冷挤压力曲线及钢铁材料挤压力图解

1.冷挤压力曲线

图7-17所示为冷挤压力F与行程S的关系曲线。曲线a、b分别为毛坯高度较大的正挤压和反挤压力曲线。曲线c是毛坯高度较小的挤压力曲线。

冷挤压过程中压力的变化可分为四个阶段，见图7-17和表7-20。

图7-16 反挤压碳素钢空心件极限变形程度

图7-17 冷挤压力F与行程S的关系曲线

表7 - 20 冷挤压过程中压力的变化

2.挤压力的计算

（1）公式计算法

F=1.3Ap=Az_mnR_m （7-1）

式中 F——挤压力（N）；

p——单位挤压力（MPa）；

A——凸模工作部分横截面积（mm²）；

z_m——模具形状系数，见图7-18；

n——变形程度系数，见表7-21；

R_m——挤压前材料抗拉强度（MPa）。

图7-18 模具形状系数

表7-21 变形程度系数n

例7 - 1 正挤压纯铜接头制件如图7-19所示，计算单位挤压力与总挤压力。

断面变化率

纯铜退火状态下R_m=200MPa

查图7-18，z_m=0.9

查表7-21，n=5

单位挤压力p=z_mnR_m=0.9×5×200MPa=900MPa

总挤压力

图7-19 接头

图7-20 轴承套

例7 - 2 反挤压15Mn钢轴承套制件如图7-20所示，计算单位挤压力和总挤压力。

断面变化率

15Mn钢退火状态下R_m=420MPa

查图7-18，z_m=0.9

查表7-21，n=5

单位挤压力p=z_mnR_m=0.9×5×420MPa=1890MPa

总挤压力803kN

（2）图表法 图7-21～图7-23所示分别为钢铁材料的正挤压实心件、正挤压空心件、反挤压

图7-21 钢铁材料正挤压实心件的挤压力图解（VDE数据表）

筒形件的挤压力图解。图7-24～图7-26所示分别为钢铁材料正挤压实心件、正挤压空心件和反挤压杯形件的挤压力图解。图7-27～图7-29所示分别为非铁金属正挤压实心件、正挤压空心件、反挤压筒形件的单位挤压力图解。

图7-22 钢铁材料正挤压空心件的挤压力图解（VDE数据表）

图7-23 钢铁材料反挤压筒形件的挤压力图解（VDE数据表）

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图7-24 钢铁材料正挤压实心件的挤压力图解（ICFG数据表）

表7-22～表7-25及图7-31给出了不同条件下的单位挤压力的经验数据与资料。

例7 - 3 正挤压实心件，已知冷挤压材料为纯铁，毛坯直径（或凸模直径）d₀=75mm，毛坯高度h₀=110mm，挤压后直径d₁=45mm，凸模中心锥角α_p=90°，求单位挤压力和挤压力。

解：从图7-21中①区找到d₀=75mm，作水平线与d₁=45mm相交，从交点垂直向上求得断面变化率φ=64%；由φ=64%向上进入②区与纯铁曲线相交，由交点作水平线得未经修正的单位挤压力p=850MPa；继续向左进入③区进行修正，先找毛坯相对高度h₀/d₀=110/75=1.5斜线进行相对高度的修正，然后找α_p=90°进行凹模中心锥角的修正，垂直向下得到修正后的单位挤压力p=1050MPa；最后垂直向下进入④区与d₀在④区中作水平线相交，求得挤压力F=4.5MN。

例7 - 4 反挤压筒形件，已知挤压材料为纯铁，毛坯直径d₀=70mm，高度h₀=35mm，凸模直径d₁=58mm，求单位挤压力和挤压力。

解：从图7-23①区查凸模直径d₁=58mm，作水平线与毛坯直径d₀=70mm相交，从交点垂直向上求得断面变化率φ=69%；再向上进入②区与毛坯相对高度h₀/d₀=35/70=0.5曲线相交，由交点的横坐标线得修正系数K=0.94；由交点再向上与纯铁材料曲线相交，得未经校正的凸模单位压力p=1860MPa；再向左进入③区进行修正，经毛坯修正系数K=0.94和毛坯直径d₀=70mm的曲线进行修正后，得修正后的单位压力p=1660MPa；最后垂直向下进入④区，与凸模直径d₁=58mm在④区的投影相交即得挤压力F=4.5MN。

图7-25 钢铁材料正挤压空心件的挤压力图解（ICFG数据表）

例7 - 5 正挤压实心件，材料为30钢，硬度为138～145HBW，毛坯直径（或凸模直径）d₀=35mm，毛坯长度h₀=70mm，挤压后直径d₁=25mm，凹模中心角α_p=120°，求单位挤压力和挤压力。

解：从图7-24中①区找到d₀=35mm，作水平线与挤压后直径d₁=25mm相交；从交点垂直向上求得挤压比；由挤压比R=2向上进入②区与140HBW相交；由交点作水平线得未经修正的单位挤压力p=1.35×10³MPa；继续向左进入③区，与毛坯相对高度h₀/d₀=70/35=2相交；由此点作垂线得修正后的单位挤压力p=1.45×10³MPa；继续向上进行凹模中心角α_p=120°中心角修正；由此交点作水平线进入⑤区，与毛坯直径d₀=35mm相交进行修正后；由交点作垂线，得最大挤压力F=1.2MN。

图7-26 钢铁材料反挤压杯形件的挤压力图解（ICFG数据表）

图7-27 非铁金属正挤压实心件的单位挤压力图解

例7 - 6 正挤压实心件如同7-30所示，材料为纯铜T1。

解：先求断面变化率φ

图7-28 非铁金属正挤压空心件的单位挤压力图解

图7-29 非铁金属反挤压筒形件的单位挤压力图解

从图7-27找到φ=74%作垂线向上和Cu曲线相交，从交点向右作水平线与断面变化率φ=0.74斜线相交，从交点垂直向下和单位挤压力相交，得单位挤压力p=700MPa。

将p代入式（7-1）

图7-30 正挤压实心件

表7 - 22 钢实心件正挤压单位挤压力 （单位：MPa）

表7-23 铝实心件正挤压单位挤压力 （单位：MPa）

表7-24 筒形件反挤压单位挤压力 （单位：MPa）

表7-25 筒形件反挤压单位挤压力 （单位：MPa）

3.复合冷挤压力

图7-31所示为常用的三种典型的复合挤压，当金属向正、反两个方向的流动为自由的情况下，其冷挤压力可作如下考虑：

1）图7-31a、b是上下对称的杆形件和上下对称的筒形件正、反复合挤压。在其稳定挤压阶段的挤压力与一个方向上的单独挤压力都小，所以，可以用前面的计算公式或图形算法确定挤压力。

图7-31 复合挤压

2）图7-31c所示为正挤压杆形件，反挤筒形件的筒杆复合挤压，先分别计算出纯正挤压或纯反挤压的挤压力，然后乘以比值即可得到复合挤压的挤压力。即

F=K₁F_a （7-2）

F=K₂F_b （7-3）

式中 F——复合挤压力（kN）；

F_a——纯正挤压力（kN）；

F_b——纯反挤压力（kN）；

K₁——复合挤压力与纯正挤压力比值，由图7-32查得；

K₂——复合挤压力与纯反挤压力比值，由图7-33查得。