论温挤压模具的发展现状与应用

弗朗索瓦

　　挤压技术作为一种高效、优质、低消耗的少无切屑加工工艺，在机械、轻工、汽车、宇航、军工、电器等部门已成为金属塑性成形加工的一种极重要手段。介于冷挤压和热挤压之间的温挤压是近学来国内外发展较快的一种毛坯精化新型工艺。温挤压适用于对常温成形时变形抗力高、塑性差、加工硬化激烈且又很难成形的高强度金属及耐蚀耐热钢、不锈钢、铁合金钢及含铬量高的钢等材料的加工，更适合于形状复杂的非轴对称异形零件的成形，在汽车、拖拉机、发动机、军工以及航空航天等领域已成了一种不可替代的成形方法，有人预言，温挤压件十年内应用比重有可能超过冷挤压件。

　　1.温挤压模具的特点

　　1.1 与冷挤压相比的特点

　　(1)金属塑性提高，变形抗力下降
　　温挤压时可以将坯料加热到再结晶温度以下塑性好、变形抗力较低的温度区域，以降低变形力。经测试，一般情况下温挤压的成形力仅为冷挤压的1/3～l/2，降低了设备吨位和模具负荷。

　　(2)温挤压件的尺寸精度和表面质量接近冷挤压件
　　温挤压的成形温度越低，其制件的尺寸精度也越高，表面粗糙度值也越低，更接近于冷挤压件的质量;反之，尺寸精度和表面质量随温度上升而下降。

　　(3)每道工步的变形量较冷挤压大，可减少工步数
　　由于温挤压时金属塑性好，金属的流动性能要明显优于冷挤压，在冷挤压时要数道工步完成的成形在温挤压时可能只要一道即可完成，生产效率提高。

　　(4)可连续生产，有利于降低成本
　　冷挤压在多工步成形时，工步间需要进行软化和润滑处理。温挤压在多工步成形时，一股可在连续加热后连续成形，不需要进行工步间的软化和表面处理，减低了生产成本。

　　(5)对模具的要求高
　　冷挤压时仅需对模具进行润滑，不考虑漠具的冷却;而温挤压时不仅要对模具进行润滑，还要给予模具充分冷却。

　　1.2 与热挤压相比的特点

　　(1)尺寸精度和表面质量远优于热挤压件
　　由于温挤压加热温度要低于热挤压，避开了钢的剧烈氧化温度，同样在非保护气氛中温挤压坯料的氧化极微，无脱碳现象，避免了因氧化、脱碳等造成的缺陷，使挤压件的尺寸精度和表面质量大大提高。

　　(2)挤压件得到强化，不需要进行挤压后热处理
　　温挤压后可以使挤压件产生加工硬化，对于低碳钢而言可以改善切削性能，不需要进行正火调节硬度。对于一些不需要进行最终热处理的零件，温挤压的强化作用足以满足其对力学性能的要求。

　　(3)对校具的使用要求高
　　热挤压时可以对模具进行模内循环水冷却，也可进行外部喷射水冷却，而不影响金属的成形性能。温挤压时只能采用模内循环水冷却，因为外部冷却水接触坯料会使坯料过冷，使温挤压无法进行。对于一些变形量不大的零件，热挤压时可不对坯料进行润滑处理，也可使模具达到相当的寿命。但温挤压时，坯料与放具的接触应力虽比冷挤压时小得多，但在无润滑的条件不会出现早期失效。由此可见，温挤压对模具的要求比冷、热挤压高得多。

　　(4)对坯料的加热方法要求高
　　由于温济压埋料加热时不得出现严重的氧化和脱碳政象，对炉温控制的准确性要求高。故应尽可能采用电加热方法，如感应加热和电阻炉加热等。火焰加热也仅限于煤气和天然气加热，一般情况下不采用煤或油加热。

　　2.国内温挤压技术研究现状
　　我国近几年在温挤压技术方面的研究取得了很大的进展。我国上海交通大学洪慎章等人利用温挤压技术成形了一直靠进口的电机磁极和洗衣机制动轮;青岛理工大学田福祥采用浮动的上凹模与下凹模对合结构，温挤压成形了3Crl3马氏体不锈钢液压机阀瓣;燕山大学张立玲等人采用热机藕合弹塑性有限元法温挤压成形了20CrMnTi轿车等速万向节滑套;广东阳春轴承厂黄觉亮利用温挤压与冷精冲复合工艺成形了W208PPB5外球面方孔轴承。于沪平等采用塑性成形模拟软件DEFORM;结合刚粘塑性有限元罚函数法对平面分流模的挤压变形过程进行了二维模拟，得出了挤压过程中铝合金的应力、应变、温度以及流动速度等的分布特点和变化规律;刘汉武等利用ANSYS软件对分流组合模挤压铝型材进行了有限元分析和计算，找出了模具设计中不易发现的结构缺陷;周飞等采用三维刚粘塑性有限元方法，对连续挤压过程进行了数值模拟，分析了连续挤压的不同成形阶段，给出了成形各阶段的应力、应变和温度场分布情况;马思群等使用三线非线性有限元分析软件MSC.marc，对挤压工艺进行数值模拟研究，分析了挤压过程中金属流动分布规律，并得到了挤压过程中变形体中任一指定点应力、温度随时间变化的规律。王彦可等针对辄承保持架温挤压模具失效，利用三维绘图软件SolidWorks建立保持架凹模的三维模型，将三维模型导入ANSYS有限元软件进行模拟和分析，发现应力分布不均匀且应力集中是回模开裂的问题;李更新等人利用Pro/E和DEFORM软件进行温济压成形数值模拟解决了20Cr直齿圆柱齿轮齿形角限充不满的难题。可以说，温挤压是一项有效的毛坯精化技术，值得大大推广。


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