《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.ppt

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1、http:/ Four short words sum up what has lifted most successful Four short words sum up what has lifted most successful individuals above the crowd: a little bit more. individuals above the crowd: a little bit more. -author -author -date-datehttp:/ http:/ http:/ http:/ http:/ http:/ http:/ http:/ 冷挤压

2、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 http:/ 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

3、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

4、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。http:/ 正挤压 http:/ 反挤压 http:/ (b) 图6-3 复合挤压与径向挤压 http:/ 减径挤压 http:/ 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 http:/ http:/ 正挤压变形的分区及变形区应力与应变状态图 http:/ 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

5、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。 http:/ 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请查阅。其他材

6、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。http:/ 黑色金属正挤压的极限变形程度 http:/ 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 http:/ 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(QSn6.5-0.1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、3

7、0、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及高速钢及高速钢W6Mo5Cr4V2也可进行一定也可进行一定变形量的冷挤压加工。变形量的冷挤压加工。 http:/ 0.10.2mm，以便毛坯放，以便毛坯放入凹模；同理，毛坯内

8、径一般比零件内孔入凹模；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，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。http:/ http:/ 3040g，碳酸钠，碳酸钠(Na2CO3)46g，亚硝酸钠，亚硝酸钠(NaNO2)0.1 0.2g，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。

9、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，

10、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。 http:/ 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，

11、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。http:/ 对称性 http:/ 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，增加变形工序来获得，如图形工序来获得，如图6-12所示。所示。http:/ 断面过渡及圆角过渡断面

12、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6-13所示。所示。 http:/ 断面的合理过渡http:/ 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

13、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

14、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。http:/ 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 http:/ http:/ 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

15、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，当断面收缩率大于时单位压力最低，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，如图时，单位压力将随变形程度的增加而增加，如图6-14所示。所示。http:/ 变形程度与单位挤压力的关系 http:/ 模具的几何形状模具的几何形状n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

16、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，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，过渡部分均用

17、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。挤压力要小；平底式凸模的单位挤压力最大。n4. 坯料的相对高度坯料的相对高度n坯料的相对高度坯料的相对高度h0/d0反映了工件与模具之间的摩擦阻力关系。一般正挤压时，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

18、挤压力也增大；反挤压时，若随着坯料相对高度的增加单位挤压力也增大；反挤压时，若h0/d01，则单位，则单位挤压力随相对高度的增大而增加，若挤压力随相对高度的增大而增加，若 h0/d01，则单位挤压力不再随相对高，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。度的增加而增大，而是基本保持不变。http:/ 变形方式变形方式n某些零件的成形加工，往往可以采用多种不同的挤压方式，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。从减小挤压力正挤压成形，

19、也可采用反挤压成形。从减小挤压力(并非单并非单位挤压力位挤压力)角度出发，杆形件以采用反挤压为宜角度出发，杆形件以采用反挤压为宜(摩擦阻力更摩擦阻力更小小)。但实际多采用正挤压，因为其生产操作方便。但实际多采用正挤压，因为其生产操作方便。n6. 润滑润滑n摩擦越大，单位挤压力越大，因此，生产实际中大都采用较摩擦越大，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。好的润滑方法。良好、可靠的润滑可以有效地减小挤压力。http:/ http:/ n(1) 凹模一般为组合式凹模一般为组合式(凸模也有组合式凸模也有组合式)结构。结构。n(2) 上、下模板更

20、厚，材料选择得更好，满足模具的强度要求。上、下模板更厚，材料选择得更好，满足模具的强度要求。n(3) 导柱直径尺寸较大，满足模具的刚度要求。导柱直径尺寸较大，满足模具的刚度要求。n(4) 工作零件尾部位置均加有淬硬的垫板。工作零件尾部位置均加有淬硬的垫板。n(5) 模具易损件的更换、拆卸更方便。模具易损件的更换、拆卸更方便。http:/ 130，最大不宜超过，最大不宜超过3，否则，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

21、先将外圈加热后再套到内压入外圈后，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又称为“红套红套”。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。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。应用于钢铁材料的冷挤压。http:/ http:/ 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

22、；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http:/ 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http:/