作者：洪慎章
出版社：机械工业出版社
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冷挤压实用技术 第2版试读：
前言
冷挤压技术在机械、航空、仪表、军工、电子通信和轻工民用产品中已得到了广泛的应用。由于冷挤压技术具有节约材料、提高生产效率、提高产品的力学性能、降低制造成本、适合大批量生产的优点，所以进一步研究与推广应用冷挤压技术，在我国现代化建设中有着十分广阔的前景。
根据中国锻压协会资料统计，我国2012年汽车产量达2200万辆，其中冷挤压件产量约20万t，占模锻件的5%。而美国每年生产冷挤件100万件以上，80%为汽车零件。日本丰田1.8L排气量轿车中有43kg冷挤压件，还有35kg冷挤压标准件。因此，在我国，冷挤压技术的应用还需进一步发展扩大。《冷挤压实用技术》出版近10年了，第1版印刷两次，共计6000册。近年来，冷挤压技术有了较大发展，该书已经不能满足读者的需求。为了与时俱进，适应冷挤压行业发展和读者需求，决定对该书进行修订，出版第2版。本书第2版仍继续坚持第1版的内容特点：突出冷挤压原理、成形工艺与模具设计等内容，且进行有机的融合，从实用角度出发，围绕工艺规程编制和模具设计，阐明冷挤压技术中的最基本问题。在内容编排次序上，首先介绍了冷挤压成形的基本原理、冷挤压件的原材料及毛坯准备，以及冷挤压零件设计；在此基础上，详细地叙述了冷挤压工艺制订及模具设计，以及冷挤压新技术，如微型医疗器械产品等；最后列举了129个各种各样零件的工艺应用实例及91个各种各样零件的模具结构设计实例。书中还附有大量的可供实际使用的图表资料，可使读者学习本书之后，就能独立编制冷挤压工艺规程及设计冷挤压模具。
本书作为一本基本理论与生产实际相结合的冷挤压工艺及模具设计书籍，可供从事冷挤压成形加工的工程技术人员、工人使用，也可作为相关专业在校师生及研究人员的参考书和模具培训班的教材。
在本书编写工作中，刘薇、洪永刚、丁惠珍等工程师们参加了书稿的整理工作，在此表示衷心的感谢。
由于编者水平有限，书中不妥和错误之处在所难免，恳请广大读者不吝赐教，以便得以修正，以臻完善。洪慎章于上海交通大学
第1章 冷挤压基础
1.1 冷挤压的实质及分类
1.1.1 冷挤压的实质冷挤压是利用金属材料塑性变形的原理，在室温条件下，将冷态金属毛坯放入装在压力机上的模具型腔内，在强大的压力和一定的速度作用下，迫使金属毛坯产生塑性流动，通过凸模与凹模的间隙或凹模出口，挤出空心零件或断面比毛坯断面要小的实心零件，可获得所需一定形状及尺寸，还具有较高力学性能挤压件的工艺技术。冷挤压是无切屑或少切屑零件加工工艺之一，是金属塑性加工中一种先进的加工方法。图1-1～图1-4所示的普通碳素钢缝纫机梭芯套、低碳钢深孔气缸、中碳钢洗衣机齿轮轴及碳素工具钢连接帽都是冷挤压加工出来的。图1-1 冷挤压普通碳素钢缝纫机梭芯套图1-2 冷挤压低碳钢深孔气缸
从上述所得的产品图中可见，冷挤压加工是靠模具来控制金属流动，靠软化金属体积的大量转移来成形所需的零件的。由此可知，冷挤压工艺的成功与失败与模具结构设计、模具材料以及金属毛坯的软化处理等密切相关。
