挤压成型工艺基本介绍

5 挤压成型工艺

5.1 挤压概述

定义：所谓挤压，就是对放在容器（挤压筒）内的金属锭坯从一端施加外力，强迫其从特定的模孔中流出，获得所需要的断面形状和尺寸的制品的一种塑性成型方法。

优点：：

（1 ）具有最强烈的三向压应力状态；

（2 ）生产范围广，产品规格、品种多；

（3 ）生产灵活性大，适合小批量生产；

（4 ）产品尺寸精度高，表面质量好；

（5 ）设备投资少，厂房面积小；

（6 ）易实现自动化生产。

缺点：

（1 ）几何废料损失大；

（2 ）金属流动不均匀；

（3 ）挤压速度低，辅助时间长；

（4 ）工具损耗大，成本高。

适用范围：

（1）品种规格繁多，批量小；

（2）复杂断面，超薄、超厚、超不对）复杂断面，超薄、超厚、超不对称;

（3）低塑性、脆性材料。

5.2挤压的基本方法及特点

挤压的方法可按照不同的特征进行分类，有几十种。

最常见的有6种方法：正向挤压、反向挤压、侧向挤压、连续挤压、玻璃润滑挤压和静液挤压。

最基本的方法仍然是正向挤压（简称正挤压）和反向挤压（简称反挤压）。

如下所示为挤压的分类

a.正向挤压

b.方向挤压

c.侧向挤压

d.连续挤压

e.玻璃润滑挤压

f.静液挤压

正向挤压：

定义：金属的流动方向与挤压杆（挤压轴）的运动方向相同的挤压生产方法。

特征：变形金属与挤压筒壁之间有相对运动，二者之间有很大的滑动摩擦。引起挤压力增大；使金属变形流动不均匀，导致组织性能不均匀；限制了挤压速度提高；加速工模具的

磨损。

反向挤压：

定义：金属的流动方向与挤压杆（或模子轴）的相对运动方向相反的挤压生产方法。

特征：变形金属与挤压筒壁之间无相对运动，二者之间无外摩擦。

特点：挤压力小；金属变形流动均匀；挤压速度快。但制品表面较正挤压差；外接圆尺寸较小；设备造价较高；辅助时间较长。

5.3 热挤压、冷挤压、温挤压

5.4 挤压设备、挤压模具及设计

5.4.1 挤压设备

按传动类型分液压和机械传动两大类。

（1）机械传动挤压机又分为统机械传动挤压机和现代机械传动挤压机。

传统机械传动挤压机以前曾用于挤压钢材和冷挤压方面，现在已不采用。钢材和冷挤压方面，现在已不采用。

目前以CONFORM挤压机为代表的新一代机械传动挤压机得到了广泛应用。

（2）液压传动挤压机是当前应用最广泛的挤压设备。又分为水压机和油压机，目前应用最广泛的是油压机，但大吨位设备仍以水压机为主。

5.5 挤压模设计

挤压模可按模孔压缩区的断面形状、挤压产品的品种、模孔的数目、挤压方法及工艺特点、模具结构等不同形式进行分类。归纳起来可分为四大类：

整体模

模子是由一块钢材加工制造成。广泛用于挤压普通型材、棒材、管材。

整体模按模孔压缩区的断面形状可分为7种：平模、锥模、平锥模、双锥模、流线模、平流线模、碗形模，各模如下图所示。最常用的是平模和锥模。

平模：挤压铝合金型材、棒材，镍合金，铜合金管、棒材。

锥模：挤压铝合金管材，高温合金钨、钼、锆等。

拆卸模

由数块拼装组成一整体模子，用于生产阶段变断面型材（见下图）。模子是由大头和小头两部分构成。而这两部分又分别由多块组装而成。

组合模

生产内径较小的管材，各种形状的空心型材。

舌形模：所需的挤压力较小，焊合室中延伸系数大，主要用于挤压硬合金空心型材。但挤压残料较多。

平面分流模：多用于挤压变形抗力低、焊合性能好的软合金空心型材。残料较少。

型材模设计

挤压型材的断面是非常复杂的，有各式各样。

其特点是：绝大多数断面是不对称的；型材断面与锭坯断面不相似；型材断面各部位壁厚差大；多数带有各种形状的空心。其结果造成金属流动不均匀，出现各种缺陷，易造成模具的早期失效及损坏。

