冷挤压工艺在摩擦压力机上实现

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1、应用技术研究冷挤压工艺在摩擦压力机上的实现王晓强 高中军文章摘要 作为一种先进的锻压工艺，冷挤压凭借其优越的工艺特点在生产中的应用愈来愈广。本文从节省设备成本以及提高设备利用率的角度，通过对冷挤压工艺及其设备与摩擦压力机进行特点分析比较，说明了充分利用摩擦压力机的优点并克服其缺点，采取相应的措施便能使冷挤压工艺在摩擦压力机上得以实现。同时，文中对该工艺方法也进行了辨证分析，以指导人们在具体生产中加以注意。关 键 词 冷挤压 摩擦压力机 措施Realization of Cold-Extrusion Technics in Friction-PressAbstract : As a kind o

2、f advanced forging technic, cold-extrusion is used more and more extensively in manufacture by its predominant characteristics. But in order to save the equipment cost and improve using rate, we can get the realization of cold-extrusion technics in friction-press with some measures by the comparison

3、 of cold-extrusion press with friction-press and the use of strongpoint in friction-press. And this technic is analyzed in this thesis for us to advert in manufacturing. Keywords : Cold-Extrusion Friction-Press Measure1王晓强 男 工学硕士 机械工程系讲师高中军 男 工学硕士 机械工程系讲师0 前言冷挤压工艺作为一种先进的锻压工艺在生产中的应用已经愈来愈广。能够用冷挤压工艺加工的

4、材料也日益增多，从铝、铜等有色金属发展到了不锈钢、轴承钢等高强度材料；同时，能够用冷挤的工件的重量也越来越大。但冷挤压设备相对于其他锻压设备而言，不但价格较贵，而且通用性也不强。对此，在采用冷挤压新工艺代替切削加工的过程中，很多公司则充分利用车间现有设备，成功地采用摩擦压力机进行冷挤压工艺生产，并取得了很好的效果。1 冷挤压工艺及其设备特点1.1 冷挤压工艺特点与其它锻压工艺比较，冷挤压工艺具有如下特点：（1）可加工形状复杂的零件；（2）能够提高零件的强度和刚度；（3）冷挤压件有较高的尺寸精度和表面光洁度；（4）节约材料、成本低廉。1.2 冷挤压设备特点冷挤压工艺所具有的特点，要求冷挤压机除具

5、有通用压力机的性能之外，还要具有以下特点：（1）足够的刚度 冷挤压工艺力大，载荷集中，为保证冷挤压件的质量，提高模具寿命，冷挤压机要有足够的刚度；（2）高的导向精度与稳定性 为了提高冷挤压件质量，尤其是为了提高模具寿命，要求滑块的导向精度与稳定性要高；（3）足够的能量 冷挤压时，从上模接触金属坯料开始，就要求很大的挤压力，所以要有足够的能量；（4）合适的挤压速度 为提高生产率，冷挤压机空程向下的速度要高，但上模接触金属坯料前应降低速度，使挤入速度降低，以减少冲击；（5）模具寿命要高 冷挤压过程中将产生大量的热量，容易使模具在加工过程中损坏破碎。所以要求模具质量要好、寿命要高。2 摩擦压力机特征

6、摩擦压力机实际上就是摩擦锤，用摩擦压力机进行冷挤压实质上就是用锤进行冷挤压。锤和一般机械压力机及液压机的作用特性不一样，在冷挤压时它是以降低滑块部分的速度将运动能量转变为挤压件所需的变形能的。其在挤压时它所产生的名义打击能量为：式中：锤的运动部分的质量；锤与挤压毛坯接触时的速度。而摩擦压力机除去滑块部分直线运动的能量之外，还有飞轮旋转的转动能量： 式中：旋转部分的转动惯量；角速度。此时摩擦压力机的总能量： 这些能量除一部分消耗于模具系统和机床床身、垫板等的弹性变形，一小部分用来克服运动部分的摩擦力之外，其余部分便用来克服挤压过程中金属变形抗力。如果我们用表示用于金属进行变形的能量，以表示挤压过

7、程中金属的平均抗力，以表示变形开始到结束凸模运动的距离，则从上式可以看出，在一定的滑块速度下，若凸模所遇到的变形抗力越大（例如毛坯金属较硬），则它所走的距离就越小；反之，若凸模所遇到的变形抗力越小，则它所走的距离就越大，而摩擦压力机滑块的运动速度是可以适当控制的（当然，不可能很准确地控制）。锤在一般人的心目中，是施加冲击载荷的，但从摩擦压力机的速度来看（与冷挤压压力机相比），速度还不算很高，例如一般冷挤压压力机的滑块速度为100250毫米/秒，而300吨摩擦压力机的速度约为300毫米/秒，因而，担心冲击力过大是不必要的。摩擦压力机是利用飞轮和摩擦盘的摩擦来操纵滑块上升和下降，因此对滑块运动的稳