冷挤压方法既可用于生产成批的金属零件，也可以加工各种模具的型腔，图1-5～图1-13所示为纯铝、防锈铝、硬铝、锻铝、纯铜、无氧铜、黄铜、铬钼钢与轴承钢的冷挤压零件。图1-3 冷挤压中碳钢洗衣机齿轮轴图1-4 冷挤压碳素工具钢连接帽图1-5 冷挤压纯铝仪表支架图1-6 冷挤压防锈铝加压器图1-7 冷挤压硬铝十六角圆筒图1-8 冷挤压锻铝凸缘壳体图1-9 冷挤压纯铜正方薄壁屏蔽罩图1-10 冷挤压无氧铜管座图1-11 冷挤压黄铜仪表套管图1-12 冷挤压铬钼钢小链轮图1-13 冷挤压轴承钢方身塞头
冷挤压加工的成形速度范围很广，所用的设备可以在专用的冷挤压压力机上进行，也可在一般的机械压力机或液压机、摩擦压力机以及高速锤上进行。1.1.2 冷挤压的分类
冷挤压可按金属流动方向、金属流动速度等进行分类。
1.按金属流动方向分类
根据金属流动方向与凸模运动方向之间的相互关系，冷挤压方法有以下7种。（1）正挤压 正挤压时金属的流动方向与凸模的运动方向相同。图1-14所示为正挤压实心工件的情况。加工时先将毛坯放在凹模内，凹模底上有一个大小与所制零件外径相当的孔，然后用凸模加压法挤压毛坯。凸模的压力使金属进入塑性状态，并强迫金属从凹模的小孔中流出，从而制成所需的工件。一般来说，正挤压可以制造各种形状的实心零件（采用实心毛坯），也可以制造各种形状的空心件（采用空心毛坯或杯形毛坯）。图1-15所示为正挤压空心工件的情况，空心工件如套管、弹壳及衬套等。图1-14 正挤压实心件1-凸模 2—凹模 3—挤压件 4—顶料杆 5—毛坯图1-15 正挤压空心件1—凸模 2—凹模 3—挤压件 4—顶料杆 5—毛坯（2）反挤压 反挤压时金属的流动方向与凸模的运动方向相反。图1-16所示为反挤压空心杯形工件的过程。加工时把扁平的毛坯放在凹模底上（凹模与凸模在半径方向上的间隙等于杯形零件的壁厚），当凸模向毛坯施加压力时，金属便沿凸模与凹模之间的间隙向上流动，从而制成所需的空心杯形零件。反挤压方向可以制造各种断面的杯形空心工件，如罩壳、外壳、套筒、套管、屏蔽罩及灯座等。（3）复合挤压 复合挤压时，毛坯一部分金属流动方向与凸模的运动方向相同，而另一部分金属的流动方向与凸模运动方向相反。图1-17所示为复合挤压的工作情况。在凸模的压力作用下，金属向两个不同的方向流动，发生了双向挤出变形。这是正挤压和反挤压组合在一起的一种挤压方法。图1-16 反挤压杯形件1—凸模 2—凹模 3—挤压件 4—顶料杆 5—毛坯图1-17 复合挤压1—凸模 2—凹模 3—挤压件 4—顶料杆 5—毛坯
按照正挤压和反挤压的不同组合方式，可以将复合挤压分成如下三种情况：杆-杆件复合挤压（见图1-18a），这是反挤压杆形件与正挤压杆形件的组合；杯-杯件复合挤压（见图1-18b），这是杯形件反挤压与杯形件正挤压的组合；杯-杆件复合挤压（见图1-17），这是杯形件反挤压与杆形件正挤压的组合。
复合挤压方法可以制造双杯类零件（如汽车活塞销），也可以制造杯杆类零件（如缝纫机梭芯）。（4）减径挤压 它是变形程度较小的一种变态正挤压法，毛坯截面仅作轻度的缩减。图1-19所示为减径挤压的工作情况。减径挤压主要用于制造直径差不大的阶梯轴类零件也可作为深孔杯形件的修整工序。图1-18 复合挤压的两种类型a）杆-杆件 b）杯-杯件图1-19 减径挤压
