1.2 冷挤压的金属流动规律
为了了解各种冷挤压方法的金属流动情况，现将圆柱体毛坯切成两块，如图1-26所示。在其中的一块剖面上刻上5mm×5mm～20mm×20mm的正方网格，即坐标网。将拼合面涂上润滑油，再与另一块拼合在一起，进行各种方式的挤压，就可以看到被挤毛坯内部的金属流动实际情况。
图1-26 毛坯上的坐标网
1.正挤压实心件的金属流动情况
正挤压实心件的金属流动情况如图1-27所示，其特征如下：
1）横向坐标线在出口处发生了较大的弯曲，且中间部分弯曲更剧烈。这是由于凹模与挤压金属表面之间存在摩擦力和凹模形状的变化，致使金属在流动时外层滞后于中层的缘故。被挤毛坯的端部横向坐标线弯曲不大。这是由于该部分金属原来就处在凹模出口附近，挤压时迅速向外挤出，受摩擦及模具形状等因素影响较小的缘故。横向坐标线的间距从挤出部分端部开始是逐渐增加的，即l3＞l2＞l1，说明挤出金属的纵向拉伸变形越来越大；而当达到某定值l5时，间距基本上不再变化，说明此时的变形已处于稳定状态。
2）纵向坐标线挤压后也发生了较大的弯曲。如把开始向内倾斜的点阵连成A-A线，把开始向外倾斜的点连成B-B线。A-A线与B-B线之间所构成的区域为剧烈变形区。A-A线以上或B-B线以下坐标线基本上不变化，说明这些区域的金属不发生塑性变形，只作刚性平移。
3）在凹模出口转角D处的金属，在挤压过程中不参与流动，称为金属死区。
图1-27 正挤压实心件的金属流动情况
4）正方形网格经过出口处以后，变成了平行四边形。这说明金属除发生拉伸变形以外，还有剪切变形。越接近外层剪切角越大，即γ2＞γ3。这是由于外层金属受到摩擦阻力的影响较大，以及模具几何形状的影响，使得内外层金属流动存在着较大差异的缘故。刚开始挤出端部剪切角较小，以后逐渐增大，即γ2＞γ1。这是由于开始挤压时，受摩擦影响较小的缘故。当进入稳定变形区以后，相对应处的剪切角保持不变。
从上述分析可见，正挤压实心件的变形特点是：金属进入A-A线至B-B线之间的区域时才发生变形，此区称为剧烈变形区。进入此区以前或离开此区以后，金属几乎不变形，可以认为是刚性平移。在变形区内，金属流动是不均匀的，中心部分流动快，外层流动慢。当进入稳定变形阶段以后，不均匀变形程度是相同的。在凹模转角处会产生程度不同的金属死区。
2.正挤压空心件的金属流动情况
空心件正挤压过程如图1-28所示。这时除受凹模工作表面的摩擦影响以外，还受到芯棒表面摩擦的影响，因而毛坯上的坐标横线变为向后弯曲的曲线，不再产生剧烈流动的中心区域。这说明正挤压空心件的金属流动比正挤压实心件均匀。在正常情况下，剧烈变形区总是集中在凹模锥孔附近不大的高度上，金属在进入变形区以前或离开变形区以后，不发生塑性变形，只作刚性平移。
图1-28 空心件正挤压过程
a）挤压前 b）挤压中
3.反挤压杯形件的金属流动情况
用实心毛坯反挤压杯形零件时，挤压变形各阶段的金属流动情况如图1-29所示。图1-29a表示挤压变形之前的位置。图1-29b表示高度大于直径的毛坯进入稳定变形状态时的变形情况。此时可将毛坯内部的变形情况分为三个区域：A区为金属死区，它紧贴着凸模端面，呈倒锥形。锥形大小随凸模端面与毛坯间的摩擦力大小而变化。这部分金属基本上不产生变形。B区为剧烈变形区，毛坯金属在这个区域内产生剧烈的流动，该区的轴向界限大约为（0.1～0.2）d1（d1为反挤压凸模直径）。当凸模下行到毛坯底部高度大于此界限尺寸时，尽管变形区内的金属产生了强烈的流动，而底部的一部分金属仍保持原状，此时仍处于稳定变形状态。但当凸模再继续往下运动，毛坯残余厚度小于此界限尺寸时，在此剩余厚度内的全部金属材料均参与塑性流动，成为如图1-29c所示的非稳定变形状态。D为死区，当底厚过薄时，塑性差的金属便会产生环形脱落。C区为刚性平移区，强烈变形区的金属流动至形成杯壁后，就不再变形了，而是以刚体平移的形式往上运动，该运动一直延续到凸模停止工作时为止。
图1-29 杯形件反挤压的金属流动情况
a）变形前 b）变形中 c）变形后
4.复合挤压时的金属流动情况
复合挤压时的金属流动情况如图1-30所示。在变形区内，有向不同出口流动的区域边界，即分流面。由于受模具结构、零件形状以及外摩擦等因素的影响，分流面不能用简单的方法来决定。图1-30a为上下对称形状的实心件的复合挤压（杆-杆型复合挤压），由于金属向上流动所受到的阻力比向下流动所受到的阻力大，因此向下流动的体积较多。图1-30b为上下对称形状的双杯类复合挤压（杯-杯型复合挤压），且又是在双动冷挤压压力机上进行加工的，因此金属材料均匀地向上和向下流动，分流面在中间对称面上。图1-30c为杯-杆件复合挤压，上部金属材料的流动情况与杯形件反挤压相似，下部与实心件正挤压相似。
图1-30 复合挤压时的金属流动情况
a）杆-杆型 b）杯-杯型 c）杯-杆型 D—变形死区