《冷冲压工艺与模具设计》第6章：冷挤压工艺与模具设计简介课件

单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级, 冷挤压工艺与模具设计简介,（时间：2次课，4 学时）,第6章 冷挤压工艺与模具设计简介 （时间：2次课，4 学,1,第6章 冷挤压工艺与模具设计简介,教学目标：,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多相似之处。,第6章 冷挤压工艺与模具设计简介教学目标：,2,第6章 冷挤压工艺与模具设计简介,教学重点和难点：,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。,第6章 冷挤压工艺与模具设计简介教学重点和难点：,3,第6章 冷挤压工艺与模具设计简介,案例导入：,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。,第6章 冷挤压工艺与模具设计简介案例导入：,4,第6章 冷挤压工艺与模具设计简介,冷挤压汽车零件,第6章 冷挤压工艺与模具设计简介冷挤压汽车零件,5,第6章 冷挤压工艺与模具设计简介,冷挤压花键,第6章 冷挤压工艺与模具设计简介冷挤压花键,6,第6章 冷挤压工艺与模具设计简介,冷挤压高强度螺母,第6章 冷挤压工艺与模具设计简介冷挤压高强度螺母,7,第6章 冷挤压工艺与模具设计简介,冷挤压高强度螺栓,第6章 冷挤压工艺与模具设计简介冷挤压高强度螺栓,8,第6章 冷挤压工艺与模具设计简介,6.1 冷挤压的主要特点,6.2 冷挤压工艺的分类,6.3 冷挤压的变形分析,6.4 冷挤压材料,6.5 冷挤压件的结构工艺性,6.6 冷 挤 压 力,6.7 冷挤压模具,第6章 冷挤压工艺与模具设计简介6.1 冷挤压的主要特点,9,6.1 冷挤压的主要特点,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)下，通过强大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，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。,(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IT8IT9，表面粗糙度可达,R,a3.20.4m；冷挤压后材料产生冷作硬化，零件内部的纤维组织连续，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(产生应力腐蚀)。,(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，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。,(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2000MPa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。,(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。,(5)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(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。,6.1 冷挤压的主要特点冷挤压是指坯料在冷态(变形温度低于,10,6.2 冷挤压工艺的分类,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。,(1)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。,(2)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。,(3)复合挤压：一部分被挤金属的流动方向与加压方向相同，一部分与加压方向相反，如图6-3(a)所示。,(4)径向挤压：被挤金属的流动方向与加压方向相垂直，金属在模具中作径向流动，如图6-3(b)所示。,(5)减径挤压：也称“开式挤压”或“无约束正挤压”，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。,6.2 冷挤压工艺的分类 根据被挤金属的流动方向与加压方向,11,6.2 冷挤压工艺的分类,图6-1 正挤压,6.2 冷挤压工艺的分类 图6-1 正挤压,12,6.2 冷挤压工艺的分类,图6-2 反挤压,6.2 冷挤压工艺的分类 图6-2 反挤压,13,6.2 冷挤压工艺的分类,(a),(b),图6-3 复合挤压与径向挤压,6.2 冷挤压工艺的分类 (a) (b) 图6-3 复合,14,6.2 冷挤压工艺的分类,图6-4 减径挤压,6.2 冷挤压工艺的分类 图6-4 减径挤压,15,6.3 冷挤压的变形分析,6.3.1 冷挤压的应力与应变状态,6.3.2 冷挤压的变形程度,6.3 冷挤压的变形分析 6.3.1 冷挤压的应力与应变,16,6.3 冷挤压的变形分析,6.3 冷挤压的变形分析,17,6.3.1 冷挤压的应力与应变状态,1.