冷擠壓設(shè)備現(xiàn)狀及發(fā)展[1]

1、冷擠壓設(shè)備現(xiàn)狀及發(fā)展0 前言近幾年來(lái)，隨著工業(yè)生產(chǎn)及科學(xué)技術(shù)的蓬勃發(fā)展，冷擠壓技術(shù)也得到了迅猛發(fā)展。不少高等學(xué)校、研究所和工廠都開(kāi)展了冷擠壓技術(shù)的實(shí)驗(yàn)研究，其成果已廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代制造業(yè)。1 冷擠壓設(shè)備及相關(guān)技術(shù)的現(xiàn)狀冷精鍛工藝的生產(chǎn)率比切削加工要高幾倍到幾十倍，材料利用率達(dá)70%80%。冷精鍛件尺寸精度高、表面質(zhì)量好、機(jī)械性能好，這是熱鍛所無(wú)法比擬的。國(guó)外已較普遍采用冷精鍛工藝生產(chǎn)低碳鋼、中碳鋼和合金鋼零件，重量由幾克到5千多克。冷精鍛件的形狀多種多樣，如齒輪、齒條、同步齒圈、花鍵軸等。采用冷精鍛工藝成形小模數(shù)行星傘齒輪的技術(shù)也日趨成熟。采用冷鍛工藝（冷擠壓成形或冷擺輾成形）生產(chǎn)的模數(shù)小于4的

2、行星傘齒輪，其齒形精度可達(dá)DIN6級(jí)。中國(guó)-江蘇森威集團(tuán)股份有限公司掌握了多工位冷鍛生產(chǎn)技術(shù)，批量生產(chǎn)自行車(chē)、摩托車(chē)、汽車(chē)精鍛件，已形成年產(chǎn)3000t冷鍛件的能力。長(zhǎng)春一汽汽車(chē)工藝研究所已熟練掌握汽車(chē)輪胎螺母和花鍵軸的冷擠壓成形，并且正式向外轉(zhuǎn)讓技術(shù)。中國(guó)現(xiàn)在已可以生產(chǎn)160010000kN的各種型號(hào)冷擠壓設(shè)備。美國(guó)National公司是世界上生產(chǎn)多工位冷鍛機(jī)的研究中心?，F(xiàn)在又將具有56工位的冷鍛機(jī)研制成“成形中心”，具有很大的柔性，既能適應(yīng)鍛件不同形狀、不同高度，也能適應(yīng)工序間工件翻轉(zhuǎn)和多臺(tái)階加工。利用這種“成形中心”可以加工各種各樣的緊固件以及其他較為復(fù)雜的帶凸緣或帶孔的擠壓件，它完全由微

3、機(jī)處理，由可編程控制器自動(dòng)控制，換模時(shí)間僅需幾十秒鐘。德國(guó)舒勒公司生產(chǎn)X系列單工位冷擠壓機(jī)、KB系列多工位立式冷擠壓機(jī)、GB系列多工位臥式冷擠壓機(jī)。1.2 冷擠壓設(shè)備現(xiàn)狀隨著冷擠壓工藝的日趨成熟和發(fā)展，與其相應(yīng)的冷擠壓設(shè)備也在不斷更新和完善。為了滿(mǎn)足冷擠壓工藝的需要，冷擠壓設(shè)備的結(jié)構(gòu)性能必需滿(mǎn)足其工藝對(duì)設(shè)備力能特性和速度特性的要求。在擠壓設(shè)備方面，中國(guó)已具備設(shè)計(jì)和制造各級(jí)噸位擠壓壓力機(jī)的能力。除采用通用機(jī)械壓力機(jī)、液壓機(jī)、冷擠壓力機(jī)外，還成功地采用摩擦壓力機(jī)與高速設(shè)備進(jìn)行冷擠壓生產(chǎn)。1.2.1 通用曲柄壓力機(jī)除能進(jìn)行落料、沖孔、淺拉延等工作,也可以進(jìn)行冷擠壓，但當(dāng)擠壓力較大時(shí)往往出現(xiàn)電動(dòng)機(jī)功率

