精密擠壓-精密熱加工教學(xué)課件

精密擠壓精密擠壓1內(nèi)容簡介概述分類、基本原理特點(diǎn)和應(yīng)用范圍冷擠壓工藝金屬流動(dòng)規(guī)律應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)變形力計(jì)算冷擠壓工藝（毛坯制備、工藝工序分析和許用變形程度）工藝方案制定擠壓模具設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)注意問題結(jié)構(gòu)組成工作部分設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)例分析內(nèi)容簡介概述2概述擠壓是將金屬毛坯放入擠壓模具模腔內(nèi)，在強(qiáng)大的壓力和一定的速度條件下，迫使金屬從模腔中擠出，從而獲得所需形狀、尺寸以及具有一定力學(xué)性能的擠壓件。顯然，擠壓加工是靠模具來控制金屬流動(dòng)，靠金屬體積的大量轉(zhuǎn)移來成形零件。擠壓種類及基本方法按毛坯的溫度不同分類冷擠壓:在室溫下對(duì)毛坯進(jìn)行擠壓。溫?cái)D壓:將毛坯加熱到金屬再結(jié)晶溫度下某個(gè)適合的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行擠壓。其變形實(shí)質(zhì)與冷擠壓基本相同，基本保持冷擠壓變形的顯著特點(diǎn)。熱擠壓:將毛坯加熱到一般熱鍛溫度范圍內(nèi)進(jìn)行擠壓。概述擠壓是將金屬毛坯放入擠壓模具模腔內(nèi)，在強(qiáng)大的壓3按毛坯材料種類不同分類有色金屬及其合金擠壓。黑色金屬及其合金擠壓。擠壓的成形速度范圍很廣，它既可在專用擠壓設(shè)備上進(jìn)行，也可在曲柄式機(jī)械壓力機(jī)、液壓機(jī)、螺旋壓力機(jī)及高速錘上進(jìn)行。但冷擠壓的速度不能過高，熱擠壓的速度不能過低。按毛坯材料種類不同分類4冷鍛溫?zé)徨懹绊懩＞邏勖驂毫C(jī)要求特性影響模具壽命原因壓力機(jī)要求特性正擠壓磨耗平均加壓速度低變形或磨耗加壓速度快反擠法淺擠壓磨耗或破損接觸速度低變形或磨耗反擠法深擠壓磨耗或破損平均加壓速度低,下止點(diǎn)附近的加壓速度低變形或磨耗冷鍛溫?zé)徨懹绊懩＞邏勖驂毫C(jī)要求5擠壓的基本方法根據(jù)擠壓時(shí)金屬流動(dòng)方向與凸模運(yùn)動(dòng)方向之間的關(guān)系，將常見的擠壓方法分為如下幾種：(1)正擠壓

擠壓時(shí)，金屬的流動(dòng)方向與凸模的運(yùn)動(dòng)方向一致。正擠壓又分為實(shí)心件正擠壓(圖a)和空心件正擠壓(圖b)。擠壓件的斷面形狀可以是圓形、橢圓形、扇形、矩形或棱柱形，也可以是非對(duì)稱的等斷面擠壓件和型材。擠壓的基本方法6(2)反擠壓擠壓時(shí)，金屬的流動(dòng)方向與凸模的運(yùn)動(dòng)方向相反。適用于制造斷面為圓形、方形、長方形、“山”形、多層圓和多格盒形的空心件。(2)反擠壓7復(fù)合擠壓(3)復(fù)合擠壓擠壓時(shí)，毛坯一部分金屬的流動(dòng)方向與凸模的運(yùn)動(dòng)方向相同，另一部分金屬的流動(dòng)方向與凸模運(yùn)動(dòng)方向相反。復(fù)合擠壓適合于制造杯桿類零件。復(fù)合擠壓(3)復(fù)合擠壓8(4)徑向擠壓擠壓時(shí)，金屬的流動(dòng)方向與凸模的運(yùn)動(dòng)方向垂直。徑向擠壓又分為分流式和匯集式徑向擠壓兩種。徑向擠壓適用于制造十字軸、T形接頭、小模數(shù)的直齒和斜齒輪等。(4)徑向擠壓9鐓擠復(fù)合成形(5)鐓擠復(fù)合法將局部鐓粗和擠壓結(jié)合在一起的加工方法。該法主要用于制造帶法蘭的空心桿類零件。

鐓擠復(fù)合成形(5)鐓擠復(fù)合法10擠壓特點(diǎn)及應(yīng)用范圍冷擠壓特點(diǎn)及應(yīng)用范圍采用冷擠壓加工可以降低原材料消耗，材料利用率高達(dá)70%～80%。在冷擠壓中，毛坯金屬處于三向壓應(yīng)力狀態(tài)，有利于提高金屬材料的塑性且經(jīng)擠壓后金屬材料的晶粒組織更加細(xì)小而密實(shí)；金屬流線不被切斷加上所產(chǎn)生的加工硬化特性，可使冷擠壓件的強(qiáng)度大為提高；可以獲得較高的尺寸精度和較低的表面粗糙度。目前，冷擠壓已在機(jī)械、汽車、儀表、電器、輕工、宇航、船舶、軍工等工業(yè)部門得到較為廣泛的應(yīng)用。擠壓特點(diǎn)及應(yīng)用范圍冷擠壓特點(diǎn)及應(yīng)用范圍11溫?cái)D壓特點(diǎn)及應(yīng)用范圍溫?cái)D壓與冷擠壓相比，擠壓力大為減少；與熱擠壓相比，加熱時(shí)的氧化、脫碳都比較少，產(chǎn)品的尺寸精度高，且力學(xué)性能基本上接近冷擠壓件?？梢?，溫?cái)D壓綜合體現(xiàn)了冷、熱擠壓的優(yōu)點(diǎn)，避免了它們的缺點(diǎn)，因此，正在得到迅速發(fā)展。溫?cái)D壓特點(diǎn)及應(yīng)用范圍12熱擠壓特點(diǎn)及應(yīng)用范圍熱擠壓時(shí)，由于毛坯加熱至一般的始鍛溫度，材料的變形抗力大為降低。因此，它不僅適用于有色金屬及其合金銅、低碳鋼、中碳鋼，而且也可以成形高碳鋼、高合金結(jié)構(gòu)鋼、不銹鋼、工模具鋼、耐熱鋼等。但由于加熱時(shí)產(chǎn)生氧化、脫碳和熱脹冷縮大等缺陷，必會(huì)降低產(chǎn)品的尺寸精度和表面質(zhì)量。

所以，它一般用于鍛造毛坯精化和預(yù)成形。熱擠壓特點(diǎn)及應(yīng)用范圍13當(dāng)然，冷、熱擠壓也均有一些缺點(diǎn)。冷擠壓單位壓力大，熱擠壓單位壓力較小，但因毛坯表面的氧化皮增大了接觸面上的摩擦阻力，導(dǎo)致模具使用壽命不高。但隨著模具材料、設(shè)計(jì)方法及潤滑等配套技術(shù)的進(jìn)步，擠壓工藝的優(yōu)越性必將得到充分發(fā)揮。當(dāng)然，冷、熱擠壓也均有一些缺點(diǎn)。冷擠壓單位壓力大，熱擠壓單位14冷擠壓工藝一、各種擠壓方法的金屬流動(dòng)規(guī)律為了搞清楚各種擠壓方法的金屬流動(dòng)情況，可以采用坐標(biāo)網(wǎng)格法、視塑性法、光塑性法、密柵云紋法等實(shí)驗(yàn)研究方法和上限元法、有限元法等數(shù)值計(jì)算方法。下面采用簡便的坐標(biāo)網(wǎng)格法來分析各種擠壓方法的金屬流動(dòng)情況。

冷擠壓工藝一、各種擠壓方法的金屬流動(dòng)規(guī)律151.正擠壓實(shí)心件的金屬流動(dòng)情況為了了解正擠壓實(shí)心件的金屬流動(dòng)情況，可將圓柱體毛坯切成兩塊。在其中的一塊剖面上刻上5mm×5mm～20mm×20mm的正方形網(wǎng)格，將拼合面涂上潤滑油，再與另一塊拼合在一起放入擠壓凹模模腔內(nèi)進(jìn)行正擠壓。當(dāng)擠壓至某一時(shí)刻時(shí)停止擠壓，取出試件，將試件沿剖分面分開，此時(shí)可以觀察到坐標(biāo)網(wǎng)格的變化情況。由圖中坐標(biāo)網(wǎng)格的變化情況，可以對(duì)金屬流動(dòng)情況作分析。毛坯上的坐標(biāo)網(wǎng)格正擠壓實(shí)心件的網(wǎng)格變化情況1.正擠壓實(shí)心件的金屬流動(dòng)情況毛坯上的坐標(biāo)網(wǎng)格正擠壓161)橫向坐標(biāo)線在出口處發(fā)生了較大的彎曲，且中間部分彎曲更劇烈，這是由于凹模與被擠壓毛坯表面之間存在著接觸摩擦，使金屬在流動(dòng)時(shí)外層滯后于中層的緣故。被擠毛坯的端部橫向坐標(biāo)線彎曲不大，這是由于該部分金屬原來就處在凹模出口附近，擠壓時(shí)迅速向外擠出，受摩擦影響較小，橫向坐標(biāo)線的間距從擠出部分端部開始逐漸增加，即來l3>l2>l1，這說明擠出金屬的縱向拉伸變形愈來愈大；而當(dāng)達(dá)到某定值l5時(shí)，間距l(xiāng)5不再變化，說明此時(shí)的變形已處于穩(wěn)定狀態(tài)。