正挤压,正挤压时坯料大致分为4个区：待变形区1、变形区2、死区3、已变形区4。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，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压，其应变状态是两向收缩、一向伸长，如图6-5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。,6.3.1 冷挤压的应力与应变状态 1.正挤压,18,6.3.1 冷挤压的应力与应变状态,图6-5 正挤压变形的分区及变形区应力与应变状态图,6.3.1 冷挤压的应力与应变状态 图6-5 正挤压变形,19,6.3.1 冷挤压的应力与应变状态,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6-6(c)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严重，死区也相应比较大。,6.3.1 冷挤压的应力与应变状态 正挤压实心件的金属流动,20,6.3.1 冷挤压的应力与应变状态,6.3.1 冷挤压的应力与应变状态,21,6.3.1 冷挤压的应力与应变状态,2.反挤压,如图6-7(a)所示为高度大于直径的毛坯反挤压。在稳定变形中，区为不参与变形的粘滞区(死区)，区为强烈变形区，区为已变形区，该区材料不再继续变形，仅以刚性平移的形式向上移动，如图6-7(b)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6-7(c)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，如仪表罩壳、万向节、轴承套等。,6.3.1 冷挤压的应力与应变状态 2.反挤压,22,6.3.1 冷挤压的应力与应变状态,6.3.1 冷挤压的应力与应变状态,23,6.3.1 冷挤压的应力与应变状态,3. 复合挤压,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(分流面)。分流面位置影响两端金属的相对挤出量，但由于受到零件形状及变形条件(如模具结构、摩擦与润滑等)的影响，分流面较难确定具体位置。图6-8为复合挤压的变形网格示意图，此法可以制造双杯类零件、杯杆类零件和杆类零件。,6.3.1 冷挤压的应力与应变状态 3. 复合挤压,24,6.3.1 冷挤压的应力与应变状态,6.3.1 冷挤压的应力与应变状态,25,6.3.2 冷挤压的变形程度,6.3.2 冷挤压的变形程度,26,6.3.2 冷挤压的变形程度,2.冷挤压的极限变形程度,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6-9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,h,0/,d,0,=,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请查阅有关资料。,6.3.2 冷挤压的变形程度 2.冷挤压的极限变形程度,27,6.3.2 冷挤压的变形程度,3.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。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、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。,6.3.2 冷挤压的变形程度 3.影响冷挤压极限变形程度,28,6.3.2 冷挤压的变形程度,图6-9 黑色金属正挤压的极限变形程度,6.3.2 冷挤压的变形程度 图6-9 黑色金属正挤压的,29,6.3.2 冷挤压的变形程度,6.3.2 冷挤压的变形程度,30,6.4 冷挤压材料,6.4.1 常用冷挤压材料,6.4.2 冷挤压工艺对毛坯的质量要求,6.4.3 冷挤压毛坯的准备,6.4 冷挤压材料 6.4.1 常用冷挤压材料,31,6.4 冷挤压材料,6.4 冷挤压材料,32,6.4.1 常用冷挤压材料,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(碳素钢中的硫会造成钢的热脆性，磷会造成钢的冷脆性)，冷作硬化敏感性越弱，则对冷挤压越有利，其挤压工艺性越好。,目前可供冷挤压的常用金属材料有：铅、锡、银、纯铝(L1L5)、铝合金(LF21、LY11、 LY12、LD10等)、紫铜与无氧铜(T1、T2、T3、TU1、TU2等)、黄铜(H62、H68等)、锡青铜(QSn6.5-0.1等)、镍(N1、N2等)、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)、低合金钢(15Cr、20Cr、20MnB、16Mn、30CrMnSiA、12CrNiTi、35CrMnSi等)和不锈钢(1Cr13、2Cr13、1Cr18Ni9Ti等)。