn6.5-0.
29、1等等)、镍、镍(N1、N2等等)、锌及锌镉合金、纯铁、碳素钢、锌及锌镉合金、纯铁、碳素钢(Q195、Q215、Q235、Q255、08、10、15、20、25、30、35、40、45、50号钢等号钢等)、低、低合金钢合金钢(15Cr、20Cr、20MnB、16Mn、30CrMnSiA、12CrNiTi、35CrMnSi等等)和不锈钢和不锈钢(1Cr13、2Cr13、1Cr18Ni9Ti等等)。此外，对。此外，对于钛和某些钛合金、钽、锆合金等也可进行冷挤压，甚至对强度和硬度于钛和某些钛合金、钽、锆合金等也可进行冷挤压，甚至对强度和硬度均较高的轴承钢均较高的轴承钢GCr9、GCr15及高速钢及高
30、速钢W6Mo5Cr4V2也可进行一定变也可进行一定变形量的冷挤压加工。形量的冷挤压加工。冷冲压工艺与模具设计第冷冲压工艺与模具设计第6章冷挤压章冷挤压工艺与模具设计简介工艺与模具设计简介n冷挤压用毛坯表面应保持光洁，不能有裂纹、折叠等缺陷。否则，经挤压后将使冷挤压用毛坯表面应保持光洁，不能有裂纹、折叠等缺陷。否则，经挤压后将使上述缺陷进一步扩大而导致挤压件报废。一般要求毛坯表面粗糙度在上述缺陷进一步扩大而导致挤压件报废。一般要求毛坯表面粗糙度在Ra6.3m以下。表面越光洁，成形质量就越高。以下。表面越光洁，成形质量就越高。n毛坯的几何形状尽可能对称、规则，且两端面要保持平行。否则在单位压力很大
31、毛坯的几何形状尽可能对称、规则，且两端面要保持平行。否则在单位压力很大时，凸模可能会因受力不均而折断。在实际生产中毛坯的形状常采用如图时，凸模可能会因受力不均而折断。在实际生产中毛坯的形状常采用如图6-10所示的所示的4种。实心毛坯和空心环状毛坯，如图种。实心毛坯和空心环状毛坯，如图6-10(a)、(b)所示，适用于正挤压、所示，适用于正挤压、反挤压、复合挤压和径向挤压；如图反挤压、复合挤压和径向挤压；如图6-10(c)、(d)所示的两种毛坯是经反挤压所示的两种毛坯是经反挤压预成形制成的，主要用于空心件正挤压，特殊情况下可用于径向挤压和反挤压。预成形制成的，主要用于空心件正挤压，特殊情况下可用
32、于径向挤压和反挤压。n毛坯的外形尺寸是根据挤压前后体积不变条件计算的。如果冷挤压后还要进行切毛坯的外形尺寸是根据挤压前后体积不变条件计算的。如果冷挤压后还要进行切削加工，则计算毛坯体积还应加上修正余量，修正余量的体积一般为冷挤压件体削加工，则计算毛坯体积还应加上修正余量，修正余量的体积一般为冷挤压件体积的积的3%5%。毛坯外径一般取比凹模尺寸小。毛坯外径一般取比凹模尺寸小0.10.2mm，以便毛坯放入凹，以便毛坯放入凹模；同理，毛坯内径一般比零件内孔模；同理，毛坯内径一般比零件内孔(或芯棒或芯棒)大大0.10.2mm，但当工件内孔精，但当工件内孔精度要求很高时，毛坯内径一般取比挤压件孔径小度要