1)橫向坐標(biāo)線在出口處發(fā)生了較大的彎曲，且中間部分彎曲更劇烈172)縱向坐標(biāo)線擠壓后也發(fā)生了較大的彎曲。如果把開始向內(nèi)傾斜的點(diǎn)連成I—I線，把開始向外傾斜的點(diǎn)連成Ⅱ—Ⅱ線。I—I線與Ⅱ—Ⅱ線之間所構(gòu)成的區(qū)域?yàn)閯×易冃螀^(qū)。I—I線以左或Ⅱ—Ⅱ線以右坐標(biāo)線基本上不變化，說明在這些區(qū)域內(nèi)金屬不發(fā)生塑性變形，只作剛性平移。2)縱向坐標(biāo)線擠壓后也發(fā)生了較大的彎曲。如果把開始向內(nèi)傾斜的183)正方形網(wǎng)格經(jīng)過出口以后，變成了平行四邊形，這說明金屬除發(fā)生拉伸變形以外，還有剪切變形。愈接近外層，剪切角愈大，即γ2>γ3，這是由于外層金屬受到摩擦阻力的影響較大使得內(nèi)外層的金屬流動(dòng)存在著較大差異的緣故。剛開始擠出端部剪切角較小，以后逐漸增大，即γ2>γ3，這是由于剛開始擠壓時(shí)，受摩擦影響較小的緣故，當(dāng)進(jìn)入穩(wěn)定變形狀態(tài)以后，相應(yīng)處的剪切角保持不變。精密擠壓-精密熱加工教學(xué)課件194)凹模出口轉(zhuǎn)角D處，在擠壓過程中形成不流動(dòng)的“死區(qū)”?！八绤^(qū)”的大小受摩擦阻力、凹模形狀與尺寸等因素的影響，當(dāng)摩擦阻力越大、凹模錐角越大時(shí)，則“死區(qū)”也越大。精密擠壓-精密熱加工教學(xué)課件20從上述分析可以看出，正擠壓實(shí)心件的變形特點(diǎn)是：金屬進(jìn)入I—I至Ⅱ—Ⅱ線之間的區(qū)域時(shí)才發(fā)生變形，此區(qū)稱為劇烈變形區(qū)。進(jìn)入此區(qū)以前或離開此區(qū)以后，金屬幾乎不變形，僅作剛性平移。在變形區(qū)內(nèi)，金屬的流動(dòng)是不均勻的，中心層流動(dòng)快，外層流動(dòng)慢；而當(dāng)進(jìn)入穩(wěn)定變形階段以后，不均勻變形的程度是相同的。在凹模出口轉(zhuǎn)角處會(huì)產(chǎn)生程度不同的金屬“死區(qū)”。從上述分析可以看出，正擠壓實(shí)心件的變形特點(diǎn)是：金屬進(jìn)入I—I212．正擠壓空心件的金屬流動(dòng)情況毛坯除了受凹模工作表面的接觸摩擦影響外，還受到心棒表面接觸摩擦的影響，因而毛坯上的橫向坐標(biāo)線向后彎曲，不再有產(chǎn)生超前流動(dòng)的中心區(qū)域，這說明正擠壓空心件的金屬流動(dòng)比正擠壓實(shí)心件均勻一些。在進(jìn)入穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)，劇烈變形區(qū)也是集中在凹模錐孔附近高度很小的范圍內(nèi)，金屬在進(jìn)入變形區(qū)以前或離開變形區(qū)以后，幾乎不發(fā)生塑性變形，僅作剛性平移。正擠壓空心件的金屬流動(dòng)情況a)擠壓前的初始狀態(tài)b)擠壓時(shí)的網(wǎng)格變化情況2．正擠壓空心件的金屬流動(dòng)情況正擠壓空心件的金屬流動(dòng)情況223．反擠壓杯形件的金屬流動(dòng)情況用實(shí)心毛坯反擠壓杯形件時(shí)，擠壓變形過程的坐標(biāo)網(wǎng)格變化情況見圖3-7。圖3-7b表示毛坯高徑比大于1進(jìn)入穩(wěn)定擠壓狀態(tài)時(shí)的網(wǎng)格變化情況。圖3-7反擠壓杯形件的金屬流動(dòng)情況a)反擠壓開始狀態(tài)b)進(jìn)入穩(wěn)定變形狀態(tài)c)反擠壓終了狀態(tài)3．反擠壓杯形件的金屬流動(dòng)情況圖3-7反擠壓杯形件的金屬23毛坯內(nèi)部的變形情況分為三個(gè)區(qū)域：I區(qū)為金屬“死區(qū)”，它緊貼著凸模端表面，呈倒錐形，該錐形大小隨凸模端表面與毛坯間的摩擦阻力大小而變化；Ⅱ區(qū)為劇烈變形區(qū)，毛坯金屬在此區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生劇烈流動(dòng)，該區(qū)的軸向范圍大約為(0．01～0．2)d1(d1為反擠壓凸模直徑)。當(dāng)凸模下行到毛坯底部尺寸仍大于此界限尺寸時(shí)，仍為穩(wěn)定變形狀態(tài)，金屬流動(dòng)局限于Ⅱ區(qū)內(nèi)，Ⅱ區(qū)以下即緊貼凹模腔底部的一部分金屬保持原狀，不產(chǎn)生塑性變形；當(dāng)凸模再繼續(xù)下行到毛坯殘余厚度小于此界限尺寸時(shí)，在此殘余厚度內(nèi)的全部金屬材料皆產(chǎn)生流動(dòng)，成為如圖9c所示的非穩(wěn)定變形狀態(tài)，圖中D表示金屬“死區(qū)”；毛坯內(nèi)部的變形情況分為三個(gè)區(qū)域：24III區(qū)為剛性平移區(qū)，劇烈變形區(qū)的金屬流動(dòng)至形成杯壁后，就不再變形，而是以剛性平移的形式往上運(yùn)動(dòng)，該運(yùn)動(dòng)一直延續(xù)到凸模停止工作時(shí)為止。精密擠壓-精密熱加工教學(xué)課件254．復(fù)合擠壓時(shí)的金屬流動(dòng)情況上部金屬材料的流動(dòng)情況與杯形件反擠壓相似，下部與實(shí)心件正擠壓相似。圖3-8杯桿件復(fù)合擠壓時(shí)金屬的流動(dòng)情況金屬“死區(qū)”4．復(fù)合擠壓時(shí)的金屬流動(dòng)情況圖3-8杯桿件復(fù)合擠壓時(shí)金屬26應(yīng)力與應(yīng)變狀態(tài)的分析

擠壓變形時(shí)，變形區(qū)內(nèi)任一點(diǎn)的應(yīng)力與應(yīng)變狀態(tài)，可用主應(yīng)力簡圖和主應(yīng)變簡圖來表示。眾所周知，擠壓變形區(qū)內(nèi)的基本應(yīng)力狀態(tài)是三向受壓，即徑向應(yīng)力σr、切向應(yīng)力σθ以及軸向應(yīng)力σz都是壓應(yīng)力，但是在不同區(qū)域中主應(yīng)力和主應(yīng)變的順序是不同的。應(yīng)力與應(yīng)變狀態(tài)的分析擠壓變形時(shí)，變形區(qū)內(nèi)任一點(diǎn)的應(yīng)力與應(yīng)變271．正擠壓實(shí)心件的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)

實(shí)心件正擠壓時(shí)，如果摩擦阻力很小且毛坯的長徑比也較小時(shí)，可把變形區(qū)分為兩個(gè)不同區(qū)域，見圖3-9a。由圖可以看出，區(qū)域1與環(huán)形毛坯在封閉模中的鐓粗變形相似，其主應(yīng)力與主應(yīng)變的順序是：徑向應(yīng)力σr為最大主應(yīng)力σ1(代數(shù)值最大，絕對(duì)值最小)，徑向應(yīng)變?chǔ)舝為最大主應(yīng)變?chǔ)?(拉應(yīng)變)；軸向應(yīng)力σz為最小主應(yīng)力σ3(代數(shù)值最小，絕對(duì)值最大)，軸向應(yīng)變?chǔ)舲為最小主應(yīng)變?chǔ)?(壓應(yīng)變)；切向應(yīng)力σθ為中間主應(yīng)力σ2，切向應(yīng)變?chǔ)纽葹橹虚g主應(yīng)變?chǔ)?。1．正擠壓實(shí)心件的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)28而區(qū)域2的變形卻與摔子摔圓的一個(gè)圓棒相似，其主應(yīng)力、主應(yīng)變的順序是：軸向應(yīng)力σz為σ1，軸向應(yīng)變?chǔ)舲為ε1；切向應(yīng)力σθ為σ3，切向應(yīng)變?chǔ)纽葹棣?；徑向應(yīng)力σr、應(yīng)變?chǔ)舝與切向應(yīng)力σθ、應(yīng)變?chǔ)纽冉葡嗟?，為中間主應(yīng)力σ2、中間主應(yīng)變?chǔ)?。而區(qū)域2的變形卻與摔子摔圓的一個(gè)圓棒相似，其主應(yīng)力、主應(yīng)變的292．反擠壓杯形件的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)杯形件反擠壓時(shí)也可把變形區(qū)分為兩個(gè)不同區(qū)域。由圖可知，區(qū)域1與圓柱體毛坯鐓粗相似，切向應(yīng)力σθ為σ1，切向應(yīng)變?chǔ)纽葹棣?；徑向應(yīng)力σr為σ2，徑向應(yīng)變?chǔ)舝為ε2；軸向應(yīng)力σz為σ3，軸向應(yīng)變?chǔ)舲為ε3。而區(qū)域3與受內(nèi)壓的圓環(huán)相似，軸向應(yīng)力σt為σ1，軸向應(yīng)變?chǔ)舲為ε1;切向應(yīng)力σθ為σ2，切向應(yīng)變?chǔ)纽葹棣?；徑向應(yīng)力σr為σ3，徑向應(yīng)變?chǔ)舝為ε3。2．反擠壓杯形件的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)30冷擠壓變形力的計(jì)算擠壓變形程度的表示方法在擠壓工藝中，表示變形程度的方法有如下三種。(1)斷面縮減率εAεA=(A0-A1)/A0×100%(3-1)A0,A1—分別表示擠壓變形前后毛坯和工件的橫斷面積(2)擠壓比GG=A0/A1(3-2)(3)對(duì)數(shù)變形程度εe=ln(A0/A1)(3-3)(3-4)冷擠壓變形力的計(jì)算擠壓變形程度的表示方法31影響冷擠壓力的主要因素金屬的化學(xué)成分及力學(xué)性能冷擠壓變形方式變形程度對(duì)擠壓力的影響模具幾何形狀對(duì)擠壓力的影響毛坯高度對(duì)擠壓力的影響潤滑條件對(duì)擠壓力的影響變形速度對(duì)擠壓力的影響影響冷擠壓力的主要因素32冷擠壓力的計(jì)算擠壓力是擬定擠壓變形工序、設(shè)計(jì)模具、選擇擠壓設(shè)備的重要依據(jù)。擠壓力或所選設(shè)備噸位p可按下式計(jì)算P＝CpA(3-5)式中:p—單位擠壓力(MPa)；A—凸模工作部分的投影面積(mm2)；C—安全系數(shù)，一般取1.3。由上式可見，計(jì)算擠壓力p的主要內(nèi)容是如何確定單位擠壓力，其常用的方法有如下三種。單位擠壓力的理論計(jì)算法單位擠壓力的經(jīng)驗(yàn)計(jì)算擠壓力的圖表算法冷擠壓力的計(jì)算33單位擠壓力的理論計(jì)算法其經(jīng)典理論計(jì)算方法有主應(yīng)力法、滑移線場法、上限法和變形功法等，采用這些方法求得單位擠壓力的精確值是比較困難的，只能求得近似解。而上限單元法和有限元法等現(xiàn)代計(jì)算方法是根據(jù)變形體內(nèi)實(shí)際應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)和邊界條件，采用計(jì)算機(jī)運(yùn)算求解，其精度大為提高，因而正日益受到人們的重視。鑒于這些經(jīng)典和現(xiàn)代的計(jì)算方法已有不少專著論述，下面僅列出兩種應(yīng)用較為簡便的經(jīng)典理論的計(jì)算公式。單位擠壓力的理論計(jì)算法34用主應(yīng)力法計(jì)算單位擠壓力正擠壓實(shí)心件

