确定冷挤压力的目的是： 1）作为设计模具的重要依据； 2）作为选择设备的依据； 3）衡量挤压变形难以程度。

影响冷挤压力因素： 1）变形材料性能； 2）变形程度； 3）毛坯形状；　 4 ）变形方式； 5 ）润滑条件； 6 ）模具结构形状。

第四章 冷挤压力及冷挤压设备

第一节 冷挤压力与行程关系

第四章 冷挤压力及冷挤压设备

在冷挤压过程中，挤压力不是一个常数，而是随压力机的行程而变化，且显示出明显的阶段性。

冷挤压力与行程的关系一般可以分为三个阶段，见图 4.1 。

第一阶段 (镦粗与充满阶段 ) ：材料充满凹模型腔的过程。冲头开始下行时，冲头底面压到毛坯，材料首先被镦粗，产生径向流

动而逐渐充满凹模型腔。这一阶段，压力始终是增加的。

第二阶段 (稳定挤压阶段 )：冲头继续下压，材料不断地从稳定变形区往模孔中挤出。这一阶段中，毛坯只改变高度，变形区稳

定不变。

第三阶段 ( 非稳定变形阶段 ) ：由于变形材料的厚度变得很小了，变形遍及与冲头端面相连的整个毛坯，金属变形异常困难，这时挤压力急剧增大。

第四章 冷挤压力及冷挤压设备

对于薄料反挤压，由于坯料厚度较薄，挤压一开始变形就遍及整个体积，因此没有稳定变形阶段，只有第一、三阶段。

由上述分析得出，挤压最好在第二阶段结束之前进行。如果第二阶段结束后，仍继续挤压，挤压力就急剧增加，模具或压力机

就容易损坏。

    一般情况，计算冷挤压力以第二阶段，即稳定变形阶段为依据。

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第二节 影响冷挤压力的主要因素       影响单位冷挤压力 p 的主要因素有：冷挤压用材料、变形程度、毛坯的几何形状、模具的几何形状、摩擦与润滑、变形方式等。 1) 挤压金属的力学性能 : 强度和硬化指数越大，材料的变形抗力也越大， p 越大。钢的含碳量越高，其变形抗力越大。金属材料的纯度越高，其变形抗力越小， p 越小。

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第四章 冷挤压力及冷挤压设备 2 ）变形程度 变形程度不同， p 值不同。图 4-4 是正挤压和反挤压 15 号钢的单位挤压力 p 与变形程度的关系图。

第四章 冷挤压力及冷挤压设备 3 ）变形方式 某些零件的成形加工，可以采用不同的方式。

　　如杯形件的挤压 ( 图 4-6) ，采用正挤压， p 达 1500MPa ；采用反挤压， p 为 1200MPa 。故杯形件生产中多采用反挤压。

4 ）模具的几何形状 模具的几何形状对 p 影响很大，尤其是正挤压凹模形状和反挤压凸模形状。

挤压力较小的正挤压凹模合理锥角 α=40O-60O 。

但是，在实际产生中较小使用 α=90O-120O ，因为凹模锥角较小时挤压件的变形区长度加大，切削余量增多，浪费工时和材料。

同时，锥角过大，又会导致挤压变形的死区加大。

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反挤压凸模形状对单位挤压力p 的影响关系曲线如图 4-7 所示。

半球形凸模只适于挤压较矮 (ε

A ＜ 65%) 的筒形零件。

平底凸模单位挤压力 p 最大，一般尺寸不采用。

通常把反挤压凸模设计成锥角形，且取凸模锥角为 120O-130O 。

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5 ）毛坯的相对高度 h0/d0 它反映了工件与模具间的摩擦阻力关系。

