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冷镦成型的根本常识

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在生产中,在常温状态下,对金属施加外力,使金属在预定的模具内成形,这种方法常日叫冷镦(挤压)。

紧固件成型工艺中,冷镦(挤)技能是一种紧张加工工艺,冷镦工艺,最适宜生产螺栓、螺钉、螺母、铆钉。

本日,螺丝君,先容冷镦的基本观点、冷挤压的发展历史、冷镦的优缺陷以及冷镦、热镦和温镦的比拟。

01 冷镦的基本观点

冷镦(挤压 ) 是精密塑性体积成形技能中的一个主要组成部分。
冷挤压是指在冷态下将金属毛坯放入模具模腔内,在强大的压力和一定的速率浸染下,迫使金属材料产生塑性流动,从而得到所需形状、尺寸以及具有一定力学性能的挤压件。

显然,冷挤压加工是靠模具来掌握金属流动,靠金属体积的大量转移来成形零件的。

实际上,任何紧固件的成形,不单是冷镦一种变形办法能实现的,它在冷镦过程中,除了镦粗变形外,还伴随有正、反挤压、复合挤压、冲切、辗压等多种变形办法。

因此,生产中对冷镦的叫法,只是一种习气性叫法,更确切地说,该当叫做冷镦(挤)。

02 当代冷挤压的发展历史

当代冷挤压技能是从18世纪末开始的,法国人在法国大革命时期把铅从小孔中挤出制成子弹,开始了冷挤压。

1830年在法国已经有人开始利用机器压力机,采取反挤压方法制造铅管和锡管。

1906年美国为了制造黄铜的洋装纽扣,已经有人取得了正挤压空心杯形坯料的专利权。

1909年美国人得到专利的Hooker法——正向冲挤法,金属流动方向与冲挤方向相同,便是在买了1906年的专利之后发展起来的,该专利中的杯形坯料,是采取拉深法制造的。

第一次天下大战中,曾用Hooker法制造了黄铜弹壳,而在第二次天下大战以前的1934年,德国人就利用这种方法试制了钢弹壳,但因热胶着严重,没有成功。

直到第二次天下大战中期由于采取了新的表面润滑处理方法——使工件表面形成磷酸盐薄膜,挤压方法制造钢质弹壳得到成功。

自此,冷挤压技能走向实用,成为冷锻技能中运用最广泛的一种方法。

上世纪60年代,日本汽车工业的发展,为冷挤压技能的发展创造了有利的条件。
从冷挤压设备上看,自从1933年,日本会田株式会社生产了日本第一台 2000kN PK型精压机(肘杆式压力机)以来,到目前为止,己生产了2000多台PK系列压力机。

随着汽车工业的发展,对高精度压力机的哀求愈加急迫,会田株式会社又研制成功了各种铸造压力机。

同时,日本小松研制了以高精度和易于操作为目标的 LIC、LZC系列冷锻成形压力机。

从冷挤压产品上看,日本70年代成功冷挤压启动离合器齿轮、传动轴花键、互换发电机磁极铁芯。
80年代,又成功冷挤大型高精度等速圆球外座圈、内座圈、十字轴、汽车差速器伞齿轮等高精零件。
为日本汽车的高性能化和降落生产本钱做出了很大贡献。

我国的冷挤压技能与日本的起步韶光相称。
70年代,我国曾在自行车、汽车电器等批量生产的产品中,推广过冷挤压生产工艺技能,也开拓成功了启动齿轮的挤压成形,并投入批量生产。

但由于未从根本上办理工艺、设备、材料、模具、润滑、自动化妆置以及毛坯料的原始尺寸、原始状态、后处理等一系列技能问题,因而未得到较大发展。
80年代,随着家电和汽车摩托车工业的迅速发展,对冷挤压工艺设备及生产技能的引进、消化、接管,科研职员通过生产实践占领了冷挤压技能的不少难题与此同时冷锻设备也有了较大发展。

