7.3 温挤压毛坯的准备

如前所述，大多数金属材料，包括强度高、塑性差的材料在内，如高碳钢、高合金钢、不锈钢、轴承钢、工具钢、高温合金、精密合金及有色合金等，均可进行温挤压成形。

1.毛坯形状与尺寸

与冷挤压时一样，温挤压毛坯的体积可以按照变形前后体积不变定律来计算。

为了保证产品的质量和模具寿命，毛坯的直径尺寸要基本上接近凹模模腔直径尺寸，但要考虑到毛坯加热后直径会因膨胀而增加，否则毛坯加热后可能会放不进凹模模腔。

毛坯加热后的直径D_t可按下式计算：

D_t=D₀（1+αt） （7-1）

式中 D₀——室温时的毛坯直径（mm）；

α——材料的线胀系数（℃^-1）；

t——毛坯高于室温的温差（℃）。

常用温挤压材料的线胀系数如表7-4所示。

毛坯形状的确定可参考冷挤压的有关部分。

2.毛坯加热方法

准确地控制加工温度就能保证产品尺寸的一致性。因此，油炉加热不太合适，因控制炉温较困难。采用煤气加热、电阻加热、中频感应加热等方法比较合适，便于控制炉温。

表7-4 温挤压常用材料的线胀系数

对温挤压毛坯进行加热用炉的方式，连续式比周期式好。因为它可以通过改变在炉内的停留时间（即通行速度），来控制毛坯的温度。

快速加热可以避免或减少氧化、脱碳。但是不建议使用盐浴炉，因为盐浴剂附着在毛坯上或模具上，使顶料力增加，模具磨损加速，而且后序清理模具和零件表面的盐浴剂也比较困难，因而使用盐浴炉是一种不适当的方法。

中频感应加热的优点多，加热时间短，氧化膜极薄，而且可以局部加热，安装面积小，环境清洁。

温挤压中频感应加热的频率可按下式确定：

式中 f——中频电源频率（Hz）；

ρ——电阻率，钢在650℃时，ρ=85×10^-6Ω·cm；

μ——磁导率，钢在650℃时，μ=3.5～4.0；

R——毛坯半径（cm）。

加热所需的电功率可根据图7-11确定。该图表示出了加热钢、铝、铜时所需的电功率。实际使用时必须考虑效率，即

式中 P_实——实际需要的电功率（kW/h）；

P——按材料种类由图7-11查得的电功率（kW/h）；

η——效率系数，对钢取0.6，对铜取0.35。

例如，若加热尺寸为φ25mm×41.7mm的钢毛坯，每个重量为161g，温挤压温度为650℃，试计算其中频感应加热的频率和所需的功率（每分钟生产40件）。

图7-11 中频感应加热时所需的电功率

中频电源频率

加热电功率由图7-11查得在650℃时每吨毛坯所需功率约为100kW/h，考虑效率则每吨毛坯所需的功率为

因每分钟生产40件，每件重量161g，所以每小时生产的零件重量为

40×161×60g=386400g≈0.386t

实际所需的总功率为

P_总=167×0.386kW/h=65kW/h

所以，应选用频率2kHz，功率为65kW/h的中频加热炉。

大型零件加热时，如果采用感应加热，由于毛坯直径较大，沿截面的毛坯温度难于均匀一致。因此，可以采用中频感应加热以后，再经箱式炉均热，以保证毛坯温度沿断面均匀分布。

为了防止毛坯在加热中氧化和脱碳，可采用在惰性气体或真空中加热。但是如果受条件限制，采用一般电炉加热，若零件小，加热时间短，影响也不大。例如，曾在一般箱式电炉中加热45钢，加热温度为800℃，加热时间为20min，挤出的产品氧化膜极薄，经酸洗或喷砂后，表面仍能保持Ra=1.6μm；对其脱碳情况的检查表明，挤压件和原材料一样，都见不到脱碳层。又如，轴承钢GCr15在（700±20）℃加热，温挤压轴承圈表面氧化膜极薄，脱碳层几乎不产生，并经65%左右反挤压变形后，脱碳层厚度比原始毛坯脱碳层还减少一半之上。

毛坯加热时间可根据加热设备和毛坯尺寸以及加热的毛坯数量而定，以毛坯均匀达到加工温度作为确定加热时间的标准。

3.模具预热

除了毛坯在温挤压前要加热以外，温挤压用的凸模和凹模在温挤压前均要进行预热。预热的目的有两个：一是使毛坯放入模具后毛坯降温不致过大，以免造成毛坯材料塑性下降，变形抗力增加；还为了避免毛坯表面和中心层温差过大，造成变形不均匀程度增加，变形抗力升高，甚至引起模具和温挤压件破坏。二是减小模具与毛坯的接触温差，避免模具表面层迅速升温，造成模具表面层和中心层之间大的温差，产生很大的内应力，引起模具破坏。

模具预热的方法有在模具上安装专门的煤气预热器，或者可用喷灯或在模具上放烧红的钢块进行预热。模具预热温度（指凸模、凹模和顶杆等工作部分）可在150～300℃左右，视温挤压毛坯温度高低而定。检查预热温度的方法有：①用测温笔画在模具工作表面，当所画的颜色在2s内变为指定的颜色，就说明温度已达到所规定颜色的温度；②用表面温度计测量模具工作表面温度。