壓鑄新技術(shù)，冷擠壓和溫?cái)D壓

冷擠壓是精密塑性體積成形技術(shù)中的一個(gè)重要組成部分。冷擠壓是指在冷態(tài)下將金屬毛坯放入模具模腔內(nèi)，在強(qiáng)大的壓力和一定的速度作用下，迫使金屬從模腔中擠出，從而獲得所需形狀、尺寸以及具有一定力學(xué)性能的擠壓件。顯然，冷擠壓加工是靠模具來控制金屬流動(dòng)，靠金屬體積的大量轉(zhuǎn)移來成形零件的。

冷擠壓技術(shù)是一種高精、高效、優(yōu)質(zhì)低耗的先進(jìn)生產(chǎn)工藝技術(shù)，較多應(yīng)用于中小型鍛件規(guī)?；a(chǎn)中。與熱鍛、溫鍛工藝相比，可以節(jié)材30%～50%，節(jié)能40%～80%而且能夠提高鍛件質(zhì)量，改善作業(yè)環(huán)境。

   目前，冷擠壓技術(shù)已在緊固件、機(jī)械、儀表、電器、輕工、宇航、船舶、軍工等工業(yè)部門中得到較為廣泛的應(yīng)用，已成為金屬塑性體積成形技術(shù)中不可缺少的重要加工手段之一。二戰(zhàn)后，冷擠壓技術(shù)在國(guó)外工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的汽車、摩托車、家用電器等行業(yè)得到了廣泛的發(fā)展應(yīng)用，而新型擠壓材料、模具新鋼種和大噸位壓力機(jī)的出現(xiàn)便拓展了其發(fā)展空間。日本80年代自稱，其轎車生產(chǎn)中以鍛造工藝方法生產(chǎn)的零件，有30%～40%是采用冷擠壓工藝生產(chǎn)的。隨著科技的進(jìn)步和汽車、摩托車、家用電器等行業(yè)對(duì)產(chǎn)品技術(shù)要求的不斷提高，冷擠壓生產(chǎn)工藝技術(shù)己逐漸成為中小鍛件精化生產(chǎn)的發(fā)展方向。

與其他加工工藝相比冷擠壓有如下優(yōu)點(diǎn)：

1）節(jié)約原材料。冷擠壓是利用金屬的塑性變形來制成所需形狀的零件，因而能大量減少切削加工，提高材料利用率。冷擠壓的材料利用率一般可達(dá)到80%以上。

2）提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。用冷擠壓工藝代替切削加工制造零件，能使生產(chǎn)率提高幾倍、幾十倍、甚至上百倍。

3）制件可以獲得理想的表面粗糙度和尺寸精度。零件的精度可達(dá)IT7～I(xiàn)T8級(jí)，表面粗糙度可達(dá)R0.2～R0.6。因此，用冷擠壓加工的零件一般很少再切削加工，只需在要求特別高之處進(jìn)行精磨。

4）提高零件的力學(xué)性能。冷擠壓后金屬的冷加工硬化，以及在零件內(nèi)部形成合理的纖維流線分布，使零件的強(qiáng)度遠(yuǎn)高于原材料的強(qiáng)度。此外，合理的冷擠壓工藝可使零件表面形成壓應(yīng)力而提高疲勞強(qiáng)度。因此，某些原需熱處理強(qiáng)化的零件用冷擠壓工藝后可省去熱處理工藝，有些零件原需要用強(qiáng)度高的鋼材制造，用冷擠壓工藝后就可用強(qiáng)度較低的鋼材替用。

5）可加工形狀復(fù)雜的，難以切削加工的零件。如異形截面、復(fù)雜內(nèi)腔、內(nèi)齒及表面看不見的內(nèi)槽等。

6）降低零件成本。由于冷擠壓工藝具有節(jié)約原材料、提高生產(chǎn)率、減少零件的切削加工量、可用較差的材料代用優(yōu)質(zhì)材料等優(yōu)點(diǎn)，從而使零件成本大大降低。

冷擠壓技術(shù)在應(yīng)用中存在的難點(diǎn)主要有：

1）對(duì)模具要求高。冷擠壓時(shí)毛坯在模具中受三向壓應(yīng)力而使變形抗力顯著增大，這使得模具所受的應(yīng)力遠(yuǎn)比一般沖壓模大，冷擠壓鋼材時(shí)，模具所受的應(yīng)力常達(dá)2000MPa～2500MPa。例如制造一個(gè)直徑38mm,壁厚5.6mm，高100mm的低碳鋼杯形件為例，采用拉延方法加工時(shí)，最大變形力僅為17t，而采用冷擠壓方法加工時(shí)，則需變形力132t，這時(shí)作用在冷擠壓凸模上的單位壓力達(dá)2300MPa以上。模具除需要具有高強(qiáng)度外，還需有足夠的沖擊韌性和耐磨性。此外，金屬毛坯在模具中強(qiáng)烈的塑性變形，會(huì)使模具溫度升高至250℃～300℃左右，因而，模具材料需要一定的回火穩(wěn)定性。由于上述情況，冷擠壓模具的壽命遠(yuǎn)低于鋅合金壓鑄模具。