正挤压时，随着坯料 h0/d0 的增加而 p 增加；

反挤压时，若 h0/d0 ＜ 1 ，则 p 随着 h0/d0 的增加而增加； 若 h0/d0 ＞ 1 ，则 p 随着 h0/d0 的增加而基本保持不变。

6 ）摩擦与润滑 摩擦越大， p 越大，因此在实际生产中大都采用合理的润滑方法。

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第三节 冷挤压力的计算

由于冷挤压变形的要求和上述各实际因素的影响，确定冷挤压力和单位冷挤压力均比较困难。冷挤压力的计算方法主要有：理论计算法、公式计算法、图算法、查表法等。

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第四章 冷挤压力及冷挤压设备 一、图算法( 一 ) 黑色金属冷挤压力图算法1 、图算法Ⅰ ( 德国工程师协会 VDE) 它考虑到挤压件的形状、材料性能、变形程度、模具工作部分的几何形状、毛坯的相对高度等主要因素的影响。图算法是假设挤压变形过程接近于一个均衡的变形过程，并且是在毛坯经过软化退火、表面磷化和润滑处理的条件下建立的。 图中考虑了纯铁、 15 钢、 15Cr 、 16MnCr5 、 20MnCr5 、35 钢等。对于其它材料，可根据其含碳量查与图中接近的材料单位挤压力，然后再乘以它们退火后的强度极限的比值，即得被查材料的单位挤压力。

(1) 正挤压实心件挤压力图算法

例 4.1 已知毛坯直径 (或凸模直径 )d0=75mm；挤压后直径 d1=45mm；毛坯高度 h0＝ 110mm；凹模锥角 a=90o；毛坯材料为纯铁。 (图 4-14)

第四章 冷挤压力及冷挤压设备

第四章 冷挤压力及冷挤压设备 已知：毛坯直径 d0=75mm；挤压后直径 d1=45mm；毛坯高度 h0＝ 110mm；凹模锥角 a=90o；毛坯材料为纯铁。

(2) 正挤压空心件挤压力图算法原始面积 A0=2200mm2 ；挤压后面积 A1=650mm2 ；毛坯相对高度 h0/d0＝ 0.4 ；凹模锥角 a=120o ；毛坯材料为纯铁。

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(3) 反挤压的图算法毛坯直径 d0=72mm ；

凸模直径 d1=57.5mm ；

毛坯相对高度 h0/d0＝ 0.6 ；

毛坯材料为纯铁。

第四章 冷挤压力及冷挤压设备

第四章 冷挤压力及冷挤压设备

2 、图算法Ⅱ ( 国际冷锻协会 ICFG) 以影响挤压力的两个主要因素，即挤压比 G 和材料性能的硬度值 HB 作为计算基础来推算出挤压力。此外，还考虑了凹模锥角 α( 对正挤压 ) 和毛坯长径比 h0/d0 的影响。其它影响因素很小，可忽略不计。毛坯采用磷化和润滑处理。

(1) 正挤实心件图算法( 图 4-17)

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已知：毛坯直径 d0=35mm；凹模出口直径 d1=25mm；毛坯材料硬度 HBS＝ 140；毛坯材料长径比 h0/d0=2 ；凹模锥角 a=120o。

第四章 冷挤压力及冷挤压设备 (2) 反挤压图算法( 图 4-18)

已知：毛坯直径 d0=45mm；凸模出口直径 d1=35mm；毛坯材料硬度 HBS＝ 140；毛坯材料长径比 h0/d0=0.6。

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3 、图算法Ⅲ ( 国内试验结果 ) 前面介绍的图算法是基于实测基础上建立的。但对国产钢材有较大误差，有的计算图钢种不全，有的以硬度考虑的图表未考虑加工硬化的影响。

国内学者提出了我国常用钢材正挤压实心件和反挤压力计算图表。这些图表以变形程度及挤压材料性能为计算基础，并考虑了坯料长径比 h0/d0 的影响，以及凹模锥角对正挤压的影响和凸模锥角对反挤压的影响。坯料经软化退火，并在挤压前进行磷皂化处理。

(1) 正挤实心件图算法( 图 4-19 、 20 、 21)

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已知：毛坯直径 d0=30.5mm；凹模出口直径 d1=20mm；毛坯高度 h0＝ 125.5mm；凹模锥角 a=120o；材料为 20Cr。

单位挤压力 P=P’ kakh 总挤压力 F=AP

第四章 冷挤压力及冷挤压设备 (2) 反挤压图算法( 图 4-22 、 23 、24)

已知：毛坯直径 d0=25.5mm；凸模直径 d1=22mm；毛坯高度 h0＝ 21mm ；凹模锥角 a=125o ；材料为 20 钢。

单位挤压力 P=P’ kakh

总挤压力 F=AP

第四章 冷挤压力及冷挤压设备 ( 二 ) 有色金属冷挤压力图算法 图 4-25 为有色金属反挤压的单位挤压力 p 的计算图表。求解步骤是根据挤压件材料、 εA 和 h0/s( 毛坯高度与工件壁厚之比 )按箭头所示方向查得单位挤压力，然后再将单位挤压力乘以凸模的投影面积，即可得到挤压力。