33、求很高时，毛坯内径一般取比挤压件孔径小0.010.05mm。冷冲压工艺与模具设计第冷冲压工艺与模具设计第6章冷挤压章冷挤压工艺与模具设计简介工艺与模具设计简介冷冲压工艺与模具设计第冷冲压工艺与模具设计第6章冷挤压章冷挤压工艺与模具设计简介工艺与模具设计简介n1.下料下料n毛坯的下料方法有很多种，应该根据坯料形状、精度要求、材料的利用率及生产毛坯的下料方法有很多种，应该根据坯料形状、精度要求、材料的利用率及生产现场的实际条件等因素进行选择。板形坯料主要用冲压分离现场的实际条件等因素进行选择。板形坯料主要用冲压分离(冲裁或精冲冲裁或精冲)方法，方法，棒料主要用剪切、切割等方法来下料。棒料主要用剪切
34、、切割等方法来下料。n(1)切削。在批量不大时常用车削、铣削、锯切法加工挤压毛坯。其优点是得切削。在批量不大时常用车削、铣削、锯切法加工挤压毛坯。其优点是得到的毛坯形状规则、精度较高，但生产效率较低到的毛坯形状规则、精度较高，但生产效率较低(除高速带锯锯切外除高速带锯锯切外)。n(2)剪切。剪切下料是在专用的棒料剪切机或冲剪机上进行的，也可以采用剪剪切。剪切下料是在专用的棒料剪切机或冲剪机上进行的，也可以采用剪切模在普通压力机上进行。普通的棒料剪切法下料，是在冲床上进行的，生产效切模在普通压力机上进行。普通的棒料剪切法下料，是在冲床上进行的，生产效率高，材料的利用率高，缺点是毛坯断面有塌角和断
35、裂面，这会影响到挤压件的率高，材料的利用率高，缺点是毛坯断面有塌角和断裂面，这会影响到挤压件的表面质量。表面质量。n(3)冲裁。对于板形坯料，宜用冲裁的方法加工，生产效率高，毛坯平直，但冲裁。对于板形坯料，宜用冲裁的方法加工，生产效率高，毛坯平直，但原材料的利用率较低，因为冲裁时有原材料的利用率较低，因为冲裁时有“搭边搭边”浪费。普通冲裁的落料件有缺陷，浪费。普通冲裁的落料件有缺陷，如断面有粗糙的断裂带和毛刺，要求落料后要滚光毛刺，消除断面缺陷，否则会如断面有粗糙的断裂带和毛刺，要求落料后要滚光毛刺，消除断面缺陷，否则会影响到挤压件的表面质量。用小间隙圆角凹模冲裁可以得到精度较高的毛坯，常影响
36、到挤压件的表面质量。用小间隙圆角凹模冲裁可以得到精度较高的毛坯，常用于有色金属挤压毛坯的加工。用于有色金属挤压毛坯的加工。冷冲压工艺与模具设计第冷冲压工艺与模具设计第6章冷挤压章冷挤压工艺与模具设计简介工艺与模具设计简介n2.毛坯的软化和表面处理毛坯的软化和表面处理n冷挤压毛坯在挤压之前及工序之间，大部分都需要进行软化热处理，目冷挤压毛坯在挤压之前及工序之间，大部分都需要进行软化热处理，目的是降低毛坯的硬度和强度，提高塑性，获得适合于冷挤压的金相组织，的是降低毛坯的硬度和强度，提高塑性，获得适合于冷挤压的金相组织，以利于冷挤压变形的进行。以利于冷挤压变形的进行。n润滑对冷挤压非常重要，挤压时摩
37、擦不仅影响到金属的变形及挤压件的润滑对冷挤压非常重要，挤压时摩擦不仅影响到金属的变形及挤压件的质量，而且也直接影响到单位挤压力的大小和模具的使用寿命，所以要质量，而且也直接影响到单位挤压力的大小和模具的使用寿命，所以要采用良好且可靠的润滑方法。润滑剂有液态的采用良好且可靠的润滑方法。润滑剂有液态的(如动物油、植物油、矿物如动物油、植物油、矿物油等油等)，也有固态的，也有固态的(如硬脂酸锌、硬脂酸钠、二硫化钼、石墨等如硬脂酸锌、硬脂酸钠、二硫化钼、石墨等)，它们，它们可以单独使用，也可以混合使用。可以单独使用，也可以混合使用。n对于钢的冷挤压，其单位挤压力很大对于钢的冷挤压，其单位挤压力很大(可