2）需要大噸位的壓力機(jī)。由于冷擠壓時(shí)毛坯的變形抗力大，需用數(shù)百噸甚至幾千噸的壓力機(jī)。

3）由于冷擠壓的模具成本高，一般只適用于大批量生產(chǎn)的零件。它適宜的最小批量是5～10萬件。

4）毛坯在擠壓前需進(jìn)行表面處理。這不但增加了工序，需占用較大的生產(chǎn)面積，而且難以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化。

5）不宜用于高強(qiáng)度材料加工。

6）冷擠壓零件的塑性、沖擊韌性變差，而且零件的殘余應(yīng)力大，這會(huì)引起零件變形和耐腐蝕性的降低（產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕）

冷擠壓技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

1）隨著能源危機(jī)的日趨嚴(yán)重，人們對(duì)環(huán)境質(zhì)量將更加關(guān)注，加之市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日益加劇，促使鍛件生產(chǎn)向高效、高質(zhì)、精化、節(jié)能節(jié)材方向發(fā)展。因此用擠壓成形等工藝手段所生產(chǎn)的精化鍛件的產(chǎn)量，在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中將得到較大的發(fā)展。

2）汽車向輕型化、高速度、平穩(wěn)性方向發(fā)展，對(duì)鍛件的尺寸精度、重量精度及力學(xué)性能等都提出了較高的要求。如轎車發(fā)動(dòng)機(jī)用連桿鍛件除對(duì)大小頭之間的誤差有要求外，對(duì)每件的重量誤差也要求不大于八克。新產(chǎn)品的高要求，將促進(jìn)精化生產(chǎn)工藝的發(fā)展。

3）專業(yè)化、規(guī)?；慕M織生產(chǎn)仍是冷擠壓生產(chǎn)的發(fā)展方向和趨勢(shì)。在法國(guó)，以擠壓成形工藝生產(chǎn)鍛件的專業(yè)廠家1991－1994年全員勞動(dòng)生產(chǎn)率，即每人生產(chǎn)擠壓件的產(chǎn)量及產(chǎn)值，均高于一般生產(chǎn)模鍛件或者自由鍛件的廠家。以1994年為例，專業(yè)廠家擠壓件人均產(chǎn)量為51024KG，創(chuàng)產(chǎn)值775688法郎。而同期一般性生產(chǎn)模鍛件的廠家，其人均產(chǎn)量?jī)H為39344KG，產(chǎn)值592384法郎，僅相當(dāng)于擠壓件專業(yè)生產(chǎn)廠家的77.1%和76.37%。自由鍛件生產(chǎn)廠與之相比則更低。

4)擠壓專機(jī)將成為一種發(fā)展趨勢(shì)。隨著中小型鍛件的精化生產(chǎn)發(fā)展及冷擠壓、溫?cái)D壓工藝的推廣應(yīng)用，多工位冷擠壓壓力機(jī)、精壓機(jī)及針對(duì)某種鍛件而設(shè)計(jì)制造的專機(jī)會(huì)得到大力發(fā)展。

冷溫?cái)D壓的定義和分類

擠壓是迫使金屑?jí)K料產(chǎn)生塑性流動(dòng)，通過凸模與凹模間的間隙或凹模出口，制造空心或斷面比毛坯斷面要小的零件的一種工藝方法。如果毛坯不經(jīng)加熱就進(jìn)行擠壓，便稱為冷擠壓。冷擠壓是無切屑、少切屑零件加工工藝之一，所以是金屑塑性加工中一種先進(jìn)的工藝方法。如果將毛坯加熱到再結(jié)晶溫度以下的溫度進(jìn)行擠壓，便稱為溫?cái)D壓。溫?cái)D壓仍具有少無切屑的優(yōu)點(diǎn)。

根據(jù)擠壓時(shí)金屬流動(dòng)方向與凸模運(yùn)動(dòng)方向之間的關(guān)系，常用的擠壓方法可以分為以下幾類。

(一)正擠壓擠壓時(shí)，金屬的流動(dòng)方向與凸橫的運(yùn)動(dòng)方向相一致。正擠壓又分為實(shí)心件正擠壓空心件正擠壓兩種。正擠壓法可以制造各種形狀的實(shí)心件和空心件，如螺釘、心軸、管子和彈殼等。

(二)反擠壓擠壓時(shí)，金屑的流動(dòng)方向與凸模的運(yùn)動(dòng)方向相反，反擠壓法可以制造各種斷面形狀的杯形件，如儀表罩殼、萬向節(jié)軸承套等。

(三)復(fù)合擠壓擠壓時(shí)，毛坯一部分金屬流動(dòng)方向與凸模的運(yùn)動(dòng)方向相同，而另一部分金屑流動(dòng)方向則與凸模的運(yùn)動(dòng)方向相反，復(fù)合擠壓法可以制造雙杯類零件，也可以制造杯桿類零件和桿桿類零件。

