材料機械性能在擠壓成型中的作用探析

李悅（山東科技大學(xué)，山東 青島 266590）

材料機械性能在擠壓成型中的作用探析

李悅（山東科技大學(xué)，山東 青島 266590）

隨著現(xiàn)代工業(yè)快速發(fā)展，對材料機械性能加工提出更多更細(xì)致的要求。作為一種精密成型的主要工藝，現(xiàn)代冷擠壓成型技術(shù)有著傳統(tǒng)切削加工無法企及的優(yōu)勢，生產(chǎn)效率高、尺寸精度高及機械性能好等。本文中以冷擠壓成型技術(shù)為切入點，詳細(xì)闡述材料機械性能在成型中的作用，以供同行借鑒。

冷擠壓成型；材料機械性能；作用分析

1 冷擠壓成型技術(shù)概述

冷擠壓成型技術(shù)就是在冷狀態(tài)下，將模腔中的材料利用較大壓力與速度擠壓出來，最終得到滿足尺寸與形狀要求的技術(shù)。其特點主要表現(xiàn)為兩點：

（1）較高工藝水平冷擠壓成型技術(shù)具有極高的工藝水平，利用該技術(shù)生產(chǎn)制造出來的零部件表面粗糙度大可以達(dá)到R2.0-R0.6，精度可以達(dá)到IT7-IT8級。一般情況下生產(chǎn)出來的積壓件不需要二次加工，如果要求較高的話只需要對特殊要求的部位進(jìn)行精磨；擠壓件具有較高的力學(xué)性能，經(jīng)過冷加工硬化處理的部件內(nèi)部纖維流線較為合理，可以提高自身強度。

（2）節(jié)能降耗優(yōu)勢相比于傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝，冷擠壓成型技術(shù)生產(chǎn)過程中并不需要大量熱能，這樣就可以節(jié)省大量能源，對比可以發(fā)現(xiàn)，后者比傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝節(jié)省80%能源。與此同時，冷擠壓成型技術(shù)利用金屬可塑性加工生產(chǎn)成型擠壓件，避免加工中大量使用切削加工工藝，提高原材料利用率，對比發(fā)現(xiàn)，可以節(jié)省大約50%的原材料。

2 冷擠壓成型技術(shù)應(yīng)用

（1）毛坯準(zhǔn)備毛坯準(zhǔn)備過程中，需要自己分析擠壓件的要求，充分考慮送料、坯料等忒單，選擇合適的坯料，如為孔環(huán)形毛坯，需要保證外圓與內(nèi)孔的同心度避免出現(xiàn)不均勻變形情況；接著根據(jù)具體要求設(shè)計擠壓件的基本參數(shù)。為了增強毛坯塑性、降低變形抗力，需要軟化處理毛坯，確保毛坯適合于擠壓成型。再次凈化、潤滑及酸油等程序處理毛坯表面，保證擠壓成型過程中金屬毛坯具有較強的流動性。

（2）凸模單位擠壓力的確定根據(jù)以下公式確定凸模單位擠壓力：

σ：毛坯材料抗拉強度；

d1：毛坯外徑；

d2：齒根圓直徑；

h1：工作帶高度；

μ：擠壓腔內(nèi)摩擦系數(shù)；

h1：擠壓件的高度。

（3）模具結(jié)構(gòu)設(shè)計

擠壓成型過程中，模具受力較為復(fù)雜，加上工作環(huán)境相對惡劣，技術(shù)應(yīng)用過程中不但要確保模具具有極強的充型能力可以完成充滿型腔，模具必須滿足剛度及強度等要求，當(dāng)出現(xiàn)損壞情況時可以及時拆卸，將模具使用壽命盡可能延長。

2.3.1 設(shè)計凸模首先設(shè)計工作端面傾角。凸模與坯料接觸時，在傾角端面會產(chǎn)生一種徑向分力，并推動坯料沿著徑向流向其余方向，降低工作壓力，改善模具填充性。

