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1、第六章 挤压工艺及模具设计,第一节 概述 第二节 挤压成形金属流动规律及成形力的计算 第三节 冷挤压工艺 第四节 温挤压的特点与应用 第五节 挤压模具设计 第六节 应用实例,坯料在封闭模腔内受三向不均匀压应力的作用，从模具的孔口或缝隙挤出，使之横截面积减小，形成所需制品的加工方法称为挤压。 1 挤压成形方法及其分类 按成形温度，挤压分为热挤压、温挤压和冷挤压三类。其中，热挤压主要用于大型钢锭，以获得具有相当长度的棒材或各种型材的半成品；温挤压和冷挤压则主要采用小型坯料，可获得成品零件或只需进行少量机加工的半成品。,第一节 概述,根据金属流动方向与凸模运动方向的关系，挤压成形又可分为正挤压、反挤
2、压和复合挤压。,a) 正挤压 b) 反挤压 c) 复合挤压 1.凸模; 2.凹模; 3毛坯; 4)挤压件;5)顶料杆 图61 基本挤压方式,正挤压:金属流动方向与凸模运动方向相同； 反挤压:金属流动方向与凸模运动方向相反； 复合挤压:一部分金属流动方向与凸模运动方向相同，另一部分金属流动方向与凸模运动方向相反。,第二节 挤压成形金属流动规律及成形力的计算,正、反挤压金属的流动特点 图6-2和图6-3显示了的正、反挤压成形时金属的流动特点。由图可见，正挤压时，金属的流动可分为三种情况：,a）高坯料、小摩檫系数 b）高坯料、大摩檫系数 c）很高坯料、很大摩檫系数 d）反挤压 图62 正、反挤压金属
3、的流动情况,a）孔口集中变形 b）整个坯料变形 c）花瓶状流线 图63 正挤压件纵向剖面网格变化情况,如图6-2a和6-3a，当坯料高摩擦系数小或挤压比小时，变形集中在孔口，死区较小；如图6-2b和6-36b，当坯料较高且摩擦系数较大时，由于受筒壁摩擦阻力的影响，轴心区金属比外周金属流动快，除死区外几乎整个坯料都参与塑性变形，死区较前一种情况要大些。,6-2c和图6-3c，当坯料很高、摩擦系数很大且挤压比较大时，沿高度方向挤压力损失大，使A区轴向压应力的数值在凸模附近比其它部位大，易满足塑性条件，轴心部分金属流动很快，A区金属变形先从上部开始并向轴心流动，于是就形成了图6-3c所示花瓶状流线，
4、死区大。 如图6-3d所示，反挤压因金属流动不受摩擦阻力和坯料高度的影响，A区金属在孔口处的轴向压应力数值大，故变形主要集中在孔口附近，与图6-2a和金属流动相似。,可见，挤压变形时金属流动受坯料高度、摩擦系数和挤压比的影响，实际上还受模具形状、坯料性能和温度条件的影响，金属塑性流动模式不是唯一的。 （4）复合挤压金属的流动特点 复合挤压变形过程中，金属有两个通道可以自由流动。在进行理论研究和金属塑性变形的数值模拟时，可用选择准则来判断，即最适当的解对应于最低的荷载值。,a）纯反挤 b）反挤/剪切 c）正-反复合挤 d）剪切/正挤 e）纯正挤 f）纯剪切 图6-4 复合压件金属的流动情况,1冷
5、挤压毛坯的形状与尺寸,图6.30 正挤压的毛坯形状,图6-5 反挤压的毛坯形状,第三节 冷挤压工艺,2. 板料下料法 3棒料下料方法,图6-6全封闭式剪切模,毛坯的软化热处理 冷挤压前进行软化热处理的目的：通过热处理降低毛坯的硬度，提高塑性，得到良好的金相组织和消除内应力等。 (1)完全软化退火 加热到Ac3以上30一50C，在此温 度下保温一定时间，然后随炉缓冷，或在550C以后从炉中取出空冷。 (2)球化退火 使珠光体中的渗碳体和二次渗碳体球化而进行的一种退火。 (3)不完全退火 钢加热到高于Ac1而低与Ac3或Acm，并在此温度停留一定时间，然后缓慢冷却。,冷挤压的基本工艺类型 (a)实