此外，对于钛和某些钛合金、钽、锆合金等也可进行冷挤压，甚至对强度和硬度均较高的轴承钢GCr9、GCr15及高速钢W6Mo5Cr4V2也可进行一定变形量的冷挤压加工。,6.4.1 常用冷挤压材料 冷挤压时，金属材料塑性越好，硬,33,6.4.2 冷挤压工艺对毛坯的质量要求,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,R,a6.3m以下。表面越光洁，成形质量就越高。,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6-10所示的4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、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。,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积的3%5%。毛坯外径一般取比凹模尺寸小 0.10.2mm，以便毛坯放入凹模；同理，毛坯内径一般比零件内孔(或芯棒)大0.10.2mm，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0.010.05mm。,6.4.2 冷挤压工艺对毛坯的质量要求 冷挤压用毛坯表面应,34,6.4.2 冷挤压工艺对毛坯的质量要求,6.4.2 冷挤压工艺对毛坯的质量要求,35,6.4.3 冷挤压毛坯的准备,1.下料,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(冲裁或精冲)方法，棒料主要用剪切、切割等方法来下料。,(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)。,(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裂面，这会影响到挤压件的表面质量。,(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，但原材料的利用率较低，因为冲裁时有“搭边”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，常用于有色金属挤压毛坯的加工。,6.4.3 冷挤压毛坯的准备 1.下料,36,6.4.3 冷挤压毛坯的准备,2.毛坯的软化和表面处理,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，以利于冷挤压变形的进行。,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、矿物油等)，也有固态的(如硬脂酸锌、硬脂酸钠、二硫化钼、石墨等)，它们可以单独使用，也可以混合使用。,对于钢的冷挤压，其单位挤压力很大(可高达2000MPa以上)，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，因此毛坯的表面处理成了冷挤压工艺中的一个重要环节。,6.4.3 冷挤压毛坯的准备 2.毛坯的软化和表面处理,37,6.4.3 冷挤压毛坯的准备,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)，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。,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。,常用的磷化处理配方如下：氧化锌(ZnO)2030g，磷酸(H3PO4)2230g，硝酸(HNO3) 3040g，碳酸钠(Na2CO3)46g，亚硝酸钠(NaNO2)0.1 0.2g，水(H2O)1kg。混合配制后总酸度5070点，游离酸度35点，处理温度4050；处理时间1015分钟。配制方法是先配制浓缩母液，再用10倍的水进行稀释。,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(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、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。,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。,6.4.3 冷挤压毛坯的准备 不同的材料需用不同的处理方法,38,6.5 冷挤压件的结构工艺性,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。,1. 对称性,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，如图6-11所示。冷挤压件为非对称形时，模具受侧向力作用，容易损坏。,6.5 冷挤压件的结构工艺性 冷挤压件的形状应尽量有利于金,39,6.5 冷挤压件的结构工艺性,图6-11 对称性,6.5 冷挤压件的结构工艺性 图6-11 对称性,40,6.5 冷挤压件的结构工艺性,2. 