38、高达可高达2000MPa以上以上)，一般的，一般的涂刷润滑剂在强大的挤压力作用下极易被挤掉，无法进行生产，因此毛涂刷润滑剂在强大的挤压力作用下极易被挤掉，无法进行生产，因此毛坯的表面处理成了冷挤压工艺中的一个重要环节。坯的表面处理成了冷挤压工艺中的一个重要环节。冷冲压工艺与模具设计第冷冲压工艺与模具设计第6章冷挤压章冷挤压工艺与模具设计简介工艺与模具设计简介n不同的材料需用不同的处理方法，使表面形成特殊的支承层。碳钢和低合金钢用磷化处理不同的材料需用不同的处理方法，使表面形成特殊的支承层。碳钢和低合金钢用磷化处理(将毛坯浸在磷酸盐溶液中将毛坯浸在磷酸盐溶液中)，使其表面生成一层不溶性磷酸盐薄膜
39、。该薄膜由细小的片状，使其表面生成一层不溶性磷酸盐薄膜。该薄膜由细小的片状结晶组织构成，呈多孔状态，对润滑剂有吸附、贮存的作用，且磷酸盐薄膜与钢毛坯表面结晶组织构成，呈多孔状态，对润滑剂有吸附、贮存的作用，且磷酸盐薄膜与钢毛坯表面结合牢固，并有一定的塑性，能随毛坯基体一起变形，而且它耐磨、耐热。经过磷化处理结合牢固，并有一定的塑性，能随毛坯基体一起变形，而且它耐磨、耐热。经过磷化处理后的毛坯与模具间的摩擦阻力大大降低，毛坯表面与模具直接摩擦而引起的黏结现象也可后的毛坯与模具间的摩擦阻力大大降低，毛坯表面与模具直接摩擦而引起的黏结现象也可以避免，挤压时的变形力大为降低，挤压件的表面质量和模具的使
40、用寿命则大大提高。以避免，挤压时的变形力大为降低，挤压件的表面质量和模具的使用寿命则大大提高。n冷挤压时碳素钢的表面处理方法主要有：去除表面缺陷；清洁、去脂、洗涤；去除表面氧冷挤压时碳素钢的表面处理方法主要有：去除表面缺陷；清洁、去脂、洗涤；去除表面氧化层；磷化处理；润滑处理。前三项是为了改善毛坯的表面质量，为后二项作好准备。化层；磷化处理；润滑处理。前三项是为了改善毛坯的表面质量，为后二项作好准备。n常用的磷化处理配方如下：氧化锌常用的磷化处理配方如下：氧化锌(ZnO)2030g，磷酸，磷酸(H3PO4)2230g，硝酸，硝酸(HNO3)3040g，碳酸钠，碳酸钠(Na2CO3)46g，亚硝
41、酸钠，亚硝酸钠(NaNO2)0.10.2g，水，水(H2O)1kg。混合配制后总酸度。混合配制后总酸度5070点，游离酸度点，游离酸度35点，处理温度点，处理温度4050；处理；处理时间时间1015分钟。配制方法是先配制浓缩母液，再用分钟。配制方法是先配制浓缩母液，再用10倍的水进行稀释。倍的水进行稀释。n碳钢毛坯经磷化处理后还需进行润滑处理，润滑的方法较多，其中皂化就是一种最常用的碳钢毛坯经磷化处理后还需进行润滑处理，润滑的方法较多，其中皂化就是一种最常用的方法。皂化处理是在硬脂酸钠溶液中浸泡一段时间，使毛坯表面牢固地附上一层皂化层作方法。皂化处理是在硬脂酸钠溶液中浸泡一段时间，使毛坯表面牢
