用沖頭或凸模對放置在凹模中的坯料加壓,使之產生塑性流動,從而獲得相應於模具的型孔或凹凸模形狀的製件的鍛壓方法。擠壓時,坯料產生三向壓應力,即使是塑性較低的坯料,也可被擠壓成形。擠壓,特別是冷擠壓,材料利用率高,材料的組織和機械性能得到改善,操作簡單,生產率高,可製作長桿、深孔、薄壁、異型斷面零件,是重要的少無切削加工工藝。擠壓主要用於金屬的成形,也可用於塑膠、橡膠、石墨和粘土坯料等非金屬的成形。

  17世紀法國人用手動螺旋旋壓力機擠壓出鉛管,用作水管,是為冷擠壓之始。19世紀末實現瞭鋅、銅和銅合金的冷擠壓,20世紀初期擴大到鋁和鋁合金的擠壓。30年代德國人發明磷化、皂化的表面減摩潤滑處理技術,使鋼的冷擠壓獲得成功,最初用於擠制鋼彈殼。第二次世界大戰後,鋼的冷擠壓推廣到其他國傢,並擴大瞭應用范圍。50年代開始采用熔融玻璃潤滑法,鋼的熱擠壓遂在冶金和機械工業中得到應用和發展。

  分類 擠壓按坯料溫度區分有熱擠壓、冷擠壓和溫擠壓3種。金屬坯料處於再結晶溫度(見塑性變形)以上時的擠壓為熱擠壓;在常溫下的擠壓為冷擠壓;高於常溫但不超過再結晶溫度下的擠壓為溫擠壓。

  按坯料的塑性流動方向,擠壓又可分為:流動方向與加壓方向相同的正擠壓,流動方向與加壓方向相反的反擠壓,坯料向正、反兩個方向流動的復合擠壓(見圖)。

  應用 熱擠壓廣泛用於生產鋁、銅等有色金屬的管材和型材等,屬於冶金工業范圍。鋼的熱擠壓既用以生產特殊的管材和型材,也用以生產難以用冷擠壓或溫擠壓成形的實心和孔心(通孔或不通孔)的碳鋼和合金鋼零件,如具有粗大頭部的桿件、炮筒、容器等。熱擠壓件的尺寸精度和表面光潔度優於熱模鍛件,但配合部位一般仍需要經過精整或切削加工。

  冷擠壓原來隻用於生產鉛、鋅、錫、鋁、銅等的管材、型材,以及牙膏軟管(外面包錫的鉛)、幹電池殼(鋅)、彈殼(銅)等制件。20世紀中期冷擠壓技術開始用於碳素結構鋼和合金結構鋼件,如各種截面形狀的桿件和桿形件、活塞銷、扳手套筒、直齒圓柱齒輪等,後來又用於擠壓某些高碳鋼、滾動軸承鋼和不銹鋼件。冷擠壓件精度高、表面光潔,可以直接用作零件而不需經切削加工或其他精整。冷擠壓操作簡單,適用於大批量生產的較小制件(鋼擠壓件直徑一般不大於100毫米)。

  溫擠壓是介於冷擠壓與熱擠壓之間的中間工藝,在適宜的情況下采用溫擠壓可以兼得兩者的優點。但溫擠壓需要加熱坯料和預熱模具,高溫潤滑尚不夠理想,模具壽命較短,所以應用不甚廣泛。