（3-6）式中pk—金屬材料的流動(dòng)應(yīng)力；h0—坯料的高度；μf—接觸面上的摩擦系數(shù)。其余符號(hào)見圖3-10。

圖3-10正擠壓實(shí)心件的變形模型1一凹模出口部分2一錐形部分3一直筒部分用主應(yīng)力法計(jì)算單位擠壓力圖3-10正擠壓實(shí)心件的變形模型35圖3-11反擠壓初始狀態(tài)

反擠壓杯形件

(3-7)圖3-11反擠壓初始狀態(tài)反擠壓杯形件36用變形功法計(jì)算單位擠壓力平底凹模內(nèi)正擠壓實(shí)心件(8)式中,τk—金屬材料的抗剪屈服應(yīng)力(MPa)；A0—正擠壓前毛坯的橫斷面積(mm2)；A1—正擠壓后工件的橫斷面積(mm2)；反擠壓杯形件(9)式中,D-反擠壓杯形件外徑(mm)；d—反擠壓杯形件內(nèi)徑(mm)。用變形功法計(jì)算單位擠壓力37單位擠壓力的經(jīng)驗(yàn)計(jì)算目前有許多計(jì)算冷擠壓單位擠壓力的經(jīng)驗(yàn)公式，比較簡便且常用的計(jì)算公式如下(10)式中:P—單位擠壓力(MPa)；n--各種因素對(duì)冷擠壓單位擠壓力影響系數(shù)的平均值；a、b—與材料有關(guān)的系數(shù)，對(duì)于低碳鋼:a=2.8，b=0.75，對(duì)于有色金屬(除鋁在平底凹模內(nèi)正擠壓外):a=3.14，b＝0.8；A0、A1—毛坯擠壓前后的斷面積；x—模具形狀影響系數(shù)，可查圖3-12得；σb—冷擠壓件材料的抗拉強(qiáng)度(MPa)。單位擠壓力的經(jīng)驗(yàn)計(jì)算38圖3-12模具形狀影響系數(shù)a)反擠壓b)正擠壓圖3-12模具形狀影響系數(shù)39鐓擠時(shí)的單位擠壓力可由下式計(jì)算：p=yPkA(11)式中:y—模具的約束系數(shù)，由下圖查得；pk—材料的變形抗力(MPa)；A—成形終了時(shí)擠壓頭部斷面積(mm2)。鐓擠時(shí)的單位擠壓力可由下式計(jì)算：40在生產(chǎn)實(shí)際中，估算單位擠壓力也可采用下列經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)：鋼材反擠壓1500～2500MPa鋼材正擠壓1000～2000MPa純鋁擠壓600～1000MPa硬鋁擠壓1000～1500MPa純銅擠壓800～1500MPa黃銅擠壓1000～2000MPa變形程度較大時(shí)取上限，變形程度較小時(shí)取下限。鋼材冷擠壓時(shí)，在最佳變形程度范圍內(nèi)，不同擠壓方法的單位擠壓力見表4，可供選用。精密擠壓-精密熱加工教學(xué)課件41表4鋼質(zhì)擠壓件不同擠壓方法時(shí)的單位擠壓力冷擠壓方法WC<0.1％的低碳鋼WC>0.1%的低碳鋼及滲碳用鋼WC<0.5％的中碳鋼及合金鋼εA(%)p／MPaεA(%)p／MPaεA(%)p／Mpa正擠壓50~801400~200050～701600~250040～602000~2500減徑擠壓25~30900~110024～281000~130023～281150~1500反擠壓40~701600~220040～701800~250030～602000~2500自由鐓擠50~60500～70050～60800~100050～601000~1500模內(nèi)鐓擠30~501000~160030～50160~200030～501800~2500表4鋼質(zhì)擠壓件不同擠壓方法時(shí)的單位擠壓力冷擠壓方法WC<42冷擠壓工藝?yán)鋽D壓毛坯的制備(1)毛坯形狀和尺寸的確定及下料正擠壓用的毛坯形狀主要有三種形式，見圖3-14’。圖a、圖b由原材料直接制成；圖c、圖d由原材料經(jīng)反擠壓制成。反擠壓用的毛坯形狀主要有兩種形式，見圖3-14’，都由原材料直接制成。圖3-14正擠壓用的毛坯形狀圖3-14‘反擠壓用的毛坯形狀冷擠壓工藝?yán)鋽D壓毛坯的制備圖3-14正擠壓用的毛坯形狀43毛坯的外形一般為圓形。對(duì)于用有色金屬板料作為原材料進(jìn)行冷擠壓時(shí)，為了提高材料的利用率，可以采用六方或其他不與凹模內(nèi)腔形狀相一致的多邊形毛坯。毛坯的外形一般為圓形。對(duì)于用有色金屬板料作為原材料進(jìn)行冷擠壓44毛坯的體積按體積不變條件計(jì)算。如果冷擠壓后還要進(jìn)行切削加工，則計(jì)算毛坯體積時(shí)還應(yīng)加上修邊量，即V0=VD+VS(12)式中V0——毛坯體積(mm3)；VD——擠壓件體積(mm3)；VS——修邊量體積(mm3)。不同擠壓件的修邊量△h可參照表5、表6選取。擠壓件體積的計(jì)算方法是先將擠壓件分成若干個(gè)簡單的幾何形狀，分別算出這些簡單幾何形狀的體積，然后相加，其和即為擠壓件的體積。表5旋轉(zhuǎn)體冷擠壓件高度修邊量△h值(mm)擠壓高度1010～2020～3030～4040～6060～8080～100修邊量△h22．533．544．55注；1．當(dāng)擠壓件高度大于100mm時(shí)，修邊量為高度的5%。2．復(fù)合擠壓件的修邊量應(yīng)適當(dāng)加大。3．矩形擠壓件的修邊量，按表列數(shù)據(jù)加倍。毛坯的體積按體積不變條件計(jì)算。如果冷擠壓后還要進(jìn)行擠壓高度145表6大量生產(chǎn)鋁質(zhì)外殼所用的修邊量△h值(mm)擠壓件高度15～2020～5050～100修邊量△h8～1010～1515～20注：表列數(shù)值適用于大量生產(chǎn)壁厚為0．3～0．4mm的薄壁反擠壓杯形件。毛坯的外徑可根據(jù)凹模腔相應(yīng)尺寸決定。為了便于將毛坯放人凹模腔內(nèi)，毛坯外徑應(yīng)比凹模腔直徑小0.1～0.2mm?？招拿鲀?nèi)徑應(yīng)根據(jù)凸模心棒直徑而定。為了便于將凸模心棒伸入毛坯內(nèi)孔，一般應(yīng)使毛坯內(nèi)孔徑比凸模心棒直徑大0.05～0.1mm。若擠壓件的內(nèi)孔尺寸精度要求不高，則該值可取0.1～0.2mm；若擠壓件的內(nèi)孔尺寸精度要求較高，則該值只能取0.01～0.05mm。毛坯徑向尺寸確定后，就可算出橫斷面積。于是毛坯高度就可由體積和斷面積求得。毛坯的形狀和尺寸確定后就著手下料。表6大量生產(chǎn)鋁質(zhì)外殼所用的修邊量△h值(mm)46(2)毛坯的軟化處理。為了降低毛坯的變形抗力，提高塑性，改善組織，細(xì)化晶粒，使金屬材料易于冷擠壓，通常在冷擠壓前或多道冷擠壓工序之間必須進(jìn)行退火軟化處理。冷擠壓常用的金屬材料軟化處理規(guī)范見手冊(cè)。(3)毛坯的表面處理和潤滑冷擠壓時(shí)單位擠壓力很大，特別是鋼的冷擠壓單位擠壓力高達(dá)2000MPa以上，使用一般的涂刷潤滑劑易被擠掉，不能起到潤滑作用，毛坯表面也易被拉毛。因此，為了確保潤滑劑起到良好的潤滑效果，在潤滑處理前，必須對(duì)毛坯進(jìn)行表面處理。(2)毛坯的軟化處理。471)黑色金屬毛坯的表面處理和潤滑a．碳鋼和合金結(jié)構(gòu)鋼毛坯的表面處理和潤滑。目前，碳鋼和合金結(jié)構(gòu)鋼毛坯冷擠壓前的表面處理和潤滑采用的方法仍以磷化后皂化的效果為最佳。其工藝流程是：清除表面缺陷—用軟軸砂輪或拋光輪清除個(gè)別毛坯表面微小裂紋、折疊等缺陷?；瘜W(xué)去油—采用氫氧化鈉、碳酸鈉、磷酸三鈉、水玻璃等堿性水溶液，并加入少量去垢劑、表面活性劑等，以加強(qiáng)去垢能力。流動(dòng)冷水清洗熱水清洗—以上兩個(gè)工序都是為了防止堿性除油液帶入下道酸洗中，影響去銹能力。酸洗—一般采用鹽酸或硫酸液去除表面氧化皮。流動(dòng)冷水、熱水清洗—該流程是防止將吸附在毛坯表面的酸洗液帶入到下一流程磷化液中，影響磷化效果。1)黑色金屬毛坯的表面處理和潤滑48磷化處理—將毛坯浸在磷酸鹽溶液中，使其表面生成一層不溶性磷酸鹽薄膜的處理方法，稱為磷化處理。經(jīng)磷化處理的毛坯可以減少毛坯與模具間的接觸摩擦；提高冷擠壓件表面質(zhì)量和模具使用壽命。磷化處理之所以具有以上作用，是因?yàn)榱姿猁}薄膜具有如下一些特性：一是磷化膜由細(xì)小片狀結(jié)晶組成構(gòu)成，呈多孔狀態(tài)，對(duì)潤滑劑有吸附作用，是貯存潤滑劑的“倉庫”。在冷擠壓過程中，貯藏在細(xì)孔內(nèi)的潤滑劑被擠出，起潤滑作用，從而減少了毛坯與模具間的摩擦阻力。磷化處理—將毛坯浸在磷酸鹽溶液中，使其表面生成一層不溶性磷酸49二是磷化膜與鋼毛坯表面結(jié)合牢固。這是由于經(jīng)磷化處理后，毛坯表面因金屬的置換作用形成了一層磷酸鐵，它與金屬基體有很強(qiáng)的結(jié)合力，且有一定的塑性，在冷擠壓過程中能與毛坯基體一起變形。三是經(jīng)磷化處理的毛坯，其力學(xué)性能(如硬度、韌性等)不變，而耐磨性卻大大提高。四是毛坯表面磷化層的耐熱能力也很強(qiáng)，足以對(duì)付擠壓時(shí)的溫升，但影響力學(xué)性能，減弱了與金屬基體的結(jié)合力。二是磷化膜與鋼毛坯表面結(jié)合牢固。這是由于經(jīng)磷化處理后，50流動(dòng)冷水清洗。中和處理—采用氫氧化鈉溶液，將磷化鍍膜時(shí)附著的酸性物質(zhì)中和，以延長潤滑液的使用壽命，得到良好的潤滑層。潤滑處理—磷化后的潤滑處理方法較多，皂化就是一種最常用的方法。皂化處理是在60～70℃的硬脂酸鈉溶液中浸泡15min，使毛坯表面牢固地附上一皂化層作潤滑劑。此外，采用機(jī)油添加適量的二硫化鉬作潤滑劑，其潤滑效果也很好。流動(dòng)冷水清洗。51冷擠壓工藝b．不銹鋼的表面處理與潤滑。奧氏體不銹鋼(ZG1Cr18Ni9Ti)和碳鋼不一樣，它與磷酸鹽溶液基本上不發(fā)生作用，因此不銹鋼不能采用磷化處理，而應(yīng)采用草酸鹽進(jìn)行表面處理，處理后的毛坯表面呈綠黑色。不銹鋼毛坯經(jīng)草酸鹽表面處理后，還應(yīng)進(jìn)行潤滑處理，才可以進(jìn)行冷擠壓。潤滑處理常用氯化石蠟油、肥皂油加二硫化鉬混合液，潤滑效果良好。2)有色金屬毛坯的表面處理和潤滑。大部分有色金屬(硬鋁除外)毛坯的表面處理不用磷化，其余的表面處理工藝過程基本上與黑色金屬相同，表面處理后再進(jìn)行潤滑處理。有色金屬毛坯常用的潤滑方法見手冊(cè)。冷擠壓工藝b．不銹鋼的表面處理與潤滑。52冷擠壓件的工藝性分析及工序設(shè)計(jì)由原始毛坯獲得冷擠壓件是通過不同的冷擠壓工序來完成的，因此，對(duì)冷擠壓件進(jìn)行工藝性分析進(jìn)而設(shè)計(jì)合理的冷擠壓加工工序是制訂冷擠壓工藝過程的主要工作。(1)適合冷擠壓成形的零件形狀冷擠壓成形是使金屬在模腔內(nèi)產(chǎn)生塑性流動(dòng)，從而獲得所需的形狀和尺寸的擠壓件。因此，研究哪些零件適合于冷擠壓成形，哪些零件的冷擠壓工藝性較差是很必要的。冷擠壓件的工藝性分析及工序設(shè)計(jì)531)冷擠壓成形對(duì)零件形狀的要求a．?dāng)嗝嫘螤顚?duì)稱。冷擠壓件的形狀對(duì)稱所需的擠壓力較小，模具使用壽命較長。非對(duì)稱形零件擠壓時(shí)，對(duì)模具作用有不平衡的側(cè)向力，易使下模的中心移動(dòng)而降低產(chǎn)品精度，或易使凸模折斷。例如，圖3-15所示零件外壁上只有一個(gè)凸肋，斷面形狀不對(duì)稱，進(jìn)行擠壓件設(shè)計(jì)時(shí)，在與凸肋相對(duì)的另一側(cè)，增設(shè)一個(gè)形狀和尺寸完全相同的凸肋(A)，以保證形狀對(duì)稱。擠壓之后，再將不需要的那個(gè)凸肋(A)切除掉，恢復(fù)原來的非對(duì)稱形狀。