(四)減徑擠壓變形程度較小的一種變態(tài)正擠壓法，毛坯斷面僅作輕度縮減。主要用于制造直徑相差不大的階梯軸類零件以及作為深孔杯形件的修整工序。

以上幾種擠壓的共同特點(diǎn)是：金屑流動(dòng)方向都與凸模軸線平行，因此可統(tǒng)稱為軸向擠壓法。另外還有徑向擠壓和鐓擠法。

冷擠壓的主要矛盾

冷擠壓是在金屬冷態(tài)下，而且是在強(qiáng)烈的三向壓應(yīng)力狀態(tài)下變形的，因此變形抗力較大，如以制造一個(gè)直徑38mm、厚5.6mm、高100mm的杯形低碳鋼零件為例，采用深拉伸方法加工。最后一次拉伸工序僅需變形力170KN而采用冷擠壓加工則需變形力1320KN。這時(shí)作用在凸模上的單位壓力達(dá)到2300MP以上,相當(dāng)于大氣壓力的23000倍。

由于變形抗力高，所以就導(dǎo)致以下的缺點(diǎn)：

(1)模具易磨損，易破壞、因此要求模具材料好。目前一般模具鋼，其許用應(yīng)力最大只能達(dá)2500MPa，最好的模具鋼也不超過3000MPa。為了解決冷擠壓的主要矛盾，就得采取各種技術(shù)措施，在盡力降低冷擠壓材料變形抗力的同時(shí)，設(shè)法提高模具的承受能力。以利于冷擠壓生產(chǎn)的順利進(jìn)行。

2)對(duì)擠壓設(shè)備要求較高，噸位要大。除了要求擠壓設(shè)備應(yīng)有較大的強(qiáng)度以外，還要求有較好的剛度。此外．還要求設(shè)備具有良好的精度并具有可靠的保險(xiǎn)裝置。

冷擠壓和溫?cái)D壓的比較：

冷擠壓雖有很多優(yōu)點(diǎn)，但變形抗力大，就限制了零件的尺寸，同時(shí)也限制了變形抗力大的材料采用冷擠壓工藝。

熱擠壓成形法，雖然可以使材料變形抗力變小，但由于加熱，產(chǎn)生氧化、脫碳及熱膨脹等問題，降低了鋅合金壓鑄產(chǎn)品的尺寸精度和表面質(zhì)量，因而一般都需要經(jīng)過大量的切削加工，才能作為最后產(chǎn)品。

溫?cái)D壓是將毛坯加熱到金屬再結(jié)晶溫度以下某個(gè)適當(dāng)?shù)臏囟冗M(jìn)行擠壓。由于金屬加熱，毛坯的變形抗力減?。尚稳菀祝瑝毫C(jī)的噸位也可以減小，而且模具的壽命延長(zhǎng)。但與熱擠壓不同，因?yàn)樵诘蜏胤秶鷥?nèi)加熱，氧化、脫碳的可能性小，產(chǎn)品的機(jī)械性能與冷擠壓的產(chǎn)品也差別不大。特別是在室溫下難加工的材料，例如析出硬化相的不銹鋼、高碳鋼、含鉻量高的—些鋼、高溫合金等，在溫?cái)D壓時(shí)可能變成可以加工或容易加工。

溫?cái)D壓不僅適用于變形抗力高的難加工材料，就是對(duì)于冷擠壓適宜的低碳鋼，也適合作為溫?cái)D壓的對(duì)象，因?yàn)闇財(cái)D壓有便于組織連續(xù)生產(chǎn)的優(yōu)點(diǎn)。在冷擠壓時(shí)，包括冷擠壓低碳鋼在內(nèi)，一般在加工前要進(jìn)行預(yù)先軟化退火，在各道冷擠壓工序之間也要進(jìn)行退火處理。在冷擠壓以前要進(jìn)行鈍化處理。這就使得組織連續(xù)生產(chǎn)產(chǎn)生困難。溫?cái)D壓時(shí)可以不進(jìn)行預(yù)先軟化退火和各工序之間的退火，也可以不進(jìn)行表面處理，這就使得組織連續(xù)生產(chǎn)成為可能．至少可以減少許多輔助工序。

溫?cái)D壓可以采用大的變形量，這樣就可以減少工序數(shù)目。模具費(fèi)用也可以大為減少，而且不需要?jiǎng)傂詷O高的高價(jià)鍛壓設(shè)備，可以來用通用鍛壓設(shè)備，所以雖然溫?cái)D壓需要加熱金屬，但是總的加工費(fèi)用還是比較便宜，待別是在制造工序復(fù)雜的非軸對(duì)稱的異形部件時(shí)，溫?cái)D壓尤可發(fā)揮它的作用。

目前，溫?cái)D壓采用的潤(rùn)滑劑還不能完全令人滿意。同時(shí)，也還缺乏加工方面的一些實(shí)際數(shù)據(jù)，還有許多技術(shù)問題有待解決。