目前,我国己能用冷挤压工艺生产表壳、自行车飞轮、中轴、精锻齿轮、汽车用等速万向节、内燃机用火花塞与活塞销、汽车挺杆、摄影机零件、汽车启动器定向套筒、启动齿轮等,且己达到国外同等水平。

03 冷镦(挤压)工艺的优点

冷挤压技能是一种高精、高效、优质低耗的前辈生产工艺技能,较多运用于中小型锻件规模化生产中。
与其他加工工艺比较冷挤压有如下优点:

a)节约原材料。
冷挤压是利用金属的塑性变形来制成所需形状的零件,因而能大量减少切削加工,提高材料利用率。
冷挤压的材料利用率一样平常可达到80%以上。

b)提高劳动生产率。
用冷挤压工艺代替切削加工制造零件,能使生产率提高几倍、几十倍、乃至上百倍。

c)零件可以得到空想的表面粗糙度和尺寸精度。
零件的精度可达IT7~IT8级,表面粗糙度可达R0.2~R0.6。
因此,用冷挤压加工的零件一样平常很少再切削加工,只需在哀求特殊高之处进行精磨。

d)提高零件的力学性能。
冷挤压后金属的冷加工硬化,以及在零件内部形成合理的纤维流线分布,使零件的强度远高于原材料的强度。
此外,合理的冷挤压工艺可使零件表面形成压应力而提高疲倦强度。
因此,某些原需热处理强化的零件用冷挤压工艺后可省去热处理工艺,有些零件原须要用强度高的钢材制造,用冷挤压工艺后就可用强度较低的钢材替用。

e)可加工形状繁芜的,难以切削加工的零件。
如异形截面、繁芜内腔、内齿及表面看不见的内槽等。

f)降落零件本钱。
由于冷挤压工艺具有节约原材料、提高生产率、减少零件的切削加工量、可用较差的材料代用优质材料等优点,从而使零件本钱大大降落。

04 冷挤压技能在运用中存在的难点

1)对模具哀求高。
冷挤压时毛坯在模具中受三向压应力而使变形抗力显著增大,这使得模具所受的应力远比一样平常冲压模大,冷挤压钢材时,模具所受的应力常达2000MPa~2500MPa。
模具除须要具有高强度外,还需有足够的冲击韧性和耐磨性。
此外,金属毛坯在模具中强烈的塑性变形,会使模具温度升高至250℃~300℃旁边,因而,模具材料须要一定的回火稳定性。
由于上述情形,冷挤压模具的寿命远低于冲压模。

2)须要大吨位的压力机。
由于冷挤压时毛坯的变形抗力大,需用数百吨乃至几千吨的压力机。

3)由于冷挤压的模具本钱高,一样平常只适用于大批量生产的零件。
它适宜的最小批量是5~10万件。

4)毛坯在挤压前需进行表面处理。
这不但增加了工序,需占用较大的生产面积,而且难以实现生产自动化。

5)不宜用于高强度材料加工。

6)冷挤压零件的塑性、冲击韧性变差,而且零件的残余应力大,这会引起零件变形和耐堕落性的降落(产生应力堕落)。

05 冷挤压技能的发展趋势

1)随着能源危急的日趋严重,人们对环境质量将更加关注,加之市场竞争日益加剧,匆匆使锻件生产向高效、高质、精化、节能节材方向发展。
因此,用挤压成形等工艺手段所生产的精化锻件的产量,在市场竞争中将得到较大的发展。

2)汽车向轻型化、高速率、平稳性方向发展,对锻件的尺寸精度、重量精度及力学性能等都提出了较高的哀求。
如,轿车发动机用连杆锻件除对大小头之间的偏差有哀求外,对每件的重量偏差也哀求不大于八克。
新产品的高哀求,将促进精化生产工艺的发展。