6、心件正挤压；(b)空心件正挤压；(c)反挤压；(d)复合挤压,第四节 温挤压的特点与应用,1.与冷挤压相比的特点 金属塑性提高，变形抗力下降 温挤压时可以将坯料加热到再结晶温度以下塑性好、变形抗力较低的温度区域，以降低变形力。经测试，一般情况下温挤压的成形力仅为冷挤压的1/3l/2，降低了设备吨位和模具负荷。 温挤压件的尺寸精度和表面质量接近冷挤压件 温挤压的成形温度越低，其制件的尺寸精度也越高，表面粗糙度值也越低，更接近于冷挤压件的质量；反之，尺寸精度和表面质量随温度上升而下降。,每道工步的变形量较冷挤压大，可减少工步数。 由于温挤压时金属塑性好，金属的流动性能要明显优于冷挤压，在冷挤压时要
7、数道工步完成的成形在温挤压时可能只要一道即可完成，生产效率提高。 可连续生产，有利于降低成本。 冷挤压在多工步成形时，工步间需要进行软化和润滑处理。温挤压在多工步成形时，一股可在连续加热后连续成形，不需要进行工步间的软化和表面处理，减低了生产成本。 对模具的要求高。 冷挤压时仅需对模具进行润滑，不考虑漠具的冷却；而温挤压时不仅要对模具进行润滑，还要给予模具充分冷却。,2.与热挤压相比的特点 尺寸精度和表面质量远优于热挤压件 由于温挤压加热温度要低于热挤压，避开了钢的剧烈氧化温度，同样在非保护气氛中温挤压坯料的氧化极微，无脱碳现象，避免了因氧化、脱碳等造成的缺陷，使挤压件的尺寸精度和表面质量大大
8、提高。 挤压件得到强化，不需要进行挤压后热处理 温挤压后可以使挤压件产生加工硬化，对于低碳钢而言可以改善切削性能，不需要进行正火调节硬度。对于一些不需要进行最终热处理的零件，温挤压的强化作用足以满足其对力学性能的要求。,对校具的使用要求高 热挤压时可以对模具进行模内循环水冷却，也可进行外部喷射水冷却，而不影响金属的成形性能。温挤压时只能采用模内循环水冷却，因为外部冷却水接触坯料会使坯料过冷，使温挤压无法进行。对于一些变形量不大的零件，热挤压时可不对坯料进行润滑处理，也可使模具达到相当的寿命。但温挤压时，坯料与放具的接触应力虽比冷挤压时小得多，但在无润滑的条件不会出现早期失效。由此可见，温挤压对
9、模具的要求比冷、热挤压高得多。 对坯料的加热方法要求高 由于温济压埋料加热时不得出现严重的氧化和脱碳政象，对炉温控制的准确性要求高。故应尽可能采用电加热方法，如感应加热和电阻炉加热等。火焰加热也仅限于煤气和天然气加热，一般情况下不采用煤或油加热。,挤压模具 1正挤压凸模,图6-7 实心工件挤用正挤凸模,图6-8 空心件正挤整体式凸模,第五节 挤压模具设计,图6-9 空心件正挤用组合式凸模,2.正挤压凹模 凹模外壁形状应做成斜度为130的锥形，为加预应 力圈用的。,凹模工作锥角：60一126 最合理 ，凹模收口部分应用适当的圆角半径连接，凹模过渡部分均应用圆角连接。工作带长度hl对纯铝：取12mm，对低碳钢：24 mm；对硬铝、紫铜和黄铜：13 mm。,图6-10 正挤压分体式凹模,3反挤压凸模 工作部分主要是高度为h1的圆柱表面(工作带)，直径 为d。可取 ，也可取h1=23mm，,图6-11 反挤压凸模,对凸模的要求： (1)工作长度应尽可能短一些，太长易使凸模产生纵弯。 (2)为了减少应力集中，在整个长度上应避免断面的突然变化。 (3)不同直径的断面之间以小的锥角和大的圆角半径来过渡。,图6-12 反挤压凹模,第六节 应用实例,一、汽车轮胎螺母冷挤压 二、轴承套圈温挤压 1.挤压方案 方案：单圈反挤成形 方案：杯-杯复合挤压成形 2.温挤压模具设计 三、气门热挤压,
