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冷挤压成形技术

冷挤压是精密塑性体积成形技术中的一个重要组成部分。冷挤压是指在冷态下将
金属毛坯放入模具模腔内，在强大的压力和一定的速度作用下，迫使金属从模腔中挤
出，从而获得所需形状、尺寸以及具有一定力学性能的挤压件。显然，冷挤压加工是
靠模具来控制金属流动，靠金属体积的大量转移来成形零件的。
冷挤压技术是一种高精、高效、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%～8
0%而且能够提高锻件质量，改善作业环境。
目前，冷挤压技术已在紧固件、机械、仪表、电器、轻工、宇航、船舶、军工等
工业部门中得到较为广泛的应用，已成为金属塑性体积成形技术中不可缺少的重要加
工手段之一。二战后，冷挤压技术在国外工业发达国家的汽车、摩托车、家用电器等
行业得到了广泛的发展应用，而新型挤压材料、模具新钢种和大吨位压力机的出现便
拓展了其发展空间。日本80年代自称，其轿车生产中以锻造工艺方法生产的零件，
有30%～40%是采用冷挤压工艺生产的。随着科技的进步和汽车、摩托车、家用电器
等行业对产品技术要求的不断提高，冷挤压生产工艺技术己逐渐成为中小锻件精化生
产的发展方向。与其他加工工艺相比冷挤压有如下优点：
1）节约原材料。冷挤压是利用金属的塑性变形来制成所需形状的零件，因而能
大量减少切削加工，提高材料利用率。冷挤压的材料利用率一般可达到80%以上。
2）提高劳动生产率。用冷挤压工艺代替切削加工制造零件，能使生产率提高几
倍、几十倍、甚至上百倍。
3）制件可以获得理想的表面粗糙度和尺寸精度。零件的精度可达IT7～IT8级，
表面粗糙度可达R0.2～R0.6。因此，用冷挤压加工的零件一般很少再切削加工，只
需在要求特别高之处进行精磨。
4）提高零件的力学性能。冷挤压后金属的冷加工硬化，以及在零件内部形成合
理的纤维流线分布，使零件的强度远高于原材料的强度。此外，合理的冷挤压工艺可
使零件表面形成压应力而提高疲劳强度。因此，某些原需热处理强化的零件用冷挤压
工艺后可省去热处理工艺，有些零件原需要用强度高的钢材制造，用冷挤压工艺后就
可用强度较低的钢材替用。
5）可加工形状复杂的，难以切削加工的零件。如异形截面、复杂内腔、内齿及
表面看不见的内槽等。
6）降低零件成本。由于冷挤压工艺具有节约原材料、提高生产率、减少零件的
切削加工量、可用较差的材料代用优质材料等优点，从而使零件成本大大降低。
冷挤压技术在应用中存在的难点主要有：
1）对模具要求高。冷挤压时毛坯在模具中受三向压应力而使变形抗力显著增大，
这使得模具所受的应力远比一般冲压模大，冷挤压钢材时，模具所受的应力常达200
0MPa～2500MPa。例如制造一个直径38mm,壁厚5.6mm，高100mm的低碳钢杯形
件为例，采用拉延方法加工时，最大变形力仅为17t，而采用冷挤压方法加工时，则
需变形力132t，这时作用在冷挤压凸模上的单位压力达2300MPa以上。模具除需要
具有高强度外，还需有足够的冲击韧性和耐磨性。此外，金属毛坯在模具中强烈的塑
性变形，会使模具温度升高至250℃～300℃左右，因而，模具材料需要一定的回火
稳定性。由于上述情况，冷挤压模具的寿命远低于冲压模。
2）需要大吨位的压力机。由于冷挤压时毛坯的变形抗力大，需用数百吨甚至几
千吨的压力机。
3）由于冷挤压的模具成本高，一般只适用于大批量生产的零件。它适宜的最小
批量是5～10万件。
4）毛坯在挤压前需进行表面处理。这不但增加了工序，需占用较大的生产面积，
而且难以实现生产自动化。
5）不宜用于高强度材料加工。
6）冷挤压零件的塑性、冲击韧性变差，而且零件的残余应力大，这会引起零件
变形和耐腐蚀性的降低（产生应力腐蚀）
国内外冷挤压技术发展过程
现代冷挤压技术是从18世纪末开始的，法国人在法国革命时代把铅从小孔中挤
出制成枪弹，开始了冷挤压。1830年在法国已经有人开始利用机械压力机，采用反
挤压方法制造铅管和锡管。1906年美国为了制造黄铜的西服纽扣，已经有人取得了
正挤压空心杯形坯料的专利权。1909年美国人获得专利的Hooker法——正向冲挤法，
金属流动方向与冲挤方向相同，就是在买了1906年的专利之后发展起来的，该专利
中的杯形坯料，是采用拉深法制造的。第一次世界大战中，曾用Hooker法制造了黄
铜弹壳，而在第二次世界大战以前的1934年，德国人就利用这种方法试制了钢弹壳，
但因热胶着严重，没有成功。直到第二次世界大战中期由于采用了新的表面润滑处理
方法——使工件表面形成磷酸盐薄膜，挤压方法制造钢质弹壳获得成功。自此，冷挤
压技术走向实用，成为冷锻技术中应用最广泛的一种方法。
60年代，日本汽车工业的成长，为冷挤压技术的发展创造了有