1)冷擠壓成形對(duì)零件形狀的要求54b．?dāng)嗝婷娣e差較小。相鄰橫斷面積之差過大時(shí)，在斷面變化的過渡部位，不均勻變形的程度加劇，就可能引起模具局部過載、局部磨損和早期破壞。斷面積相差愈大，變形程度也就愈大；就可能超出模具的許用單位壓力，同樣會(huì)招致模具早期失效。因此，對(duì)于斷面積差較大的零件，必須進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，改變成形方法或增加工序。

b．?dāng)嗝婷娣e差較小。55例如，圖3-16所示為具有較大凸緣的空心件，由于斷面積A2與A1相差較大，采用斷面積為A2的管形毛坯一次擠壓成形是困難的?，F(xiàn)改為兩次成形，正擠壓制成一個(gè)中間形狀，然后再冷鐓凸緣。所選的毛坯斷面積A0介于A1與A2之間。這樣一來，各道工序間的斷面積之差大大減小，所需的擠壓力也大為減小。圖3-16減小斷面積差的工藝設(shè)計(jì)a)毛坯b)預(yù)成形件c)空心擠壓件

例如，圖3-16所示為具有較大凸緣的空心件，由于斷面積A2與56c．?dāng)嗝孢^渡平緩。零件的斷面變化應(yīng)平緩進(jìn)行，因?yàn)閿嗝婕眲∵^渡，就會(huì)造成變形不均，應(yīng)力分布也不均，因此，該處就易產(chǎn)生裂紋。相對(duì)應(yīng)的模腔部位，就是熱處理和擠壓時(shí)應(yīng)力集中的區(qū)域，這樣就會(huì)招致模具早期破壞。

c．?dāng)嗝孢^渡平緩。57如圖3-17a）所示的是采用平底凹模制成的實(shí)心件和采用直角過渡的階梯形沖頭擠壓成形的杯形件，均屬于不合理的斷面過渡形式，必須作改進(jìn)設(shè)計(jì)，將斷面變化部位設(shè)計(jì)成錐形過渡，過渡部分的銜接處采用充分平滑的圓弧連接，見圖3-17b）。

圖3-17斷面過渡部位的設(shè)計(jì)如圖3-17a）所示的是采用平底凹模582)適合于冷擠壓成形的最佳形狀。根據(jù)上述分析可以看出，適合于冷擠壓成形的零件很多，其最佳形狀可以歸納為：a．底部帶孔的杯形件，如圖3-18a所示?？赏ㄟ^正反分步或復(fù)合擠壓成形獲得高精度的內(nèi)孔及外表面。b．帶有深孔的雙杯形件，如圖3-18b所示?？梢酝ㄟ^兩次反向擠壓或?qū)ο蚍磾D壓成形的方式獲得?；钊N也可劃分為這類零件，只不過是擠壓后需沖去中間連皮。c．帶有較大法蘭的軸類件，如圖3-18c所示?？梢圆捎瞄]式鐓擠成形的方式獲得，它比切削加工省材，且生產(chǎn)率也較高。2)適合于冷擠壓成形的最佳形狀。59d．多臺(tái)階的階梯軸類零件，如圖3-18d所示。采用正擠或減徑擠壓，盡管工序較多，但極易成形，擠壓件精度高，質(zhì)量好，尤其適宜于大批量生產(chǎn)。e．小型花鍵軸和齒輪軸，如圖3-18e所示。采用復(fù)合擠壓成形可以獲得優(yōu)質(zhì)擠壓件，與切削加工相比，省材料，性能好，生產(chǎn)率高。f．截面為正方形、六邊形、八邊形等多邊形薄壁件，如圖3-18f所示。采用冷擠壓成形可以一次加工多件，然后再切斷成單個(gè)零件。e．深孔杯形件，如彈殼等。先采用反擠壓制坯，再采用正擠壓拉伸成形，成形工序少，擠壓件的性能好。d．多臺(tái)階的階梯軸類零件，如圖3-18d所示。采用正擠或減徑60(2)冷擠壓工序與金屬流動(dòng)的關(guān)系搞清楚冷擠壓工序與金屬流動(dòng)的關(guān)系，必將有助于選擇最合理的冷擠壓工序，獲得優(yōu)質(zhì)的冷擠壓件。1)金屬流動(dòng)的趨勢。在設(shè)計(jì)冷擠壓工序時(shí)，必須根據(jù)最小阻力定律，對(duì)每道工序的金屬流動(dòng)進(jìn)行有效的控制，迫使金屬朝著應(yīng)該流動(dòng)的方向流動(dòng)。制止其朝著其余方向流動(dòng)。例如，冷擠壓上、下有孔并帶凸緣的擠壓件(圖d)，該擠壓件可以選擇兩個(gè)工藝方案I和Ⅱ。成形帶凸緣件的冷擠壓工藝方案a)毛坯b)杯形半成品c)帶凸緣的中間工序d)冷擠壓件(2)冷擠壓工序與金屬流動(dòng)的關(guān)系成形帶凸緣件的冷擠壓工61方案I是利用杯形半成品，一次成形出凸緣形狀和位于其上的孔。冷擠壓時(shí)，金屬有向上(B)和沿徑向流動(dòng)(A)兩種流動(dòng)趨向。擠壓開始時(shí)，金屬主要沿B向流動(dòng)，而在擠壓后一階段，金屬主要沿A向流動(dòng)。沿A向流動(dòng)將使形成的向外擴(kuò)張而變成喇叭狀。即使在成形凸緣的最后階段進(jìn)行封閉，也難以得到理想的內(nèi)孔尺寸精度。成形帶凸緣件的冷擠壓工藝方案a)毛坯b)杯形半成品c)帶凸緣的中間工序d)冷擠壓件方案I是利用杯形半成品，一次成形出凸緣形狀和位于其上的孔。冷62方案Ⅱ增加了一道帶有凸緣的中間擠壓工序，它是為防止孔徑脹大而設(shè)計(jì)的。先在杯形半成品上鐓出凸緣，然后在凸緣外徑D與模腔完全接觸限制徑向流動(dòng)的情況下成形凸緣。可見，選用不同的工藝方案，可使流動(dòng)條件得到改善，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)金屬流動(dòng)的趨向性的有效控制，迫使金屬向所希望的方向流動(dòng)。成形帶凸緣件的冷擠壓工藝方案a)毛坯b)杯形半成品c)帶凸緣的中間工序d)冷擠壓件方案Ⅱ增加了一道帶有凸緣的中間擠壓工序，它是為防止孔徑脹大而632)杯形件的壁厚設(shè)計(jì)。杯形件的壁厚與金屬流動(dòng)有著密切的關(guān)系，設(shè)計(jì)合理可以防止出現(xiàn)狹窄變形區(qū)，確保金屬流動(dòng)順暢，變形穩(wěn)定，獲得優(yōu)質(zhì)擠壓件。a．流動(dòng)通道的變化與金屬流動(dòng)的關(guān)系。外壁帶錐形臺(tái)階的杯形件反擠時(shí)，金屬流道的變化情況如圖。外壁帶錐形臺(tái)階段的杯形件反擠壓2)杯形件的壁厚設(shè)計(jì)。外壁帶錐形臺(tái)階段的杯形件反擠壓64由圖可以看出，當(dāng)孔的擠壓深度較淺時(shí)，內(nèi)孔拐點(diǎn)A遠(yuǎn)離外形拐點(diǎn)B，從點(diǎn)A到錐體母線延長線間的垂直距離s1大于筒壁厚度s0；隨著擠壓進(jìn)行，A點(diǎn)到錐面的垂直距離s2等于筒壁厚度s0，此時(shí)，金屬流動(dòng)順暢，變形穩(wěn)定；再繼續(xù)擠壓時(shí)，A點(diǎn)到錐面的垂直距離s3小于s0,這時(shí)，金屬流道變窄，阻礙金屬向上流動(dòng)。如果再繼續(xù)擠壓時(shí)，向上流動(dòng)形成壁厚的金屬體積便得不到應(yīng)有的補(bǔ)充，只能靠變形區(qū)附近的材料延伸來維持其變形的連續(xù)性，變形金屬不再返回到轉(zhuǎn)折點(diǎn)B而產(chǎn)生收縮，厚度變薄，從而脫離凸模和模腔，形成很不規(guī)則的縮孔。

