1、 内 容 摘 要 自从我国加入 WTO之后，模具产品已提升到技术装备总体水平至关重要的一个环节，其中，尤其是冷挤压模具，它是实现少、无切削加工的重要工艺装备，在现代生产加工中日益得到广泛的应用。但在冷挤压加工时，常常遇到一些妨碍正常投产的重要问题，就是模具受到损坏， 最终导致模具失效。 本文 结合工厂实际的生产状况，对冷挤模具应用，冷挤模具的失效形式，以及对所产生的各种失效形式进行分析，而后找出解决的办法，提高生产效益，减少成本，使冷挤压得到广泛的应用。 关键词 ： 冷挤压加工 冷挤模具 失效 目 录 引 言 1 一、 挤压的实质及方法分类 2 （一）冷挤压加工的实质 2 （二）冷挤压的方法分
2、类 2 二、冷挤压的特点 2 （一）冷挤压的优点 3 （二）冷挤压的缺点 4 三、冷挤压的实现形式 5 （一）冷挤压模具的构造及特点 5 （二）对冷挤压模具的基本要求 6 四、冷挤压模具的失效性 6 （一）模具失效出现的过程 6 （二）模具失效的形 式 7 五、冷挤模具的工作条件 14 六 、模具损坏的各种具体因素 14 （一）模具材料的影响 14 （二）模具结构的影响 15 （三）模具制造工艺的影响 16 七 、模具工作条件和使用维护的影响 17 （一）被加工材料的影响 17 （二）润滑条件的影响 18 参考文献 19 致谢 20 冷挤压模具的失效性分析 冷挤压加工的发展在初期是极其缓慢的，
3、长期以来一直局限于铅和锡等几种较软的金属材料。 18世纪末，法国人首先成功地冷挤压出铅棒。直到 19世纪 20世纪初，才开始应用于锌，锡，纯铜，无氧铜及黄铜等，如冷挤压生产锡制牙膏管，英国于 1886年开始运用于冷挤压加工，某一工厂先从加工软金属开始，后来逐步实现冷挤压比较坚硬的有色金属，如锌，铝，铜极 其合金。 1903年美国运用冷挤压制成薄壁黄铜管，随后，又采用预制成杯形坯料，然后再用正挤压的方法，成功地制成深孔杯形件，第一次世界大战期间，美国军火商采用这种挤压方法大批量生产黄铜弹壳，第一次世界大战后，德国用冷挤压方法可成批生产纯铝和纯锌电容器外壳等各种有色金属器件。 钢的冷挤压正式用于国
4、民经济中的各行各业始 于 1947年。美国于 1949年发表了关于各种钢材冷挤压前后力学性能的实验结果。德国于 1950年发表了关于黑色金属的冷挤压实验报告，得出了一些基本工艺的技术数据，并在 1953年公布了关于钢的冷挤压压力和挤压功的实验结果，日本于 1957年引进专用冷挤压压力机以后，在钟表等精密仪器工业中开始应用冷挤压加工，由于这种技术的经济效益极其显著，不久，便在大批量生产的汽车，电器及纺织等工业部门中得到了广泛的应用。现在，这种技术已在机械零件制造行业中成为一种极重要的加工手段，并遍及于国民经济的各个工业部门。 在我国，解放前 ，冷挤压加工技术是极端落后的。当时只有极少数的工厂用铅
5、，锡等有色金属挤压牙膏管，线材和管材等，解放后，冷挤压加工技术得到了发展，在改革开放以来，引进了一些国外先进的模具材料的使用方面，除了采用高碳高铬钼钢，高速钢，滚珠轴承钢，弹簧钢以外，还采用了不少新型模具钢以及硬质合金，基体钢，钢结构硬质 合金 等。 冷挤压 模具 的使 用寿 命已从 一般 可达 500050000次 增加到4000005000000次。在模具结构设计方面，采用近代的最优化设计计算方法， CAD/CAM系统以及数字化技术和专家系统，在保证强度，钢度等要求的前 提下，充分发挥了模具材料的潜力。再模具制造方面，采用了先进的快速造型技术，并采用先进的无轴高速数控加工，既快有能精密地制
6、得所需的冷挤压模具。在冷挤压压力机方面，我国已拥有各级吨位挤压压力机的独立设计和制造能力，现在，除了经常采用的冷挤压压力机，通用机械压力机，液压机之外，我国还成功的采用了摩擦压力机和高速锤进行冷挤压生产。 二、 冷挤压的实质及方法分类 （一）冷挤压 加工 的实质 冷挤压的加工方法是利用金属材料塑性变形的原理，在室温的条件下，将冷态的金属毛坯放入装在压力机上的模具型腔内，在强大的压力和一定的温度作用 下，迫使金属毛坯产生塑性流动，通过凸模与凹模的间隙或凹模出口，挤出空心或端面比毛坯断 面要小的实心零件，可以获得所需一定形状及尺寸，还具有较高力学性能挤压件的工艺技术。冷挤压是无切削，少切削零件加工
7、工艺之一，所以是近代金属塑性加工中一种先进的加工方法。 但在冷挤压加工时，常常遇到一些妨碍正常投产的重要问题，就是模具受到损坏。 自从我国加入 WTO之后，模具产品已提升到技术装备总体水平至关重要的一个环节，其中，尤其是冷挤压模具，它是实现少、无切削加工的重要工艺装备，在现代生产加工中日益得到广泛的应用。 冷挤压成型 加工是靠模具来控制金属流动，靠软化金属体积的大量转移来成形所需的零件。由此可知，冷挤压工艺的成功与失败与模具结构设计，模具材料以及金属毛坯的软化处理等密切相关。 冷挤压加工的成型速度范围很广，所用的设备可以在专用的冷挤压压力机上进行，也可在一般的机械压力机或液压机，摩擦压力机及高
