冷擠壓就是把金屬毛坯放在冷擠壓模腔中,在室溫下,通過壓力機上固定的凸模向毛坯施加壓力,使金屬毛坯產(chǎn)生塑性變形而制得零件的加工方法。
一、基本類型
1.正擠壓:正擠壓時,金屬的流動方向與凸模的運動方向一致。正擠壓可以制造各種形狀的實心件和空心件。
2.反擠壓:反擠壓時,金屬的流動方向與凸模的運動方向相反。反擠壓可以獲得各種形狀的杯形件。
3.復合擠壓:擠壓時,毛坯一部分金屬流動方向與凸模運動方向相同,而另一個部分金屬流動方向與凸模運動方向相反。復合擠壓可制得各種杯、桿、筒零件。
4.徑向擠壓;擠壓時,金屬的流動方向與凸模運動方向相垂直。徑向擠壓又可分為向心擠壓和離心擠壓,徑向擠壓用來制造斜齒輪、花鍵盤等零件。
5.鍛壓:鐓壓時,金屬毛坯徑向向外流動。鐓壓用于制造帶法蘭的軸類零件或凸緣的杯形零件。
正擠壓、反擠壓與復合擠壓是冷擠壓技術中應用最廣泛的三種方法。它們的金屬流動方向與凸模的軸線平行。因此,有不少資料上又稱這三種方法為軸向擠壓。如前所述,軸向擠壓可以制得各種實心和空心零件,如球頭銷、梭心殼、彈殼等。徑向擠壓是最近十幾年才發(fā)展起來的,主要用于通訊器材的號碼盤、自行車的花鍵盤等。
以上是幾種基本的冷擠壓變形方式,隨著冷擠壓技術的發(fā)展,有時還將冷體積模鍛等歸屬為冷擠壓。
冷擠壓無論在汽車、拖拉機、軸承、電訊器材、儀表等機電制造中,還是在自行車、縫紉機等輕工業(yè)中,以及國防工業(yè)系統(tǒng)中都有廣泛的應用,這是因為它具有明顯的優(yōu)點。
二、冷擠壓技術的特點
1.擠壓零件尺寸準確表面光潔:目前我國研制的冷擠壓件一般尺寸精度可達8~9級,若采用理想的潤滑,其精度僅次于精拋光表面。因此用冷擠壓方法制造的零件,一般不需要再加工,少量的只需精加工(磨削)。
2.節(jié)約原材料:冷擠壓件材料利用率通?梢赃_到80%以上。如解放牌汽車活塞銷動切削加工材料利用率為43.3%,而用冷擠壓時材料利用率提高到92%;又如萬向節(jié)軸承套改用冷擠壓后,材料利用率由過去的27.8%提高到64%?梢姡捎美鋽D壓方法生產(chǎn)機械零件,可以節(jié)約大量鋼材和有色金屬材料。
3.生產(chǎn)率高:用冷擠壓方法生產(chǎn)機械零件的效率是非常高的,特別是生產(chǎn)批量大的零件,用冷擠壓方法生產(chǎn)可比切削加工提高幾倍、幾十倍、甚至幾百倍。例如,汽車活塞銷用冷擠壓方法比用切削加工制造提高3.2倍,目前又用冷擠壓活塞銷自動機,使生產(chǎn)率進一步提高。一臺冷擠壓自動機的生產(chǎn)率相當于100臺普通車床或10臺四軸自動車床的生產(chǎn)率。
4.可加工形狀復雜的零件:如異形截面、內(nèi)齒、異形孔及盲孔等,這些零件采用其它加工法難以完成,用冷擠壓加工卻十分方便。
5.冷擠壓件強度高、剛性好而重量輕:由于冷擠壓采用金屬材料冷變形的冷作強化特性,即擠壓過程中金屬毛坯處于三向壓應力狀態(tài),變形后材料組織致密、且具有連續(xù)的纖維流向,因而制件的強度有較大提高。這樣就可用低強度材料代替高強度材料。例如過去采用20Cr鋼經(jīng)切削加工制造解放牌活塞銷,現(xiàn)改用20號鋼經(jīng)冷擠壓制造活塞銷,經(jīng)性能測定各項指標,冷擠壓法高于切削加工法制造活塞銷。
這表明用冷擠壓加工活塞銷可用20號鋼代替20Cr鋼。
從以上特點,可以看出,冷擠壓技術與目前各種加工方法比較,具有突出的優(yōu)越性。這就為冷擠壓代替切削加工、鍛造、鑄造和拉深工藝來制造機器零件,開辟了一條廣闊的道路。
三、冷擠壓技術的發(fā)展
冷擠壓技術發(fā)展的初期是非常緩慢的,長期以來只對幾種軟金屬(鉛和錫)進行擠壓。直到19紀末20世紀初,才開始擠壓較硬的有色金屬(鋅、鋁、紫銅、黃銅等)至于鋼的擠壓,由于冷擠壓時需要很大的壓力,在當時不能解決擠壓鋼用的模具材料、合適的潤滑劑與大噸位的壓力機等問題,長時間一直認為擠壓鋼是十分困難甚至是不可能的。
