1. 绪论
1. 1 挤压的定义及分类
1. 1. 1 挤压的定义
挤压是将挤压模具装在压力机上, 将金属坯料放入模腔内, 利用压力机的往返运动, 在强大的压力和一定的速度之下, 迫使金属在挤压模的型腔内发生塑性变形, 从模腔中挤出, 从而获得所需形状、尺寸以及具有一定力学性能的挤压件。

挤压是在很强的三向应力状态下的成型的过程, 因而允许很大的变形量, 更适于低塑性材料的成型。

显然, 挤压加工是靠模具来控制金属流动, 靠金属体积的大量转移来成型零件的; 在整个变形过程中, 其材料的体积是保持不变的[1]。

挤压成型速度范围很广, 它既可在专用挤压机上进行, 也可在一般的机械压力机、液压机、摩擦压力机以及高速空气锤上进行。

挤压成型温度范围也很广, 它既可在常温、中温下进行, 也可在高温中进行。

根据制品形状的要求, 有各种与之相配的模具。

挤压模具是挤压生产中最重要的工具, 它的结构形式、各部分尺寸、模具材料、模具的装配形式等, 对挤压力、金属流动的均匀性、制品尺寸的稳定性、制品表面质量以及模具自身的使用寿命等都产生极大的影响[2]。

1. 1. 2 挤压的分类
( 1) 按毛坯加热温度的不同分类
1) 冷挤压在室温中对毛坯进行挤压。

冷挤压的特点及应用范围; 采用冷挤压法加工能够降低原材料消耗, 材料的利用率高达70%~90%[4]。

在冷挤压中, 金属材料处于三向不等的压应力作用下, 挤压后金属材料的晶粒组织更加细小而密实; 金属流线不被切断, 而是沿着挤压件轮廓连续分布; 同时, 由于冷挤压利用了金属材料经冷加工而产生的加工
硬化的特性, 使冷挤压件的强度大为提高, 从而提供了用低强度钢代替高强度钢的可能性[3]。

另外, 冷挤压靠强大的压力来熨平毛坯表面, 因此能够获得较高尺寸精度和较低表面粗糙度的冷挤压件。

冷挤压模具与一般冷冲模相比, 工作时所受的压力大得多, 因而在强度、刚度和耐磨性等方面的要求都较高。

冷挤模不同于冷冲模的地方主要有:
●凹模一般为组合式( 凸模也常常见组合式) 结构;
●上﹑下模板更厚, 材料选择得更好, 满足模具的强度要求;
●导柱直径尺寸较大, 满足模具的刚度要求;
●工作零件尾部位置均加有淬硬的垫板;
●模具易损件的更换、拆卸更方便[5]。

从上述分析能够看出, 冷挤压加工具有”高产、优质、低消耗”的特点, 在技术上和经济上都有很高的实用价值。

当前, 已在机械、仪表、电器、轻工、航宇、船舶、军工等工业部门中得到较为广泛的应用, 已成为金属塑性成形技术中不可缺少的重要加工手段之一。

当然, 冷挤压也有一些缺点, 比如, 单位挤压力较大, 模具使用寿命较短[11]。

可是, 随着科学技术的发展, 模具材料的开发, 模具结构的合理化, 缺点会被克服, 优越性会得到充分发挥。

2) 温挤压将毛坯加热到金属再结晶温度以下的某个适当的温度范围内进行挤压。

3) 热挤压将毛坯加热到金属再结晶温度以上的某个适当的温度范围内进行挤压。

( 1) 按毛坯材料种类不同分类
1) 有色金属挤压被挤压毛坯材料为有色金属及其合金。

2) 黑色金属挤压被挤压毛坯材料为黑有色金属及其合金[6]。

1. 1. 3 挤压基本方法
根据挤压时金属流动方向与挤压轴运动方向之间的关系, 常见的挤压方法
有:
( 1) 正向挤压法
正向挤压是挤压生产中应用最广泛的一种方法, 主要特点是挤压时金属的流动方向与挤压轴的运动方向一致, 即在挤压时金属流动方向与凸模的运动方向相同。