正挤压、反挤压、复合挤压与减径挤压是冷挤压方法中应用最广的四种成形方法。这四种方法的金属流动方向都与凸模的轴线平行，因此又统称为轴向冷挤压。（5）径向挤压 径向挤压时，金属的流动方向与凸模的运动方向相垂直。图1-20所示为径向挤压的工作情况。径向挤压又分为离心挤压和向心挤压两种，主要用于制造带凸肩的齿轮坯以及十字轴类零件。图1-21所示为用径向离心冷挤压方法生产铝合金零件，金属毛坯在凸模压力的作用下沿径向向外流出。图1-22所示为通信器材中的铝合金号码盘，内齿与外圆的阿拉伯字码一次挤出，内齿是用径向向心挤压法加工的。图1-20 径向挤压图1-21 径向离心挤压铝合金零件（6）斜向挤压 挤压时，金属的流动方向倾斜或弯曲于凸模的运动方向。图1-23所示为斜向挤压的工作情况。斜向挤压主要用于制造具有倾斜或弯曲枝芽的各种复杂形状零件。（7）镦挤法 变形时，金属的流动具有挤压和镦粗的特点，即一部分金属沿凸模轴向流动，另一部分金属则沿径向流动。它是冷镦与冷挤压相结合的一种成形方法，称为镦挤法。图1-24所示为镦挤法的工作情况。镦挤法主要用于制造大头类零件及阶梯轴类零件。图1-25所示的支承杆就是采用这种镦挤法加工的，先正挤再镦头部，把冷挤压与冷镦合拼在同一工序中。图1-22 径向向心挤压铝合金号码盘图1-23 斜向挤压1—凸模 2—凹模 3—挤压件 4—凹模镶块图1-24 镦挤法1—凸模 2—凹模 3—挤压件图1-25 支承杆镦挤a）毛坯 b）挤压 c）镦粗
2.按金属流动速度分类
根据金属坯料充填模具型腔的流动速度，冷挤压可分为一般速度挤压、低速挤压及高速挤压。（1）一般速度挤压 冷挤压速度范围在0.5～2m/s，其设备有一般压力机、肘杆压力机、摩擦压力机及专用挤压压力机等。（2）低速挤压 其设备有各种吨位的液压机等，其速度可达0.01～0.1m/s。（3）高速挤压 设备的滑块速度高达6～20m/s，如高速锤、对击锤、空气锤等。
1.2 冷挤压的金属流动规律
为了了解各种冷挤压方法的金属流动情况，现将圆柱体毛坯切成两块，如图1-26所示。在其中的一块剖面上刻上5mm×5mm～20mm×20mm的正方网格，即坐标网。将拼合面涂上润滑油，再与另一块拼合在一起，进行各种方式的挤压，就可以看到被挤毛坯内部的金属流动实际情况。图1-26 毛坯上的坐标网
1.正挤压实心件的金属流动情况
正挤压实心件的金属流动情况如图1-27所示，其特征如下：
1）横向坐标线在出口处发生了较大的弯曲，且中间部分弯曲更剧烈。这是由于凹模与挤压金属表面之间存在摩擦力和凹模形状的变化，致使金属在流动时外层滞后于中层的缘故。被挤毛坯的端部横向坐标线弯曲不大。这是由于该部分金属原来就处在凹模出口附近，挤压时迅速向外挤出，受摩擦及模具形状等因素影响较小的缘故。横向坐标线的间距从挤出部分端部开始是逐渐增加的，即l＞l＞l，说明321挤出金属的纵向拉伸变形越来越大；而当达到某定值l时，间距基本5上不再变化，说明此时的变形已处于稳定状态。
2）纵向坐标线挤压后也发生了较大的弯曲。如把开始向内倾斜的点阵连成A-A线，把开始向外倾斜的点连成B-B线。A-A线与B-B线之间所构成的区域为剧烈变形区。A-A线以上或B-B线以下坐标线基本上不变化，说明这些区域的金属不发生塑性变形，只作刚性平移。
3）在凹模出口转角D处的金属，在挤压过程中不参与流动，称为金属死区。
试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]