把溫?cái)D壓界定在室溫以上,再結(jié)晶溫度以下的擠壓工藝,那么根據(jù)前述的分析可知,溫?cái)D壓件的質(zhì)量及力學(xué)性能應(yīng)更接近或類似于冷擠壓。如溫?cái)D壓件的尺寸精度力求接近冷擠壓,溫?cái)D壓后也會出現(xiàn)加工硬化現(xiàn)象,能起到強(qiáng)化零件的作用。
溫?cái)D壓件的尺寸精度溫?cái)D壓的成型溫度越低,其尺寸精度也越接近于冷擠壓。引起尺寸變化的主要因素與冷擠壓時相同:模具的彈性變形、擠壓設(shè)備的彈性變形及模具的磨損等。其次是坯料加熱、擠壓后的冷縮量等。
準(zhǔn)確控制坯料加熱溫度和擠壓成形溫度,對溫?cái)D壓件的尺寸精度影響很大。45鋼的膨脹曲線,在700℃時如果溫度波動50℃,則由于收縮,尺寸就有±0.001mm/mm的變化。這相當(dāng)于1/3~1/5的冷擠壓件尺寸公差。在700~800℃,由于鋼有相變,使得熱膨脹曲線有變化。在進(jìn)行溫?cái)D壓凸模、凹模等工作部分尺寸計(jì)算時,除了要考慮模具受力后的彈性變形量外,還必須考慮模具升溫后的膨脹量和制件冷卻后的收縮量。
鋼在200~850℃溫?cái)D壓時,擠壓件的尺寸公差可這樣考慮:50mm以下直徑的正擠和反擠壓件,直徑公差不應(yīng)小于0.1mm。如批量較大,直徑公差可以取0.2~0.3mm。此外,高度尺寸與溫度控制的準(zhǔn)確性關(guān)系很大,其公差可取0.4~0.8mm。內(nèi)、外徑的偏移應(yīng)按0.1~0.3mm控制。如果上述公差仍達(dá)不到零件圖的要求,可在溫?cái)D壓后增加冷整形工序。
溫?cái)D壓件的表面粗糙度影響溫?cái)D壓件表面粗糙度的主要因素是潤滑條件,如潤滑條件不理想,模具表面會因磨損而變得粗糙,進(jìn)而擦傷擠壓件表面,甚至發(fā)生粘附現(xiàn)象。其次,加熱氧化也會使表面粗糙度值變大。溫?cái)D壓溫度選擇越低,所能達(dá)到的表面粗糙度也越低。一般鋼的溫?cái)D壓件外表面的粗糙度達(dá)Ra3.2~1.6μm,內(nèi)孔表面可達(dá)0.8~0.4μm。若要進(jìn)一步降低表面粗糙度值,可在溫?cái)D壓后進(jìn)行冷整形。
溫?cái)D壓件的力學(xué)性能:
?。?)硬度:當(dāng)溫?cái)D壓度在再結(jié)晶溫度以下,便會產(chǎn)生加工硬化。有時,雖然加熱溫度處于再結(jié)晶溫度以下,但是變形時產(chǎn)生的熱效應(yīng),特別是表面摩擦的結(jié)果,致使在產(chǎn)品的表面層產(chǎn)生再結(jié)晶,但對整個擠壓件來說,加工硬化現(xiàn)象還是存在的。一般來說,加工溫度越高,擠出的制件硬度越低,即冷作硬化愈小。無論鋼的成分如何,退火的坯料硬度越低,溫?cái)D壓后硬度的增加率就越大。
?。?)屈服強(qiáng)度:從反擠壓件上取下環(huán)狀試件,從與軸垂直的方向壓縮,測定試樣的屈服負(fù)荷,其結(jié)果如圖9-21所示。由圖可見,隨著成形溫度變化,屈服發(fā)生載荷變化。在500℃以上,屈服載荷急劇下降,但相對機(jī)械加工產(chǎn)品而言,溫?cái)D壓產(chǎn)品的屈服強(qiáng)度相對要大。
?。?)抗拉強(qiáng)度:溫?cái)D壓件的抗拉強(qiáng)度。圖示是由經(jīng)50%變形程度的正擠產(chǎn)品上取下的試樣,進(jìn)行抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)的結(jié)果。在500℃以下的溫?cái)D壓溫度范圍,45、35CrMo鋼抗拉強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)。溫度繼續(xù)上升,則抗拉強(qiáng)度下降。不銹鋼0Cr18Ni9冷擠壓后,抗拉強(qiáng)度為1300MPa,為坯料抗拉強(qiáng)度的2倍,溫?cái)D壓時,抗拉強(qiáng)度增加的程度減小,如在400℃擠壓時,產(chǎn)品抗拉強(qiáng)度為900MPa,與坯料抗拉強(qiáng)度相比,增加了不到30%。
由此可見,像不銹鋼這種在冷擠壓時冷作硬化劇烈的材料,采用溫?cái)D壓非常有效,變形力可大大下降。碳鋼和低合金鋼存在藍(lán)脆現(xiàn)象。在藍(lán)脆溫度下溫?cái)D壓,可得到抗拉強(qiáng)度較高的產(chǎn)品。
?。?)沖擊韌度:35CrMo和0Cr18Ni9兩種鋼在不同溫度下正擠壓加工(變形程度50%)的產(chǎn)品,在室溫下進(jìn)行沖擊試驗(yàn)的結(jié)果。從圖中可見,冷擠壓時,沖擊吸收功比坯料的沖擊吸收功降低了很多。但當(dāng)溫度升至溫?cái)D壓溫度范圍時,沖擊吸收功就增大了。不過,35CrMo鋼在500~600℃時沖擊吸收功急劇下降,比冷擠壓產(chǎn)品的沖擊吸收功還要低得多,這是因?yàn)樵摐囟葏^(qū)域正是35CrMo在曲柄壓力機(jī)上溫?cái)D壓時出現(xiàn)藍(lán)脆現(xiàn)象。而沒有藍(lán)脆現(xiàn)象的0Cr18Ni9,則隨著溫?cái)D壓溫度的增加,產(chǎn)品沖擊吸收功一直在增加。
?。?)疲勞強(qiáng)度:曾有人將材料為20Cr的汽車活塞銷在680℃溫?cái)D壓,對其進(jìn)行疲勞強(qiáng)度試驗(yàn)。發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)疲勞裂紋的周次為8萬~10萬次;而采用冷擠壓成形時,出現(xiàn)裂紋的周次為5~6萬次;采用機(jī)械加工時,則為5萬~8萬次。由此可見,溫?cái)D壓件的疲勞強(qiáng)度是zui高的。
通過以上的試驗(yàn)及對比表明,鋼在200~400℃溫?cái)D壓時,產(chǎn)品的力學(xué)性能與同樣變形程度的冷擠壓產(chǎn)品相近;而在400~850℃溫?cái)D壓時,產(chǎn)品的抗拉強(qiáng)度、屈服極限為經(jīng)熱成形退火后產(chǎn)品的1.1~1.15倍。