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1、冷挤压ColdExtrusion重庆工学院材料科学与工程学院张驰2006.3前言目前，冷挤压技术已在机械、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
2、艺技术己逐渐成为中小锻件精化生产的发展方向。冷挤压的应用挤压定义挤压是迫使金属块产生塑性流动，通过凸模与凹模间的间隙或凹模出口，制造空心或断面比毛坯断面要小的零件的一种工艺方法。如果毛坯不经加热就进行挤压，便称为冷挤压。冷挤压是无切屑、少切屑零件加工工艺之一，是金属塑性加工中一种先进的工艺方法。如果将毛坯加热到再结晶温度以下的某一温度进行挤压，便称为温挤压。温挤压仍具有少无切屑的优点。挤压分类根据挤压时金属坯料所处的温度，常用的挤压方法可以分为：◆热挤压挤压时，坯料变形温度高于金属材料的再结晶温度,与锻造温度相同。多用于机械零件和毛坯的生产。◆温挤压挤压
3、时，将坯料加热到再结晶温度以下高于室温的某个合适温度下进行的挤压方法，是介于热挤压和冷挤压之间的挤压方法。◆冷挤压挤压时，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。挤压分类根据挤压时金属流动方向与凸模运动方向之间的关系，常用的挤压方法可以分为：◆正挤压挤压时，金属的流动方向与凸横的运动方向相一致。◆反挤压挤压时，金屑的流动方向与凸模的运动方向相反，反挤压法可以制造各种断面形状的杯形件.◆复合挤压挤压时，毛坯一部分金属流动方向与凸模的运动方向相同，而另
4、一部分金屑流动方向则与凸模的运动方向相反，复合挤压法可以制造双杯类零件。◆减径挤压变形程度较小的一种变态正挤压法，毛坯断面仅作轻度缩减。可挤出形状挤出的形状通常为带有非对称特征的轴对称，挤压不会产生飞边。冷挤压种类实心件正挤压杯形正挤压杯形正挤压P=上模,C=container,W=工件,E=顶杆冷挤压工艺组合实心件正挤压和杯形件反挤压组合正反杯形挤压组合P=上模,C=container,W=工件,E=顶杆成形工序(a)剪切下料(c)正挤压(e)法兰顶镦和轴肩压印(b)实心件正挤压和杯形件反挤压组合(d)杯形反挤压几种工序可以达到所需性状冷挤压工艺优点与
5、其它机加工艺相比冷挤压有如下优点：1）节约原材料。2）提高劳动生产率。3）制件可以获得理想的表面粗糙度和尺寸精度。4）提高零件的力学性能。5）可加工形状复杂的，难以切削加工的零件。6）降低零件成本。冷挤压常用材料钢：●表面淬火钢：非合金-1010,1015;合金-5115,5120,3115●可热处理钢：非合金-1020,1035,1045;合金-5140,4130,4140,8620●不锈钢：珠光体-410,430,431;奥氏体-302,304,316,321铝合金:●纯铝合金或接近纯铝合金:1285,1070,1050,1100●不能淬硬铝合金:3
6、003,5152,5052●淬硬铝合金:6063,6053,6066,2017,2024,7075●其它合金：铜，钛，铅和其它室温下难锻造的金属冷挤压变形程度冷挤压变形程度的表示方法冷挤压变形程度表示方法有三种：1）断面缩减率：式中：A0——挤压变形前毛坯的横断面积（mm2）；A1——挤压变形后工件的横断面积（mm2）。2）挤压比：3）对数变形程度：冷挤压金属的变形分析挤压变形分析挤压时变形区的应力状态是三向受压。其变形是两向收缩、一向伸长的应变状态。正挤压变形分区反挤压变形分区冷挤压系统(1)坯料材料(2)模具(3)模具材料界面(4)变形区/工件(5)
7、设备(6)产品(7)车间环境(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(2)冷挤压系统材料和模具-影响工艺和零件质量的参数坯料材料流动应力是应变、应变率、温度、和微观结构的函数可成形性是应变、应变率、温度、和微观结构的函数表面状态热/物理性能原始条件（组成、温度、规律）微观结构和组成的改变对流动应力的影响模具模具几何形状表面状态（表面精度、涂层）材料/热处理/硬度温度冷挤压系统界面和变形区-影响工艺和零件质量的参数模具/材料边界条件滑润剂和温度条件边界层的绝缘和冷却特性润滑性和摩擦切应力关于润滑剂应用和去处的特性变形区形变力学；分析模型金属流动，速度，应
8、变率和应变应力（变形过程中的变化）温度（热量产生和转移）冷挤压系统设备，产品和车
