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冷擠壓技術基礎 

一概論
冷擠壓就是把金屬毛坯放在冷擠壓模腔中，在室溫下，通過壓力機上固定的凸模向毛坯施加壓力，使金屬毛坯產生塑性變形而制得零件的加工方法。
    一、基本類型
    1.正擠壓：正擠壓時，金屬的流動方向與凸模的運動方向一致（圖1a、b）。正擠壓可以制造各種形狀的實心件和空心件（圖2）。
    2.反擠壓：反擠壓時，金屬的流動方向與凸模的運動方向相反（圖1c）。反擠壓可以獲得各種形狀的杯形件。如圖2-8缸體，圖3-5所示蓋。

圖1 冷擠壓變形類型示意圖
1—凸模  2—凹模  3—毛坯  4—擠壓件 5—頂件桿

    3．復合擠壓：擠壓時，毛坯一部分金屬流動方向與凸模運動方向相同，而另一個部分金屬流動方向與凸模運動方向相反（圖1d）。復合擠壓可制得各種杯一杯、杯一桿、杯一筒零件（圖3）。
    4．徑向擠壓；擠壓時，金屬的流動方向與凸模運動方向相垂直（圖1e）。徑向擠壓又可分為向心擠壓和離心擠壓（圖4），徑向擠壓用來制造斜齒輪、花鍵盤等零件。
    

                     圖2 冷擠壓件實例之一
1—導管  2—后車軸  3—筒體 5，6—空心軸 7—導向缸體 8—缸體 9—驅動軸

      圖3 冷擠壓件實例之二
1-螺母 2-保持器 3-導套 4-特殊螺母 5-蓋 6-緊固螺母 7-支撐住 8-支承器 9-齒輪毛坯 10-螺母
    5．鍛壓：鐓壓時，金屬毛坯徑向向外流動（圖1f）。鐓壓用于制造帶法蘭的軸類零件或凸緣的杯形零件（圖4）。
    正擠壓、反擠壓與復合擠壓是冷擠壓技術中應用最廣泛的三種方法。它們的金屬流動方向與凸模的軸線平行。因此，有不少資料上又稱這三種方法為軸向擠壓。如前所述，軸向擠壓可以制得各種實心和空心零件，如球頭銷、梭心殼、彈殼等。徑向擠壓是最近十幾年才發展起來的，主要用于通訊器材的號碼盤、自行車的花鍵盤等。
    以上是幾種基本的冷擠壓變形方式，隨著冷擠壓技術的發展，有時還將冷體積模鍛等歸屬為冷擠壓。
    冷擠壓無論在汽車、拖拉機、軸承、電訊器材、儀表等機電制造中，還是在自行車、縫紉機等輕工業中，以及國防工業系統中都有廣泛的應用，這是因為它具有明顯的優點。

二、冷擠壓技術的特點
    1.擠壓零件尺寸準確表面光潔：目前我國研制的冷擠壓件一般尺寸精度可達8～9
級，隴度一般可達，若采用理想的潤滑可達（指純鋁和紫銅零件），僅次于精拋光表面。因此用冷擠壓方法制造的零件，一般不需要再加工，少量的只需精加工（磨削）。

                     
                    圖4

   2.節約原材料：冷擠壓件材料利用率通?？梢赃_到80％以上。如解放牌汽車活塞銷（圖5a）動切削加工材料利用率為43.3％，而用冷擠壓時材料利用率提高到92％；又如萬向節軸承套（圖5b）改用冷擠壓后，材料利用率由過去的27.8％提高到64％?？梢姡捎美鋽D壓方法生產機械零件，可以節約大量鋼材和有色金屬材料。
    3.生產率高：用冷擠壓方法生產機械零件的效率是非常高的，特別是生產批量大的零件，用冷擠壓方法生產可比切削加工提高幾倍、幾十倍、甚至幾百倍。例如，汽車活塞銷用冷擠壓方法比用切削加工制造提高3.2倍，目前又用冷擠壓活塞銷自動機，使生產率進一步提高。一臺冷擠壓自動機的生產率相當于100臺普通車床或10臺四軸自動車床的生產率。
    4.可加工形狀復雜的零件：如異形截面、內齒、異形孔及盲孔等，這些零件采用其它加
工法難以完成，用冷擠壓加工卻十分方便。圖6所示的零件，能方便的擠出。
    5.冷擠壓件強度高、剛性好而重量輕：由于冷擠壓采用金屬材料冷變形的冷作強化特性，即擠壓過程中金屬毛坯處于三向壓應力狀態，變形后材料組織致密、且具有連續的纖維流向，因而制件的強度有較大提高。這樣就可用低強度材料代替高強度材料。例如過去采用20Cr鋼經切削加工制造解放牌活塞銷，現改用20號鋼經冷擠壓制造活塞銷，經性能測定各項指標，冷擠壓法高于切削加工法制造活塞銷。

 
     圖5 用冷擠制造的零件

    這表明用冷擠壓加工活塞銷可用20號鋼代替20Cr鋼。
    從以上特點，可以看出，冷擠壓技術與目前各種加工方法比較，具有突出的優越性。這就為冷擠壓代替切削加工、鍛造、鑄造和拉深工藝來制造機器零件，開辟了一條廣闊的道路。
   