42、固地附上一层皂化层作润滑剂。此外，采用机油添加适量的二硫化钼作润滑剂，其润滑效果也很好。奥氏体不锈润滑剂。此外，采用机油添加适量的二硫化钼作润滑剂，其润滑效果也很好。奥氏体不锈钢钢(1Cr18Ni9Ti)与磷酸盐溶液不发生作用，应采用草酸盐进行表面处理；硬铝用氧化、与磷酸盐溶液不发生作用，应采用草酸盐进行表面处理；硬铝用氧化、磷化或氟硅化处理；铜及铜合金毛坯用钝化处理。这些表面处理方法与磷化处理一样能使磷化或氟硅化处理；铜及铜合金毛坯用钝化处理。这些表面处理方法与磷化处理一样能使润滑更有效、可靠。润滑更有效、可靠。n虽然磷化和皂化的方法有效性很好，但是操作工序多，生产周期长，改用专门研制的高分
43、虽然磷化和皂化的方法有效性很好，但是操作工序多，生产周期长，改用专门研制的高分子涂剂及专用配方的润滑液也可以满足冷挤压工艺的要求。子涂剂及专用配方的润滑液也可以满足冷挤压工艺的要求。冷冲压工艺与模具设计第冷冲压工艺与模具设计第6章冷挤章冷挤压工艺与模具设计简介压工艺与模具设计简介n冷挤压件的形状应尽量有利于金属的均匀变形，在冷挤压件的形状应尽量有利于金属的均匀变形，在挤出方向上流速一致。挤出方向上流速一致。n1.对称性对称性n冷挤压件的形状最好是轴对称旋转体，其次是对称冷挤压件的形状最好是轴对称旋转体，其次是对称的非旋转体，如方形、矩形、正多边形、齿形等，的非旋转体，如方形、矩形、正多边形、齿
44、形等，如图如图6-11所示。冷挤压件为非对称形时，模具受侧所示。冷挤压件为非对称形时，模具受侧向力作用，容易损坏。向力作用，容易损坏。冷冲压工艺与模具设计第冷冲压工艺与模具设计第6章冷挤章冷挤压工艺与模具设计简介压工艺与模具设计简介图6-11 对称性 冷冲压工艺与模具设计第冷冲压工艺与模具设计第6章冷挤章冷挤压工艺与模具设计简介压工艺与模具设计简介n2.断面积差断面积差n零件的不同断面上，特别是相邻断面上的断零件的不同断面上，特别是相邻断面上的断面积差设计得越小越有利。断面积差较大的面积差设计得越小越有利。断面积差较大的冷挤压件，可以通过改变成形方法，增加变冷挤压件，可以通过改变成形方法，增加
45、变形工序来获得，如图形工序来获得，如图6-12所示。所示。冷冲压工艺与模具设计第冷冲压工艺与模具设计第6章冷挤章冷挤压工艺与模具设计简介压工艺与模具设计简介冷冲压工艺与模具设计第冷冲压工艺与模具设计第6章冷挤章冷挤压工艺与模具设计简介压工艺与模具设计简介n3.断面过渡及圆角过渡断面过渡及圆角过渡n冷挤压件断面有差别时，通常应设计成从一个断面冷挤压件断面有差别时，通常应设计成从一个断面缓慢地过渡到另一个断面，避免断面的急剧变化，缓慢地过渡到另一个断面，避免断面的急剧变化，可用锥形面或中间台阶来逐步过渡，且过渡处要有可用锥形面或中间台阶来逐步过渡，且过渡处要有足够大的圆角，如图足够大的圆角，如图6
46、-13所示。所示。冷冲压工艺与模具设计第冷冲压工艺与模具设计第6章冷挤章冷挤压工艺与模具设计简介压工艺与模具设计简介图6-13 断面的合理过渡冷冲压工艺与模具设计第冷冲压工艺与模具设计第6章冷挤章冷挤压工艺与模具设计简介压工艺与模具设计简介n4.断面形状断面形状n锥形件冷挤压会产生一个有害的水平分力，故冷挤压时应先冷挤加工成锥形件冷挤压会产生一个有害的水平分力，故冷挤压时应先冷挤加工成圆筒形，然后单独镦出外部锥体或切削加工出内锥体；阶梯形件适宜于圆筒形，然后单独镦出外部锥体或切削加工出内锥体；阶梯形件适宜于正挤压或减径挤压，但差异很小的阶梯冷挤压则不经济，阶梯之间的尺正挤压或减径挤压，但差异很