4、不足，即能量不夠，剛度較差等缺點(diǎn)。另外通用曲柄壓力機(jī)沒(méi)有專(zhuān)門(mén)的頂料機(jī)構(gòu)。1.2.2一般說(shuō)來(lái)，曲柄壓力機(jī)主要適用于冷擠壓中、小型零件，所需壓力和行程均較小，而要求生產(chǎn)率較高，批量較大，對(duì)于擠壓行程較長(zhǎng)、壓力較大的零件則采用液壓機(jī)較為合理。液壓機(jī)的工作介質(zhì)大都用油，少數(shù)用乳化液。液壓機(jī)的主要優(yōu)點(diǎn)是行程能在整個(gè)較長(zhǎng)行程上得到相同壓力，可提高冷擠壓零件的精度；主要缺點(diǎn)是行程次數(shù)小，生產(chǎn)率較低。液壓機(jī)的結(jié)構(gòu)，大都采用四柱式，也有采用框架式焊接床身，另加導(dǎo)軌，后者的剛度較高，有利于提高冷擠壓零件的精度。為提高普通液壓機(jī)的行程次數(shù)，目前已經(jīng)出現(xiàn)了新型的適用冷擠壓的快速液壓機(jī)。1.2.3 對(duì)于機(jī)械壓力機(jī)，由于

5、帶動(dòng)滑塊運(yùn)動(dòng)的曲柄連桿機(jī)構(gòu)，其速度總是按正弦曲線的規(guī)律變化，故無(wú)法獲得適合冷擠壓工藝要求的理想速度曲線。既要發(fā)揮機(jī)械壓力機(jī)生產(chǎn)率高的優(yōu)點(diǎn)，又要獲得合乎冷擠壓工藝所需的力能特性和速度特性，則必須改變傳統(tǒng)的曲柄連桿機(jī)構(gòu)。因此，出現(xiàn)了專(zhuān)門(mén)適用于冷擠壓工藝的肘桿式壓力機(jī)。最適合冷擠壓的肘桿機(jī)構(gòu)是六桿機(jī)構(gòu)。它僅在曲柄連桿機(jī)構(gòu)上增加了兩個(gè)構(gòu)件，然而卻增加了機(jī)構(gòu)工作特性的可變因素。調(diào)整或改變?nèi)魏我粭U的長(zhǎng)度或曲柄和擺桿鉸銷(xiāo)之間的距離，將會(huì)改變這個(gè)機(jī)構(gòu)的動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)特性。因此，在應(yīng)用肘桿機(jī)構(gòu)使之適合冷擠壓工藝要求方面有很大的選擇范圍，可以通過(guò)多方案比較，選擇適合冷擠壓的力能特性以及符合理想速度曲線的機(jī)構(gòu)型式和參數(shù)

6、。與曲柄連桿機(jī)構(gòu)相比，在冷擠壓設(shè)備中采用肘桿機(jī)構(gòu)，具有能保證冷擠工件的質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率和模具壽命等優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)用戶(hù)需要，肘桿冷擠壓力機(jī)按傳動(dòng)型式分，有上傳動(dòng)和底傳動(dòng)；按床身型式分，有立式和臥式。輕工行業(yè)和軍工部門(mén)等因素，往往需要底傳動(dòng)或臥式的冷擠壓力機(jī)。濟(jì)南鑄鍛機(jī)械研究所曾研制開(kāi)發(fā)了臥式肘桿冷擠壓力機(jī)和具有拉力肘桿的底傳動(dòng)肘桿冷擠壓力機(jī)。然而，較多的用戶(hù)需要立式、上傳動(dòng)型式的肘桿冷擠壓力機(jī)。其采用的肘機(jī)構(gòu)主要有如下三種類(lèi)型：（1）等長(zhǎng)肘桿機(jī)構(gòu)等長(zhǎng)肘桿機(jī)構(gòu)的上、下肘桿等長(zhǎng)且短而粗。三根肘軸起傳遞力的作用，均受到很高的擠壓力。肘瓦鑲在肘桿及滑塊的凹面上，工作時(shí)承受很大的比壓。該肘桿機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)緊湊，加