由圖可以看出，當(dāng)孔的擠壓深度較淺時(shí)，內(nèi)孔拐點(diǎn)A遠(yuǎn)離外形拐點(diǎn)B65b．等壁厚設(shè)計(jì)原理。從上述分析可知，可以s1=s0(即等壁厚)為條件來設(shè)計(jì)外壁帶錐形臺(tái)階的杯形件，以確保冷擠壓過程中金屬穩(wěn)定流動(dòng)，獲得符合要求的擠壓件形狀和尺寸。為了實(shí)現(xiàn)等壁厚，必須對(duì)內(nèi)孔拐點(diǎn)A與外錐形轉(zhuǎn)折點(diǎn)B之間的距離y進(jìn)行有效控制，即s1＝s0、β=α為條件，用幾何作圖法求出y值。求y值的圖解b．等壁厚設(shè)計(jì)原理。求y值的圖解66求解方法如下：在直角三角形△ADB和△ACB中∵∠ABC=∠ABD，∠ABC+∠ABD+α=180°∴∠ABD=90°—α/2∠DAB=90°-∠ABD=α/2于是，求得實(shí)現(xiàn)等壁厚的初始位置尺寸y為y=ADtan∠DAB=s0tanα/2

求解方法如下：67右圖所示的就是運(yùn)用上述原理，設(shè)計(jì)等壁厚擠壓件的一個(gè)典型實(shí)例。該設(shè)計(jì)以錐壁厚度sl等于筒壁厚度s0、底厚s2≥s1以及轉(zhuǎn)折部位附近的金屬厚度不小于s0為條件，來決定y值。等壁厚設(shè)計(jì)實(shí)例右圖所示的就是運(yùn)用上述原理，設(shè)計(jì)等壁厚擠壓件的一個(gè)典型實(shí)例。68c．變壁厚設(shè)計(jì)方法。將等壁厚設(shè)計(jì)原理應(yīng)用到變壁厚設(shè)計(jì)，一般是采用增添一中間半成品工序，見圖。變壁厚擠壓件的杯壁厚度s0(錐形部位最薄處厚度s1(2mm)，A點(diǎn)超越B點(diǎn)。如果采用毛坯直接擠壓，必然造成截流和引起形狀畸變。因此，應(yīng)增添一中間工序。變壁厚設(shè)計(jì)方法a)中間半成品b)變壁厚冷擠壓件c．變壁厚設(shè)計(jì)方法。變壁厚設(shè)計(jì)方法69將毛坯先擠成如圖a所示的半成品，杯壁各部位的厚度相等(s1=s0)，且由內(nèi)外拐點(diǎn)A'和B'將半成品所分成的兩部分體積V1'和V2'，分別等于擠壓件以AC為分界面劃分成的兩部分體積V1和V2，即V1'=V1，V2'=V2。這樣一來，不僅在中間半成品上建立了等壁厚的工藝條件，還將擠壓時(shí)的材料體積事先分配好，以確保AC分成的上下兩部分，都在各自范圍內(nèi)進(jìn)行體積轉(zhuǎn)移，不產(chǎn)生任何的紊亂流動(dòng)。將毛坯先擠成如圖a所示的半成品，杯壁各部位的厚度相等(s1=703)金屬體積的分配方法。冷擠壓成形是使毛坯體積重新分配并進(jìn)行適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)移。合理的擠壓工序可以使毛坯體積從一個(gè)有利的位置轉(zhuǎn)移到另一指定的位置，不存在多余和不足。在擠壓成形過程中，毛坯金屬具有不同的流動(dòng)趨向，因而體積的轉(zhuǎn)移和分配過程是極為復(fù)雜的，歸納起來主要有兩種轉(zhuǎn)移方式。3)金屬體積的分配方法。71a．分區(qū)轉(zhuǎn)移。將擠壓件需要變形和不要變形的部分區(qū)分開來，迫使毛坯某個(gè)部分只產(chǎn)生要求的變形，而其余部分不應(yīng)產(chǎn)生任何形式的變形。帶實(shí)心錐體的階梯軸類冷擠壓件(見圖b)，如果采用實(shí)心圓柱毛坯在錐形擠壓模內(nèi)一次成形，則會(huì)產(chǎn)生加大變形區(qū)范圍，增加摩擦面積，使?jié)櫥瑮l件變差等弊病。現(xiàn)采用增加一道中間半成品工序的設(shè)計(jì)方法以防止上述弊病。擠壓這一半成品時(shí)，應(yīng)使圓柱部分體積V0(圖a)等于錐形部分體積V1，在成品擠壓時(shí)，只需將圓柱變成錐形，其余部分基本上保持不變。實(shí)心錐體擠壓時(shí)的體積分配a)中間半成品b)擠壓件a．分區(qū)轉(zhuǎn)移。實(shí)心錐體擠壓時(shí)的體積分配72b．多向性轉(zhuǎn)移。多向性體積轉(zhuǎn)移是較為復(fù)雜的冷擠壓變形方法。它必須滿足金屬流動(dòng)趨向性要求，保證同時(shí)達(dá)到所要求的形狀和尺寸，同時(shí)充滿模腔的各個(gè)角落。例如，擠壓如圖所示的中間帶凸緣的空心擠壓件，必須設(shè)計(jì)一個(gè)合理的中間半成品，確保成品擠壓時(shí)，金屬材料的體積轉(zhuǎn)移向A、B、C三個(gè)方向同時(shí)進(jìn)行，同時(shí)充滿模腔。中間帶凸緣的空心件冷擠壓a)半成品b)擠壓件b．多向性轉(zhuǎn)移。中間帶凸緣的空心件冷擠壓734)工藝軸的利用。為了改善金屬的流動(dòng)條件，減少擠壓力，保證獲得合格的擠壓件，有時(shí)需增加余塊，這種只因工藝需要而增加的余塊稱為工藝軸。增添工藝軸的冷擠壓工序a)帶凸緣的空心件b)薄壁深孔杯形件4)工藝軸的利用。增添工藝軸的冷擠壓工序74例如圖a為具有通孔的帶凸緣的擠壓件，通常采用反擠壓后再鐓擠凸緣，這種成形方法不僅所需的擠壓力較大，而且擠孔時(shí)流出的大量金屬再流到凸緣上去，造成流動(dòng)紊亂且路程也較長，極易產(chǎn)生廢品。針對(duì)上述問題，現(xiàn)對(duì)擠壓件進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，特在半成品下端增設(shè)工藝軸，使中間工序擠壓成形時(shí)，變反擠壓為復(fù)合擠壓。這樣不僅可以減小單位擠壓力，且可使擠孔時(shí)流出的金屬一部分分流到工藝軸上去，鐓擠凸緣后，再用沖孔法或切削加工法將工藝軸去除，從而得到所需的帶凸緣的空心件。圖b為帶通孔的薄壁深孔杯形件，采用工藝軸后，即可改善金屬流動(dòng)條件，縮短流動(dòng)路程，又可減少工序次數(shù)。例如圖a為具有通孔的帶凸緣的擠壓件，通常采用反擠壓后再鐓擠凸753．冷擠壓的許用變形程度每道冷擠壓變形工序所允許的變形程度稱為許用變形程度。許用變形程度越大，工序就愈少，則生產(chǎn)率就愈高。但隨著許用度變形程度的增大，單位擠壓力也會(huì)隨之增大，這就有可能超出模具的許用單位壓力，導(dǎo)致模具的損壞。因此，許用變形程度的大小應(yīng)嚴(yán)格控制。(1)影響許用變形程度的因素1)模具許用單位壓力。冷擠壓模具的強(qiáng)度越高，模具許用單位壓力就越大，則許用變形程度值也就越大。在當(dāng)前技術(shù)條件下，從模具材料、結(jié)構(gòu)和使用壽命等方面考慮，鋼的冷擠壓模具許用單位壓力以2000～2500MPa為高限來確定許用變形程度是可行的。3．冷擠壓的許用變形程度762)材料種類。被擠金屬材料強(qiáng)度越大，擠壓時(shí)變形抗力也越大，則許用變形程度值就越小。擠壓件的材料種類不同，許用變形程度值就不一樣，有色金屬比黑色金屬的許用變形程度值大，黑色金屬的許用變形程度又隨含碳量的增加而減小。3)擠壓方式。同一擠壓件采用不同的冷擠壓方式，需要的單位擠壓力不一樣，因而其許用變形程度也就不一樣。正擠壓和反擠壓的許用變形程度是不同的。4)模具工作部分的形狀。模具工作部分的形狀不同，成形相同擠壓件所需的單位壓力是不一樣的，因此，許用變形程度也就不一樣。5)潤滑條件。毛坯表面潤滑條件好壞直接影響到單位擠壓力的大小，因此，潤滑條件的優(yōu)劣理應(yīng)對(duì)許用變形程度值有較大的影響。2)材料種類。被擠金屬材料強(qiáng)度越大，擠壓時(shí)變形抗力也越大，77(2)不同材料的許用變形程度。由于有色金屬冷擠壓時(shí)所需的單位擠壓力較小，因此以不超出模具的許用單位壓力為依據(jù)，所允許的變形程度是很高的，見表9。有色金屬種類冷擠壓方式許用斷面縮減率εA(%)鉛、錫、鋅、鋁等軟金屬正擠壓95～99反擠壓90～95無氧銅、純銅、黃銅、硬鋁、鎂正擠壓90～95反擠壓75～90

