【正文】 冷擠壓零件是在壓力機上進(jìn)行的，操作方便，容易掌握，生產(chǎn)率很高。同時也減少了一些中間工序的進(jìn)行。 3）可成形復(fù)雜形狀的零件。 2 4）在冷擠壓過程中，金屬材料處于三向不等的壓應(yīng)力作用下。擠壓變形后，金屬材料的晶粒組織更加致密。同時冷擠壓利用了金屬材料冷變形的加工硬化特性。使冷擠壓件的強度大為提高。 從而提供了低強度鋼代替高強度鋼的可能性。 5）可獲得得較高尺寸精度及較小表面粗糙值的零件。 經(jīng)冷擠壓成 形的零件的表面質(zhì)量是十分良好的。在冷擠壓過程中，金屬表面在高壓下 受到模具光滑表面的熨平，因此零件的表面粗糙度值很小，表面強度也大為提高。 6） 減少工序，縮短生產(chǎn)周期。冷擠壓工藝是在閉式模具型腔中進(jìn)行金屬塑性變形，所得到的擠壓件是沒有飛邊的，故不再需要切邊（或沖孔）后續(xù)工序，從而縮短了和產(chǎn)周期。 7）減少設(shè)備投資。與模鍛相比，因冷擠壓不產(chǎn)生飛邊，故可省去切邊模及切邊壓力機，明顯地減少了設(shè)備投資。 8）降低零件 的生產(chǎn)成本。 冷擠壓工藝的 缺 點 在長期的生產(chǎn)實踐中，與其他制造工藝相比，冷擠壓雖然表現(xiàn)出很多的優(yōu)點，但往往還存在一定的 的問題。冷擠壓工藝的缺點如下所述。 1） 變形抗力高 冷擠壓時，被擠壓材料的變形抗力較高，其中最有實用意義的是鋼的冷擠壓，其變形抗力高達(dá) 2021MPa 以上。這樣的超高壓力，對模具材質(zhì)，結(jié)構(gòu)以及加工制造等提出了更高的要求。 2） 模具壽命短 由于冷掠奪模具承受著很大的單位壓力作用，最高可達(dá) 3000MPa，模具容易磨損、易破壞：雖然在模具材料和模具結(jié)構(gòu)等方面采用了很多有效的措施，但與沖壓模具相比， 其使用壽命還是不高的。 3） 對毛坯的要求較高 冷擠壓加工時對毛坯的要求比其他金屬塑性成形加工工藝都高，否則，會使模具受到損壞。對于冷擠壓毛坯，除了要求毛坯具有準(zhǔn)確的幾何形狀和較高的尺寸精度外，還要求在冷擠壓變形之前對毛坯進(jìn)行一定的軟化退火處理及表面潤滑處理。 4） 對冷擠壓設(shè)備要求較高 當(dāng)實施冷擠壓工藝過程時，除了要求冷擠壓設(shè)備應(yīng)用較大的強度以外，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裝置。 3 冷擠壓工藝的 應(yīng)用范圍 冷擠壓加工方法是一種 “優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低消耗、低成本”的 先進(jìn)工藝 。 在技 術(shù)上與經(jīng)濟上都有很高的應(yīng)用價值。 目前冷擠壓技術(shù)在機械、汽車、般天般空、儀表、軍工、電子通信和輕工民用產(chǎn)品中（如鐘表、自行車、照相機等）已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用， 已成為金屬塑性成形技術(shù)中不可缺少的重要加工之一。 冷擠壓作為一種少無切削的新工藝，已經(jīng)成為先進(jìn)制造技術(shù)中極具特色的一個門類。冷擠壓加工的缺點與優(yōu)點相比是次要的，是相對于當(dāng)前技術(shù)條件而言的，隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，模具鋼新材料的研究及開發(fā)，模具結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理化，缺點問題會被解決，優(yōu)越性將會得到充分發(fā)揮。 