7、工簡(jiǎn)單，裝配方便。但其接觸面較多，累積誤差大，對(duì)機(jī)構(gòu)的剛性有一定的影響。等長(zhǎng)肘桿機(jī)構(gòu)的滑塊行程和工作行程很小，工作時(shí)滑塊在下死點(diǎn)有瞬時(shí)保壓時(shí)間，適用于公稱(chēng)力大、工作行程小的平面及體積較大的盤(pán)形零件的冷擠壓。（2）“球頭”式不等長(zhǎng)肘桿機(jī)構(gòu)“球頭”式不等長(zhǎng)肘桿機(jī)構(gòu)的上、下肘桿不等長(zhǎng)，其下肘桿兩端為半圓柱形，類(lèi)似“球頭”結(jié)構(gòu)。兩根肘軸理論上不受剪力和彎矩，只起連接、支承作用?！扒蝾^”式不等長(zhǎng)肘桿機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)并不復(fù)雜，其剛性較好，且有一定的增力作用。這種肘桿機(jī)構(gòu)對(duì)需要中等公稱(chēng)力行程及受力較大的冷擠壓工藝比較適用。（3）三角形連桿肘桿機(jī)構(gòu)三角形連桿指與上、下肘桿連接的曲柄連桿為一三角形狀，前面介紹的兩種肘

8、桿機(jī)構(gòu)的上、下肘桿是由一根中肘軸直接與連桿相連。而該機(jī)構(gòu)是通過(guò)四根肘軸將上、下肘桿，連桿及上、滑塊連接在一起。工作時(shí)，四根肘軸都承受很大的彎矩和剪力，故軸徑較大，而且必須選用高強(qiáng)度優(yōu)質(zhì)合金鋼材料。該結(jié)構(gòu)的連接環(huán)節(jié)較多，但由于采用串軸式結(jié)構(gòu)，肘瓦為整體，裝配時(shí)無(wú)需配研，故加工和維修比較方便。但累積誤差相對(duì)較大，剛性也受到一定的影響。三角形連桿肘桿機(jī)構(gòu)的最大優(yōu)點(diǎn)是，既可增大滑塊的全行程量及工作行程，又能起到增力作用。因此，適合于要求滑塊行程及工作行程較大、受力也大的冷擠壓工藝。2 冷擠壓設(shè)備及相關(guān)技術(shù)的發(fā)展2.1冷擠壓相關(guān)技術(shù)的發(fā)展2.1.1 冷、溫精鍛復(fù)合成形技術(shù)世界上正在發(fā)展溫、冷擠壓復(fù)合成形

9、工藝。汽車(chē)用交流發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子工件外徑90mm，可以通過(guò)四次溫?cái)D、五次冷擠成形而獲得，生產(chǎn)率高。60mm直徑的汽車(chē)差速器傘齒輪可能通過(guò)冷鐓頭、溫成形、沖孔、冷精整獲得高精度的產(chǎn)品，齒厚公差為+0.03mm。汽車(chē)均速聯(lián)軸節(jié)每件重12.5千克，最大規(guī)格為110mm，經(jīng)過(guò)40.08mm，大大減小了聯(lián)軸節(jié)間隙及工作時(shí)的噪聲。中國(guó)-江蘇森威集團(tuán)股份有限公司也在著手進(jìn)行溫、冷擠壓復(fù)合成形工藝方面的工作，先用溫?cái)D壓預(yù)成形，再用冷擠壓終成形可獲得非常滿(mǎn)意的加工質(zhì)量及良好的經(jīng)濟(jì)效果。擠壓成形件的重量為50500克，工件直徑20120mm，長(zhǎng)20200mm。2.1.2 冷溫鍛復(fù)合工藝的開(kāi)發(fā)研究 冷溫鍛技術(shù)在歐洲已被廣