注:1.潤滑條件良好。2．低強(qiáng)度金屬取上限，高強(qiáng)度金屬取下限。表9有色金屬一次冷擠壓成形的許用變形程度到此結(jié)束(2)不同材料的許用變形程度。冷擠壓方式許用78(3)黑色金屬的許用變形程度1)正擠壓的許用變形程度。正擠壓時(shí)，毛坯材料硬度與許用變形程度的關(guān)系見下圖。該關(guān)系曲線由實(shí)驗(yàn)測得，其試驗(yàn)條件是：毛坯的相對(duì)高度h0／d0=1.0、凹模錐角α＝120°、毛坯經(jīng)退火軟化、表面磷化加皂化處理，模具的許用單位壓力分別為2000MPa和2500MPa。

黑色金屬正擠壓的許用變形程度1一模具的許用單位壓力為2500MPa2一模具的許用單位壓力為2000MPa(3)黑色金屬的許用變形程度黑色金屬正擠壓的許用變形程度792)反擠壓的許用變形程度。反擠壓時(shí)，毛坯材料硬度與許用變形程度的關(guān)系見下圖。該關(guān)系曲線由實(shí)驗(yàn)測得，其試驗(yàn)條件是：毛坯的相對(duì)高度h0／d0＝1.0、經(jīng)退火軟化、表面磷化加皂化處理，模具的許用單位壓力分別為2000MPa和2500MPa。黑色金屬反擠壓的許用變形程度1一模具的許用單位壓力為2500MPa2一模具的許用單位壓力為2000MPa2)反擠壓的許用變形程度。黑色金屬反擠壓的許用變形程度804．不同擠壓方法的一次成形范圍不同擠壓方法的一次成形范圍是指在當(dāng)前技術(shù)條件下，一次成形所允許的加工界限。它是根據(jù)不超出冷擠壓加工的許用變形程度、一定的模具使用壽命以及良好的冷擠壓件質(zhì)量等原則來確定的。(1)反擠壓杯形件的一次成形范圍反擠壓形件的兩種典型形狀見下圖。

反擠壓杯形件的典型形狀a)直孔杯形件b)階梯孔杯形件4．不同擠壓方法的一次成形范圍反擠壓杯形件的典型形狀811)孔的深度h。為了保證反擠壓凸模在擠壓過程中不失去穩(wěn)定性，孔的深度h應(yīng)受凸模長徑比的限制。以此為依據(jù)，對(duì)于不同材料杯形件允許的相對(duì)孔深h／d1分別為：有色金屬及其合金杯形件3～6黑色金屬杯形件2～32)底厚s1。底厚s1過小，除了引起擠壓力急劇上升以外，還可能在底部轉(zhuǎn)角處引起縮孔缺陷。因此，一般情況下應(yīng)使s1≥s0(s0為壁厚)，特殊情況才允許s1<s0，最低限度必須保證s1≥0．8s0。1)孔的深度h。823)壁厚s0。杯壁減薄意味著凸模和凹模之間的環(huán)形間隙縮小，變形程度加大，從而使變形抗力增加。不同材料杯形件壁厚s0的極限尺寸見表10。4)內(nèi)孔徑d1。為了保證反擠壓時(shí)不超出模具的許用單位壓力，根據(jù)反擠壓單位壓力與變形程度的關(guān)系，內(nèi)孔徑d1的一次成形范圍應(yīng)受最小和最大許用變形程度的限制。例如，黑色金屬反擠壓時(shí)，合適的變形程度應(yīng)在下述范圍內(nèi)25％≤εA≤75%經(jīng)換算后，內(nèi)孔徑d1一次成形范圍應(yīng)為0．5D≤d1≤0．86D。3)壁厚s0。83表10壁厚極限尺寸擠壓件材料種類許用變形程度取值(％)壁厚尺寸界限許用比值s0／D極限值／mm純鋁、純銅等98≥1／200≥0．1硬鋁、黃銅等85≥1／25≥0．8鋼75≥1／15≥1．0注：D——反擠杯形件外徑。表10壁厚極限尺寸擠壓件材料種類許用變形程度取值(％)845)階梯孔杯形件的小孔長徑比h2／d2帶階梯內(nèi)孔杯形件反擠壓時(shí)(圖b)，凸模工作帶會(huì)加長，成形壓力隨之加大，凸模壽命就會(huì)大大縮短。因此，一般情況下，應(yīng)使h2/d2≤1。只有在特殊情況下，才允許h2/d2>1，但必須限制h2/d2≤1.2。反擠壓杯形件的典型形狀a)直孔杯形件b)階梯孔杯形件5)階梯孔杯形件的小孔長徑比h2／d2反擠壓杯形件的典型形狀85(2)正擠壓件的一次成形范圍正擠壓實(shí)心件和空心件的兩種典型形狀見下圖。正擠壓件的典型形狀a)正擠壓實(shí)心件b)正擠壓空心件(2)正擠壓件的一次成形范圍正擠壓件的典型形狀861)毛坯高徑比h0/d0正擠壓時(shí)，毛坯高徑比h0/d0(h0為毛坯高度；d0為毛坯直徑，d0≈D；D為擠壓件頭部直徑)過大，必然會(huì)加大摩擦阻力，增大擠壓力，見下圖。由圖可以看出，擠壓力增大倍數(shù)n隨高徑比h0/d0增大而加大，為了不使單位擠壓力超出許用值，一般應(yīng)限制h0/d0≤8。毛坯高徑比對(duì)擠壓力的影響1)毛坯高徑比h0/d0正擠壓時(shí)，毛坯高徑比h0/d0(h0872)正擠壓實(shí)心件桿部直徑d1。桿徑d1過小，變形程度會(huì)超出許用變形程度；d1過大，中心層易產(chǎn)生內(nèi)部裂紋。對(duì)于黑色金屬實(shí)心件正擠壓，為限制變形程度不超出許用變形程度，且又不致產(chǎn)生內(nèi)部裂紋，一次成形的桿徑d1應(yīng)在下述范圍內(nèi)0．85D≥d1≥0．5D。2)正擠壓實(shí)心件桿部直徑d1。883)余料高度h1。擠壓終了時(shí)，毛坯的剩余高度稱為余料高度。正擠壓時(shí)，余料高度h1過小，單位擠壓力就會(huì)急劇增加，對(duì)于實(shí)心件正擠壓還會(huì)從頭部端表面開始引起縮孔缺陷。對(duì)于黑色金屬實(shí)心件，h1=d1／2；空心件h1＝(d1-d0)／2。