冷擠壓工藝的的發(fā)展方向 由于冷擠壓技術(shù)具有最有 效的節(jié)約材料、提高生產(chǎn)效率、提高機械產(chǎn)品性能、適合大批量生產(chǎn)的優(yōu)點，所以進(jìn)一步研究與推廣應(yīng)用冷擠壓技術(shù)，在我國現(xiàn)代化建設(shè)中有著廣闊的前景。 冷擠壓工藝的發(fā)展方向主要有以下幾個方面： 1）進(jìn)一步擴大冷擠壓的應(yīng)用，在一定范圍內(nèi)逐步代替鑄造、鍛造、拉深、旋壓、擺輾及切削加工； 2）除了應(yīng)用于有色金屬和黑色金屬以外，進(jìn)一步擴大可供冷擠壓用的材料種類； 3）在合理許可的范圍內(nèi)提高每次冷擠壓工序的變形量； 4）滿足冷擠壓零件形狀的復(fù)雜性，使之可以成形更復(fù)雜的，甚至外形不對稱的零件； 5）延長冷擠壓模具的使用壽命； 6） 提高冷擠壓的生產(chǎn)率； 7）在小批量生產(chǎn)中擴大冷擠壓的使用； 8）先進(jìn)的智能化、敏捷化與數(shù)字化等現(xiàn)代技術(shù)在冷擠壓生產(chǎn)中得到進(jìn)一步應(yīng)用。 4 第 2 章 工藝分析及制定 產(chǎn)品零件的分析 本設(shè)計的 產(chǎn)品 為階梯方鋁罩，其 產(chǎn)品示意圖與 零件圖如 圖 所示： 圖 階梯方鋁罩 本零件屬于階梯形空心件，做為零件罩來說，其主要起 保護(hù)作用，所以需要一定的強度。 對此產(chǎn)品的要求來說，其表面 不允許破裂、起皺 且無拉掛傷痕 。 在實際生產(chǎn)中為小批量生產(chǎn)。 從零件圖上，我們可以直觀地看出此零件為一個外形和內(nèi)孔都有階梯的零件。 形狀比較規(guī)則，呈軸對稱圖形， 上部分 方形尖頂處用半徑為 3mm 的圓弧連接。 下部分為長圓形，上下部分由圓弧過渡。 產(chǎn)品壁厚為 ，相對比較薄。上方開口，下部分有厚度為 的底部。產(chǎn)品的材料為純鋁 L3，其牌號為 1050A。純鋁 L3 是有色金屬，也是輕金屬。在尺寸方面上看，零件精度要求比較高。 5 工藝方案的分析 主要根據(jù)產(chǎn)品零件圖，具體的生產(chǎn)條件、用途和相關(guān)資料進(jìn)行工藝方案的設(shè)計。通過各種可行方案的制訂、分析、比較，選出合理的工藝方案。由此我們可以從這些方面來選擇最佳的工藝方案。 對于金屬來說，成型工藝有 多種選擇。例如直接機加工成型、壓鑄成型、沖壓成型、擠壓成型等等。下面將分別對這 四 種成型工藝進(jìn)行分析，從而得到最佳的工藝方案。 1．直接機加工成型 機加工成型，即通過機床直接對坯料進(jìn)行切削加工成型，機加工主要是對坯料進(jìn)行形狀尺寸的加工，一般不會改變其 內(nèi)部的 物理性能。 工藝過程：坯料 —— 機加工 —— 成品 從零件圖上知道產(chǎn)品 的形狀雖然 比較 規(guī)則，但是其 內(nèi)外形都有階梯，上下部分的形狀不一致 ， 且上下部分是由圓形過渡而成，零件厚度極薄， 這樣在進(jìn)行機加工時操作不方便，同時本零件的尺寸較小，不便在普通機床上加工，并且在精度上無 法保證。另外可考慮選用數(shù)控加工，這雖然能保證良好的加工精度。但是 由于產(chǎn)品的材料是鋁材， 費時費勁，生產(chǎn)周期長，成本高。同時這種加工強度不夠，材料利用率極低，僅為 %，對于生產(chǎn)來說，生產(chǎn)效率低，經(jīng)濟效益極差，故不采用。 2．壓鑄成型 壓鑄成型即在高壓作用下，使液態(tài)或半液態(tài)金屬以較高的速度充填型腔，并在壓力下成形和凝固而獲得鑄件的方法。