第8章 冷挤压压力机

8.1 概述

为了保证顺利地实施冷挤压生产加工，除了具有一副符合技术要求的冷挤压模具外，还应按生产的需要，选用相匹配的冷挤压设备型号及规格，因此，选择冷挤压设备型号及规格是十分重要的。

1.冷挤压示功图

冷挤压过程与冲裁过程有很大区别，了解冷挤压工艺的特点对于正确使用压力机，提高模具使用寿命，有很大的帮助。

图8-1～图8-3所示分别为正挤压、反挤压及复合挤压的挤压力与行程的关系图（简称示功图），图8-4所示为冲裁力与行程的关系图。

图8-1 正挤压管接头挤压力与行程的关系图

注：材料为12Cr18Ni9；润滑采用磷化、豆油。

图8-2 反挤压厚壁杯形件挤压力与行程的关系图

注：材料为10钢（经磷化处理）；润滑采用油脂。

在冷挤压的示功图上，第一个突变为凸模推动凹模中的毛坯，需要克服一定的摩擦力。滑块继续下降，压力急剧增高，使工件在凹、凸模之间产生塑性变形，此时的压力为最大值。工件从塑性变形开始到塑性变形结束，由于挤压时金属流动而使工件的温度升高和摩擦力减少，使最大压力有所下降，但它的总趋势是压力从一开始就急剧上升直到挤压完成前，最大挤压力几乎保持不变。

图8-3 正反复合挤压挤压力与行程的关系图

注：材料为20Cr钢（经磷化处理）。

图8-4 钢板冲裁

冲裁的示功图呈三角形，它有这么几个阶段：ab段为弹性变形；bc段为塑性变形并开始发生裂缝；c点冲裁力达到最大数值后，材料全剪断，压力急剧下降。由此可知，冷挤压所需的工作能量比冲裁要大得多。

2.压力机的基本要求

从以上分析可知，冷挤压时的单位挤压力很大，冷挤压件的精度要求高。因此，对冷挤压使用的压力机提出了一些特殊的要求。

（1）能量要大 从冷挤压加工的示功图来看，冷挤压加工的压力大，行程也很长，示功图几乎成矩形，所以冷挤压压力机需要很大的能量。

（2）刚性要好 冷挤压时，由于单位挤压力大及载荷集中，极易使模具和压力机产生变形。单靠模具导柱导套的导向是不能满足要求的，必须加强压力机床身和曲轴的刚性。压力机的刚性直接影响到冷挤压时凸、凹模的同轴度，压力机刚性差，很容易使凸模折断。C字形结构的开式床身，由于冷挤压时会使床身产生角变形，使凸、凹模不同轴而使模具破坏或挤压件质量降低，稍大的角变形将使床身在转角处开裂。因此，为了保证较高的冷挤压件精度和较长的模具寿命，就必须要求压力机具有较好的刚性。

（3）导向精度要高 因为对冷挤压件的精度要求较高，因此，单靠模具的导向装置来导向是不能满足要求的。另外，当压力机的导向精度较低时，滑块下平面与工作台平面之间会产生倾斜，凸模会因受到附加弯曲应力的作用而折断。因此，为了保证冷挤压件的尺寸精度和较长的模具寿命，就必须要求压力机和滑块的导向精度要高。

（4）要具备顶出装置 冷挤压后，冷挤压件可能残留在凹模中，需要把它从凹模中顶出来。因此，要求压力机有结构简单的，在不拆卸下模的情况下能精确调节的顶出装置。顶出力一般应为压力机公称压力的10%左右，对于自动挤压机，顶出力为公称压力的5%。常用顶料装置有两种形式：一种是机械式，一般由凸轮控制，也有把顶料装置和滑块用螺栓连接在一起，当滑块回程时顶出工件；另一种顶出装置则采用液压控制或液气控制的结构，它的动作必须与滑块有很好的配合。

（5）备有可靠的超载保险装置 在冷挤压过程中，往往由于预先未能估计到的原因而使压力机超载，如毛坯尺寸超差及材料热处理不合理等。为了保证在超载时压力机不致损坏，必须使压力机具有非常可靠的超负荷保险装置。小吨位通用曲柄压力机中，普遍采用压环式保险装置，放在连杆和滑块之间，超载时，保险装置被剪断，保护压力机零件不损坏。在专用冷挤压力机中，有些装有两个彼此无关的超负荷保险装置。其中一个是液压的，安装在滑块或台面中；另一个是机械的，安装在连杆上，两者均可按照需要进行压力调整。

（6）能提供合适的挤压速度 冷挤压加工是将大截面的毛坯压缩成小截面的挤压件。在挤压过程会有冲击作用，特别是当挤压速度较高时，上模接触金属毛坯的瞬间速度迅速降低而产生冲击。因此，要求用于冷挤压的压力机能提供合适的挤压速度。一般要求压力机具有较高的空程向下和回程速度，而当上模接触金属毛坯前，其速度能迅速下降，在挤压过程中，挤压速度应尽可能保持均匀。一般认为较好的挤压速度在0.1～0.4m/s范围内。

（7）具有润滑冷却装置 冷挤压时单位挤压力大，且在冷挤压过程中又会产生大量的热量。因此，用于冷挤压的压力机要求具有良好的润滑冷却装置，及时地向模具及被挤毛坯喷射润滑冷却液，进行强制性的润滑和冷却，从而延长模具使用寿命。

3.压力机的类型

用于冷挤压的压力机主要有液压机和机械压力机两种，有时还可用非专门为冷挤压而设计的普通压力机及摩擦压力机，如图8-5所示。早期用于冷挤压的设备主要是液压机，近年来大多选用曲轴式或偏心齿轮式及肘杆式的机械压力机。它们机构的简图如图8-6所示。

图8-5 冷挤压设备分类

曲轴式或偏心齿轮式压力机使用最广泛，结构也简单，由电动机通过离合器带动曲轴或偏心齿轮传动，经连杆使滑块作上下往复运动。它的缺点是滑块的速度是随着滑块的行程而改变的，当滑块在1/2行程处，速度达到了最大值，滑块至下死点时，速度降为零，滑块速度的不均匀性很大。因此，开始挤压的速度也较大，在挤压开始时有冲击性，对模具寿命产生不良影响。

肘杆式（或拉力肘杆式）压力机，也由电动机通过离合器带动偏心轮或曲轴转动，再驱动肘杆机构带动滑块作往复运动。这两种结构的压力机与曲轴式压力机相比，滑块速度的变化较平稳，因此，开始挤压的速度也较小。缺点是滑块行程受结构限制不能很大，因此，不宜挤压工作行程较大的零件，只有对有色金属进行冷挤压时，由于一般变形程度都很大，不需要很大的工作行程即可挤出较长的零件，采用这种压力机是很理想的。

图8-6 压力机机构简图

a）曲轴或偏心齿轮式 b）肘杆式 c）拉力肘杆式