3)余料高度h1。894)凹模錐角α。如果零件結(jié)構(gòu)要求α=180°，此時(shí)，為了降低單位擠壓力，延長模具壽命和確保優(yōu)質(zhì)的擠壓件，可以分兩道工序成形，先擠成帶有錐角α<180°的擠壓件，然后再鐓粗至要求的尺寸；如果允許自選錐角α，可根據(jù)擠壓件的原材料種類、單位擠壓力以及機(jī)械加工余量的大小來選擇合理的凹模錐角α，對(duì)于黑色金屬，一般取α=90°～150°，以α=120°為最佳；對(duì)于有色金屬，一般取α=140°～170°。4)凹模錐角α。90(3)復(fù)合擠壓件的一次成形范圍復(fù)合擠壓件的兩種典型形狀見下圖。它們的一次成形范圍可參照單純正擠壓和單純反擠壓的一次成形范圍來確定。復(fù)合擠壓的典型形狀a)雙杯類擠壓件b)杯桿類擠壓件(3)復(fù)合擠壓件的一次成形范圍復(fù)合擠壓的典型形狀911)雙杯類擠壓件的復(fù)合擠壓。由分析可以看出，復(fù)合擠壓力總不會(huì)超過單純正擠壓或單純反擠壓的擠壓力，因此，復(fù)合擠壓件的一次成形范圍理應(yīng)比單純正擠壓或單純反擠壓大一些。但在生產(chǎn)實(shí)際中，從安全角度考慮，擬分別將雙杯類擠壓件按單個(gè)反擠壓件的一次成形范圍來確定其一次成形范圍。復(fù)合擠壓的典型形狀a)雙杯類擠壓件b)杯桿類擠壓件復(fù)合擠壓的典型形狀a)雙杯類擠壓件b)杯桿類擠壓件1)雙杯類擠壓件的復(fù)合擠壓。由分析可以看出，復(fù)合擠壓力總不會(huì)922)杯桿形零件的復(fù)合擠壓。對(duì)于杯形部分的尺寸仍按與反擠壓件相同的成形范圍來確定；而對(duì)于正擠壓成形的桿徑d2的一次成形范圍可以擴(kuò)大一些，一般可取d2≥0．4D，其他尺寸仍按與單個(gè)正擠件相同的成形范圍來確定。復(fù)合擠壓的典型形狀a)雙杯類擠壓件b)杯桿類擠壓件2)杯桿形零件的復(fù)合擠壓。對(duì)于杯形部分的尺寸仍按與反擠壓件相93(4)減徑擠壓件的一次成形范圍減徑擠壓是一種在開式模具內(nèi)變形且變形程度較小的正擠壓。毛坯在進(jìn)入變形區(qū)以前不能有任何的塑性變形。因此，減徑擠壓件的一次成形范圍應(yīng)綜合考慮毛坯材料的變形抗力、擠壓件的變形程度、模具的許用單位壓力以及不產(chǎn)生內(nèi)部裂紋等因素，由此來確定主要尺寸參數(shù)。對(duì)于碳鋼零件減徑擠壓的一次成形范圍是：當(dāng)錐角α=25°～30°時(shí)，毛坯經(jīng)退火處理，d1≥0．85d0；采用經(jīng)冷拉拔加工過的毛坯，d1≥0.82d0。減徑擠壓的特性尺寸參數(shù)(4)減徑擠壓件的一次成形范圍減徑擠壓的特性尺寸參數(shù)94(5)黑色金屬粗腰類擠壓件一次成形范圍該類擠壓件采用局部鐓擠成形。為保證毛坯不產(chǎn)生縱向彎曲，擠壓件粗腰凸起表面不產(chǎn)生縱向表面裂紋，其一次成形范圍見圖。圖中實(shí)線包圍的區(qū)域?yàn)榭梢砸淮纬尚畏秶挥熬€部分為引起縱向彎曲或表面裂紋的區(qū)域。粗腰類擠壓件的局部鐓擠一次成形范圍(5)黑色金屬粗腰類擠壓件一次成形范圍粗腰類擠壓件的局部鐓擠952．冷擠壓工序的設(shè)計(jì)從毛坯到冷擠壓加工全過程應(yīng)包含下料工序、預(yù)成形工序、輔助工序、冷擠壓工序等。其中冷擠壓工序的設(shè)計(jì)是制定冷擠壓工藝方案的核心工作。(1)擠壓工序數(shù)目的確定。冷擠壓工序數(shù)目主要取決于如下因素：1)冷擠壓件的復(fù)雜程度。形狀越復(fù)雜，加工工序越多；形狀簡單的零件，一般只需要一道擠壓工序便可成形；至于那些形狀極復(fù)雜的零件，為了成形某一特殊的部位，或者為了進(jìn)一步提高冷擠壓件精度，冷擠壓工序需要增加到兩道以上。2)冷擠壓件材料的成形性能。材料的塑性極好(例如工業(yè)純鋁L1)，采用一道工序就可以成形幾何形狀復(fù)雜、變形程度很大的零件；而對(duì)于一些塑性不太高的材料，例如硬鋁、黃銅及低碳鋼，成形不太復(fù)雜的冷擠壓件，也需要采用多道工序成形。2．冷擠壓工序的設(shè)計(jì)963)變形程度的大小。在允許的變形程度范圍內(nèi)可以一次成形，超過許用變形程度就應(yīng)采用多道工序成形，每道工序皆不允許超出許用變形程度。4)金屬的流動(dòng)狀況。對(duì)于一些流動(dòng)狀況不佳的擠壓件，往往采用分工序成形，以降低單位擠壓力和延長模具使用壽命。5)擠壓件的尺寸參數(shù)。尺寸大小是決定所需工序數(shù)目的主要依據(jù)。在不超出加工界限的前提下，應(yīng)盡量選用較少的加工工序數(shù)。3)變形程度的大小。976)擠壓件的精度。擠壓件精度越高，加工工序越多。為了提高冷擠壓件精度，增加一道修整工，既可以延長模具使用壽命，又可以簡化后續(xù)加工工序，總的經(jīng)濟(jì)效益還是較高的。7)擠壓件的批量。生產(chǎn)批量較大時(shí)，在確保模具壽命的前提下，應(yīng)該盡量采用可以一次完成多個(gè)工序的復(fù)雜模具；如果批量很小，則要考慮用簡單模具分成單工序逐步成形。6)擠壓件的精度。98(2)中間工序的設(shè)計(jì)。中間工序是成品擠壓之前半成品的冷擠壓工序。在中間工序里，主要進(jìn)行材料體積和變形量的分配，為成品冷擠壓作形狀和尺寸等方面的準(zhǔn)備工作。中間半成品工序設(shè)計(jì)應(yīng)注意如下問題：(2)中間工序的設(shè)計(jì)。991)最大限度的滿足擠壓件的質(zhì)量要求。例如，冷擠壓帶有凸緣的深孔杯形件時(shí)，如果半成品是平底的，那么在成品正擠壓時(shí)，在孔底轉(zhuǎn)角附近就會(huì)出現(xiàn)收縮缺陷，見圖a。如果將底部形狀設(shè)計(jì)成階梯形，使其小端尺寸與成品杯體一致，則成品的形狀就很理想，見圖b。半成品形狀對(duì)冷擠壓件的影響1)最大限度的滿足擠壓件的質(zhì)量要求。半成品形狀對(duì)冷擠壓件的1002)應(yīng)保證充滿難以擠壓到位的冷擠壓件的局部形狀。例如，帶芯軸杯形件中心的圓柱體很高，見下圖。如果采用一道反擠壓成形，則達(dá)不到所要求的高度尺寸H?，F(xiàn)增設(shè)一道中間半成品工序，先擠出在成品擠壓中不能擠足的高度h?？紤]成品局部形狀的半成品設(shè)計(jì)a)毛坯b)半成品c)冷擠壓件2)應(yīng)保證充滿難以擠壓到位的冷擠壓件的局部形狀?？紤]成品局101冷擠壓工藝3)當(dāng)成品擠壓毛坯呈懸空狀態(tài)時(shí)，應(yīng)增設(shè)中間半成品工序。例如，圖示的杯—桿件的兩種成形方法，毛坯都出現(xiàn)懸空狀態(tài)。由于拉應(yīng)力的作用，易使冷擠壓件外表面或底部被拉裂。圖55毛坯出現(xiàn)懸空狀態(tài)時(shí)的成形方法a)毛坯側(cè)壁懸空b)毛坯底面懸空1一凸模2一毛坯3一冷擠壓件4--凹模5一頂桿冷擠壓工藝3)當(dāng)成品擠壓毛坯呈懸空狀態(tài)時(shí)，應(yīng)增設(shè)中間半成品工102如果改用增設(shè)中間半成品工序的冷擠壓加工方法，就可以避免產(chǎn)生裂紋的可能性。第一方案的半成品是一個(gè)具有凸緣的實(shí)心件；第二方案的中間工序是擠出部分孔深，外形采用錐形過渡的半成品。這兩種不同的中間形狀的共同特點(diǎn)是：半成品形狀與成品擠壓模腔嚴(yán)密配合，并且基本一致，從而保證擠壓過程的順利進(jìn)行。設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量做到圓角半徑一致，且H1<H2、h1<h2。兩種不同的中間半成品形狀如果改用增設(shè)中間半成品工序的冷擠壓加工方法1034)中間工序半成品錐形形狀的錐度應(yīng)大于冷擠壓件相應(yīng)處的錐角。這樣既便于將半成品放入凹模，又可以確保在冷擠壓過程不致出現(xiàn)多余的表面積。錐形件的半成品形狀1一凸模2一半成品3一凹模4一筒形5一頂出桿4)中間工序半成品錐形形狀的錐度應(yīng)大于冷擠壓件相應(yīng)處的104(3)各道工序間的尺寸配合在多道工序擠壓成形過程中，合理地確定各道工序間的尺寸配合關(guān)系也是很重要的，它可以使各道工序配合良好，確保成品尺寸精度及質(zhì)量要求。1)徑向尺寸配合關(guān)系。確定徑向尺寸配合關(guān)系的原則是：要使毛坯或半成品能夠自由放人下一道工序的模腔內(nèi)。在確定各道工序尺寸時(shí)，應(yīng)從成品開始反過來推算。(3)各道工序間的尺寸配合105例如，圖示的擠壓件，成品外徑尺寸為D，半成品上的相應(yīng)尺寸應(yīng)減小一間隙值Z2；毛坯外徑又要比半成品的外徑小一間隙值Z1。即半成品外徑尺寸為(D-Z2)；毛坯外徑尺寸為(D-Z2)-Z1，該間隙值視擠壓件的精度要求而定，通常在0．05～0．1mm之間。內(nèi)孔徑也可用同樣方法確定，不同的是，孔徑尺寸越往前越大。如果成品內(nèi)孔徑為d2，半成品相應(yīng)的孔徑為d2+Z3。由于各道工序的變形性質(zhì)與質(zhì)量要求不同，配合間隙取值是不一樣的。一般規(guī)律是，從毛坯到成品，間隙值應(yīng)逐漸減小。冷擠壓工序間的尺寸配合關(guān)系a)毛坯b．)半成品c)冷擠壓件例如，圖示的擠壓件，成品外徑尺寸為D，半106冷擠壓工藝2)軸向尺寸的配合關(guān)系?？紤]到成品擠壓時(shí)，將有部分金屬擠入凹模型腔內(nèi)，使軸向尺寸增加一高度△H。因此，半成品軸向尺寸H1應(yīng)略小于成品相應(yīng)處尺寸H2，即H1-H2=△H。該增長量△H的大小要視其具體零件的形狀尺寸、變形特點(diǎn)、材料性能及變形程度的大小來決定。3)其他尺寸的配合關(guān)系。為了防止金屬滯流，半成品的過渡部位應(yīng)設(shè)計(jì)成錐形，其錐角α已在前面詳細(xì)介紹。為了避免金屬的堆積和折疊，半成品的圓角半徑應(yīng)與成品相應(yīng)處的圓角半徑相協(xié)調(diào)，即R1≥R2。冷擠壓工藝2)軸向尺寸的配合關(guān)系。107精密擠壓精密擠壓108內(nèi)容簡介概述分類、基本原理特點(diǎn)和應(yīng)用范圍冷擠壓工藝金屬流動(dòng)規(guī)律應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)變形力計(jì)算冷擠壓工藝（毛坯制備、工藝工序分析和許用變形程度）工藝方案制定擠壓模具設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)注意問題結(jié)構(gòu)組成工作部分設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)例分析內(nèi)容簡介概述109概述擠壓是將金屬毛坯放入擠壓模具模腔內(nèi)，在強(qiáng)大的壓力和一定的速度條件下，迫使金屬從模腔中擠出，從而獲得所需形狀、尺寸以及具有一定力學(xué)性能的擠壓件。顯然，擠壓加工是靠模具來控制金屬流動(dòng)，靠金屬體積的大量轉(zhuǎn)移來成形零件。擠壓種類及基本方法按毛坯的溫度不同分類冷擠壓:在室溫下對(duì)毛坯進(jìn)行擠壓。溫?cái)D壓:將毛坯加熱到金屬再結(jié)晶溫度下某個(gè)適合的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行擠壓。其變形實(shí)質(zhì)與冷擠壓基本相同，基本保持冷擠壓變形的顯著特點(diǎn)。熱擠壓:將毛坯加熱到一般熱鍛溫度范圍內(nèi)進(jìn)行擠壓。概述擠壓是將金屬毛坯放入擠壓模具模腔內(nèi)，在強(qiáng)大的壓110按毛坯材料種類不同分類有色金屬及其合金擠壓。黑色金屬及其合金擠壓。擠壓的成形速度范圍很廣，它既可在專用擠壓設(shè)備上進(jìn)行，也可在曲柄式機(jī)械壓力機(jī)、液壓機(jī)、螺旋壓力機(jī)及高速錘上進(jìn)行。但冷擠壓的速度不能過高，熱擠壓的速度不能過低。按毛坯材料種類不同分類111冷鍛溫?zé)徨懹绊懩＞邏勖驂毫C(jī)要求特性影響模具壽命原因壓力機(jī)要求特性正擠壓磨耗平均加壓速度低變形或磨耗加壓速度快反擠法淺擠壓磨耗或破損接觸速度低變形或磨耗反擠法深擠壓磨耗或破損平均加壓速度低,下止點(diǎn)附近的加壓速度低變形或磨耗冷鍛溫?zé)徨懹绊懩＞邏勖驂毫C(jī)要求112擠壓的基本方法根據(jù)擠壓時(shí)金屬流動(dòng)方向與凸模運(yùn)動(dòng)方向之間的關(guān)系，將常見的擠壓方法分為如下幾種：(1)正擠壓