模具设计中要解决的两个主要问题：金属流速不均；模具强度。

1—调整金属流速的主要措施

（1）合理布置模孔

a、具有两个以上对称轴的型材，型材、具有两个以上对称轴的型材，型材的重心布置在模子中心。

b、具有一个对称轴，且断面壁厚差较、具有一个对称轴，且断面壁厚差较大的型材，型材重心相对模子中心偏移一定距离，且将金属不易流动的壁薄部位靠近模子中心

c、壁厚差不太大，但断面较复杂的型、壁厚差不太大，但断面较复杂的型材，将型材外接圆的圆心，布置在模子中心。

d、对于断面尺寸较小，或轴对称性很差、对于断面尺寸较小，或轴对称性很差的型材，可以采用多孔模排列

如下所示为不对称型材的单孔模排列。

（2）确定合理的工作带长度

型材断面壁厚不同，可采用不等长工作带。即：型材断面壁厚处的工作带长度大于壁薄处。也就是说比周长小的部分工作带长度大于比周长大的部分。

（3）设计阻碍角或促流角

阻碍角—在型材壁厚处的模孔入口处做一个小斜面，以增加金属的流动阻力，该斜面与模子轴线的夹角叫阻碍角，如图5-27所示。阻碍角一般取3°~ 12°，最大不超过15。

促流角—在型材壁较薄、金属不易流动的模孔入口端面处做一个促流斜面，该斜面与模子平面间的夹角叫促流角，促流角一般取3°~10°。

（4）采用平衡模孔

挤压某些对称性很差的型材（如异形偏心管），而模子上只能布置一个型材模孔时，为了平衡金属流速，采用平衡模孔方式。

（5）设计附加筋条

挤压宽厚比很大的壁板型材时，如果对称性很差，可采用附加筋条或工艺余量的方式平衡金属流速。

（6）设计导流模或导流腔

在型材模的前面，增加一个导流模或直接在型材模孔入口端加工一导流腔，迫使金属流向流动阻力大的模孔入口处。

5.6挤压工模具材料的选择

目前，在挤压铝合金时，最常用的工模具材料有钼钢和钨钢两大类。

钼钢：导热性较好，对热裂纹不太敏感，韧性较好。典型代表5CrNiMo和4Cr5MoSiV1钢。

钨钢：具有较好的耐高温性能，但韧性较低。典型代表3Cr2W8V钢。

挤压工具材料的合理选择

（1）根据被挤压金属的性能选择最合适、最经济的工模具材料。

我国通常选用5CrNiMo、5CrNiW、5CrMnMo、3Cr2W8V、4Cr5MoSiV1等作为基本工具材料。其中4Cr5MoSiV1作为挤压铝合金的模具材料，3Cr2W8V作为挤压铜合金的模具材料。

（2）根据产品品种、形状和规格选择合适的工模具材料。

挤压圆棒和圆管时，可选用中等强度的5CrNiMo、5CrMnMo、5CrNiW钢；

挤压复杂形状的空心型材和薄壁管材时，选用高强度的3Cr2W8V、4Cr5MoSiV1钢；

对于形状极其复杂的空心型材及宽厚比大于50的壁板型材，则要选用更高级的材料，如日本的AF31钢。

（3）根据挤压方法、工艺条件与设备结构选择工模具材料。

冷挤压时的挤压速度快，受冲击作用大，模具要有高的强度和良好的韧性，如选用3Cr2W8V、硬质合金材料。

静液挤压时模具处于高压液体包围之中，呈预应力状态，同时挤压力较小。

穿孔挤压时的针尖应选用良好的抗激冷激热的材料。

无润滑挤压时模具的耐磨性、表面硬度、可氮化性能应比润滑挤压时好。

（4）根据挤压工模具的结构形状和尺寸选择模具材料。

挤压管、棒、普通实心型材的平面模，一般可用5CrNiMo或4Cr5MoSiV1钢。

形状复杂的特殊型材模、舌型模、平面分流模等，用4Cr5MoSiV1、3Cr2W8V或更高级的材料。

一般情况下，5CrNiW、5CrNiMo 、5CrMnSiMoV等制造挤压筒。但制造小型挤压筒、