吉林大学冷挤压课件5

第五章冷挤压加工工序的设计5.1冷挤压件的常见缺陷5.2冷挤压的许用变形程度5.3不同挤压方法的一次成形范围5.4冷挤压件的加工精度5.5适合于冷挤压加工的零件形状5.6冷挤压工序的金属流动关系5.7冷挤压工艺方案的制定5.1冷挤压件的常见缺陷一、表面折叠多余的表皮金属被压入坯料的表层而形成的缺陷，称为表面折叠。二、表面折缝多余的表皮金属被挤入材料，并随着流动的金属一起流动而深入材料内部所形成的缺陷，称为表面折缝。三、缩孔从坯料某表面开始，产生的收缩小孔洞，称为缩孔。四、表面裂纹表面裂纹主要有环形裂纹、纵向裂纹、斜向裂纹以及角裂等。五、内部裂纹在挤压件内部，从轴心线处开始产生的裂纹，称为内部裂纹。5.2冷挤压的许用变形程度每道冷挤压加工工序所允许采用的变形程度，称为许用变形程度。许用变形程度越大，则生产率就越高，工序就越少。但因此单位压力也要增大，这就有可能超出模具所允许的单位压力，导致模具的损坏。因此，许用变形程度的大小应严格控制。一、影响许用变形程度的因素㈠模具许用单位压力模具许用单位压力越大,许用变形程度就越大。钢的冷挤压模具许用单位压力以2000～2500MPa为高限来确定许用变形程度是可行的。㈡材料种类被挤压金属材料强度越大，挤压时变形抗力就越大，则许用变形值就越小。有色金属比黑色金属的许用变形值大，黑色金属的许用变形值随含碳量的增加而减小。㈢挤压方式 同一挤压件采用不同的挤压方式，所需的单位挤压力不一样，因而许用变形程度也就不一样。正挤压单位挤压力小于反挤压单位挤压力，故正挤压许用变形程度大于反挤压许用变形程度。㈣模具工作部分的结构形状

模具工作部分形状不同，单位挤压力就不一样，因而许用变形程度也就不一样。㈤润滑条件

润滑条件好，许用变形程度就大；润滑条件不好，许用变形程度就小。二、不同材料的许用变形程度㈠有色金属的许用变形程度

由于有色金属冷挤压时所需的单位挤压力较小，因此，在不超出模具的许用单位压力的条件下，所允许的变形程度是很高的，如下表㈡黑色金属的许用变形程度

1.正挤压的许用变形程度正挤压时，毛坯材料的硬度与许用变形程度的关系，如图所示。该关系曲线的试验条件是：毛坯相对高度h0／d0＝1.0，经退火、磷化皂化处理，凹模锥角α＝120o。，模具的许用单位压力分别为2000MPa和

2500MPa.

1－模具许用单位压力为2500MPa2－模具许用单位压力为2000MPa2.反挤压的许用变形程度反挤压时，毛坯的硬度与许用变形程度的关系，如图所示。该关系曲线的实验条件为：毛坯的相对高度h0／d0＝1.0，经退火、磷化皂化处理，模具的许用单位压力分别为2000MPa和2500MPa。1－模具许用单位压力为2500MPa2－模具许用单位压力为2000MPa5.3不同挤压方法的一次成形范围 不同挤压方法的一次成形范围是指在当前技术条件下，一次成形所允许加工界限。它应根据不超出被挤材料的许用变形程度，即不超出模具的许用单位压力，且保证获得合格的冷挤压件等原则来确定。一、反挤压杯形件的一次成形范围1.孔的深度

h/d1:黑色金属2~3

有色金属及其合金3~62.底厚b

保证b≥s3.壁厚s纯铝、紫铜等

s/D≥1/200硬铝、黄铜等s/D≥1/25铜s/D≥1/15４.内孔径

0.5Ｄ≤d1≤0.86Ｄ５.阶梯孔杯形件的小孔长径比一般情况下，h2/d2≤1。特殊情况下，允许h2/d2＞１但必须限制h2/d2≤1.2．二、正挤压件的一次成形范围１.毛坯高径比ho/do

