第七章-冷挤压工艺与模具设计.doc

第七章冷挤压工艺与模具设计7.1冷挤压工艺分类及冷挤压金属变形特点7.2冷挤压原材料与毛坯的准备7.3冷挤压力的确定7.4冷挤压工艺设计7.5冷挤压模具设计第七章冷挤压工艺与模具设计本章学习要求1.掌握冷挤压工艺和挤压模具的设计；2.熟悉冷挤压工艺计算；3．了解冷挤压时的金属流动性特点。冷挤压是在冷态下，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、尺寸以及一定力学性能的挤压件。冷挤压与热锻、粉末冶金、铸造及切削加工相比，具有以下主要优点：1）因在冷态下挤压成形，挤压件质量好、精度高、其强度性能也好；2）冷挤压属于少、无切削加工，节省原材料；3）冷挤压是利用模具来成形的，其生产效率很高；4）可以加工其它工艺难于加工的零件。由于这些优点，冷挤压已越来越多地用来生产软质金属、低碳钢、低合金钢零件。但这些优点往往不能用简单的方法发挥出来，因为冷挤压成形有一些特殊的要求：l）要求设备吨位较大冷挤压的变形抗力大，单位挤压力可能高达2500～3000Mpa。2）对模具要求高冷挤压力时常接近甚至超过现有模具材料的抗压强度，所以对模具材料要求很高。高压下要想达到较好的模具寿命，需要采取一定的措施。3）对所加工的原材料要求高冷挤压时，材料在冷态下发生很大的变形。为了避免加工过程中的多次退火，必须注意选用组织致密和杂质少（特别是易导致钢的冷脆性的磷的含量要低）的材料。冷挤件一般都不进行精加工，所以必须选用精度好的坯料。4）所用毛坯往往要进行软化退火和表面磷化等润滑处理。因此要组织好冷挤压生产需要全面考虑这些特点。7.1冷挤压工艺分类及冷挤压金属变形特点7.1.1冷挤压工艺分类及应用根据金属被挤出方向与加压方向的关系可将冷挤压分为以下几种。⑴正挤压金属被挤出方向与加压方向相同。图7.1.1a为实心件正挤压，图7.1.1b为空心件正挤压。挤压件的断面形状既可以是圆形也可以是非圆形。⑵反挤压金属被挤出方向与加压方向相反，图7.1.1c所示为反挤压型式之一。反挤压法适用于制造断面是圆形、矩形、“山”形、多层圆形、多格盒形的空心件等。⑶复合挤压一部分金属的挤出方向与加压方向相同，另一部分金属的挤出方向与加压方向相反，是正挤和反挤的复合。图7.1.1d所示为其中一种型式。复合挤压法适用于制造断面是圆形、方形、六角形、齿形等的双杯类、杯-杆类或杆-杆类挤压件。图7.1.1冷挤压的基本工艺类型a)实心件正挤压;b)空心件正挤压c)反挤压;d)复合挤压⑷径向挤压挤压时金属的流动方向与凸模轴线方向相垂直，如图7.1.2所示。金属在凸模作用下沿径向流动，用于制造某些需在径向有突起部分的工件。⑸减径挤压是一种变形程度较小的变态正挤压法，毛坯断面仅作轻度缩减，见图7.1.3。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.减径挤压力低于坯料的屈服力。坯料不会产生镦粗，因此其模具可以是开式的，减径挤压也叫“开式挤压”，或“无约束正挤压”。它特别适合于长轴类件的挤压，是加工带有多台阶轴的有效方法，并适合于加工沟槽浅的花键轴和三角形齿花键轴（如图7.1.4）。图7.1.2径向挤压图7.1.3减径挤压图7.1.4挤压花键7.1.2冷挤压金属的变形分析（一）正挤压变形分析图7.1.5为正挤压实心件的金属流动网格图。假如凹模出口形状和润滑状态是理想的话，则挤出的材料变形情况如图b所示，是均匀的、无剪切变形的理想变形。但是，由于外部摩擦、工件形状、变形程度等各种因素的影响，理想变形实际上是不存在的。理想润滑（无摩擦）时的挤压变形如图7.1.5c所示。可以看到，坯料的边缘接近凹模孔口时才发生变形。坯料的中心部分首先开始变形，横格线向挤压方向弯曲，接近模具孔口部分的弯曲程度最大。而与模具型腔表面的接触部分，却倾向于停留不动。由于锥面的推挤作用，纵向方格线向中心靠拢，发生不同程度的扭曲，位于模具孔口附近的扭曲变形最为显著，可见，变形主要集中在模具孔口附近。处于凹模下底面转角处的那一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程度加剧，如图7.1.5d所示。其表现是网格歪扭得更严重，死区也相应比较大。图7.1.5正挤压变形的网格示意图a)变形前;b)理想变形;c)理想润滑时的变形;d)实际变形正挤压时坯料大致分为：变形区、不变形区（又分为待变形区、已变形区）和死角区。见图7.1.6a。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。变形区的应力应变关系如图7.1.6b单元体所示。挤压时变形区的应力状态是三向受压。其变形是两向