8、定性是不利的，它的导向精度不高。此外，摩擦压力机不象一般机械压力机容易控制下死点的位置，它的下死点是由打击的轻重和毛坯变形大小所决定的，因此有一定的误差，应当在模具上设计限位块以保证准确的下死点位置。摩擦压力机不易损坏机件和卡死。使用机械压力机进行冷挤压，在挤压力计算不准确或调整不当时，容易损坏机件或产生卡死的现象，而摩擦压力机就不会出现这种情况。此外，一般机械压力机仅在离下死点一定距离时才达到其名义压力，在挤压一些要求有较大工作行程的零件时往往不能满足要求。而摩擦压力机则很容易得到较大的工作行程。3 摩擦压力机实现冷挤压工艺的措施摩擦压力机虽然刚性与精度都不及冷挤压设备，但在摩擦压力机上实现

9、冷挤压工艺也是可能的。通过以上分析，我们基本上掌握了一些摩擦压力机的优点和缺点。如果我们能充分利用其优点，克服其缺点，甚至使缺点进行转化，就能为在摩擦压力机上进行冷挤压创造一定的条件。现对其主要措施分别进行论述。3.1采用四导柱导套和浮动模柄，提高导向精度与导向的稳定性为了克服摩擦压力机导向精度较差和导向不稳定的缺点，采用了四导柱导套的模架。但仅仅这样还不够，因为一方面摩擦压力机行程较大，而模架的导柱又不可能做得太长，这样在压力机上行程时就会使导柱和导套脱离；另一方面，更重要的是压力机滑块较大，上模架的质量却很小，若将上模架直接装在滑块的模柄孔内，则滑块的摇晃将会直接影响到上模架，于是我们又采

10、用了浮动模柄来弥补上述缺陷。这样可以使导柱导套在上行程时不致脱离，也可以减小滑块的不稳定性对上模架的影响。浮动模柄（图1）由伸入模柄的拉杆和相互配合的两块球形垫板组成。当压力机滑块上行时，装在上模架上的凸模首先与挤压毛坯接触，然后才是两块球形垫板接触而进行冷挤压。应当注意球形垫板的直径不宜过小，以防止在挤压过程中上模板和滑块下平面的变形。这一措施经生产现场试用，基本上能满足生产要求。图（1）浮动模柄 1.模柄 2.上球垫板 3.拉杆4.连接螺杆5.下球垫板6.上模板 图（2）控制闭合高度示意图1.上模板 2.导套 3.导柱 4.垫片 5.下模板3.2 用导套和垫片来限制下死点的位置，以便控制挤

11、压件的高度由前述，我们知道摩擦压力机不象一般机械压力机容易控制下死点的位置。为了克服摩擦压力机限位困难的缺点，可采用导套下端面和在导柱上加垫片的方法，以控制挤压模的闭合高度（图2）。另外，垫片还应做成多组尺寸，以适应不同模具闭合高度的需要。而同时为了拆卸方便，垫片还应做成两半的。3.3 采用连击的办法减少冲击抗力和扩大压力机的工作行程在通常的概念中，金属经过冷变形后，硬度和强度显著增加，即产生冷作硬化现象。一般在冷挤压一次以后，需要进行退火软化，方能进行下一道变形工序。但是我们根据生产实践经验，采用了连击的办法。在冷挤压一次打击后，将上球形垫板拉起，而凸模不与金属毛坯脱离。然后再进行第二次或第

12、三次打击，这样便可实现以下两个方面的效果：(1) 将挤压分成几次，每次所需的打击能量就可以减小，从而可以减小机床滑块的运动速度。这样，冲击力也就减小了。(2) 每次挤压一段，连挤多次，就可以将压力机工作行程增加，从而可以挤一些一般机械压力机上不能挤压的长零件。连击的过程中，在第一次打击时由于金属温度的升高，使得冷作硬化的作用得到一定的缓和。但如果在第二次打击前凸模与毛坯金属脱离，则会使冷空气进入模腔，冷却较快，这样再进行第二次打击时就显得吃力多了。而连击工艺却能够避免该现象的发生。另一方面，毛坯金属在变形中产生热量，即变形能转变为热能。由于在变形过程中金属的流动是不均匀的，即各部分变形程度不同

13、，因而各部分温升也不一致。这样，热量便从温度高的地方逐步向温度低的地方传递，促使临近区域的温度上升，而这一临近区域往往又是下次变形较大的地区，这样变形抗力便可能一次比一次小。3.4 冷挤压模具的选用在使用摩擦压力机进行冷挤压的过程中，如果模具硬度超过HRC60，就易使模具在使用过程中破碎。而将硬度降低为HRC5660，问题基本上就能得到解决。而如果采用高速钢凸模，用贝氏体淬火工艺，或使用韧性与抗弯强度性能良好的模具钢，则可以在不降低模具硬度的条件下解决模具破裂问题。用摩擦压力机进行冷挤压20Cr钢时，凸模寿命平均达5000次，最高可达12000次。4 结束语综合上述并从生产实践来看，摩擦压力机是完全可以用于冷挤压生产的，特别是在小批量多品种的条件下更为适宜。采用摩擦压力机进行冷挤压工艺生产，无疑能够在一定程度上节省设备成本。但对于大批量生产来说，在摩擦压力机上进行冷挤压，生产率要显得低一些。另外，一般在正常的条件下，在摩擦压力机上进行冷挤压工艺生产，大部分使用的冷挤压模具的工作寿命要稍低于冷挤压专机。这些都是我们在具体生产中应该注意的。4参考文献曲柄压力机 何德誉 机械工业出版社 1981冷挤压技术 冷挤压技术编写组 上海人民出版社 1976