一般限制ho/do≤８２.正挤压实心件杆部直径d１

0.5Ｄ≤d1≤0.8５Ｄ３.余料高度h１实心件h１＝d１/2

空心件h１＝（d１－d２）４.凹模锥角α黑色金属：α＝90°～150°,一般α＝120°

有色金属：α＝140°～170°

5.4冷挤压件的加工精度 最佳的挤压工序不仅工序少、流程短、耗材省、废品少，而且挤压件尺寸精度高、形状偏差少、表面质量好。 因此，根据挤压件的精度要求来设计挤压加工工序。一、冷挤压件的尺寸精度㈠影响尺寸精度的因素1.设备的刚性及负荷能力2.模具尺寸精度3.毛坯材料性能及制造精度4.变形条件二、冷挤压件的表面粗糙度冷挤压件的表面粗糙度取决于模具工作表面的粗糙度。 一般情况下，挤压件外表面表面粗糙度略高，约为Ra3.2～Ra1.6um；内表面表面粗糙度较低，约为Ra0.8um。 模具相应处的表面粗糙度应低于1～2级。5.5适合于冷挤压加工的零件形状

一、冷挤压加工对零件形状的要求㈠断面形状对称如图,在进行挤压时,先增设一个形状、尺寸完全相同的凸肋，以保证对称，挤压完成后再切除。非对称件对称件㈡断面面积差较小如图，截面面积相差较大，可改为两次成形。先挤压制成一个中间形状，然后再冷镦凸缘。毛坯预成形件空心挤压件㈢断面过度平缓将断面变化部位设计成锥形过渡，过渡部分的衔接处采用充分平滑的圆弧连接。㈣锥形及阶梯形杯形件不宜冷挤压加工锥形不利于金属流动。可先加工成直壁杯形件，然后再增加一道工序加工。原始形状改进后形状二、适宜冷挤压加工的最佳形状1.底部带杆的杯形件（图a）2.带有深孔的双杯形件（图b）3.带有较大法兰的轴类件（图c）4.多台阶的阶梯轴类件（图d）5.带有花键或齿轮的轴类件（图e）6.截面为正方形、六边形、八边形等多边形薄片零件7.厚壁管类零件8.深孔类零件9.对于需要调质为硬度25～35HRC的钢质对称零件5.6冷挤压件的分类一、阶梯轴类冷挤压件1.一端具有粗大头部的阶梯轴2.具有顺序阶梯的台阶轴3.中间具有粗大部分的阶梯轴二、杯形类冷挤压件1.阶梯孔杯形件2.深孔杯形件3.内孔带芯轴的杯形件4.杯底带凸缘的杯形件5.杯口带凸缘的杯形件6.中部带凸缘的杯形件三、空心管类冷挤压件1.圆管状空心件(图a)2.凸缘位于管端的空心件(图b)3.管表面中部带凸缘的空心件(图c)四、杯－杆、双杯及双杆类冷挤压件１.带实心杆的杯－杆类件２.带空心杆的杯－杆类件３.带凸缘的杯－杆类件４.双杯类件５.双杆类件五、锥形类冷挤压件返回1.实体锥形件2.浅杯锥形件3.杯—杆类锥形件4.复杂锥形件5.空心锥形件6.深杯锥形件六、齿形类冷挤压件5.7冷挤压工艺方案的制定一、冷挤压件图的制订㈠内容1.确定冷挤压和进一步加工的工艺基准2.需要机械加工的部分，给出公差3.确定挤压完成后多余材料的排除方式4.确定粗糙度等级和形位公差㈡注意问题1.冷挤压件图按1：1比例绘制2.尺寸小而且复杂的冷挤压件图可适当放大；若尺寸过大，则应缩小比例，但对于形状复杂部位仍按1：1绘制3.制订技术条件，写在冷挤压件图样空白处二、制定冷挤压工艺方案的技术经济指标1.冷挤压件的尺寸尺寸越大，设备的吨位越大，加工越困难。2.冷挤压件的形状形状越复杂，加工越困难3.冷挤压件的精度精度超过一定限度，加工困难4.冷挤压件的材料材料不同，加工方案不同5.冷挤压件的费用包括材料消耗费用、备料费用、工具及模具制造费用、冷挤压加工费用和后续加工费用三、冷挤压工序的设计加工全过程包括以下工序：下料工序预成形工序辅助工序冷挤压工序后续加工工序㈠挤压工序数目的确定冷挤压工序数目的确定主要取决下列因素：1.冷挤压件的复杂程度2.冷挤压件材料的成形性能3.变形程度的大小4.金属的流动状况5.挤压件的尺寸参数6.挤压件的精度7.挤压件的批量㈡中间工序的设计中间工序是成品之前的半成品的冷挤压工序。中间半成品工序设计应注意如下问题：1.最大限度的满足挤压件的质量要求。2.应保证充满难以挤压到位的冷挤压件的局部形状。3.当成品挤压毛坯呈悬空状态时，应增设中间半成品工序。4.中间半成品锥形形状的锥角应大于冷挤压相应处的锥角。㈢各道工序间的尺寸配合1.径向尺寸配合关系原则：要使毛坯或半成品能够自由放入下一道工序的模腔内。2.轴向尺寸配合关系半成品轴向尺寸要小于成品相应处轴向尺寸3.其他尺寸的配合关系半成品过度部位实际锥角，半成品的圆角半径与成品半径相协调，即R1

