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冷擠壓技術(shù)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�簡單而有效的新方法的積極性。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(guān)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(shù)數(shù)據(jù)及冷擠壓力和擠壓功的實驗結(jié)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(shù)。日本見這種新技術(shù)經(jīng)濟效益顯著,很快把這種技術(shù)用于制造汽車和電氣制件�，F(xiàn)已成為遍及各個工業(yè)部門的重要加工手段。

趨勢

1、隨著能源危機的日趨嚴重,人們對環(huán)境質(zhì)量將更加關(guān)注,加之市場競爭日益加劇,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,在市場競爭中將得到較大的發(fā)展。

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

3、專業(yè)化、規(guī)模化的組織生產(chǎn)仍是冷擠壓生產(chǎn)的發(fā)展方向和趨勢。在法國,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)量僅為39344KG,產(chǎn)值592384法郎,僅相當于擠壓件專業(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、擠壓專機將成為一種發(fā)展趨勢。隨著中小型鍛件的精化生產(chǎn)發(fā)展及冷擠壓、溫擠壓工藝的推廣應用,多工位冷擠壓壓力機、精壓機及針對某種鍛件而設(shè)計制造的專機會得到大力發(fā)展。新昌軸承套圈的冷擠大面積應用是在邵銀標工程主導下發(fā)展起來,目前國內(nèi)軸承套圈的冷擠壓成型占了較大份額。

國內(nèi)發(fā)展

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(shù)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(shù)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(shù)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(shù)的蓬勃發(fā)展,冷擠壓技術(shù)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(shù)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(shù)的隊伍。

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(jié)構(gòu)設(shè)計方面,初步采用了優(yōu)化設(shè)計及計算機輔助設(shè)計與制造(即CAD/CAM),使模具結(jié)構(gòu)更合理、擠壓工藝參數(shù)更接近于實際。

科學的發(fā)展,對冷擠壓技術(shù)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(shè)計、制造及工藝過程控制中的應用對冷擠壓技術(shù)產(chǎn)生的影響。我國將進一步發(fā)展應用這門新技術(shù)。發(fā)展冷擠壓技術(shù)主要應從以下幾方面著手:

1、擴大冷擠壓技術(shù)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(shè)計,提高和加快模具設(shè)計與制造,研制出更合理的模具結(jié)構(gòu);

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(shù)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。

目前我國研制的冷擠壓件一般尺寸精度可達8~9級,若采用理想的潤滑可達(指純鋁和紫銅零件),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)。

節(jié)約材料

冷擠壓件材料利用率通常可以達到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�,采用冷擠壓方法生產(chǎn)機械零件,可以節(jié)約大量鋼材和有色金屬材料。

生產(chǎn)效率高

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,當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。

適用面廣

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。

強度高

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。

從以上特點,可以看出,冷擠壓技術(shù)與當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。

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。

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。

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。

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。

鍛壓

鍛壓時,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(shù)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。徑向擠壓是當前十幾年才發(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(shù)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。

冷擠壓件圖根據(jù)零件圖制訂,以1:1比例繪制。其內(nèi)容包括:

l、確定冷擠壓壓和進一步加工的工藝基準。

2、對于不經(jīng)機械加工的部位,不加余量,應按零件圖的技術(shù)要求直接給出公差,而對于需進行機械加工的部位,應按冷擠壓可以達到的尺寸精度給出公差。

3、確定擠壓壓完成后多余材料的排除方式。

4、按照零件的技術(shù)要求及冷擠壓可能達到的精度,確定表面粗糙度等級和形位公差值。

技術(shù)經(jīng)濟指標

為了確保冷擠壓工藝方案在技術(shù)經(jīng)濟上的合理性和可行性,通常采用下述幾個指標來衡量:

1、擠壓件的尺寸 越大,所需設(shè)備噸位隨之增大,采用冷擠壓加工的困難性增加。

2、擠壓件的形狀 越復雜、變形程度越大,所需的冷擠壓工序數(shù)目就越多。,

3、擠壓件可達精度和表面粗糙度 它有一定限度。增加修整工序可提高擠壓件精度。

4、擠壓件的材料 材料影響擠壓難度、許用變形程度。

5、擠壓件費用 一般包含材料費、備料費、工具及模具制造費、冷擠壓加工費及后續(xù)工序加工費等。這是一項綜合指標,往往是決定工藝方案是否合理、可行的關(guān)鍵因素。

6、擠壓件的批量 批量大時可以使總的成本降低。

對于上述幾個指標進行全面分析、平衡之后,就可以選擇一個最佳的工藝方案。最佳的工藝方案的具體標志是:采用盡可能少的擠壓工序和中間退火次數(shù),以最低的材料消耗、最高的模具壽命和生產(chǎn)效率,冷擠出符合技術(shù)要求的擠壓件。冷擠壓加工全過程應包含下料工序、預成形工序、輔助工序、冷擠壓工序以及后續(xù)加工工序等。其中冷擠壓工序的設(shè)計是制定冷擠壓工藝方案的核心工作。