8、速锤上进行。 （二）冷挤压的方法分类 冷挤压工艺可按金属流动方向，金属流动速度及变形温度等进行分类： 1、 按金属流动方向分类与凸模运动方向之间的相互关系，冷挤压方法分为正挤压，反挤压，复合挤压，减径挤压，径向挤压，墩挤压。 2、 按金 属坯料充填模具型腔的流动速度有一般速度，低速及高速挤压之分。 3、 按变形温度状态分，有冷挤压，温挤压，热挤压。 二、冷挤压的特点 冷挤压技术是一种高精，高效，优质低耗的先进生产工艺技术，比较多的应用于中小型锻件规模化生产中。与常规模锻工艺技术相比，可以节材 30%50%，节能 40%80%，而且能够提高锻件质量和改善作业环境。二战后，冷挤压技术在国外工业发达
9、国家的汽车，摩托车，家用电器等行业得到了广泛的发展应用，而新型挤压材料，模具新钢种和大吨位压力机的出现，更拓展了其发展空间。日本 80 年代自称，其轿车生产 中以锻造工艺方法生产的零件，有 30%40%是采用冷墩工艺生产的，近年来生产的新型轿车则每车平均使用 42Kg 的冷锻件。美国等国家的轿车生产中，每车平均使用 40Kg 的冷锻件。随着科技的进步和汽车，摩托车，家用电器等行业对产品技术要求的不断提高，冷锻件生产工艺技术已逐步成为中小锻件精华生产的发展方向。 （一）冷挤压的优点 近年来，在机械制造工艺方面广泛采用冷挤压先进技术，取得了显著的成效。目前，随着计算机，快速造型及数字化等现代科学的
10、迅速发展及应用，使冷挤压工艺进一步得到开拓及采用。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。 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，达到少无切削而使金属成形，制得所需的形状及尺寸零件，这样就避免了在切削加工是而形成的大量金属废屑，大大节约了各种有色金属及钢铁原材料。 2、提高劳动生产率 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。 3、可形成复杂形状的零件 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。 4、提高 零件的力
11、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。同时，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，从而提供了用强度钢代替高强度钢的可能性。 5、可获得教高尺寸精度及较小表面粗糙度值的零件 经冷挤压成形零件的表面质量是十分良好的。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值很小，表面强度也大为提高。冷挤压零件的精度可达 IT7IT8 级，表 面粗糙度可达 Ra0.21.6。因此，用冷挤压加工的零件一般很少再切削加工，只需在要求特别高之
12、处进行精磨。冷挤压工艺可以获得理想的制作表面粗糙度与尺寸精度，有些零件经挤压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、减少工序，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。 7、减少设备投资 与模锻工艺相比，因冷挤压不产生飞边，故可以省去切边模及切边压力机， 明显的减少了设备投资，另外冷挤压生产加工，可在专用冷挤压压力机上，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，如通用冲床或摩擦压力机。 8、降低零件的
13、生产成本 由于冷挤压可以大大节约原材料和加工工时，因此必然可降低零件的制造成本。 （二）冷挤压的缺点 虽然冷挤压有种种优点，但是在实际生产过程中也有它的不足，比如： 1、变形抗力高 冷挤压时，被挤压材料的变形较高，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挤压力作用，最高可打 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，但与冲压模相比，其使用寿命还是不高的。 3、对毛坯的要求较高 冷挤压加工时对毛坯的要求比其他
