冷挤压件的许用变形程度分析

在冷挤压工序设计时，应考虑到在该变形程度下所产生的单位挤压力与模具许用的承载能力相适应，即在不破损模具的情况下，保证生产出所需批量的冷挤件。变形程度越大，单位挤压力越大。如果所挤压钢材的变形程度使单位挤压力超过了目前模具钢所能承受的单位挤压力（2500～3000MPa，一般为2500MPa），模具钢容易磨损和损坏。此时，就应该把一次挤压工序分成两次甚至三次工序来进行，或者采取复合工序，以达到降低单位挤压力的目的。

冷挤压变形程度是工艺设计的一个重要问题。许用变形程度的概念：许用变形程度是在目前模具钢强度所能承受的单位压力的条件下，可以采用的每次冷挤压工序的变形程度。冷挤压的许用变形程度越大，工序数就可以减少。显然，冷挤压的许用变形程度取决于两方面的因素，即所有影响模具承载能力的因素和所有影响冷挤压力的因素，如：

（1）模具钢的强度 所用冷挤压模具钢的强度越大，每次工序的许用变形程度就越大。

（2）挤压的金属材料 被挤压金属材料的强度越大，每次工序的变形力也越大。随着挤压金属材料强度与硬度的增加，其许用变形量趋于减少。对碳钢而言，含碳量越高，冷挤压的许用变形程度便越小。挤压前毛坯硬度越高，许用变形程度便越小。

（3）冷挤压变形方式 在相同变形程度下，正挤压的单位挤压力小于反挤压的单位挤压力，因此，正挤压的许用变形程度大于反挤压。

（4）模具的几何形状 冷挤压模具的几何形状合理，单位压力可降低，从而可以使用较大的许用变形程度。

（5）毛坯的表面处理与润滑 表面处理与润滑好，则许用变形程度可以提高。

对于一定的模具钢，在一定几何形状的模具上进行冷挤压时，各种冷挤压变形方式的许用变形程度便决定于所挤压材料的硬度。

1.杆件正挤压的许用变形程度

图5-1-26由纯铁DT1、10、20、20Cr、45、40Cr、40MnB、GCr15八种材料组成，其对应的退火硬度分别为70HBW、90HBW、110HBW、140HBW、150HBW、160HBW、170HBW和190HBW。毛坯经磷皂化，毛坯相对高度h₀/d₀=1.0，凹模入口角α=120°的条件下所得。

图中剖面线与阴影部分表达式如下：

ε_{F（2500）max}=[（86～91）-0.14（HBW-70）]%；

ε_{F（2000）max}=[（85～90）-0.2（HBW-70）]%；

ε_{F（2500）max}为相应单位挤压力为2500MPa时的最大许用变形程度，ε_{F（2000）max}为相应单位挤压力为2000MPa时的最大许用变形程度。

考虑到凹模入口角α对许用变形程度的影响，引入凹模入口角α对许用变形程度的修正系数Q_α，如图5-1-27所示。由图可知，在所给定的凹模入口角范围内，减小α有利于提高许用变形程度。

图5-1-26 非铁材料杆件正挤压的许用变形程度（h₀/d₀=1.0，α=120°）

1—许用单位挤压力2500MPa的等压线 2—许用单位挤压力2000MPa的等压线（剖面线与阴影部分为等压带）

图5-1-27 许用变形程度的凹模入口角修正系数Q_α

（图内硬度值为毛坯布氏硬度，2000MPa、2500MPa各代表等压线的压力）

毛坯相对高度h₀/d₀对许用变形程度也有很大影响，故引入h₀/d₀对许用变形程度的修正系数Q_H，如图5-1-28所示。由图可知，毛坯相对高度越大，许用变形程度越小。从表中或公式中获得的杆件正挤压的许用变形程度应乘以修正系数Q_α和Q_H，此值方为所求的许用值，即：

ε_F（2500）=Q_αQ_Hε_{F（2500）max}

ε_F（2000）=Q_αQ_Hε_{F（2000）max}

2.反挤压杯形件的许用变形程度(www.xing528.com)

反挤压杯形件的许用变形程度亦用正挤压时同样的方法得出。图5-1-29中的1、2线是毛坯在经磷皂化、h₀/d₀=1.0条件下的2500MPa和2000MPa等压线。

图中剖面线与阴影部分的表达式如下：

ε_{F（2500）max}、ε_{F（2500）min}是相应于单位挤压力为2500MPa时的最大与最小许用变形程度，ε_{F（2000）max}、ε_{F（2000）min}是相应于单位挤压力为2000MPa时的最大与最小许用变形程度，最小许用变形程度受限于冲头心轴的强度和稳定性。HBW为钢材毛坯退火后的布氏硬度。

应当注意反挤压杯形件时毛坯相对高度对单位压力的影响，因而对许用变形程度的数值也有影响，为此在确定最终的反挤压变形程度时，亦须进行修正，其修正数值可见图5-1-30～图5-1-33。

图5-1-28 毛坯相对高度修正系数Q_H（2500MPa等压线修正）

1—110HBW 2—150HBW 3—190HBW

图5-1-29 钢铁材料反挤压杯形件的许用变形程度（h₀/d₀=1.0）

1—许用单位挤压力2500MPa 2—许用单位挤压力2000MPa（剖面线与阴影部分为等压带）

图5-1-30 毛坯相对高度h₀/d₀对反挤压最大许用变形程度的影响（2500MPa等压线）

1—h₀/d₀=1.0 2—h₀/d₀=0.3

图5-1-31 毛坯相对高度h₀/d₀对反挤压最小许用变形程度的影响（2500MPa等压线）

1—h₀/d₀=1.02—h₀/d₀=0.5 3—h₀/d₀=0.3

图5-1-32 毛坯相对高度h₀/d₀对反挤压最大许用变形程度的影响（2000MPa等压线）

1—h₀/d₀=1.0 2—h₀/d₀=0.5 3—h₀/d₀=0.3

图5-1-33 毛坯相对高度h₀/d₀对反挤压最小许用变形程度的影响（2000MPa等压线）

1—h₀/d₀=1.0 2—h₀/d₀=0.5 3—h₀/d₀=0.3