  工藝特點 擠壓加工在坯料處理、擠壓道次、擠壓力、模具壽命和擠壓設備方面依坯料和擠壓件要求的不同各有一些工藝上的特點。

  軟化退火 冷擠壓硬鋁、銅和鋼等時,為降低材料的硬度、變形抗力和提高塑性,需要先對坯料進行軟化退火處理。熱擠壓則不需要經過退火處理。

  潤滑和表面處理 為降低擠壓力和模具的磨損率,並防止金屬坯料與模具面的熱膠合,擠壓時必須有良好的潤滑。為使潤滑油脂在高壓下不被擠出,必須對坯料表面進行減摩和潤滑處理。最常用的方法是:先進行磷化,以形成粗糙多孔的磷酸鹽表層,再以皂質材料(如硬脂酸鋅、硬脂酸鈉)塗覆表層並使其充滿孔隙中。擠壓時,磷化層不斷地放出皂料而起有效的潤滑作用。溫擠壓和熱擠壓因溫度高,不適宜用磷化-皂化潤滑,一般采用玻璃粉(高溫時熔融)、二硫化鉬、石墨等配成的油劑潤滑。

  變形程度和擠壓道次 擠壓變形程度以坯料變形前後的斷面面積縮減率來表示。坯料在一次變形過程中不出現裂紋的極限變形程度稱為允許變形程度。坯料在三向壓應力下發生擠壓變形時,允許變形程度較高。在冷態正擠壓時,低碳鋼的允許變形程度在75%以上,而硬鋁、紫銅、黃銅等則可達90%以上,反擠壓時均略低。在熱態下,允許變形程度可大大提高,提高的幅度隨溫度的升高而增大。變形程度大,所需的擠壓力也大,模具的磨損加快,且容易損壞,故一般不采用允許變形程度的極限值,例如在冷擠碳鋼時采用變形極限值的60%作為一次變形的允許程度。假如從坯料到成品的總變形程度很大,則分為幾個擠壓道次逐步成形。冷擠壓時,在各道次之間需要進行工序間的軟化退火。熱擠壓和溫擠壓的允許變形程度較大,有利於降低擠壓力和減少擠壓道次。

  擠壓力 擠壓力是決定凹模強度和選擇擠壓機公稱壓力的主要因素。擠壓力的大小與凸模的加壓面積、坯料在擠壓溫度時的機械性能、變形程度、模具形狀、潤滑效果等因素有關。在冷擠壓硬鋁、銅等材料時,單位面積擠壓力一般在1000牛/厘米2以下;冷擠壓碳鋼和合金鋼時一般都在1000牛/厘米2以上,高的可達2500~3000牛/厘米2。因為單位面積擠壓力很大,承受脹應力的凹模大多采用2、3層預應力結構,以提高其強度和剛度,並使磨損僅出現於最裡面的一層,有利於模具的修理(隻更換凹模的內層)。

  模具壽命 延長模具壽命是降低擠壓加工成本的重要因素。模具可能由於凹模縱裂或成形型腔和型孔的磨損,使擠壓件的尺寸和形狀誤差超過允許值。前者通過正確的設計和制造可以避免;後者靠正確選擇模具材料及其熱處理和表面處理工藝、正確決定擠壓工藝和潤滑等措施來加以減緩,以延長其使用壽命。

  擠壓設備 小擠壓件一般用通用的機械壓力機、液壓機、螺旋壓力機擠壓。大型擠壓件和長擠壓件較多地使用專用擠壓機擠壓。(見彩圖)

1.2萬噸熱模鍛壓力機和生產線

裝配中的8000噸臥式擠壓機

3500噸雙點壓力機

800噸切邊壓力機

  發展 20世紀後半葉以來,出現瞭靜壓擠壓工藝。靜壓擠壓采用常溫狀態下的正擠壓。坯料在凹模中受到註入的高壓液體的縱向和四周的靜壓作用,從型孔擠出。坯料四周與擠壓筒壁之間產生的靜壓液體摩擦的摩擦系數極低,坯料變形區的橫向壓應力比在一般擠壓條件下增大,對擠壓變形的抗力降低,使坯料的塑性進一步提高。高速鋼、鈦合金、鋯合金、鎳基合金等高強度低塑性金屬材料可用靜擠壓成形而不出現裂紋。但高壓密封問題有待完善,靜壓擠壓尚處於進一步研究階段。

參考書目

 阮雪榆編:《冷擠壓技術》,上海人民出版社,上海,1975。