毛坯预成形的制备方法

毛坯的预成形，就是在冷挤压前预制毛坯，使其与模腔形状大概一致，而且具有较好的配合特性。同时，预成形可将材料体积进行初步分配，并兼有局部成形的作用。它是冷挤压加工前的毛坯准备工序，也是冷挤压工艺过程的重要组成部分。

预成形的基本方法主要有冷镦、校形、压凹、减径挤压四种。

1.冷镦

前面已经提到，按挤压件图计算和设计的毛坯尺寸，并不与标准棒料直径一致。选择的标准棒料直径小于挤压毛坯的外径时，要通过自由镦粗使其截面加大，这就是通常所说的平行平板间所进行的自由镦粗，如图2-24所示。它不仅是自由锻、模锻工艺过程中最基本的工序之一，也是冷挤压加工的制坯过程中不可缺少的一种工艺方法。通过冷镦粗试验，还可以检查材料的质量。当前，在加工复杂的锥形体、带法兰、大凸缘的筒形及空心零件时，越来越多地采用冷挤和镦粗相结合的工艺方法。因此，冷镦（冷镦挤、冷镦锻等）工艺，已经成为冷挤压成形技术中的一个重要组成部分。

2.校形

剪切毛坯都有不同程度的变形和偏心、端面倾斜不平，也比较粗糙，用它直接进行挤压将会产生较大的侧向力，而易使冲头折断。如果采用冷镦后的坯料进行挤压时，由于坯料圆度的影响，坯料与模具相互配合的间隙不均匀，甚至出现坯料在模具内不居中的现象，这样不但使凸模受力不均衡，还会使金属流动不均匀，直接影响零件的精度。为了获得较高的尺寸精度和使壁厚差减到最小，必须使坯料与模腔严密配合和精确定心，这对于反挤压用的毛坯尤其重要。想用偏心的毛坯得到同心的挤压件，实际上是不可能的。因此，用于挤压的坯料，无论是剪切毛坯，还是经过冷镦的坯料，在多数情况下，还需要进行校形，使其端面平整，形状对称，尺寸精确，更加符合于模具型腔的几何形状，并与模具严密配合。

图2-24 圆柱试样冷镦粗

校形是在封闭的校形模内进行的。坯料被完全限制在模腔之中，利用冲头和顶杆将上、下端面压平，同时迫使金属径向流动并紧贴模壁，直至充满模腔为止。但是，考虑到坯料重量的不均匀、金属向凹角流动的困难以及挤压工艺的实际需要，没有必要要求模腔完全充满，以得到棱角清晰、各面金属挤压饱满的坯料。因此，通常规定校形部分的高度只要达到坯料高度的1/2～2/3就足够了，而且边棱部位允许有因未充满所产生的自然秃角。校形坯料的两个端面越平，对模具越有利，一般控制在0.05mm以内。校形的变形程度一般都很小，对于低碳钢来说，校形的变形程度在20%～40%范围内。

校形坯料的外径尺寸介于冷镦坯料（或剪切毛坯）和挤压件尺寸之间，是由挤压件尺寸确定的，通常要比挤压件尺寸小0.02～0.10mm，具体数值根据挤压件的精度要求来确定。

3.压凹

压凹就是在毛坯的端面上预成形出一个凹坑，这个凹坑主要有以下三个作用：①有利于储存润滑剂，挤压过程中可不断有润滑剂补充至相对滑动表面，不致因缺乏润滑剂而使金属和凸模之间发生粘附；②通过压凹调整和改善冲头的支撑平面，使冲头易于对准中心，以减轻冲击载荷；③压凹可以成形部分形状，在挤压时不能挤足的高度，也可以在压凹时进行，即在毛坯与挤压件之间，压凹兼有局部成形和预先分配材料体积的作用。

压凹的形状是各式各样的（见图2-25），主要取决于挤压件的形状和实际需要。采用何种坯料进行压凹也是很讲究的。在形状规则、尺寸精确的校形坯料上压凹时（见图2-26），凹窝的深度尺寸一致，形状规则，边棱清晰，没有秃角和缺损。但是，在冲头开始接触毛坯的瞬间，挤压力几乎立即升至最大值，此时，冲头易受到冲击作用。利用自由镦粗的坯料直接压凹时（见图2-27），由于坯料与模具间有空隙，毛坯料有一个充满模腔空隙的过程（B），因而可以减缓冲击，使压凹力减小。但是，由于坯料圆度误差的影响，坯料与模具的间隙不一致，压凹时金属流动不均匀。结果，压凹尺寸不一致，口边产生高低不平，甚至在局部出现明显的缺肉现象。因此，对压凹尺寸和形状要求不高时，可以采取冷镦坯料直接压凹。但是压凹尺寸和形状要求很高且强度较高的材料时，则应用经过校形的坯料进行压凹。

图2-25 凹窝形状

图2-26 校形毛坯的压凹过程

图2-27 冷镦毛坯的压凹过程

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图2-28 压凹兼校形

1—凸模 2—毛坯 3—校形毛坯 4—凹模 5—顶杆

压凹预成形有时是单独进行的，多数情况下是与校形、局部成形等结合在一起进行。例如，图2-28所示的预成形过程中，在压凹的同时校整坯料外径。考虑到多余材料的排除问题，将凸模前端作出C2的倒角，压凹时多余的金属体积可以流向A处，就不至于因为材料完全封闭，使模具过载而过早损坏了。

图2-29所示的预成形过程中，在对坯料端部实行压凹的同时成形部分锥体。

4.减径挤压

减径挤压是变形程度很小的一种特殊的正挤压变形方式。挤压时，利用第二个毛坯将留在模腔内的第一个挤压坯料从凹模内挤出，如图2-30所示。此后，过程依此进行，每次放入一个毛坯挤出一个坯料。这种成形方法对于铝合金来说，尤为适宜。例如，图2-31所示预成形过程制取的硬铝坯料冷镦后表面出现橘皮状，经过校形仍然不能去除，并产生裂纹。为了克服这一缺点，改用减径挤压的方案，即以比坯料要求尺寸（φ39.87mm）大些的标准棒料（φ41mm）进行减径挤压。在减径的同时，对端面进行压凹。此时，压凹冲头的突起高度H，要设计得大于凹模的刃带高度h。这一方案的预成形过程如图2-32所示。这种将压凹同减径结合起来的方法，是铝合金合理制坯的一个新途径。

图2-29 压凹兼局部成形

1—凸模 2—毛坯 3—预成形件 4—凹模 5—顶杆

图2-30 减径挤压过程

1—凸模 2—毛坯 3—凹模 4—预制毛坯

图2-31 硬铝毛坯的预成形

a）下料 b）冷镦 c）校形

图2-32 减径兼压凹的预成形

1—凸模 2—毛坯 3—凹模 4—预成形毛坯