3)专业化、规模化的组织生产仍是冷挤压生产的发展方向和趋势。
在法国,以挤压成形工艺生产锻件的专业厂家1991-1994年全员劳动生产率,即每人生产挤压件的产量及产值,均高于一样平常生产模锻件或者自由锻件的厂家。
以1994年为例,专业厂家挤压件人均产量为 51024KG,创产值775688法郎。
而同期一样平常性生产模锻件的厂家,其人均产量仅为39344KG,产值592384法郎,仅相称于挤压件专业生产厂家的77.1%和76.37%。
自由锻件生产厂与之比较则更低。

4) 挤压专机将成为一种发展趋势。
随着中小型锻件的精化生产发展及冷挤压、温挤压工艺的推广运用,多工位冷挤压压力机、精压机及针对某种锻件而设计制造的专机会得到大力发展。

06 常用的挤压方法可以分为以下几类

a) 正挤压,挤压时,金属的流动方向与凸模的运动方向相同等。
正挤压又分为实心件正挤压和空心件正挤压两种。
正挤压法可以制造各种形状的实心件和空心件,如螺钉、心轴、管子和弹壳等。

b) 反挤压,挤压时,金屑的流动方向与凸模的运动方向相反,反挤压法可以制造各种断面形状的杯形件,如仪表罩壳、万向节轴承套等。

c) 复合挤压,挤压时,毛坯一部分金属流动方向与凸模的运动方向相同,而另一部分金屑流动方向则与凸模的运动方向相反,复合挤压法可以制造双杯类零件,也可以制造杯杆类零件和杆杆类零件。

e) 减径挤压,变形程度较小的一种变态正挤压法,毛坯断面仅作轻度缩减。
紧张用于制造直径相差不大的阶梯轴类零件以及作为深孔杯形件的修整工序。

以上几种挤压的共同特点是:金屑流动方向都与凸模轴线平行,因此,可统称为轴向挤压法。
其余,还有径向挤压和镦挤法。

07 冷挤压、热挤压和温挤压的比较

a)冷挤压成形法虽有很多优点,但变形抗力大,就限定了零件的尺寸,同时,也限定了变形抗力大的材料采取冷挤压工艺。

b)热挤压成形法,虽然可以使材料变形抗力变小,但由于加热,产生氧化、脱碳及热膨胀等问题,降落了产品的尺寸精度和表面质量,因而一样平常都须要经由大量的切削加工,才能作为末了产品。

c) 温挤压成形法,是将毛坯加热到金属再结晶温度以下某个适当的温度进行挤压。
由于金属加热,毛坯的变形抗力减小.成形随意马虎,压力机的吨位也可以减小,而且模具的寿命延长。
但与热挤压不同,由于在低温范围内加热,氧化、脱碳的可能性小,产品的机器性能与冷挤压的产品也差别不大。
特殊是在室温下难加工的材料,例如析出硬化相的不锈钢、高碳钢、含铬量高的—些钢、高温合金等,在温挤压时可能变成可以加工或随意马虎加工。

d) 温挤压不仅适用于变形抗力高的难加人为料,便是对付冷挤压适宜的低碳钢,也适宜作为温挤压的工具,由于温挤压有便于组织连续生产的优点。
在冷挤压时,包括冷挤压低碳钢在内,一样平常在加工前要进行预先软化退火,在各道冷挤压工序之间也要进行退火处理。
在冷挤压以前要进行钝化处理。
这就使得组织连续生产产生困难。
温挤压时可以不进行预先软化退火和各工序之间的退火,也可以不进行表面处理,这就使得组织连续生产成为可能.至少可以减少许多赞助工序。

e) 温挤压可以采取大的变形量,这样就可以减少工序数目。
模具用度也可以大为减少,而且不须要刚性极高的高价锻压设备,可以来用通用锻压设备,以是虽然温挤压须要加热金属,但是总的加工用度还是比较便宜,待别是在制造工序繁芜的非轴对称的异形部件时,温挤压尤可发挥它的浸染。

f) 目前,温挤压采取的润滑剂还不能完备令人满意。
同时,也还缺少加工方面的一些实际数据,还有许多技能问题有待办理。

附 录:

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