劉金昌，王秋妹，郭元慶，邱建國

（北方華安工業(yè)集團(tuán)有限公司，齊齊哈爾 161006）

溫?cái)D壓成形技術(shù)，是近年來在冷擠壓塑性成形基礎(chǔ)上迅速發(fā)展起來的一種少無切屑塑性成形新工藝。它與冷、熱擠壓不同，擠壓前已對毛坯進(jìn)行了加熱，但其加熱溫度通常認(rèn)為是在室溫以上、完全再結(jié)晶溫度以下的溫度范圍內(nèi)，變形后具有冷作硬化［1］。溫?cái)D壓工藝將坯料加熱到再結(jié)晶溫度以下，塑性較好、變形抗力較低的溫度區(qū)域，金屬塑性提高，變形抗力較冷擠壓低，使每道工步的變形量較冷擠壓大，減少了工步數(shù)，且不需要專門的軟化退火和表面處理潤滑工序［1—2］。熱成形溫度一般在1100～1200 ℃，毛坯表面質(zhì)量差［3—6］，溫?cái)D壓加熱溫度要低于熱擠壓，避開了鋼的劇烈氧化溫度，溫?cái)D壓坯料的氧化極微，使擠壓件的尺寸精度和表面質(zhì)量大大提高。同一模具條件下的溫、熱擠壓毛坯比較，如圖1所示。

圖1 溫?cái)D壓毛坯（左）和熱擠壓毛坯（右）Fig.1 Warm extrusion blank（left）and hot extrusion blank（right）

1 溫?cái)D壓工藝實(shí)際應(yīng)用中的問題

擠壓毛坯為杯形件，模具結(jié)構(gòu)及擠壓方式［7—8］和熱反擠壓杯形件相同。在溫?cái)D壓工藝條件下，即加熱溫度為800℃，潤滑劑采用油基石墨，方式為擠壓前對模具均勻涂抹［9—10］。生產(chǎn)過程中，發(fā)現(xiàn)小體積毛坯在溫?cái)D壓過程中，單位壓力急劇上升。使用H13材料做沖頭［11］，只生產(chǎn)了8件產(chǎn)品，就變形報廢。

經(jīng)過測量發(fā)現(xiàn)，毛坯加熱溫度800℃，入模前表面溫度為770℃左右，放入模內(nèi)2 s后取出，表面溫度約為600℃。分析認(rèn)為，由于毛坯體積小，自身熱量儲存相對散熱面積比值小，同等散熱環(huán)境下，相對大體積毛坯溫度降低更快。毛坯接觸模具后，溫降更加劇烈，與模具接觸的表面溫度更低（約600℃左右）。實(shí)際變形溫度低于預(yù)定成形溫度，致使材料變形抗力提高，擠壓成形困難［12］，模具壽命急劇降低。

2 過溫?cái)D壓工藝的提出

保證毛坯擠壓溫度，要么提高模具溫度和加快毛坯周轉(zhuǎn)速度，以減少熱損失，要么提高加熱溫度。溫?cái)D壓模具由于要求有較高的工作硬度和強(qiáng)度，溫度高了會降低其性能，使預(yù)熱溫度不能太高，一般要求 150 ～300 ℃［1—2，13］，所以無法通過提高模溫來改善工藝環(huán)境。使小體積毛坯溫?cái)D壓成形工藝可行，提高毛坯的加熱溫度是比較好的方法。

于是，提出過溫?cái)D壓工藝方案的想法來成形小體積毛坯，以得到較高質(zhì)量表面的毛坯。所謂過溫?cái)D壓就是在溫?cái)D壓的其他工藝參數(shù)不變的情況下，提高加熱溫度到完全再結(jié)晶溫度以上，來彌補(bǔ)成形前的溫度損失，使毛坯實(shí)際成形溫度在易變形的溫?cái)D壓工藝溫度范圍內(nèi)，且能保證模具壽命和毛坯質(zhì)量與溫?cái)D壓工藝區(qū)別不明顯。過溫?cái)D壓工藝是針對溫?cái)D壓工藝不易成形的小體積毛坯提出的，其實(shí)際加熱溫度和毛坯的大小有反相關(guān)系。該工藝的加熱設(shè)備必須有可快速加熱的能力，毛坯的加熱時間短，可使表面氧化較少［14］。

3 過溫?cái)D壓工藝的試驗(yàn)

為得到提高溫度對表面質(zhì)量的影響程度，試驗(yàn)溫度定在較高的溫度950℃，加熱設(shè)備使用中頻加熱爐。碳鋼的溫?cái)D壓溫度上限為800℃［1—2］，提高150℃可以使各種情況的小體積毛坯能夠容易成形。毛坯尺寸為φ80 mm×（19±1）mm，該毛坯的高徑比為0.275，小的高徑比更不易成形，可以代表難成形毛坯。過溫?cái)D壓成形后的形狀為杯形件，如圖2所示。

圖2 過溫?cái)D壓毛坯圖Fig.2 Blank drawing of over-temperature extrusion

將溫度加熱到950℃進(jìn)行試驗(yàn)，中頻加熱速度較快，擠壓前毛坯未出現(xiàn)嚴(yán)重的氧化現(xiàn)象。成形工件表面質(zhì)量較好，大部分表面較為光亮，特別是內(nèi)腔，均為光亮的瓦藍(lán)色，如圖3所示，和溫?cái)D壓毛坯表面質(zhì)量沒有區(qū)別。

圖3 過溫?cái)D壓毛坯Fig.3 Over-temperature extrusion blank

4 結(jié)語

提出的過溫?cái)D壓工藝方案為一種新成形工藝，該工藝可以使小體積毛坯成形較為容易，成形力小，模具受力得到改善，得到的毛坯表面質(zhì)量較高，和溫?cái)D壓毛坯表面沒有明顯區(qū)別。

通過中頻加熱爐加熱試驗(yàn)得出，毛坯加熱到950℃氧化程度較輕，另外相關(guān)文獻(xiàn)介紹800℃為溫?cái)D壓工藝溫度上限［1—2］。建議過溫?cái)D壓工藝加熱溫度定在800～950℃。具體溫度要根據(jù)毛坯大小、表面質(zhì)量綜合考慮制定。另外，毛坯加熱設(shè)備的加熱速度要快，周圍空氣對流要小，建議使用中頻加熱。由于毛坯入模溫度較溫?cái)D壓工藝高，模具口部尺寸要比溫?cái)D壓模具大些，根據(jù)預(yù)定溫度和材料熱膨脹系數(shù)給出［15］。

通過對溫?cái)D壓實(shí)際應(yīng)用中出現(xiàn)的問題進(jìn)行分析，提出過溫?cái)D壓工藝。通過試驗(yàn)驗(yàn)證了小體積毛坯使用過溫?cái)D壓工藝成形的表面質(zhì)量與使用溫?cái)D壓工藝的表面質(zhì)量沒有區(qū)別。過溫?cái)D壓工藝對溫?cái)D壓工藝進(jìn)行了補(bǔ)充，為小體積毛坯的制造提出了一個可行的工藝方案。文中不足之處是未對2種毛坯的微觀組織和力學(xué)差異作進(jìn)一步研究。

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