1.8 冷挤压工艺的优缺点及应用范围

1.8.1 冷挤压工艺的优点

与其他制造方法相比，冷挤压工艺已成为金属塑性变形中最先进工艺之一，在技术上和经济上它都有很多的显著优点。

图1-72 纯铁底座

a）毛坯 b）挤压件

1.显著降低原材料的消耗

冷挤压是一种金属塑性成形加工方法。它在不破坏金属的前提下使金属体积作出塑性转移，达到少切屑或无切屑而使金属成形，制得所需的形状及尺寸零件。这样就避免了在切削加工时形成的大量金属废屑，大大节约了各种金属材料，使1t金属材料能作2t、甚至3～5t之用。图1-72所示通信器材中的纯铁底座，采用冷挤压材料消耗仅为原来切削加工的1/10，即原来1个零件的材料现在可以加工10个产品。图1-73所示纯铝旋钮接头，原来采用φ22mm×21mm的实心坯料切削加工，采用冷挤压后，只需用φ20.3mm×6mm的毛坯材料，材料消耗约为原来的1/4。图1-74所示无氧铜排气管，原采用φ40mm×180mm圆筒形坯料切削加工，现采用冷挤压后只需用φ40mm×φ17mm×20mm的空心扁坯材料，显著节约了原材料，仅为原来的1/9。图1-75所示双水内冷汽轮发电机水冷接头零件，用奥氏体型不锈钢制成，采用冷挤压后，材料消耗为原来切削加工的1/2。图1-76所示汽车发动机活塞销冷挤压件的材料为低合金结构钢20Cr，原来切削加工的单件消耗定额为0.282kg（跃进牌活塞销），改用冷挤压后下降为0.149kg。

图1-73 纯铝旋钮接头

图1-74 无氧铜排气管

a）空心扁坯 b）挤压件

图1-75 不锈钢水冷接头

图1-76 汽车发动机活塞销

2.提高生产率

冷挤压零件是在压力机上进行的，操作方便，容易掌握，生产率很高。图1-72所示纯铁底座，由于纯铁较软，切削性能差，机加工较为困难，经采用冷挤压后，不仅节约了原材料，而且使生产率提高了30倍。图1-77所示纯铜高压开关零件，直接用六角空心板坯（由压力机上无废料落料）冷挤压而成，省去了原来的车削和铣削（十字槽）工时。图1-73所示纯铝旋钮接头零件，改用冷挤压后，加工工时由原来机械加工的5.84min下降到1min。图1-75所示不锈钢水冷接头零件的工时亦由原来切削加工的15min下降到1.5min，提高工效9倍。图1-76所示汽车发动机活塞销，冷挤压比车削加工可提高生产率3.2倍（以跃进牌活塞销为例）。目前又生产了冷挤压活塞销自动机，使生产率进一步提高，一台冷挤压自动机的生产率相当于100台卧式车床或10台四轴自动车床。

图1-77 纯铜高压开关

a）六角空心板坯 b）挤压件

3.可成形复杂形状的零件

在压力机的往复直线动作下完成复杂的加工工序，并可以制成形状复杂的零件。图1-78所示纯铝多层可变电容器、图1-79所示纯铝双层套零件，形状复杂，尺寸小，要求严。如采用切削加工方法制造，不仅生产率低，材料消耗大，而且在制造方面会感到十分困难；但用冷挤压加工则就显得十分方便。

图1-78 纯铝多层可变电容器

图1-79 纯铝双层套

4.提高零件的力学性能

在冷挤压过程中，金属材料处于三向不等的压应力作用下。挤压变形后，金属材料的晶粒组织更加致密，金属流线不被切断，成为沿着挤压件轮廓连续分布的金属流线，如图1-80所示的冷挤压活塞销的金属流线。图1-81、图1-82所示为各种冷挤压零件上纤维的状态，可以看到所有纤维没有任何尖锐的间断痕迹。同时，由于冷挤压利用了金属材料冷变形的加工硬化特性，使冷挤压件的强度大为提高，从而提供了用低强度钢代替高强度钢的可能性。例如，我国过去采用切削加工法生产汽车发动机活塞销，所用原材料为低合金结构钢20Cr。由于改用冷挤压法生产，可提高活塞销零件的力学性能，故采用20低碳钢。经试验测定，各项力学性能指标证明，冷挤压法高于切削加工法。这说明了改用冷挤压法加工活塞销可以用20钢代替原来的20Cr钢。

