缩径冷挤压花键过程中金属压堆的处理

何大开

缩径挤压的特点是被挤压坯料没有处于封闭状态，挤压时利用坯料本身轴向力使之压入模具产生缩径，得到我们所需产品。因而常常会发生金属被压堆的情况，导致不能正常生产。图1是一花键轴，模数m=1，齿数z=11，齿形角α=45°。图2是花键挤压成形时出现的金属压堆现象。

一、问题分析

缩径冷挤压花键过程中金属被压堆的主要原因是挤压过程中，挤压模具与挤压坯料间的摩擦力过大，达到足以使挤压坯料发生径向变形，以至挤压很难继续进行，产生金属压堆。影响缩径挤压过程中金属压堆的因素有：挤压过程中产生的挤压摩擦力、挤压力、挤压模具、坯料、变形抗力、变形程度和变形速度等。

二、解决方案

1.降低摩擦力

降低摩擦力主要从以下几点着手。

（1）计算挤压缩径量 缩径量是决定缩径挤压能否进行的关键，根据实践经验，一般来说退火坯料的挤压缩径量要小于不退火或调质坯料的挤压缩径量。如果从一开始试模挤压就产生金属压堆，那么就应该分析计算挤压过程中挤压缩径量是否合理。根据试验，调质坯料、不退火坯料最大挤压缩径量为38%，但在实际生产中很难做到这一点，一般可选取小于25%缩径范围。

（2）表面处理及润滑 表面处理也是决定缩径挤压能否正常进行的关键因素，如果在挤压过程中，挤压制品产生“竹节”现象，这是由于挤压外摩擦力过大，导致中心层金属流动速度大于外层金属而发生的现象，或在挤压制品中部产生压堆。那么就应考虑表面处理是否合理，以及金属表面磷酸盐膜或草酸盐膜的厚度，同时要了解金属表面盐膜附着层是否在挤压过程中容易脱落而增加挤压摩擦力。可采取适当调整表面处理的化学药剂、反应时间。同时要注意对润滑剂的合理选用，一般要选择摩擦因数低、黏性小的润滑剂。

2.改进挤压模具降低挤压力

挤压模具设计好坏对缩径挤压起着决定性作用，对挤压模具改进可从挤压入口处、导向角α、定径工作带和出口处等方面着手，如图3所示。

（1）模具入口处 模具入口外圆大小应与挤压花键坯料外圆相差不大，如果相差较大，则易产生挤压坯料发生二次变形，入口处没有起到很好导入作用，缩径挤压难以进行。同时入口处深度选择要合理，实践表明，应根据缩径量增加而增长。

（2）模具导向角α 导向角度大小是决定缩径挤压力的一个重要因素，模具导向角度设计要合理，因导向角增大，挤压力会大幅升高，就有可能导致坯料发生径向形变，产生金属在挤压过程中压堆。但导向角过小，导致花键有效长度过短。根据生产实践经验，缩径挤压导向角α选取范围为25°～45°，同时导向角选取也应考虑坯料状态、坯料类型。

图1

图2

图3

（3）模具定径工作带 模具定径工作带长度也是影响挤压的一个重要因素，定径工作带过长，挤压力会升高，过短会使金属制品尺寸不稳定。如果挤压缩径量较大，可以适当改变定径工作带长度，但必须保证挤压制品尺寸精度。

（4）模具出口处 一般来说应尽量避免挤压制品与模具出口处发生摩擦，而使挤压力升高、制品表面划伤。出口处外圆设计也不能随意，外圆过大会影响模具使用寿命。模具出口处尺寸可按有关资料选取。

3.调整挤压坯料硬度的均匀性

坯料本身硬度均匀性也是影响缩径挤压花键的一个重要因素，如果坯料在退火或调质过程中产生硬度不均，则挤压时挤压力变化大，金属流动不均，容易出现金属压堆情况。同时坯料硬度过高，会影响模具的使用寿命。

4.提高综合指标

总体来说，缩径挤压花键是挤压领域中的一个难题，因此，挤压设计时需要多方面考虑。对于模架设计要合理，要有定位装置，以保证挤压过程中同心度，降低挤压力。模具制作精度要好，选用材料要合理，模芯表面粗糙度值要小，抛模要细致。坯料表面粗糙度也相对要高于其他冷挤压方式。挤压过程中变形速度控制等，对缩径挤压有不同程度的影响。

三、结语

缩径冷挤压花键技术应用还不广泛，本文仔细分析了产生金属压堆的各种原因，并论述了解决金属压堆的各种方法。实践表明以上方法在实际生产中是行之有效的，成功解决了不同种类产品缩径冷挤压过程中产生金属压堆的问题。