材料机械性能在挤压成型中的作用探析

李悦（山东科技大学，山东 青岛 266590）

材料机械性能在挤压成型中的作用探析

李悦（山东科技大学，山东 青岛 266590）

随着现代工业快速发展，对材料机械性能加工提出更多更细致的要求。作为一种精密成型的主要工艺，现代冷挤压成型技术有着传统切削加工无法企及的优势，生产效率高、尺寸精度高及机械性能好等。本文中以冷挤压成型技术为切入点，详细阐述材料机械性能在成型中的作用，以供同行借鉴。

冷挤压成型；材料机械性能；作用分析

1 冷挤压成型技术概述

冷挤压成型技术就是在冷状态下，将模腔中的材料利用较大压力与速度挤压出来，最终得到满足尺寸与形状要求的技术。其特点主要表现为两点：

（1）较高工艺水平冷挤压成型技术具有极高的工艺水平，利用该技术生产制造出来的零部件表面粗糙度大可以达到R2.0-R0.6，精度可以达到IT7-IT8级。一般情况下生产出来的积压件不需要二次加工，如果要求较高的话只需要对特殊要求的部位进行精磨；挤压件具有较高的力学性能，经过冷加工硬化处理的部件内部纤维流线较为合理，可以提高自身强度。

（2）节能降耗优势相比于传统生产工艺，冷挤压成型技术生产过程中并不需要大量热能，这样就可以节省大量能源，对比可以发现，后者比传统生产工艺节省80%能源。与此同时，冷挤压成型技术利用金属可塑性加工生产成型挤压件，避免加工中大量使用切削加工工艺，提高原材料利用率，对比发现，可以节省大约50%的原材料。

2 冷挤压成型技术应用

（1）毛坯准备毛坯准备过程中，需要自己分析挤压件的要求，充分考虑送料、坯料等忒单，选择合适的坯料，如为孔环形毛坯，需要保证外圆与内孔的同心度避免出现不均匀变形情况；接着根据具体要求设计挤压件的基本参数。为了增强毛坯塑性、降低变形抗力，需要软化处理毛坯，确保毛坯适合于挤压成型。再次净化、润滑及酸油等程序处理毛坯表面，保证挤压成型过程中金属毛坯具有较强的流动性。

（2）凸模单位挤压力的确定根据以下公式确定凸模单位挤压力：

σ：毛坯材料抗拉强度；

d1：毛坯外径；

d2：齿根圆直径；

h1：工作带高度；

μ：挤压腔内摩擦系数；

h1：挤压件的高度。

（3）模具结构设计

挤压成型过程中，模具受力较为复杂，加上工作环境相对恶劣，技术应用过程中不但要确保模具具有极强的充型能力可以完成充满型腔，模具必须满足刚度及强度等要求，当出现损坏情况时可以及时拆卸，将模具使用寿命尽可能延长。

2.3.1 设计凸模首先设计工作端面倾角。凸模与坯料接触时，在倾角端面会产生一种径向分力，并推动坯料沿着径向流向其余方向，降低工作压力，改善模具填充性。

2.3.2 芯棒设计芯棒既可以约束分流，又能定位坯料。

2.3.3 卸料设计设计符合卸料与推定要求的机构以满足整个工作流程，确保整个卸料与推定设计顺利进行。

2.3.4 试验挤压完成设计工作后需要进行试验挤压工作，如果试验挤压出的挤压品满足相关要求，则可以投产使用；如果不能满足相关要求，需要重新设计，直到满足设计要求为止。

3 挤压成型中材料机械性能的作用

虽然冷挤压工艺具有显著优势，但也存在一些明显不足，如明显不均匀变形。实际生产中除了采用一些具体工艺措施以提高优质冷挤压件质量外，还需要原材料具有较高的质量与良好性能。衡量冷挤压用擦料质量与性能主要有以下指标。

3.1 变形抗力分析

所谓变形抗力指的是变形过程中原材料抵抗产生的反抗力；变形抗力与加工所需的单位挤压力成正相关，也就是变形抗力越大、单位挤压力越大。当变形抗力足够大时，极有可能损坏模具或冷挤压设备。因此衡量原材料能否进行冷挤压加工的主要指标就是变形抗力的大小。如受到目前技术条件限制，冷挤压含碳量超过0.45%的碳钢难度较大，主要因为这类碳钢具有较大的变形抗力，可能直接超过模具允许的最大单位压力，直接破坏模具，无法正常使用。

3.2 组织状态分析

冷挤压变形能力受到晶粒大小与状态的影响。以碳钢为例分析，冷挤压过程中，材料变形能力与含碳量呈正相关，含碳量越高、变形能力越强。即便有着同材质的材料，但通过不同程度热处理形成内部不同组织时，也存在不同的塑性。保证晶粒大小适中，过大或过小都会影响质量，晶粒过小意味着变形抗力与变形功能上升；晶粒过大材料会出现脆化，冷挤压过程中很容易出现裂缝等问题。一般情况下刚才冷挤压合理的晶粒大小范围为φ0.02-0.06㎜；250-3000/㎜2，平均面积为400-4000μm2。

3.3 表面处理要点

钢零件冷挤压的主要问题就是表面处理与润滑，其处理效果直接影响零件表面质量与模具寿命，主要包括以下内容：表面缺陷去除、清洁、去脂、将表面氧化层去除、磷酸盐处理及润滑处理。

前几项主要目的是提高秒批表面质量，为磷酸盐与润滑处理做好铺垫。冷挤压工艺中平均压力达到200㎏/㎜2，零件与模具之间剧烈摩擦，再者材料变形过程中释放大量热量，温度上升约300℃，很容易出现热粘着，直接对零件与模具表面产生破坏，增大摩擦力与挤压力，直接损毁模具。因此需要在材料表面附着一种兼顾的有覆盖力的润滑膜。且具有一定的柔韧性与厚度。

4 结语

总而言之，现代社会中冷挤压成型技术发挥着越来越重要的作用。但实际中该技术容易受到各类因素影响，影响产品制造质量。本文中以冷挤压成型技术概念与特点为切入点，分析冷挤压成型应用现状及存在问题，深入探究挤压成型中材料机械性能的作用。希望通过本文论述，可以为材料加工水平与质量提高贡献一份力量。

[1]胡国军.现代冷挤压成型技术研究与应用[J].机械设计与制造.2011(02):11.

[2]王建良,刘宁.双分型面挤压铸造模设计与应用[J].模具工业.2010(02):45.

李悦（1996-），女，汉族，山东省德州市人，山东科技大学2014级机械电子工程学院在校学生，材料成型及控制工程专业。