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第1章冷挤压基础

1.1 冷挤压的实质及分类

1.1.1 冷挤压的实质

冷挤压是利用金属材料塑性变形的原理，在室温条件下，将冷态金属毛坯放入装在压力机上的模具型腔内，在强大的压力和一定的速度作用下，迫使金属毛坯产生塑性流动，通过凸模与凹模的间隙或凹模出口，挤出空心零件或断面比毛坯断面要小的实心零件，可获得所需一定形状及尺寸，还具有较高力学性能挤压件的工艺技术。冷挤压是无切屑或少切屑零件加工工艺之一，是金属塑性加工中一种先进的加工方法。图1-1～图1-4所示的普通碳素钢缝纫机梭芯套、低碳钢深孔气缸、中碳钢洗衣机齿轮轴及碳素工具钢连接帽都是冷挤压加工出来的。

图1-1 冷挤压普通碳素钢缝纫机梭芯套

图1-2 冷挤压低碳钢深孔气缸

从上述所得的产品图中可见，冷挤压加工是靠模具来控制金属流动，靠软化金属体积的大量转移来成形所需的零件的。由此可知，冷挤压工艺的成功与失败与模具结构设计、模具材料以及金属毛坯的软化处理等密切相关。

冷挤压方法既可用于生产成批的金属零件，也可以加工各种模具的型腔，图1-5～图1-13所示为纯铝、防锈铝、硬铝、锻铝、纯铜、无氧铜、黄铜、铬钼钢与轴承钢的冷挤压零件。

图1-3 冷挤压中碳钢洗衣机齿轮轴

图1-4 冷挤压碳素工具钢连接帽

图1-5 冷挤压纯铝仪表支架

图1-6 冷挤压防锈铝加压器

图1-7 冷挤压硬铝十六角圆筒

图1-8 冷挤压锻铝凸缘壳体

图1-9 冷挤压纯铜正方薄壁屏蔽罩

图1-10 冷挤压无氧铜管座

图1-11 冷挤压黄铜仪表套管

图1-12 冷挤压铬钼钢小链轮

图1-13 冷挤压轴承钢方身塞头

冷挤压加工的成形速度范围很广，所用的设备可以在专用的冷挤压压力机上进行，也可在一般的机械压力机或液压机、摩擦压力机以及高速锤上进行。

1.1.2 冷挤压的分类

冷挤压可按金属流动方向、金属流动速度等进行分类。

1.按金属流动方向分类

根据金属流动方向与凸模运动方向之间的相互关系，冷挤压方法有以下7种。

（1）正挤压正挤压时金属的流动方向与凸模的运动方向相同。图1-14所示为正挤压实心工件的情况。加工时先将毛坯放在凹模内，凹模底上有一个大小与所制零件外径相当的孔，然后用凸模加压法挤压毛坯。凸模的压力使金属进入塑性状态，并强迫金属从凹模的小孔中流出，从而制成所需的工件。一般来说，正挤压可以制造各种形状的实心零件（采用实心毛坯），也可以制造各种形状的空心件（采用空心毛坯或杯形毛坯）。图1-15所示为正挤压空心工件的情况，空心工件如套管、弹壳及衬套等。

图1-14 正挤压实心件

1-凸模 2—凹模 3—挤压件 4—顶料杆 5—毛坯

图1-15 正挤压空心件

1—凸模 2—凹模 3—挤压件 4—顶料杆 5—毛坯

（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。图1-16所示为反挤压空心杯形工件的过程。加工时把扁平的毛坯放在凹模底上（凹模与凸模在半径方向上的间隙等于杯形零件的壁厚），当凸模向毛坯施加压力时，金属便沿凸模与凹模之间的间隙向上流动，从而制成所需的空心杯形零件。反挤压方向可以制造各种断面的杯形空心工件，如罩壳、外壳、套筒、套管、屏蔽罩及灯座等。

（3）复合挤压复合挤压时，毛坯一部分金属流动方向与凸模的运动方向相同，而另一部分金属的流动方向与凸模运动方向相反。图1-17所示为复合挤压的工作情况。在凸模的压力作用下，金属向两个不同的方向流动，发生了双向挤出变形。这是正挤压和反挤压组合在一起的一种挤压方法。

图1-16 反挤压杯形件

1—凸模 2—凹模 3—挤压件 4—顶料杆 5—毛坯

图1-17 复合挤压

1—凸模 2—凹模 3—挤压件 4—顶料杆 5—毛坯

按照正挤压和反挤压的不同组合方式，可以将复合挤压分成如下三种情况：杆-杆件复合挤压（见图1-18a），这是反挤压杆形件与正挤压杆形件的组合；杯-杯件复合挤压（见图1-18b），这是杯形件反挤压与杯形件正挤压的组合；杯-杆件复合挤压（见图1-17），这是杯形件反挤压与杆形件正挤压的组合。

复合挤压方法可以制造双杯类零件（如汽车活塞销），也可以制造杯杆类零件（如缝纫机梭芯）。

（4）减径挤压它是变形程度较小的一种变态正挤压法，毛坯截面仅作轻度的缩减。图1-19所示为减径挤压的工作情况。减径挤压主要用于制造直径差不大的阶梯轴类零件也可作为深孔杯形件的修整工序。

图1-18 复合挤压的两种类型

a）杆-杆件 b）杯-杯件

图1-19 减径挤压

正挤压、反挤压、复合挤压与减径挤压是冷挤压方法中应用最广的四种成形方法。这四种方法的金属流动方向都与凸模的轴线平行，因此又统称为轴向冷挤压。

（5）径向挤压径向挤压时，金属的流动方向与凸模的运动方向相垂直。图1-20所示为径向挤压的工作情况。径向挤压又分为离心挤压和向心挤压两种，主要用于制造带凸肩的齿轮坯以及十字轴类零件。图1-21所示为用径向离心冷挤压方法生产铝合金零件，金属毛坯在凸模压力的作用下沿径向向外流出。图1-22所示为通信器材中的铝合金号码盘，内齿与外圆的阿拉伯字码一次挤出，内齿是用径向向心挤压法加工的。

图1-20 径向挤压

图1-21 径向离心挤压铝合金零件

（6）斜向挤压挤压时，金属的流动方向倾斜或弯曲于凸模的运动方向。图1-23所示为斜向挤压的工作情况。斜向挤压主要用于制造具有倾斜或弯曲枝芽的各种复杂形状零件。

（7）镦挤法变形时，金属的流动具有挤压和镦粗的特点，即一部分金属沿凸模轴向流动，另一部分金属则沿径向流动。它是冷镦与冷挤压相结合的一种成形方法，称为镦挤法。图1-24所示为镦挤法的工作情况。镦挤法主要用于制造大头类零件及阶梯轴类零件。图1-25所示的支承杆就是采用这种镦挤法加工的，先正挤再镦头部，把冷挤压与冷镦合拼在同一工序中。