≥R2冷挤压工序设计实例一、实心件正挤压图是一个细长螺钉，原来全部采用切削加工。这是一个有三个阶梯的08钢零件，用一次正挤压与一次墩头两次变形工序进行加工。在第一次正挤压时，变形量虽高达83.6％，但效果很好，目前生产情况正常。1由零件图转变为冷挤压件图零件图挤压件图2工艺方案分析若采用一次冷挤压工序。直接由9.85mm直径的毛坯正挤压成3.45mm直径的杆部，则断面缩减率

这样大的变形程度如果在条件较为有利的情况下是可以争取达到的，但是考虑到9.85mm直径过渡到3.45mm直径的过渡角为180°，这是一个不利的因素，另一方面如果直接由9.85毫米的毛坯将9mm与3.45mm两段直径挤压出来凹模的工作带长度将超过14.5mm：对冷挤压就更为不利。因此，将挤压件用一次正挤压工序进行生产是比较因难的。现在采用两次变形工序。先用直径8.4mm的毛坯将3.45mm直径的杆部挤出；然后再在第二次变形工序中将头部镦压成形，同时将零件下端的3.07mm直径挤压出来。两次变形工序的工艺过程示如图。生产实践证明，这个两次变形工艺方案是合理的。二、汽车活塞销冷挤压汽车发动机活塞销如图所示，材料为20号钢或20Cr。活塞销将发动机活塞与连杆联结起来在气缸内进行往复运动，在工作时承受交变应力，要求有较高的耐磨性和疲劳强度。这里主要讨论活塞销工艺方案的拟订与连皮的位置两个问题。一、冷挤压工艺方案的拟订首先要把活塞销零件图变成适合于冷挤压工艺的挤压件图。活塞销内孔（直径14．6mm）的精度要求可以由冷挤压工艺满足，因此不必留切削余量。外圆光洁度要求花10（Ra0.2），精度要求0.01mm，用冷挤压方法达到这样的光洁度与精度在目前尚有一定的困难，所以在零件外圆留出磨削余量0.5mm(双边)，在冷挤压工序以后用无心磨床将外圆磨出。至于活塞销连皮的安放位置，有两种不同的方案：1．将连皮放置在杯形挤压件的底部2．将连皮放置在挤压件的中部如果采用图5—27的方案，工件反挤压的断面缩减率14.62/22.52=42.1%这个变形程度无论对20号钢或对20Cr都是可行的。但是冷挤压工艺方案的合理性不能仅从变形程度单方面来看，它还取决于反挤压凸模的纵向稳定性(防止细长凸根的弯折)。为了防止细长凸模的弯折，一般规定反挤压钢质杯形件时，凸模工作部分的长细比(长度与直径之比)不应超过3.0。

即：L最大/d<3.0

在图5-27的第一方案中，如果采用一次反挤压工序，凸模的长细比

l/d=70/14.6=4.8>3.0这样的长细比数值太大，在生产中容易引起凸模弯折。因此如果采用一次反挤压方案，显然变形程度未超出许可范围，但加工仍有一定的困难。现在采用的如图5—28所