图1-80 冷挤压活塞销的金属流线

图1-81 两种加工方法的纤维状态

a）冷挤压 b）切削加工

图1-82 轴向挤压时轮毂部分的流线状态

5.可获得较高尺寸精度及较低表面粗糙度的零件

经冷挤压成形零件的表面质量良好。在冷挤压过程中，金属表面在高压下受到模具光滑表面的熨平，因此零件的表面粗糙度很低，表面强度也大为提高。一般冷挤压制件的表面粗糙度Ra低于1.25μm。如果模具型腔的工艺处理合适，特别是在有色金属冷挤压采用理想的润滑时，可以得到超过精磨而次于抛光的表面粗糙度值（Ra=0.08～0.16μm）。由此可见，用冷挤压法加工的零件，有的部位可以少留加工余量，甚至不留加工余量即可达到产品图样上的技术要求。

冷挤压零件的尺寸精度一般可达精度等级IT8～IT9，个别的尺寸公差范围可控制在0.015mm以内。图1-83所示普通碳素钢缝纫机梭芯套的内孔尺寸公差仅为0.015mm。

冷挤压工艺可以获得理想的制件表面粗糙度与尺寸精度，有些零件经挤压之后可以不再进行切削加工，从而为采用冷挤压加工代替某些零件的锻造、铸造与切削加工开辟了一条广阔的道路。

6.缩短生产周期

冷挤压工艺是在闭式模具型腔中进行金属塑性变形，所得的挤压件是没有飞边的，故不再需要切边（或冲孔）后续工序，从而缩短了生产周期。

图1-83 普通碳素钢缝纫机梭芯套

图1-84 汽车活塞销

7.减少设备投资

与模锻工艺相比，因冷挤压不产生飞边，故可省去了切边模及切边压力机，明显地减少了设备投资。另外，冷挤压生产加工，可在专用的冷挤压压力机上，也可以在通用液压机上进行，还可以在非专门为冷挤压而设计的普通压力机上进行，如通用压力机或摩擦压力机。

8.降低零件的生产成本

由于冷挤压可以大大节省原材料和加工工时，因此必然可降低零件的制造成本。例如，生产图1-84所示的汽车活塞销，可以用圆钢切削加工或冷挤压加工，也可以用无缝钢管作为材料切削加工制成。这三种加工方法的成本比较如表1-6所示。表1-6中的数据表明，冷挤压加工活塞销的成本最低，相对于切削加工成本降低45%，比用无缝钢管作原料的加工成本降低29%。

表1-6 不同加工方法生产汽车活塞销的成本比较

1.8.2 冷挤压工艺的缺点

在长期的生产实践中，与其他制造工艺相比，冷挤压虽然表现出很多的优点，但往往还存在一定的问题。冷挤压工艺的缺点如下所述。

1.变形抗力高

冷挤压时，被挤压材料的变形抗力较高，其中最有实用意义的是钢的冷挤压，其变形抗力高达2000MPa以上。这样的超高压力对模具材质、结构以及加工制造等提出了更高的要求。

2.模具寿命短

由于冷挤压模具承受着很大的单位压力作用，最高可达3000MPa，模具易磨损，易破坏；虽然在模具材料和模具结构等方面采用了很多有效的措施，但与冲压模具相比，其使用寿命还是不高的。据有关资料统计，正挤压用的钢制凸模平均寿命为2万件左右，凹模为3万件左右；而冲裁或拉深的模具寿命一般高达10万件以上。

3.对毛坯的要求较高

冷挤压加工时对毛坯的要求比其他金属塑性成形加工工艺都高，否则，会使模具受到损坏。对于冷挤压毛坯，除了要求毛坯具有准确的几何形状和较高的尺寸精度外，还要求在冷挤压变形之前对毛坯进行一定的软化退火处理及表面润滑处理。

4.对冷挤压设备要求较高

当实施冷挤压工艺过程时，除了要求冷挤压设备应有较大的强度以外，还要求有较好的刚度。此外，还要求设备具有良好的精度并具有可靠的保险装置。

1.8.3 冷挤压工艺的应用范围

通过上述分析可见，冷挤压加工方法是一种“优质、高产、低消耗、低成本”的先进工艺，在技术上和经济上都有很高的应用价值。目前，冷挤压技术已在我国汽车、摩托车、仪表、电信器材、轻工、建筑、宇航、船舶、军工及五金等工业领域中获得了广泛的应用，已成为金属塑性成形技术中不可缺少的重要加工手段之一。

冷挤压作为一种少无切屑的新工艺，已经成为先进制造技术中极具特色的一个门类。冷挤压加工的缺点与优点相比是次要的，是相对于当前技术条件而言的，随着科学技术的迅速发展，模具钢新材料的研究及开发，模具结构设计的合理化，缺点问题会被解决，优越性将会得到充分发挥。因此，可以预见，这种先进的金属塑性成形加工工艺将会起到更大的作用，在各个行业中得到越来越广泛的应用。