冷挤压加工是在常温条件下,将淬硬的工艺凸模压入模坯,使坯料产生塑性变形,以获得与工艺凸模工作表面形状相同的内成型表面。它是利用金属塑性变形原理,实现模具型腔无切削加工的一种方法,适用于加工制造以有色金属、低碳钢、中碳钢、部分有一定塑性的工具钢、合金钢(如10、20、20cr、r118A、T10A、3cr2w8V等)为材料的塑料模型腔、压铸模型腔、锻模型腔和粉末冶金压模的型腔。适用于加工多型腔模具和有浮雕花纹及文字的型腔。对塑性差的材料只能挤压形状简单,深度浅的模具型腔。
1.冷挤压的成型特点
1)可以加工形状复杂的型腔,尤其适合于加工某些难于切削加工的形状复杂的型腔。
2)挤压过程简单迅速,生产率高;一个工艺凸模可以多次使用。对于多型腔凸模采用这种方法,生产效率的提高更明显。
3)挤压的模具型腔,其尺寸精度可达IT 7级或更高,表面粗糙度R。≤0.4¨m。
4)冷挤压的型腔,材料纤维未被切断,金属组织更为紧密,型腔强度高、耐磨性高。
2.冷挤压成型的方式
冷挤压成型的方式有闭式挤压和开式挤压两种。
1)闭式挤压。闭式挤压,是将坯料放在冷挤压模套内进行的挤压加工。在工艺凸模被压人坯料的过程中,工艺凸模和坯料约束在导向套与模套内进行挤压,除使工艺凸模获得良好的导向外,还能防止凸模断裂或坯料开裂飞出。由于坯料的变形受到模套的限制,金属只能朝着工艺凸模压入的相反方向产生塑性流动,迫使变形金属与工艺凸模紧密贴合,提高了型腔的成形精度。由于金属的塑性变形受到限制,所以需要的挤压力较大。
闭式挤压适用于精度要求较高、深度较大、坯料体积较小的型腔,如:注射模、压缩模、压铸模的型腔等。
2)开式挤压。开式挤压,即在被挤压毛坯外面不加模套的方式。在挤压前,其准备工作比闭式挤压简单。被挤压金属的塑性流动,不旦沿工艺凸模的轴线方向,也沿半径方向,因此,开式挤压只适用于形状简单的且加工精度要求不高韵锻模型腔,并在模坯厚度和型腔深度之比较大的晴况下使用。否则坯料将向外胀过大或产生很大翘曲,使型腔的精度降低,甚至使坯料开裂报废。
3.挤压设备
由于型腔冷挤压所需的工作运动简单、行程短、挤压工具和坯料体积小、单位挤压力大、挤压速度低,所以冷挤压一般选用构造不太复杂的小型专用油压机作为挤压设备。要求油压机刚性好、活塞运动时导向准确,工作平稳,能方便地观察挤压情况和反映挤入深度。
4.冷挤压成型工艺过程
(1)坯料准备
冷挤压加工时,坯料的性能、组织,以及坯料的形状、尺寸和表面粗糙度等对型腔的加工质量都有直接影响。为了便于进行冷挤压加工,模坯材料应具有低的硬度和高的塑性,型腔成型后其热处理变形应尽可能小。因此,坯料在冷挤压前必须进行热处理,以提高材料的塑性、降低强度以减小挤压时的变形抗力。低碳钢需退火处理到硬度为100~160HBs,中碳钢需球化退火到160~200HBS。同时,坯料的端面积与型腔在端面上投影面积之问的比值要足够大,以防止在冷挤压时坯料产生翘曲或开裂。
(2)工作准备
检查冲头、坯料、模套质量,应作到表面应无伤痕、符合图样要求,检查油压机的设备状况。冲头、坯料的被挤压表面应去除油污,做润滑处理,这样可以防止冲头与坯料表面之间产生粘附,减少坯料破坏的可能性,提高冲头的使用寿命。
常用的润滑方法有两种:一种最简便的润滑方法,是将经过去油清洗的工艺凸模与坯料,在硫酸铜饱和溶液中浸渍3~4s,并涂以凡士林或机油稀释的二硫化钼润滑剂;另一种较好的润滑方法,是将工艺凸模进行镀铜或镀锌处理,而将坯料进行除油清洗后,放入磷酸盐溶液中进行浸渍,使坯料表面产生一层不溶于水的金属磷酸盐薄膜,其厚度一般为5~15斗m,这层金属磷酸盐薄膜与基体金属结合十分牢固,能承受高温、高压,有多孔性组织,能储存润滑剂。挤压时再用机油稀释的二硫化钼作润滑,涂于工艺凸模和坯料表面,就可以保证高压下坯料与工艺凸模隔开。注意在涂润滑剂时,避免润滑剂在文字或花纹内堆积,以免影响图形或文字的清晰。
(3)装模
将坯料放入模套内,装好导向圈及冲头,推入油压机活塞中心。
(4)挤压
按挤压深度调整深度限制挡块;关好安全门,开动油压机加压;深度达到额定值后,自动停机。
(5)卸模
在油压机内将坯料及冲头一起顶出模套,卸开坯料。
(6)检查
按图样要求检查各尺寸;深度不够时,应退火后再重新挤压。