ANSYS金属挤压成形有限元分析(2)

菜单

1.1 挤压成形技术

挤压，就是对放在容器(挤压筒)中的锭坯一端施加以压力，使之通过模孔成形的一种压力加工方法。（如图1）

图1挤压示意图

　　用冲头或凸模对放置在凹模中的坯料加压，使之产生塑性流动，从而获得相应于模具的型孔或凹凸模形状的制件的锻压方法。挤压时，坯料产生三向压应力，即使是塑性较低的坯料，也可被挤压成形[2]。挤压，特别是冷挤压，材料利用率高，材料的组织和机械性能得到改善，操作简单，生产率高，可制作长杆、深孔、薄壁、异型断面零件，是重要的少无切削加工工艺。挤压主要用于金属的成形，也可用于塑料、橡胶、石墨和粘土坯料等非金属的成形。

17世纪法国人用手动螺旋压力机挤压出铅管，用作水管，是为冷挤压之始。19世纪末实现了锌、铜和铜合金的冷挤压，20世纪初期扩大到铝和铝合金的挤压。30年代德国人发明磷化、皂化的表面减摩润滑处理技术，使钢的冷挤压获得成功，最初用于挤制钢弹壳。第二次世界大战后，钢的冷挤压推广到其他国家，并扩大了应用范围[3]。50年代开始采用熔融玻璃润滑法，钢的热挤压遂在冶金和机械工业中得到应用和发展。

1.1.1 分类

　　挤压按坯料温度区分有热挤压、冷挤压和温挤压 3种。金属坯料处于再结晶温度（见塑性变形）以上时的挤压为热挤压；在常温下的挤压为冷挤压；高于常温但不超过再结晶温度下的挤压为温挤压。按坯料的塑性流动方向，挤压又可分为：流动方向与加压方向相同的正挤压，流动方向与加压方向相反的反挤压，坯料向正、反两个方向流动的复合挤压[4]。

1.1.2 应用

　　热挤压广泛用于生产铝、铜等有色金属的管材和型材等，属于冶金工业范围。钢的热挤压既用以生产特殊的管材和型材，也用以生产难以用冷挤压或温挤压成形的实心和孔心（通孔或不通孔）的碳钢和合金钢零件，如具有粗大头部的杆件、炮筒、容器等。热挤压件的尺寸精度和表面光洁度优于热模锻件，但配合部位一般仍需要经过精整或切削加工。冷挤压原来只用于生产铅、锌、锡、铝、铜等的管材、型材，以及牙膏软管（外面包锡的铅）、干电池壳(锌)、弹壳（铜）等制件。20世纪中期冷挤压技术开始用于碳素结构钢和合金结构钢件，如各种截面形状的杆件和杆形件、活塞销、扳手套筒、直齿圆柱齿轮等，后来又用于挤压某些高碳钢、滚动轴承钢和不锈钢件。冷挤压件精度高、表面光洁，可以直接用作零件而不需经切削加工或其他精整。冷挤压操作简单，适用于大批量生产的较小制件（钢挤压件直径一般不大于100毫米）[3-7]。

温挤压是介于冷挤压与热挤压之间的中间工艺，在适宜的情况下采用温挤压可以兼得两者的优点。但温挤压需要加热坯料和预热模具，高温润滑尚不够理想，模具寿命较短，所以应用不甚广泛。

1.1.3 工艺特点

挤压加工在坯料处理、挤压道次、挤压力、模具寿命和挤压设备方面依坯料和挤压件要求的不同各有一些工艺上的特点。

1.1.3.1 软化退火

　　冷挤压硬铝、铜和钢等时，为降低材料的硬度、变形抗力和提高塑性，需要先对坯料进行软化退火处理。热挤压则不需要经过退火处理。

　　润滑和表面处理是为降低挤压力和模具的磨损率，并防止金属坯料与模具面的热胶合，挤压时必须有良好的润滑。为使润滑油脂在高压下不被挤出，必须对坯料表面进行减摩和润滑处理。最常用的方法是：先进行磷化，以形成粗糙多孔的磷酸盐表层，再以皂质材料（如硬脂酸锌、硬脂酸钠）涂覆表层并使其充满孔隙中。挤压时，磷化层不断地放出皂料而起有效的润滑作用。温挤压和热挤压因温度高，不适宜用磷化-皂化润滑，一般采用玻璃粉(高温时熔融)、二硫化钼、石墨等配成的油剂润滑。