第四章 冷挤压力及冷挤压设备 二、查表法 各种冷挤压变形的单位压力，有的还可以从有关资料的表格数据值中直接查取。

第四节 冷挤压设备的选择 一、对设备的基本要求 冷挤压时单位压力很大，对挤压件的精度要求很高，因此

压力机需符合下列要求。

(1)能量要大 冷挤压加工的压力大，行程长，用于冷挤压的压力机需要很大的能量。

(2)刚性要好 冷挤压的单位压力大，易使模具和压力机产生变形。为了保证冷挤压件具有较高的精度和较长的模具寿命，要求压力机一定要有较好的刚度。

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(3) 导向精度要高 当压力机的导向精度较低时，滑块下平面与工作平面之间会产生倾斜，凸模会受到附加弯曲力的作用而折断。因此，为了保证冷挤压件的尺寸精度和较长的模具寿命，要求压力机的导向精度要高。

(4) 要具备顶出机构 冷挤压后工件可能留在凹模内，所以要求压力机有在不拆卸下模的情况下能够顶出工件的顶出机构。顶出力一般应为压力机标称压力的 10％。

(5) 要有过载保护装置 为了保护模具及设备，压力机必须具备可靠的过载保护装置。

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(6) 能提供合适的挤压速度 在挤压过程中会有冲击作用，特别是当挤压速度较高时，上模接触金属毛坯的瞬间迅速降速而产生冲击。所以，要求用于冷挤压的压力机能提供合适的挤压速度。一般要求压力机具有较高的空程向下和回程速度，在挤压过程中，挤压速度应尽可能保持均匀。一般认为，较好的挤压速度在 0.1-0.4m/s范围内。

(7) 具有对模具进行润滑冷却的装置 冷挤压时的单位挤压力大，挤压速度也比较快，所以会产生比较高的热量，因此必须在工作的同时能对模具进行冷却和润滑，这样才能起到保护模具，延长模具寿命的作用。

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二、液压机及机械压力机 通常用于冷挤压的压力机主要分为两大类：机械压力机和液压机。一般，机械压力机主要用于冷挤压批量较大的中、小型零件，而对于批量较小的大型零件采用液压机较为合理。 1 、行程次数 机械压力机的行程次数比液压机高，生产率也高。但液压机在一定范围内可任意调节行程次数，而机械压力机却不能调节。

2 、行程长度 液压机比机械压力机的行程长度要长，且可任意调节。因此，液压机可以挤压毛坯长度较长的零件。

3 、压力大小 液压机能在整个过程中保持相同的压力，而机械压力机根据行程的不同所产生的压力是变化的。

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4 、侧压 机械压力机由于结构上的原因，会产生水平分力，导致精度下降。当挤压凸模较长时，还可导致凸模折断。液压机不会产生水平分力。

5 、过载保护装置 液压机有安全阀作为过载保护装置，比较安全可靠。机械压力机过载保护装置可靠性不如安全阀。

6 、维修与保养 液压机易漏损，需常更换密封装置，维修费比机械压力机高。

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三、压力机的选用 ( 一 ) 冷挤压工艺示功图与压力机许用负荷图的关系 不同类型的压力机许用负荷图，见图 4-27。

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第四章 冷挤压力及冷挤压设备 ( 二 ) 机械压力机的选用 求出所需的挤压力以后，仅以此为依据去选择机械压力机的标称压力是不够的，还必须把冷挤压工艺示功图与压力机许用负荷画在一起，校核冷挤压时的压力 - 行程曲线是否在机械压力机的许用负荷曲线以内。

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把冷挤压、冲裁、弯曲等工艺示功图 ( 挤压力和与行程关系图 ) 与压力机的许用负荷图画在一起，见图 4-28 。 由图可见，能用机械压力可以用作冲裁、弯曲和工作行程很短的冷挤压等工艺的加工，不适宜冷挤压行程很长的工件。否则，会出现冷挤压时压力 - 行程曲线超出压力机的许用负荷曲线。