      圖6 冷擠壓件實例之四

    三、冷擠壓技術的發展
    冷擠壓技術發展的初期是非常緩慢的，長期以來只對幾種軟金屬（鉛和錫）進行擠壓。直到19紀末20世紀初，才開始擠壓較硬的有色金屬（鋅、鋁、紫銅、黃銅等）至于鋼的擠壓，由于冷擠壓時需要很大的壓力，在當時不能解決擠壓鋼用的模具材料、合適的潤滑劑與大噸位的壓力機等問題，長時間一直認為擠壓鋼是十分困難甚至是不可能的。
    1906年，英國人科斯利特（T.W.coslett）發現用磷酸鹽處理鋼件制品是一種較理想的防銹方法，但工序繁多，而經濟效益又差，故未被廣泛采用。不過，這種防銹法的出現卻極大地激發了人們去研究更簡單而有效的新方法的積極性。到后來，用自動連續裝置對鋼毛坯進行磷酸鋅防銹處理只需要兩分鐘。經磷酸鋅處理過的毛坯表面附有脂肪潤滑劑或鈉皂薄膜，且這層薄膜不易脫落，擠壓這種毛坯時，壓力較小。這個發現使人們找到了一種理想的鋼毛坯表面處理法一磷化皂化法。
    磷化皂化處理鋼毛坯表面方法的出現使鋼的擠壓成為可能。1934年，德國人采用磷化皂化法成功地冷擠出鋼管。二次世界大戰期間，德國人需要大量彈殼，當時黃銅又供應不足，于是德國人秘密試驗用冷擠壓生產鋼彈殼、后來，采用合金工具鋼作模具材料，用冷擠壓成功地擠出大批量鋼彈殼類零件。

 
   圖7 冷擠壓件的應用 

    第二次世界大戰以后，美國人竊取了德國人關于鋼的冷擠壓的全部資料，開始在美國用冷擠壓秘密生產軍火，開辦了很多生產鋼彈殼和彈體的軍工廠。
    鋼的冷擠壓于1947一年才正式用于民用工業。
    美國于1949年發表了各種鋼材冷擠壓后機械性能的實驗數據。德國于1950年、1953年先后公布了鋼的冷擠壓的基本技術數據及冷擠壓力和擠壓功的實驗結果。
    1957年，日本引進了專用冷擠壓機，開始在精密儀器和儀表中采用冷擠壓技術。日本見這種新技術經濟效益顯著，很快把這種技術用于制造汽車和電氣制件?，F已成為遍及各個工業部門的重要加工手段。
    圖7介紹了冷擠壓的發展和應用情況。
    從圖上看出，自1950年以后，冷擠壓件生產的迅速發展。虛線表示預測產量，但后來均突破這個預測量，尤其日本突破得更多。目前生產的冷擠壓件80～85％用于汽車工業，其余用于電器工業、機器制造業、儀表工業和建筑業等。
    在我國，建國前的冷擠壓加工是十分落后的，當時，僅有少數工廠用鉛、錫等有色金屬擠壓牙膏管或線材、管材一類產品。
    建國后，冷擠壓技術得到了發展。50十年代開始了鋁、銅及其合金的冷擠壓；60年代 黑色金屬冷擠壓已應用于生產。十年浩劫，極大地影響了冷擠壓技術的發展。1978年以后，在“獨立自主，自力更生”的偉大方針指引下，冷擠壓技術得到了迅速發展。近幾年來，隨著改革開放政策的進展，隨著國家工業生產及科學技術的蓬勃發展，冷擠壓技術也得到 了迅猛發展。
    70年代末，國內不少高等學校、研究所和工廠開展了冷擠壓技術的實驗研究，發表了大量的有價值的論文，初步形成了一支研究和應用冷擠壓技術的隊伍。
    目前，我國已能對鉛、錫，鋁、銅、鋅及其合金、低碳鋼、中碳鋼、工具鋼、低合金鋼與不銹鋼等金屬進行冷擠壓，甚至對軸承鋼、高碳高鋁合金工具鋼、高速鋼等也可以進行一定變形量的冷擠壓。制造的冷擠壓件是各種各樣的，最重可達30公斤，最輕只有1克。在模具材料使用方面，除了用高速鋼、軸承鋼、高碳高鉻合金工具鋼外，還采用了不少新型模具鋼如CG2、65Nb、LD等。在擠壓工藝參數選擇和模具結構設計方面，初步采用了優化設計
及計算機輔助設計與制造（即CAD/CAM），使模具結構更合理、擠壓工藝參數更接近于實際。在擠壓設備方面，我國已具備設計和制造各級噸位擠壓壓力機的能力。除采用通用機械壓力機、液壓機、冷擠壓力機外，還成功地采用摩擦壓力機與高速高能設備進行冷擠壓生產。
    科學的發展，對冷擠壓技術產生了重大影響，具體地說就是計算機在工藝分析、模具設計、制造及工藝過程控制中的應用對冷擠壓技術產生的影響。我國將進一步發展應用這門新技術。發展冷擠壓技術主要應從以下幾方面著手：
    1.擴大冷擠壓技術的應用范圍，在一定范圍內，逐步代替鑄、鍛、拉深及切削加工；
    2.提高冷擠壓制件的精度和表面質量，生產出幾何形狀更復雜的制件；
    3.擴大冷擠壓用的原材料種類，研究更理想的表面處理與潤滑方法；
    4.進一步使用CAD/CAM和優化設計，提高和加快模具設計與制造，研制出更合理的模具結構；
    5.尋找更適合于冷擠壓用的模具材料及其熱處理方法，以延長模具的使用壽命；
    6.進一步發展溫熱擠壓、等溫擠壓、靜液擠壓及高速擠壓等新工藝技術的研究和應用；
    7.研制適合于冷擠壓的多功能的冷擠壓機，使毛坯和制件能安全自動地進料與出件，以便進一步提高生產率。