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冷挤压

/cold extruding/
条目作者朱旻昊

朱旻昊

最后更新 2022-12-23
浏览 163
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利用特定的工具(棒、衬套、模具等),在零件孔的内壁或周边,连续、缓慢、均匀地挤压材料,并形成一定的塑性变形层,从而提高其疲劳强度和抗应力腐蚀的表面改性技术。

英文名称
cold extruding
所属学科
机械工程

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。冷挤压强化以后,形变层内形成很高的残余压应力,同时引起组织结构变化,并使孔壁粗糙度降低。孔挤压强化效率高、效果好、方法简便,适用于对铅、锡,铝、铜、锌及其合金、低碳钢、中碳钢、工具钢、低合金钢与不锈钢等金属进行冷挤压,甚至对轴承钢、高碳高铝合金工具钢、高速钢等也可以进行一定变形量的冷挤压。

挤压设备除采用通用机械压力机、液压机、冷挤压力机外,还可采用摩擦压力机与高速高能设备进行冷挤压生产。根据挤压模具不同,挤压强化的类型可大致分为:①挤压捧挤压强化。孔壁涂干膜润滑剂,施力方式为拉挤或推挤。适用于大型零部件装配和维修。②衬套挤压强化。孔内装衬套,挤压棒用拉挤或推挤方式通过衬套孔。适用于各类零部件的装配和修理。③压印模挤压强化。在圆孔或长圆孔周围用压印模挤压出同心沟槽。适用于大型零部件及蒙皮关键承力部位的孔压印。④旋压挤压强化。使用有一定过盈量、经向镶有圆柱体的挤压头,旋转通过被挤压的孔。适用于飞机起落架大直径管件和孔。

按照挤压方向,冷挤压可以分为:①正挤压。正挤压时,金属的流动方向与凸模的运动方向一致,可以制造各种形状的实心件和空心件。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,可以获得各种形状的杯形件。③复合挤压。挤压时,毛坯一部分金属流动方向与凸模运动方向相同,而另一个部分金属流动方向与凸模运动方向相反,可制得各种杯、杆、筒零件。④径向挤压。挤压时,金属的流动方向与凸模运动方向相垂直。径向挤压又可分为向心挤压和离心挤压,该方法可用来制造斜齿轮、花键盘等零件。

正挤压、反挤压与复合挤压是冷挤压技术中应用最广泛的3种方法。它们的金属流动方向与凸模的轴线平行。因此,也称这3种方法为轴向挤压。轴向挤压可以制得各种实心和空心零件,如球头销、梭心壳、弹壳等。

一般情况下,冷挤压用材料是按照产品零件图的规定进行选择。但当零件图规定的材料不适合于冷挤加工时,就要考虑重新选择一种可以替代的材料。选择冷挤压材料时,应当考虑到材料所能达到的最大变形程度和模具的使用寿命及是否需要多次挤压和特殊的设备等。

冷挤压的优点在于:①节约原材料。冷挤压利用金属的塑性变形制成所需形状的零件,能大量减少切削加工提高材料的利用率(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机械零件,能使生产率提高几倍、几十倍、甚至上百倍。冷挤压可以节能40%~80%。③可获得好的表面粗糙度和尺寸精度。冷挤压的精度可达IT7~IT8级,表面粗糙度可达Ra0.2~1.6微米。因此,用冷挤压加工的零件一般很少再切削加工。④提高力学性能。冷挤压产生加工硬化,以及在材料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,并提高疲劳强度。⑤可加工形状复杂、难以切削加工的零件。如异形截面、复杂的内腔、内齿及表面看不见的内槽等。⑥降低成本。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,可使零件成本大大降低。

但冷挤压也存在缺点,局限了其应用: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2000~2500兆帕。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。因此,模具材料需有一定的回火稳定性。②需用大吨位的压力机。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。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,而且难于进行自动化生产。⑤不适用于高强度材料加工。⑥冷挤压零件的塑性、冲击韧性差,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)。

  • 上海交通大学冷挤压技术编写组.冷挤压技术.上海:上海人民出版社,1976.
  • 杨煜.国内外冷挤压技术发展综述.综合评述.2001.
  • 洪慎章.冷挤压零件的工艺设计.

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