10、泛應(yīng)用于汽車(chē)制造業(yè)，溫度范圍通常為 750850，材料屈服應(yīng)力大致下降 1/3，這就可顯著減小擠壓時(shí)模具所受的壓力，同時(shí)可顯著提高材料變形程度，減少工序和中間處理次數(shù)，并可應(yīng)用于冷鍛難于加工的材料。采用先溫鍛后冷鍛的復(fù)合工藝可得到單用冷鍛所能達(dá)到的尺寸精度和表面粗糙度，同時(shí)能減少工序數(shù)目，并可使用小噸位的壓力機(jī)。 目前，需要加強(qiáng)高精度復(fù)雜形狀及難成形材料零件的冷溫精密成形工藝開(kāi)發(fā)。對(duì)于形狀復(fù)雜難成形材料的零件，冷鍛成形工藝的主要技術(shù)難點(diǎn)是要優(yōu)化以下參數(shù)：模具承受的壓力；摩擦條件；材料流動(dòng)情況和速度。實(shí)現(xiàn)以上條件的主要手段是開(kāi)發(fā)應(yīng)用變形模擬技術(shù)和工藝模具設(shè)計(jì)制造的CAD/CAM/CAE技術(shù)。轎車(chē)

11、的發(fā)動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)軸、變速箱、轉(zhuǎn)向器中的弧齒錐齒輪、差速器齒輪、轎車(chē)軸、輸入軸、離合器齒輪等二十余種零件已實(shí)現(xiàn)無(wú)切削冷鍛件的大量生產(chǎn)。2.2 冷擠壓設(shè)備的發(fā)展2.2.1 開(kāi)發(fā)新型的冷溫鍛造壓力機(jī)和自動(dòng)化傳送設(shè)備 冷溫鍛造壓力機(jī)，尤其是帶傳送裝置的多工位冷溫鍛造壓力機(jī)發(fā)展較快。美國(guó)的國(guó)民公司、德國(guó)的舒勒公司、日本的小松及會(huì)田公司等能提供整套冷溫鍛造工藝技術(shù)和生產(chǎn)線裝備。其設(shè)備具有工作行程較長(zhǎng)、滑塊運(yùn)動(dòng)速度合理精度高、滑塊設(shè)有溫度補(bǔ)償系統(tǒng)等特性。2.2.2 改進(jìn)模具制造技術(shù)、提高模具壽命 用于冷溫精密成形的模具，工作負(fù)荷大，磨損快，除研究開(kāi)發(fā)更好的模具材料外，還應(yīng)開(kāi)發(fā)研究應(yīng)用PVD和CVD技術(shù)。對(duì)于溫

12、鍛成形的模具還要開(kāi)發(fā)無(wú)污染的白色潤(rùn)滑劑和冷卻液。中國(guó)模具壽命和國(guó)外差距較大，今后應(yīng)著重開(kāi)發(fā)研究。模具精密加工技術(shù)和裝備，精密模具測(cè)量技術(shù)和裝備也是制約冷溫鍛造工藝技術(shù)發(fā)展的主要因素之一。 3 對(duì)未來(lái)的展望目前，人們已能對(duì)鉛、錫，鋁、銅、鋅及其合金、低碳鋼、中碳鋼、工具鋼、低合金鋼與不銹鋼等金屬進(jìn)行冷擠壓，甚至對(duì)軸承鋼、高碳高鋁合金工具鋼、高速鋼等也可以進(jìn)行一定變形量的冷擠壓。在擠壓工藝參數(shù)選擇和模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，初步采用了優(yōu)化設(shè)計(jì)及計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造（即CAD/CAM），使模具結(jié)構(gòu)更合理、擠壓工藝參數(shù)更接近于實(shí)際。科學(xué)的發(fā)展，對(duì)冷擠壓技術(shù)產(chǎn)生了重大影響，計(jì)算機(jī)在工藝分析、模具設(shè)計(jì)、制造及工藝過(guò)程控制中的應(yīng)用對(duì)冷擠壓技術(shù)產(chǎn)