47、小的阶梯冷挤压则不经济，阶梯之间的尺寸相差很小，最好挤成大阶梯形或简单空心件，然后切削出来；冷挤压寸相差很小，最好挤成大阶梯形或简单空心件，然后切削出来；冷挤压直径过小的孔或槽是很困难的，也是不经济的，应尽量避免，若零件要直径过小的孔或槽是很困难的，也是不经济的，应尽量避免，若零件要求有小孔或窄槽，在冷挤压时可以不考虑挤出，而在挤压成形后，通过求有小孔或窄槽，在冷挤压时可以不考虑挤出，而在挤压成形后，通过钻、铣或电火花加工等方法加工出来。钻、铣或电火花加工等方法加工出来。n5.挤压压余厚度挤压压余厚度n挤压的压余厚度不宜过小，否则会使单位挤压力急剧增大，并且容易产挤压的压余厚度不宜过小，否则会
48、使单位挤压力急剧增大，并且容易产生如缩孔等的挤压缺陷。生如缩孔等的挤压缺陷。冷冲压工艺与模具设计第冷冲压工艺与模具设计第6章冷挤章冷挤压工艺与模具设计简介压工艺与模具设计简介u6.6.1影响挤压力的主要因素影响挤压力的主要因素u6.6.2冷挤压力的确定和压力机的选择冷挤压力的确定和压力机的选择冷冲压工艺与模具设计第冷冲压工艺与模具设计第6章冷挤章冷挤压工艺与模具设计简介压工艺与模具设计简介n冷挤压时由于材料是在冷态下成形，而且变形量一般都很大，冷挤压时由于材料是在冷态下成形，而且变形量一般都很大，挤压过程中作用在模具上的单位压力很大，尤其是钢材等高挤压过程中作用在模具上的单位压力很大，尤其是钢
49、材等高强度材料的冷挤压，挤压力达到甚至超过强度材料的冷挤压，挤压力达到甚至超过2000MPa，此时，此时模具有开裂破坏的可能，对压力机也构成威胁，因此冷挤压模具有开裂破坏的可能，对压力机也构成威胁，因此冷挤压时要进行挤压力的计算。挤压力的计算是模具设计的重要依时要进行挤压力的计算。挤压力的计算是模具设计的重要依据，也是选择挤压设备的依据。据，也是选择挤压设备的依据。冷冲压工艺与模具设计第冷冲压工艺与模具设计第6章冷挤压章冷挤压工艺与模具设计简介工艺与模具设计简介n影响单位挤压力的因素很多，材料的力学性能、变形程度、变形速度、影响单位挤压力的因素很多，材料的力学性能、变形程度、变形速度、毛坯的几
50、何形状、模具的几何形状、摩擦与润滑、变形方式等都影响挤毛坯的几何形状、模具的几何形状、摩擦与润滑、变形方式等都影响挤压力。压力。n1.挤压金属的力学性能挤压金属的力学性能n强度指标和硬化指数越大，材料变形抗力也越大；钢的含碳量越高，其强度指标和硬化指数越大，材料变形抗力也越大；钢的含碳量越高，其变形抗力越大；金属材料纯度越高，其变形抗力越小。变形抗力越大；金属材料纯度越高，其变形抗力越小。n2.变形程度变形程度n正挤压单位压力随变形程度的增加而增加；反挤压单位压力先降后升，正挤压单位压力随变形程度的增加而增加；反挤压单位压力先降后升，在断面缩减率达在断面缩减率达40%50%时单位压力最低，当断