2.3.2 芯棒設(shè)計芯棒既可以約束分流，又能定位坯料。

2.3.3 卸料設(shè)計設(shè)計符合卸料與推定要求的機構(gòu)以滿足整個工作流程，確保整個卸料與推定設(shè)計順利進(jìn)行。

2.3.4 試驗擠壓完成設(shè)計工作后需要進(jìn)行試驗擠壓工作，如果試驗擠壓出的擠壓品滿足相關(guān)要求，則可以投產(chǎn)使用；如果不能滿足相關(guān)要求，需要重新設(shè)計，直到滿足設(shè)計要求為止。

3 擠壓成型中材料機械性能的作用

雖然冷擠壓工藝具有顯著優(yōu)勢，但也存在一些明顯不足，如明顯不均勻變形。實際生產(chǎn)中除了采用一些具體工藝措施以提高優(yōu)質(zhì)冷擠壓件質(zhì)量外，還需要原材料具有較高的質(zhì)量與良好性能。衡量冷擠壓用擦料質(zhì)量與性能主要有以下指標(biāo)。

3.1 變形抗力分析

所謂變形抗力指的是變形過程中原材料抵抗產(chǎn)生的反抗力；變形抗力與加工所需的單位擠壓力成正相關(guān)，也就是變形抗力越大、單位擠壓力越大。當(dāng)變形抗力足夠大時，極有可能損壞模具或冷擠壓設(shè)備。因此衡量原材料能否進(jìn)行冷擠壓加工的主要指標(biāo)就是變形抗力的大小。如受到目前技術(shù)條件限制，冷擠壓含碳量超過0.45%的碳鋼難度較大，主要因為這類碳鋼具有較大的變形抗力，可能直接超過模具允許的最大單位壓力，直接破壞模具，無法正常使用。

3.2 組織狀態(tài)分析

冷擠壓變形能力受到晶粒大小與狀態(tài)的影響。以碳鋼為例分析，冷擠壓過程中，材料變形能力與含碳量呈正相關(guān)，含碳量越高、變形能力越強。即便有著同材質(zhì)的材料，但通過不同程度熱處理形成內(nèi)部不同組織時，也存在不同的塑性。保證晶粒大小適中，過大或過小都會影響質(zhì)量，晶粒過小意味著變形抗力與變形功能上升；晶粒過大材料會出現(xiàn)脆化，冷擠壓過程中很容易出現(xiàn)裂縫等問題。一般情況下剛才冷擠壓合理的晶粒大小范圍為φ0.02-0.06㎜；250-3000/㎜2，平均面積為400-4000μm2。

3.3 表面處理要點

鋼零件冷擠壓的主要問題就是表面處理與潤滑，其處理效果直接影響零件表面質(zhì)量與模具壽命，主要包括以下內(nèi)容：表面缺陷去除、清潔、去脂、將表面氧化層去除、磷酸鹽處理及潤滑處理。

前幾項主要目的是提高秒批表面質(zhì)量，為磷酸鹽與潤滑處理做好鋪墊。冷擠壓工藝中平均壓力達(dá)到200㎏/㎜2，零件與模具之間劇烈摩擦，再者材料變形過程中釋放大量熱量，溫度上升約300℃，很容易出現(xiàn)熱粘著，直接對零件與模具表面產(chǎn)生破壞，增大摩擦力與擠壓力，直接損毀模具。因此需要在材料表面附著一種兼顧的有覆蓋力的潤滑膜。且具有一定的柔韌性與厚度。

4 結(jié)語

總而言之，現(xiàn)代社會中冷擠壓成型技術(shù)發(fā)揮著越來越重要的作用。但實際中該技術(shù)容易受到各類因素影響，影響產(chǎn)品制造質(zhì)量。本文中以冷擠壓成型技術(shù)概念與特點為切入點，分析冷擠壓成型應(yīng)用現(xiàn)狀及存在問題，深入探究擠壓成型中材料機械性能的作用。希望通過本文論述，可以為材料加工水平與質(zhì)量提高貢獻(xiàn)一份力量。

[1]胡國軍.現(xiàn)代冷擠壓成型技術(shù)研究與應(yīng)用[J].機械設(shè)計與制造.2011(02):11.

[2]王建良,劉寧.雙分型面擠壓鑄造模設(shè)計與應(yīng)用[J].模具工業(yè).2010(02):45.

李悅（1996-），女，漢族，山東省德州市人，山東科技大學(xué)2014級機械電子工程學(xué)院在校學(xué)生，材料成型及控制工程專業(yè)。