断面积差,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。断面积差较大的冷挤压件，可以通过改变成形方法，增加变形工序来获得，如图6-12所示。,6.5 冷挤压件的结构工艺性 2. 断面积差,41,6.5 冷挤压件的结构工艺性,6.5 冷挤压件的结构工艺性,42,6.5 冷挤压件的结构工艺性,3. 断面过渡及圆角过渡,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，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6-13所示。,6.5 冷挤压件的结构工艺性 3. 断面过渡及圆角过渡,43,6.5 冷挤压件的结构工艺性,图6-13 断面的合理过渡,6.5 冷挤压件的结构工艺性 图6-13 断面的合理过渡,44,6.5 冷挤压件的结构工艺性,4. 断面形状,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。,5. 挤压压余厚度,挤压的压余厚度不宜过小，否则会使单位挤压力急剧增大，并且容易产生如缩孔等的挤压缺陷。,6.5 冷挤压件的结构工艺性 4. 断面形状,45,6.6 冷 挤 压 力,6.6.1 影响挤压力的主要因素,6.6.2 冷挤压力的确定和压力机的选择,6.6 冷 挤 压 力 6.6.1 影响挤压力的主要因素,46,6.6 冷 挤 压 力,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，尤其是钢材等高强度材料的冷挤压，挤压力达到甚至超过2000MPa，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。,6.6 冷 挤 压 力 冷挤压时由于材料是在冷态下成形，而,47,6.6.1 影响挤压力的主要因素,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。,1. 挤压金属的力学性能,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。,2. 变形程度,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40%50%时单位压力最低，当断面收缩率大于50%时，单位压力将随变形程度的增加而增加，如图6-14所示。,6.6.1 影响挤压力的主要因素影响单位挤压力的因素很多，,48,6.6.1 影响挤压力的主要因素,图6-14 变形程度与单位挤压力的关系,6.6.1 影响挤压力的主要因素图6-14 变形程度与单,49,6.6.1 影响挤压力的主要因素,3. 模具的几何形状,模具的几何形状对单位挤压力影响较大，影响最显著的是正挤压时的凹模锥角和反挤压时凸模的形状。挤压力最小的正挤压凹模合理锥角为,=(4066)。但是，在生产实际中较多使用,=(90 126)，因为凹模锥角较小时、挤压件的锥角部位加长，造成挤后的切削余量增多，浪费工时也浪费材料。但锥角过大，又会导致挤压变形的死区加大。另外，凹模的工作带长度一般为24mm，过渡部分均用圆角连接。反挤压时凸模的形状对反挤压单位压力也有明显的影响，在其他条件相同的情况下，头部为半球形的凸模比有锥度的锥台式凸模单位挤压力要小；锥度小的锥台式凸模又比锥度大的锥台式凸模单位挤压力要小；平底式凸模的单位挤压力最大。,4. 坯料的相对高度,坯料的相对高度,h,0,/d,0反映了工件与模具之间的摩擦阻力关系。一般正挤压时，随着坯料相对高度的增加单位挤压力也增大；反挤压时，若,h,0,/d,01，则单位挤压力随相对高度的增大而增加，若,h,0,/d,01，则单位挤压力不再随相对高度的增加而增大，而是基本保持不变。,6.6.1 影响挤压力的主要因素3. 模具的几何形状,50,6.6.1 影响挤压力的主要因素,5. 变形方式,某些零件的成形加工，往往可以采用多种不同的挤压方式，而且不同的方式其挤压力也不同。例如杆形件，既可以采用正挤压成形，也可采用反挤压成形。从减小挤压力(并非单位挤压力)角度出发，杆形件以采用反挤压为宜(摩擦阻力更小)。但实际多采用正挤压，因为其生产操作方便。,6. 润滑,摩擦越大，单位挤压力越大，因此，生产实际中大都采用较好的润滑方法。良好、可靠的润滑可以有效地减小挤压力。,6.6.1 影响挤压力的主要因素5. 变形方式,51,6.6.2 冷挤压力的确定和压力机的选择,确定冷挤压力的方法很多，但要精确计算冷挤压力的大小目前还没有完善的理论基础及计算公式。目前常用的有近似计算法和图算法等，其中以图算法较为简便。图算法是假设挤压变形过程接近于一个均衡的变形过程，并且是在毛坯经过退火软化、表面磷化和润滑处理的条件下建立的。图算法考虑到挤压件的形状、挤压方式、材料性能、变形程度、模具工作部分的几何形状、毛坯的相对高度等主要因素的影响。限于篇幅这里不作详细介绍，具体的方法请参阅有关资料。,对于冷挤压，在选择压力机时除有与其他冲压工艺同样的要求外，还需要注意以下几个问题。,(1)冷挤压工艺所需的压力应当低于所选择压力机的名义吨位。