這種成型方法所獲得的尺寸精度高，且材料利用率高，加工量少。 對于階梯鋁罩來說，用壓鑄成型方法是最為簡單容易的，材料利用率高。但是注意到本零件采用的材料是純鋁，其鑄造性能差，容 易氧化，在壓鑄過程中容易發(fā)生粘模現(xiàn)像，給壓鑄工藝帶來一定程度的不便。同時本產(chǎn)品的生產(chǎn)為小批量生產(chǎn)，由于壓鑄機和壓鑄模費用昂貴，對小批量生產(chǎn)來說不經(jīng)濟。 另外本產(chǎn)品的壁厚只有 ， 壁厚太小， 在鑄造過程中存在凝固收縮，對于鋁來說有相當(dāng)大的體收縮率，易在最后凝固處生成大的集中縮孔，并且可能存在夾雜等現(xiàn)象。故不采用。 3．沖壓成型 沖壓成型即 利用安裝在壓力機上的沖模對材料施加壓力，使其產(chǎn)生分離或塑性變形，從而獲得所需零件的一種壓力加工方法。 從零件圖上看出，該零件的壁厚只有 。從沖壓工藝上看，可直接采 用平板 6 材料進(jìn)行拉深成型。首先分析零件特征，本零件為階梯方盒形，盒形件是由圓角和直邊兩部分組成的。盒形件的拉深，在變形性質(zhì)上與圓筒形零件相同。但是，盒形件在拉深時受直邊的影響，其周邊變形是不均勻的。盒形件在拉深過程中兩個部分是聯(lián)在一起的整體，在拉深過程中必然會產(chǎn)生相互作用與影響。 另外從拉深高度大于工件的直徑較多，從拉深工藝知道必須進(jìn)行多次拉深并進(jìn)行整形，使圓角減小，從而得到零件，工序較多。 在確定多次拉深工序件的形狀與尺寸之前，應(yīng)先確定盒形件的拉深次數(shù)。易求得毛坯的體積為 3766mm ， 由于采用不變薄拉深工藝，可計算得其厚度為 ，其直徑為 。其毛坯的相對厚度（即毛坯厚度與直徑的比值為 ，即 。而盒形件多次拉深能達(dá)到的最大相對高度（零件高度與最小直徑比）為 ，即 。 查 [1]表 515 可初步確定拉深次數(shù)為 5 次。 拉深工藝過程：落料 —— 5 次拉深 —— 整形 從這可以看來，要獲得所需產(chǎn)品，采用沖壓工藝需要 7 道工序。對于生產(chǎn)來說模具成本高，同時由于 在生產(chǎn)過程中由于 產(chǎn)品上下部分的連接處因為有兩邊的圓角較大，如圖 所示。在拉深時 容易拉破?？偟膩碚f 方形四邊，變形不一致，金屬流動不均勻，容易產(chǎn)生拉破、起皺現(xiàn)象。 且廢品率比較高。 故本零件不適合采用拉深工藝。 4． 冷 擠壓成型 冷擠壓成型即在室溫下，利用壓力機的簡單往復(fù)運動，使放在冷擠壓模腔內(nèi)的金屬毛坯，在強大的壓力和一定的速度作用下，迫使金屬產(chǎn)生塑性變形，從而獲得所需要尺寸、形狀并具有一定機械性能的零件。 與沖壓工藝相比來說，冷擠壓 工藝的優(yōu)點之一是可以用少量的冷擠壓工藝來代替多道的拉深工序。 從金屬塑性成形原理中知道，由于不同的工藝方法，金屬在成形過程中其應(yīng)力狀態(tài)是不同的，由于冷擠壓加工中處 于接近三向應(yīng)力狀態(tài)，因而大大提高了金屬的塑性。而在拉深過程中，我們知道在拉深件凸緣處的應(yīng)力狀態(tài)是兩向壓縮（壓邊力產(chǎn)生的壓力小，可以忽略），即切向受壓縮，而徑向受拉，在側(cè)壁部分則是單向拉伸。 由材料上看純鋁 L3（ 1050A）含 Al 量高達(dá) 99%以上，是一種很理想的冷擠壓材料。它不僅變形抗力小，塑性好，且變形時幾乎不產(chǎn)生加工硬化，因此模具壽命較長，是一種冷擠壓性能良好的材料。因些可以利用這一優(yōu)勢，進(jìn)行冷擠壓加工成型，并結(jié)合機加工進(jìn)行尺寸的精確。 