在挤压过程中挤压筒固定不动, 毛坯在挤压轴压力的作用下沿着挤压筒内壁发生激烈的摩擦并引起毛坯的温度升高, 同时毛坯沿着挤压轴运动方向发生流动变形。

正向挤压又分为实心件正向挤压和空心件正向挤压。

正挤压生产的特点是: 制品的尺寸范围广, 灵活性大, 自动化简单, 投资费用少, 易分离残料; 但由于挤压过程中毛坯表面与挤压筒内壁的激烈摩擦, 从而使挤压力损失30%~40%, 同时, 摩擦产生的温度使毛坯的温度不均匀, 导致金属流动不均匀。

为避免由于流动不匀造成制品产生裂纹等缺陷必须降低挤压速度, 从而导致生产效率降低, 挤压残料较厚。

( 2) 反向挤压法
反向挤压法是针对正向挤压法在挤压过程中毛坯表面与挤压筒内壁的激烈摩擦的情况出现的另一种挤压方法。

主要特点是: 挤压时金属的流动方向与挤压轴的运动方向相反, 即在挤压时金属的流动方向与凸模的运动方向相反, 使挤压过程中的毛坯表面与挤压筒内壁之间无相对运动, 改变了金属在挤压筒内流动的力学条件, 减小了所需的挤压力, 降低了变形的不均匀性。

反挤压生产的特点是: 可减小总挤压力的30%~40%, 适用于硬合金挤压生产, 金属的流动性较好, 从而使挤压制品的组织和性能均匀, 但由于受到挤压轴、挤压模的限制, 使挤压制品的表面质量欠佳, 而且对毛坯表面质量要求严格, 分离残料困难。

由于受到设备条件及分离残料困难等因素的限制, 因而使其在工业生产中的运用受到很大限制, 但近年来随着生产技术的发展和设备结构的改进, 在实际生产在中反向挤压又有新发展。

( 3) 复合挤压法
复合挤压法将正向挤压法和反向挤压法的特点结合起来, 生产断面形状为圆形、方形、六角形、齿形、花瓣形的双杯类和杆类挤压件, 也能够制造等
断面的不对称挤压件。

复合挤压法是在挤压时使毛坯的一部分金属的流动方向与挤压轴的运动方向相同, 而另一部分金属的流动方向与挤压轴的运动方向相反, 即在挤压时金属沿着凸模运动的方向和相反的方向同时流动。

( 4) 其它挤压法
1) 减径挤压法
它主要使毛坯断面作轻度缩减。

适用于制造在径差不大的阶梯轴类挤压零件以及深孔薄壁杯形零件的休整工序。

2) 径向挤压法
挤压时, 金属的流动方向与挤压轴的运动方向垂直, 即金属流动方向与凸模的运动方向垂直。

用该挤压法能够制造十字轴类挤压件, 也能够制造花键轴的齿形部分以及直齿和小模数螺旋齿轮的齿形部分等。

3) 镦挤复合挤压法
它是将局部镦粗和挤压结合在一起的加工方法, 主要用于制造凸缘或粗腰形的杆类挤压件[8]。

1. 2 冷挤压定义及特点
1. 2. 1 冷挤压定义
冷挤压是利用金属材料塑性变形的原理, 在室温的条件下, 将冷态的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, 经过凸模与凹模的间隙或凸模出口, 挤出空心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[9]。

1. 2. 2 冷挤压工艺特点
1. 2. 2. 1 冷挤压优点
近年来, 在机械制造工艺方面广泛采用冷挤压先进技术, 取得了显著的成效。

与其它制造方法相比, 冷挤压工艺已成为金属塑性变形中的最先进工艺之一,
在技术上和经济上都有很多显著优点。

( 1) 显著降低原材料消耗
( 2) 提高劳动生产率
( 3) 可成形复杂形状的零件
( 4) 提高零件的力学性能
( 5) 可获得较高尺寸精度及较小表面粗糙度值的零件
( 6) 减少工序, 缩短生产周期
( 7) 减少设备投资
( 8) 降低生产成本
1. 2. 2. 2 冷挤压缺点
( 1) 变形抗力高
( 2) 模具寿命短
( 3) 对毛坯要求较高
( 4) 对冷挤压设备要求高[9]
1. 3 冷挤压工艺应用范围
综上所述, 冷挤压加工方法是一种”优质、高产、低消耗、低成本”的先进工艺, 在技术上和经济上都有很高的应用价值。

当前冷挤压技术已在中国汽车、摩托车、仪表、电信器材、轻工、建筑、宇航、船舶、军工、及五金等工业部门中获得了广泛的应用。

已成为金属塑性成形技术中不可缺少的重要加工手段之一。