14、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。 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，冷挤压技术已经在我国汽车，摩托车，仪表，电信器材，轻工，建筑，宇航，船舶，军工及五金等工业部门中获得了广泛的应用，已成为金属塑性成
15、形技术中不可缺少的重要加工手段之一。 三、 冷挤压的实现形式 冷挤模具是实 现少，无切削加工的重要的工艺装备，现代生产中日益得到广泛的应用。 （一 ） 冷挤压模具的构造及特点 1、冷挤压模具的构造 冷挤压模具一般由以下四个部分组成：工作部分（凸模，凹模，上下模座）；导向部分（导柱，导套或导筒）； 卸料和顶出部分（卸料板，顶杆）；紧固部分（凹模压板，螺栓，销钉等）。冷挤压模零件分为工艺零件和辅助零件。常用的模具结构有：专用反挤模，正挤模，复合模和通用模等 2、冷挤压模具的特点 冷挤模的外部轮廓形状酷似板料冲压模具，但它比普通冲压模具承受的压力要大得多，此压力一般为 20002500MPa，甚至更
16、高，达到材料强度的 46 倍，一般接近甚至超现有模具材料的强度极限，这种压力又作用冷挤 模的中心成为相当大的载荷，而且工作时间很长，这是区别于其他成型方法和冲压模具最为突出的特点。另外，在金属流动过程中，模具还要承受极大的摩擦力和温度变化的作用，在连续工作的条件下，变形热和摩擦热使得模具温度达 200 度到 300 度以上。可见冷挤压模具的工作条件极其恶劣。因此，冷挤压模具在结构上和冲压模具又有许多不同之处，它的特点是，模家钢性好，强度高，模座厚度和接触面积大，结构较为对称，凸出，凹进处较少；凹模多为镶块预应力套结构；工作部件，采取分割形式的居多；工作部件直接用螺钉紧固的情况很少，多数采用压套
17、和压板的 间接方法紧固；冷挤模一般具有双重卸，顶料装置，有时顶出和卸料装置还兼有封压金属和直接参与完成工艺变形的作用。 （二）对冷挤压模具的基本要求 1、 保证模具在恶劣的工作条件下，选用具有足够的强度和钢度，高的耐磨材料，正确的加工方法和热处理工艺规范，特别是模具的工作部分，应设计合理的几何形状，采用强度很好的材料。 2、模具工作部分能够方便而可靠地固定在模架上，对中性能要好。 3、对尺寸精度要求高的挤压件，模具应有良好而可靠的稳定性和导向装置。 4、模具具有方便而灵活的卸料和顶出装置，易使零件取出。 5、模具的易损 部分拆换方便，在生产批量较大时要有互换性和通用性。 6、便于毛坯的放置和定
18、位，在大批量生产中要有利于实现机械化和自动化，并配有自动送料装置。 7、模架能牢固的安装在压力机上，具有必要的防护措施，保证操作工人的人生安全。 8、模具制造要简单，成本低廉。 四、冷挤压模具的失效性 （一）模具失效出现的过程 模具经安装调试后，可以正常生产合格的工件，这一过程称为模具的服役。 一般情况下，我们总是希望模具能有足够长的服役期限，以满足生产实际的需要。 但是模具在制造过程中可能会产生某些缺陷，或者在服役过程中逐渐出现了某 些缺陷，如微裂纹、轻度磨损、变形等等，在此状况下模具虽有隐患但仍能继续工作，这种虽有缺陷但未丧失服役能力的状态称为模具的损伤 。 模具因某种原因损坏，或者模具损
19、伤积累至一定程度导致模具损坏，无法继续服役，称为模具的失效。在生产中，凡模具的主要工作部件损坏，不能继续冲压出合格的工件时，即认为模具失效。 模具的失效按照发生时间的早晚，大致可分为两类：正常失效和早期失效。 模具经过大量的生产使用，因摩擦而自然磨损或缓慢地产生塑性变形及疲劳裂纹，达到正常使用寿命之后失效是属于正常的现象，为正常失效。模具未达到设计使用规定的期限，既产生崩刃 、碎裂、折断等早期破坏；或因严重的局部磨损和塑性变形而无法继续服役，为早期失效。对于早期失效的模具，必须查找其产生的原因，努力采取补救的措施。 （ 二 ） 模具的失效的形式 冷挤压模具的凸、凹模由于受力状况有所不同，所以失
20、效形式有所差异，一般凸模易于折断，凹模易于胀裂。冷挤压凸模的失效形式主要有折断、磨损、镦粗 、疲劳断裂和纵向开裂；冷挤压凹模的 失效形式主要有胀裂和磨损。 1 、凸模的失效形式 冷挤压时， 由于花键为多齿螺旋形状， 凸模可能在弯曲应力或应力集中的作用下折断，或因脱模时 由于打料器的作用，使花键模具受到 拉应力 而 拉断。 如 图 1、图 2、图 3所示： 图 1 模具的拉断 图 2 模具的拉断 图 3 模具的拉断 在冷挤压过程中，模具反复使用，使模具的冲次达到数万次， 凸模肩部承受 了 很高的压应力和摩擦力，易产生麻点和磨损，成为导致凸模折断的疲劳源。 久而久之，模具在疲劳源处产生开裂。 如图 4 所示：