擠壓時(shí)，金屬的流動(dòng)方向與凸模的運(yùn)動(dòng)方向一致。正擠壓又分為實(shí)心件正擠壓(圖a)和空心件正擠壓(圖b)。擠壓件的斷面形狀可以是圓形、橢圓形、扇形、矩形或棱柱形，也可以是非對(duì)稱的等斷面擠壓件和型材。擠壓的基本方法113(2)反擠壓擠壓時(shí)，金屬的流動(dòng)方向與凸模的運(yùn)動(dòng)方向相反。適用于制造斷面為圓形、方形、長方形、“山”形、多層圓和多格盒形的空心件。(2)反擠壓114復(fù)合擠壓(3)復(fù)合擠壓擠壓時(shí)，毛坯一部分金屬的流動(dòng)方向與凸模的運(yùn)動(dòng)方向相同，另一部分金屬的流動(dòng)方向與凸模運(yùn)動(dòng)方向相反。復(fù)合擠壓適合于制造杯桿類零件。復(fù)合擠壓(3)復(fù)合擠壓115(4)徑向擠壓擠壓時(shí)，金屬的流動(dòng)方向與凸模的運(yùn)動(dòng)方向垂直。徑向擠壓又分為分流式和匯集式徑向擠壓兩種。徑向擠壓適用于制造十字軸、T形接頭、小模數(shù)的直齒和斜齒輪等。(4)徑向擠壓116鐓擠復(fù)合成形(5)鐓擠復(fù)合法將局部鐓粗和擠壓結(jié)合在一起的加工方法。該法主要用于制造帶法蘭的空心桿類零件。

鐓擠復(fù)合成形(5)鐓擠復(fù)合法117擠壓特點(diǎn)及應(yīng)用范圍冷擠壓特點(diǎn)及應(yīng)用范圍采用冷擠壓加工可以降低原材料消耗，材料利用率高達(dá)70%～80%。在冷擠壓中，毛坯金屬處于三向壓應(yīng)力狀態(tài)，有利于提高金屬材料的塑性且經(jīng)擠壓后金屬材料的晶粒組織更加細(xì)小而密實(shí)；金屬流線不被切斷加上所產(chǎn)生的加工硬化特性，可使冷擠壓件的強(qiáng)度大為提高；可以獲得較高的尺寸精度和較低的表面粗糙度。目前，冷擠壓已在機(jī)械、汽車、儀表、電器、輕工、宇航、船舶、軍工等工業(yè)部門得到較為廣泛的應(yīng)用。擠壓特點(diǎn)及應(yīng)用范圍冷擠壓特點(diǎn)及應(yīng)用范圍118溫?cái)D壓特點(diǎn)及應(yīng)用范圍溫?cái)D壓與冷擠壓相比，擠壓力大為減少；與熱擠壓相比，加熱時(shí)的氧化、脫碳都比較少，產(chǎn)品的尺寸精度高，且力學(xué)性能基本上接近冷擠壓件?？梢?，溫?cái)D壓綜合體現(xiàn)了冷、熱擠壓的優(yōu)點(diǎn)，避免了它們的缺點(diǎn)，因此，正在得到迅速發(fā)展。溫?cái)D壓特點(diǎn)及應(yīng)用范圍119熱擠壓特點(diǎn)及應(yīng)用范圍熱擠壓時(shí)，由于毛坯加熱至一般的始鍛溫度，材料的變形抗力大為降低。因此，它不僅適用于有色金屬及其合金銅、低碳鋼、中碳鋼，而且也可以成形高碳鋼、高合金結(jié)構(gòu)鋼、不銹鋼、工模具鋼、耐熱鋼等。但由于加熱時(shí)產(chǎn)生氧化、脫碳和熱脹冷縮大等缺陷，必會(huì)降低產(chǎn)品的尺寸精度和表面質(zhì)量。

所以，它一般用于鍛造毛坯精化和預(yù)成形。熱擠壓特點(diǎn)及應(yīng)用范圍120當(dāng)然，冷、熱擠壓也均有一些缺點(diǎn)。冷擠壓單位壓力大，熱擠壓單位壓力較小，但因毛坯表面的氧化皮增大了接觸面上的摩擦阻力，導(dǎo)致模具使用壽命不高。但隨著模具材料、設(shè)計(jì)方法及潤滑等配套技術(shù)的進(jìn)步，擠壓工藝的優(yōu)越性必將得到充分發(fā)揮。當(dāng)然，冷、熱擠壓也均有一些缺點(diǎn)。冷擠壓單位壓力大，熱擠壓單位121冷擠壓工藝一、各種擠壓方法的金屬流動(dòng)規(guī)律為了搞清楚各種擠壓方法的金屬流動(dòng)情況，可以采用坐標(biāo)網(wǎng)格法、視塑性法、光塑性法、密柵云紋法等實(shí)驗(yàn)研究方法和上限元法、有限元法等數(shù)值計(jì)算方法。下面采用簡便的坐標(biāo)網(wǎng)格法來分析各種擠壓方法的金屬流動(dòng)情況。

冷擠壓工藝一、各種擠壓方法的金屬流動(dòng)規(guī)律1221.正擠壓實(shí)心件的金屬流動(dòng)情況為了了解正擠壓實(shí)心件的金屬流動(dòng)情況，可將圓柱體毛坯切成兩塊。在其中的一塊剖面上刻上5mm×5mm～20mm×20mm的正方形網(wǎng)格，將拼合面涂上潤滑油，再與另一塊拼合在一起放入擠壓凹模模腔內(nèi)進(jìn)行正擠壓。當(dāng)擠壓至某一時(shí)刻時(shí)停止擠壓，取出試件，將試件沿剖分面分開，此時(shí)可以觀察到坐標(biāo)網(wǎng)格的變化情況。由圖中坐標(biāo)網(wǎng)格的變化情況，可以對(duì)金屬流動(dòng)情況作分析。毛坯上的坐標(biāo)網(wǎng)格正擠壓實(shí)心件的網(wǎng)格變化情況1.正擠壓實(shí)心件的金屬流動(dòng)情況毛坯上的坐標(biāo)網(wǎng)格正擠壓1231)橫向坐標(biāo)線在出口處發(fā)生了較大的彎曲，且中間部分彎曲更劇烈，這是由于凹模與被擠壓毛坯表面之間存在著接觸摩擦，使金屬在流動(dòng)時(shí)外層滯后于中層的緣故。被擠毛坯的端部橫向坐標(biāo)線彎曲不大，這是由于該部分金屬原來就處在凹模出口附近，擠壓時(shí)迅速向外擠出，受摩擦影響較小，橫向坐標(biāo)線的間距從擠出部分端部開始逐漸增加，即來l3>l2>l1，這說明擠出金屬的縱向拉伸變形愈來愈大；而當(dāng)達(dá)到某定值l5時(shí)，間距l(xiāng)5不再變化，說明此時(shí)的變形已處于穩(wěn)定狀態(tài)。

1)橫向坐標(biāo)線在出口處發(fā)生了較大的彎曲，且中間部分彎曲更劇烈1242)縱向坐標(biāo)線擠壓后也發(fā)生了較大的彎曲。如果把開始向內(nèi)傾斜的點(diǎn)連成I—I線，把開始向外傾斜的點(diǎn)連成Ⅱ—Ⅱ線。I—I線與Ⅱ—Ⅱ線之間所構(gòu)成的區(qū)域?yàn)閯×易冃螀^(qū)。I—I線以左或Ⅱ—Ⅱ線以右坐標(biāo)線基本上不變化，說明在這些區(qū)域內(nèi)金屬不發(fā)生塑性變形，只作剛性平移。2)縱向坐標(biāo)線擠壓后也發(fā)生了較大的彎曲。如果把開始向內(nèi)傾斜的1253)正方形網(wǎng)格經(jīng)過出口以后，變成了平行四邊形，這說明金屬除發(fā)生拉伸變形以外，還有剪切變形。愈接近外層，剪切角愈大，即γ2>γ3，這是由于外層金屬受到摩擦阻力的影響較大使得內(nèi)外層的金屬流動(dòng)存在著較大差異的緣故。剛開始擠出端部剪切角較小，以后逐漸增大，即γ2>γ3，這是由于剛開始擠壓時(shí)，受摩擦影響較小的緣故，當(dāng)進(jìn)入穩(wěn)定變形狀態(tài)以后，相應(yīng)處的剪切角保持不變。精密擠壓-精密熱加工教學(xué)課件1264)凹模出口轉(zhuǎn)角D處，在擠壓過程中形成不流動(dòng)的“死區(qū)”?！八绤^(qū)”的大小受摩擦阻力、凹模形狀與尺寸等因素的影響，當(dāng)摩擦阻力越大、凹模錐角越大時(shí)，則“死區(qū)”也越大。精密擠壓-精密熱加工教學(xué)課件127從上述分析可以看出，正擠壓實(shí)心件的變形特點(diǎn)是：金屬進(jìn)入I—I至Ⅱ—Ⅱ線之間的區(qū)域時(shí)才發(fā)生變形，此區(qū)稱為劇烈變形區(qū)。進(jìn)入此區(qū)以前或離開此區(qū)以后，金屬幾乎不變形，僅作剛性平移。在變形區(qū)內(nèi)，金屬的流動(dòng)是不均勻的，中心層流動(dòng)快，外層流動(dòng)慢；而當(dāng)進(jìn)入穩(wěn)定變形階段以后，不均勻變形的程度是相同的。在凹模出口轉(zhuǎn)角處會(huì)產(chǎn)生程度不同的金屬“死區(qū)”。從上述分析可以看出，正擠壓實(shí)心件的變形特點(diǎn)是：金屬進(jìn)入I—I1282．正擠壓空心件的金屬流動(dòng)情況毛坯除了受凹模工作表面的接觸摩擦影響外，還受到心棒表面接觸摩擦的影響，因而毛坯上的橫向坐標(biāo)線向后彎曲，不再有產(chǎn)生超前流動(dòng)的中心區(qū)域，這說明正擠壓空心件的金屬流動(dòng)比正擠壓實(shí)心件均勻一些。在進(jìn)入穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)，劇烈變形區(qū)也是集中在凹模錐孔附近高度很小的范圍內(nèi)，金屬在進(jìn)入變形區(qū)以前或離開變形區(qū)以后，幾乎不發(fā)生塑性變形，僅作剛性平移。正擠壓空心件的金屬流動(dòng)情