冷挤压加工过程中防止开裂的关键技术措施

冷挤压加工中，开裂是影响产品质量与生产效率的主要问题，其成因涉及材料特性、模具设计、工艺参数等多个环节。开裂不仅会导致零件报废，还可能损坏模具、增加生产成本，因此需从加工全流程入手，通过针对性技术措施控制开裂风险。冷挤压开裂多发生在材料塑性不足、模具应力集中、工艺参数不合理的情况下，需围绕材料预处理、模具优化、工艺控制及过程监控四大维度制定防开裂方案。

材料预处理是防止冷挤压开裂的基础环节，核心目标是提升材料塑性、降低变形抗力，确保材料能适应冷挤压过程中的高压塑性变形。首先需进行退火处理，根据钢种不同选择合适的退火工艺：低碳钢（如10钢、20钢）采用完全退火，加热至Ac3以上30-50℃，保温后缓慢冷却，降低硬度至HB100-130，提升塑性；低合金高强度钢（如20Cr、40Cr钢）采用球化退火，将碳化物转化为球状，减少变形时的应力集中，硬度控制在HB120-150；高碳钢或合金钢则需采用等温退火，避免冷却过程中产生内应力。其次需进行表面处理，去除材料表面的氧化皮、锈迹与油污，常用酸洗（盐酸或硫酸溶液）去除氧化皮，再通过磷化处理在表面形成磷酸盐薄膜，增强后续润滑效果，减少模具与材料的摩擦，避免因摩擦过大导致表面开裂。例如20Cr钢冷挤压前，若未进行球化退火，硬度过高，挤压时易在零件转角处出现开裂，而退火后开裂率可降至0.5%以下。

模具设计优化是避免冷挤压开裂的关键，需通过合理的模具结构减少材料变形时的应力集中，确保金属流动均匀。一是优化模具型腔圆角，冷挤压模具的入口圆角、型腔转角处需设计足够大的圆角半径，通常不小于1.5-3mm，避免因尖角导致材料在变形时产生局部应力集中，引发开裂；例如制造深腔冷挤压件时，模具底部圆角若过小，材料流动受阻，易在底部产生裂纹，增加圆角后可使应力分布均匀。二是设计合理的润滑槽与排气孔，模具型腔需开设润滑槽，确保润滑剂能均匀覆盖材料表面，减少摩擦；同时在金属流动的末端开设排气孔，排出挤压过程中产生的空气，避免空气被压缩后形成高压，导致零件内部出现气孔或开裂。三是选择高强度模具材料，如Cr12MoV、DC53等，经淬火回火处理后硬度达HRC58-62，确保模具在高压下不变形，避免因模具变形导致材料受力不均而开裂。

工艺参数控制是防止冷挤压开裂的核心手段，需根据材料特性与零件结构，合理设定挤压速度、挤压压力与变形程度。挤压速度过快会导致材料变形不均匀，局部温度骤升，引发热应力开裂，通常控制在5-20mm/s；例如冷挤压铜合金零件时，速度超过25mm/s易出现表面裂纹，降低速度后可消除裂纹。挤压压力需根据材料的屈服强度与变形程度确定，压力过高会超过材料的强度上限，导致开裂，通常通过试挤确定压力；如10钢冷挤压成型时，挤压压力一般控制在800-1200MPa，超过1500MPa易出现整体开裂。变形程度需控制在材料的塑性范围内，单次变形程度过大易导致材料加工硬化严重，塑性下降，引发开裂，对于复杂件或高变形量零件，需采用多道次挤压，每道次变形程度控制在30%-50%，例如制造长径比大于10的冷挤压的轴类零件，需分3-4道次挤压，避免一次性挤压开裂