采用這樣的工藝，可以明顯看出，材料的利用率的提高，約為 80%左右，大 大節(jié)約了原材料，經(jīng)濟效益好，且效率高，同時可保證精度要求。 常用于冷擠壓的工業(yè)純鋁的化學(xué)成分及力學(xué)性能， 見 表 。 7 表 鋁 L3 的化學(xué)成分及力學(xué)性能 ]2[ 牌號 主要化學(xué)成（質(zhì)量分?jǐn)?shù)， %） 力學(xué)性能 1050A Al 雜質(zhì) 狀態(tài) 抗拉強度MPab /? 屈服強度MPas /? 伸長率(%)? 斷面收縮率 (%)　? 布氏硬度 HBS 退火 70～ 110 50～ 80 35 80 15～ 25 從擠壓工藝分析來看，冷擠壓工藝又可分為幾種方案，現(xiàn)將各方案分析如下。 1）成形工藝方案Ⅰ 工藝 過程：落料 —— 無氧軟化退火 —— 硬脂酸鋅潤滑 —— 復(fù)合冷擠壓 (a)落料 (b)復(fù)合擠壓成形 圖 成形工藝方案Ⅰ 此方案在 通過 落料獲得毛坯后，直接采用了復(fù)合擠壓成形，一次擠壓成形。雖然這樣通過一次擠壓就能得到復(fù)雜零件，擠壓力較低 ，但是由于材料變形太大， 在 進(jìn)行復(fù)合擠壓 的過程中，金屬 變形復(fù)雜，金屬流動不易控制，因此在尺寸上不容易控制， 8 會影響產(chǎn)品質(zhì)量與精度 ，從而無法保證產(chǎn)品的質(zhì)量 。 并且在 擠壓后，擠壓件 會 很緊地包在凸模上，卸件過程中很容易使凸模斷裂 ，減少 凸模 的使用壽命。采用這種方案，由于產(chǎn)品形狀的原因，需要有兩個工作帶才能完成，因此擠壓過程中會存在兩個工作帶，這樣對金屬的流動將造成阻礙，可能造成擠壓力過大。同時由于擠壓件緊包 凸模 ，且壁厚較薄，在卸料過程中，所需要的卸料力較大，可能會使產(chǎn)品在卸料過程中發(fā)生變化，因此 不宜采用這種方案。 2）成形工藝方案Ⅱ 工藝過程： 落料 —— 無氧軟化退火 —— 硬脂酸鋅潤滑 —— 正擠壓 —— 反擠壓成型 (a)落料 (b)正擠壓 (c)復(fù)合擠壓成形 圖 成形工藝方案Ⅱ 本方案與 方案Ⅰ 的區(qū)別在于通過落料后，先采用正擠壓進(jìn)行擠壓，而后通過復(fù)合擠壓成形。這與方案一相比較來說，比較容易控制高度方向上的尺寸，但是同樣存在方案一所存在的問題：復(fù)合擠壓后，由于擠壓后，擠壓件會緊緊包住 凸模 ，由于擠壓件長徑比較大，容易使 凸模斷裂 ，同時存在兩個工作帶的問題。故 不采用。 9 3）成形工藝方案Ⅲ 工藝過程： 落 料 —— 無氧軟化退火 —— 硬脂酸鋅潤滑 —— 正 擠壓 —— 反擠壓 方孔—— 反擠壓小孔 (a)落料 (b)正擠壓 (c)反擠壓方孔 (d)反擠壓 小 孔 圖 成形工藝方案Ⅲ 本方案通過 四 道擠壓工序可獲得所需要的產(chǎn)品，通過各個工序，可以保證各部分的尺寸及質(zhì)量要求，但是中間成形工序較多。模具簡單，但是需要多套模具才能完成。 本方案 的毛坯是通過板料沖裁下料獲得的，其優(yōu)點是生產(chǎn)效率高，坯料尺寸精度較高，端面平整。獲得毛坯后，采用 了復(fù)合擠壓。由于正擠壓小頭變形小，在成形時先正擠，而后反擠出方形部分。這樣金屬流動變形有序，容易控制。反擠壓下部分的定位操作也容易。因此該方案可行。其缺點是材料得用率低，一般只有 60%左右。同時 由于沖裁是在拉應(yīng)力作用下進(jìn)行的，必將產(chǎn)生撕裂，破斷面顯得很粗糙。 對于有色金屬的擠壓件，特別是純鋁或純銅的薄壁零件的冷擠壓件，如為坯料的斷面不光潔，擠壓時會在擠壓件表面上出現(xiàn)裂紋。因此在落料后必須對坯料進(jìn)行修邊。 10 4） 成形工藝方案Ⅳ 工藝過程： 剪切下料 —— 冷鐓預(yù)