由于冷挤压所需的工作行程大，“压力-行程”曲线图中压力的变化比较平稳，因此除了校核压力机的名义吨位以外，还应将其“压力-行程”曲线图与压力机的许用负荷曲线图进行对比校核。,(2)压力机要有较好的刚性与导向精度。压力机的刚性与导向精度影响冷挤压模具上下模的同轴度与垂直度，影响模具的使用寿命。,(3)压力机最好有过载保护装置。,(4)最好在压力机上备有顶出装置。,(5)可以采用冷挤压压力机(机械传动式或液压传动式)、通用机械压力机、通用液压机进行冷挤压生产，也可以在摩擦压力机上进行冷挤压。,6.6.2 冷挤压力的确定和压力机的选择 确定冷挤压力的方,52,6.7 冷挤压模具,冷挤压加工时变形抗力很大，接近甚至超过模具材料的强度，因此挤压模具必须适应冷挤压的工艺要求：模具材料要有极高的强度、硬度和耐磨性，足够的冲击韧性，有一定的回火稳定性。模具的工作部分的几何形状、尺寸参数及表面粗糙度要有利于金属材料的塑性变形和减少挤压力；模具的结构要有良好的导向装置以确保挤压件的精度，且易于拆卸、更换、安装及有一定的通用性。,冷挤压模具与一般冷冲模相比，工作时所受的压力大得多，因而在强度、刚度和耐磨性等方面的要求都较高。冷挤模不同于冷冲模的地方主要有如下几个方面。,(1)凹模一般为组合式(凸模也有组合式)结构。,(2)上、下模板更厚，材料选择得更好，满足模具的强度要求。,(3)导柱直径尺寸较大，满足模具的刚度要求。,(4)工作零件尾部位置均加有淬硬的垫板。,(5)模具易损件的更换、拆卸更方便。,6.7 冷挤压模具 冷挤压加工时变形抗力很大，接近甚至超过,53,6.7 冷挤压模具,冷挤压凹模的型式分整体式凹模和组合式凹模两大类。组合凹模又分预应力组合凹模和分割型组合凹模。整体式凹模加工方便，但强度低，在凹模内孔转角处有严重的应力集中现象，容易开裂。为了消除整体式凹模转角处的应力集中，可将整体式凹模在内孔转角处剖分为两部分，即为分割式组合凹模。分割式组合凹模又分为横向分割式和纵向分割式。,冷挤压时，凹模内壁承受着极大的压力，挤压黑色金属时，凹模内壁的单位压力高达15002500MPa，在这样高的内壁压力下，单靠增加凹模的厚度已不能防止凹模沿纵向开裂，而在凹模的外壁上套装具有一定过盈量的预应力套，可以提高凹模的整体强度，这种凹模称为预应力组合凹模(简称组合凹模)。预应力组合凹模将凹模分层，使外层(压套)与内层(凹模)过盈装配并对内层产生很大的预加压力，在同样外形尺寸(包括外套在内的整个组合凹模外形尺寸)和相同内腔尺寸的条件下，其强度要比单层(即整体式)凹模的强度大得多，而且也节省了模具钢。但它增加了凹模加工的工作量和难度，主要表现在压合面的加工和装配上。预应力组合凹模的压合一般采用加热压合(俗称红套)及在室温下用压机冷压合两种方法。对于冷压合来说，压合角一般采用 130，最大不宜超过3，否则在使用过程中各圈容易松脱。压合时，各圈的压合顺序原则上应由外向内压，即先将中圈压入外圈后，再将内圈压入。拆卸时顺序刚好相反。加热压合是先将外圈加热后再套到内圈上，利用热胀冷缩原理使外圈在冷却后将内圈压紧，由于外圈需要加热，所以这种方式又称为“红套”。压合后凹模内腔直径会缩小，必须对之进行修正。预应力组合凹模广泛应用于钢铁材料的冷挤压。,6.7 冷挤压模具 冷挤压凹模的型式分整体式凹模和组合式凹,54,6.7 冷挤压模具,如图6-15所示为一套微型电机转子的正挤压模，图右侧为挤压毛坯图及挤压工件图。该模具的凹模采用镶拼结构，并采用一层预应力套。顶件采用橡皮顶件装置，挤出时由压杆10通过推杆31将橡皮压缩使顶杆4不影响金属流动。上模装有行程限止块9，以控制模具闭合高度，保证9.5的工件尺寸。,如图6-16所示为一套铝质材料的复合挤压模。模具工作时，将毛坯放在凹模口9内，上模下行，凸模36挤压金属使之向上、下两个方向流动，当下方金属接触到顶杆时已充满凹模9，金属只能向上流动而使工件成形。挤压结束，上模上行，上模的拉杆15通过轴销13拉动杆套5、托板3将顶杆4、8提起，从而将工件顶出凹模。如若工件套在凸模上，当凸模上行时，卸件块19便将工件刮下。,6.7 冷挤压模具 如图6-15所示为一套微型电机转子的正,55,6.7 冷挤压模具,图6-15 电机转子正挤压模,1下模座；2内六角螺钉；3垫板；4顶杆；5、22导柱；6、21导套；7上模座；8导向套；9行程限止块；10压杆；11凸模；12垫块；13模柄；14、17、20、26圆柱销；15、16、19内六角螺钉；18凸模固定板；23预应力套；24凹模；25凹模镶块；27弹顶圈；28橡皮；29六角螺母；30双头螺钉；31推杆；32下垫板,6.7 冷挤压模具 图6-15 电机转子正挤压模,56,6.7 冷挤压模具,图6-16 复合挤压模,1内六角螺钉；2圆柱销；3托板；4顶杆；5拉杆套；6下模座；7弹簧；8顶杆；9凹模10定位套；11左导柱；,12螺母；13圆柱销；14圆螺母；15拉杆；16沉头螺钉；17压板18钢丝圈；19卸件块；20左导套；,21螺纹套；22固定板；23上模座；24垫板；25紧套26垫块；27模柄；28圆柱销；29内六角螺钉；30卸件架；,31带肩螺钉；32弹簧；33右导套；34右导柱；35螺纹环；36凸模；37垫块；38六角螺母,6.7 冷挤压模具 图6-16 复合挤压模,57,Q & A?Thanks!,Q & A?Thanks!,58,