1906年,英國人科斯利特(T.W.coslett)發(fā)現(xiàn)用磷酸鹽處理鋼件制品是一種較理想的防銹方法,但工序繁多,而經(jīng)濟效益又差,故未被廣泛采用。不過,這種防銹法的出現(xiàn)卻極大地激發(fā)了人們?nèi)パ芯扛唵味行У男路椒ǖ姆e極性。到后來,用自動連續(xù)裝置對鋼毛坯進行磷酸鋅防銹處理只需要兩分鐘。經(jīng)磷酸鋅處理過的毛坯表面附有脂肪潤滑劑或鈉皂薄膜,且這層薄膜不易脫落,擠壓這種毛坯時,壓力較小。這個發(fā)現(xiàn)使人們找到了一種理想的鋼毛坯表面處理法一磷化皂化法。
磷化皂化處理鋼毛坯表面方法的出現(xiàn)使鋼的擠壓成為可能。1934年,德國人采用磷化皂化法成功地冷擠出鋼管。二次世界大戰(zhàn)期間,德國人需要大量彈殼,當時黃銅又供應不足,于是德國人秘密試驗用冷擠壓生產(chǎn)鋼彈殼、后來,采用合金工具鋼作模具材料,用冷擠壓成功地擠出大批量鋼彈殼類零件。
第二次世界大戰(zhàn)以后,美國人竊取了德國人關于鋼的冷擠壓的全部資料,開始在美國用冷擠壓秘密生產(chǎn)軍火,開辦了很多生產(chǎn)鋼彈殼和彈體的軍工廠。
鋼的冷擠壓于1947年才正式用于民用工業(yè)。
美國于1949年發(fā)表了各種鋼材冷擠壓后機械性能的實驗數(shù)據(jù)。德國于1950年、1953年先后公布了鋼的冷擠壓的基本技術數(shù)據(jù)及冷擠壓力和擠壓功的實驗結果。
1957年,日本引進了專用冷擠壓機,開始在精密儀器和儀表中采用冷擠壓技術。日本見這種新技術經(jīng)濟效益顯著,很快把這種技術用于制造汽車和電氣制件。現(xiàn)已成為遍及各個工業(yè)部門的重要加工手段。
在我國,建國前的冷擠壓加工是十分落后的,當時,僅有少數(shù)工廠用鉛、錫等有色金屬擠壓牙膏管或線材、管材一類產(chǎn)品。
建國后,冷擠壓技術得到了發(fā)展。50十年代開始了鋁、銅及其合金的冷擠壓;60年代黑色金屬冷擠壓已應用于生產(chǎn)。十年浩劫,極大地影響了冷擠壓技術的發(fā)展。1978年以后,在“獨立自主,自力更生”的偉大方針指引下,冷擠壓技術得到了迅速發(fā)展。近幾年來,隨著改革開放政策的進展,隨著國家工業(yè)生產(chǎn)及科學技術的蓬勃發(fā)展,冷擠壓技術也得到了迅猛發(fā)展。
70年代末,國內(nèi)不少高等學校、研究所和工廠開展了冷擠壓技術的實驗研究,發(fā)表了大量的有價值的論文,初步形成了一支研究和應用冷擠壓技術的隊伍。
目前,我國已能對鉛、錫,鋁、銅、鋅及其合金、低碳鋼、中碳鋼、工具鋼、低合金鋼與不銹鋼等金屬進行冷擠壓,甚至對軸承鋼、高碳高鋁合金工具鋼、高速鋼等也可以進行一定變形量的冷擠壓。制造的冷擠壓件是各種各樣的,最重可達30公斤,最輕只有1克。在模具材料使用方面,除了用高速鋼、軸承鋼、高碳高鉻合金工具鋼外,還采用了不少新型模具鋼如CG2、65Nb、LD等。在擠壓工藝參數(shù)選擇和模具結構設計方面,初步采用了優(yōu)化設計及計算機輔助設計與制造(即CAD/CAM),使模具結構更合理、擠壓工藝參數(shù)更接近于實際。在擠壓設備方面,我國已具備設計和制造各級噸位擠壓壓力機的能力。除采用通用機械壓力機、液壓機、冷擠壓力機外,還成功地采用摩擦壓力機與高速高能設備進行冷擠壓生產(chǎn)。
科學的發(fā)展,對冷擠壓技術產(chǎn)生了重大影響,具體地說就是計算機在工藝分析、模具設計、制造及工藝過程控制中的應用對冷擠壓技術產(chǎn)生的影響。我國將進一步發(fā)展應用這門新技術。發(fā)展冷擠壓技術主要應從以下幾方面著手:
1.擴大冷擠壓技術的應用范圍,在一定范圍內(nèi),逐步代替鑄、鍛、拉深及切削加工;
2.提高冷擠壓制件的精度和表面質(zhì)量,生產(chǎn)出幾何形狀更復雜的制件;
3.擴大冷擠壓用的原材料種類,研究更理想的表面處理與潤滑方法;
4.進一步使用CAD/CAM和優(yōu)化設計,提高和加快模具設計與制造,研制出更合理的模具結構;
5.尋找更適合于冷擠壓用的模具材料及其熱處理方法,以延長模具的使用壽命;
6.進一步發(fā)展溫熱擠壓、等溫擠壓、靜液擠壓及高速擠壓等新工藝技術的研究和應用;
7.研制適合于冷擠壓的多功能的冷擠壓機,使毛坯和制件能安全自動地進料與出件,以便進一步提高生產(chǎn)率
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