挤出（extrusion）是金属零件少、无切削压力加工工艺之一，它是根据金属塑性成形原理将挤压模具装在压力机上，在相当大的压力及一定速度下，使被加工的金属在模腔内受到三向压应力产生塑性变形，从而挤出所需尺寸、形状和一定的力学性能（mechanical properties） 的零件。

挤出工艺的优点如下：

1）材料利用率高。一般用切削加工方法制造金属零件时的材料利用率为40％～60％，而采用挤压工艺时材料利用率可达70％～95％

2）劳动生产率高。与切削加工相比，可提高生产率几倍甚至几十倍。

3）生产成本低。由于挤压工艺可以节约原材料和提高劳动生产率，零件制造的数量愈大则成本降低愈显著。

4）可提高零件的力学性能。由于零件是在三向压应力下挤压变形成形，使金属材料致密，并因冷变形强化而提高了强度。

5）可获得较高的尺寸精度和较低的表面粗糙度。尺寸精度为IT8～IT7级，表明粗糙度为Ra1.6~Ra0.2。

由于挤出工艺具有“优质、高产、低耗”的特点，所以在机械、电子、仪表、军工等制造业得到广泛的应用。

挤压件常用材料及选用原则

挤压材料的组织、性能与质量是挤压中的重要问题之一。它不仅关系到产品的质量和性能，也直接影响到模具的寿命，以及是否需要多次挤压和特殊的设备等等，在某种程度上决定着挤压的难易程度。

冷挤压加工方法的主要工艺特点是变形抗力大。为了使材料容易变形和减小模具应力，要求材料具有足够的塑性、最小的变形阻力、{zd1}的产生变形破裂的性能，同时它还必须具有极好的切削性能。为了达到这些基本的性能要求，对材料的力学性能、化学成分与表面质量等方面，都将提出严格的要求。

适合于冷挤压的材料

通常认为，当材料同时具有低冷变形强化速度和低硬度时，就具有{zj0}的冷挤压性能。材料的这种性质，是由其成分所决定的，而材料的成分又是根据对成品零件的要求而选择的，因此必须使材料的成分合适，并采用适当的热处理，以使经济效果{zh0}。

目前，很多材料是可以冷挤压的。适于冷挤压的材料主要为低碳钢和低合金钢。含镍量较大的各种钢，一般不进行冷挤压加工，因为挤压这类钢的模具剧烈磨损，并且需要很多加工工序和大型的专用挤压机。采用尽可能少的成形工序和中间退火工序，确保模具的使用寿命。挤出满足产品性能和使用要求的{zh1}形状，使其达到{zd0}的技术经济效果是选择冷挤压材料的基本原则。

1 材料的塑性（plasticity）

金属冷挤压同冷镦、冲压、锻造等压力加工工艺一样，都是利用金属的塑性。塑性决定于变形过程中金属的综合性能、温度，以及应力状态的特性。很多研究表明，只要适当的变形条件，包括合金钢在内的难变形材料的塑性可以得到很大的提高，就能使低塑性及复杂的零件挤压成形。为了提高材料的塑性，要尽可能在较明显的三向压应力作用下进行挤压成形，而且要极力避免在挤压件的个别部位产生显著的拉应力。因为拉应力的作用越大，且压应力的作用越小时，材料在变形时表现出的塑性越低。引起开裂的主要原因之一，就是在材料变形的个别地方出现拉应力。拉应力多数是在材料不与模具进行直接接触，或在具有一定的悬空情况下进行自由成形时产生的。因此，使工件与模具{zd0}限度的接触，借助于接触压力所产生的附加压应力，可以大大提高变形材料的塑性。

随着含碳量的上升和合金成分的增加，材料的塑性减小，而强度增高。钢中含碳量每增加0.1% ，它的强度就要提高6-~80MPa。所以含碳量大于0.3% 以上的碳钢、合金钢、轴承钢以及不锈钢等材料的塑性较低。铁的杂质和硫、磷含量可使塑性降低。因此，这些有害杂质的含量应控制在一定的范围内（不大于0.035%）。

材料晶粒大小对挤压加工性能的影响有这样的一般规律：金属与合金的晶粒尺寸增加时，其强度性能降低，塑性和可挤压性能提高。挤压材料的晶粒很小时，其塑性较低，弹性较高。过大的晶粒易使挤压零件的表面粗糙和经常引起裂纹。合理的晶粒平均直径约为0.02~0.06mm 。同时要求材料有尽可能均匀的晶粒结构。

在工程应用上，材料的塑性可以用断后伸长率（δ） 和断面收缩率（Ψ）来衡量。虽然不能全面地说明材料的塑性，但是它们是有应用价值的指标，并且容易确定。一般认为δΨ 值愈大，材料的塑性愈高，挤压加工时的工艺性能愈好。

纯铝（L1）、硬铝（LY11）和低碳钢（15＃）三种材料的性能进行比较（表1），不难看出，纯铝是一种塑性很好的材料，它的断后伸长率（δ）达到35％～40％，断面收缩率（Ψ）达到70％～90％ ，抗拉强度也较低，只有80～100MPa。它可以承受各种冷、热压力加工。但是，当纯铝与钢、镁等组成多组元的合金后，组织与性能就将xx改变。如标准硬铝的断后伸长率与断面收缩率就很低，甚至不如低碳钢。由于硬铝的断后伸长率小于，故称为低塑性材料。实践证实，硬铝合金挤压时虽然所需挤压力不大，变形也并不困难，但是挤压中极易产生开裂现象，这是由于硬铝塑性较差的缘故。

2 材料的变形抗力（anti-strain forces）

材料的塑性和变形抗力标志着材料的变形性能。变形抗力就是材料塑性变形所需要的应力。挤压时材料的变形抗力越小，加工时所需要的力也就越小。随着变形抗力的增加，材料的断面收缩率和断后伸长率都将下降。

通常，变形抗力随着变形程度的增加而变大。不同材料的变形抗力是截然不同的，有色金属及其合金挤压时的变形抗力就比较小。对于碳钢和合金钢来说，随着含碳量和合金元素含量的增加，变形抗力明显增大。随着变形程度的提高，有色金属及其合金变形抗力上升的幅度较小，而碳钢和合金钢都有明显上升。

因此，冷挤压材料的变形抗力愈小愈好，通过改进模具结构，提高软化处理的效果，选用塑性较好，具有低硬化速度的材料，都可以达到挤压加工时的变形抗力低的目的。

3 冷变形强化

冷挤压后，所有阻止金属变形的各项指标都有不同程度的提高：弹性极限增{bfb}~300，抗拉强度增加30％～120％ ，硬度增加60％～150％，即金属产生了冷变形强化现象。相反，塑性指标都有所下降：断后伸长率减小20％～90％，断面收缩率减小20％～60％。变形程度不同的挤压加工过程，硬化程度也是不同的。冷变形强化的材料变得硬而脆，塑性变形的能力降低，就是说，冷变形强化会阻碍金属的继续变形。

但是这一变化过程比较缓慢，即随冷变形强化程度的增加，变形阻力上升较慢，强度、硬度上升和断面收缩率、断后伸长率下降的幅度都不大，就是说，冷挤压时显示出不大的冷变形强化性。这样，继续变形又将成为可能，而使金属达到较高的变形程度。这一点在选择材料时，是很重要的。

因此，选择时效硬化敏感性较小和具有低冷变形强化速度的材料，对挤压变形是十分有利的。低的冷变形强化指数，被认为是良好的可成形性的指标。

4 表面质量

为了避免挤压时表面开裂，提高挤压件的表面质量，良好的材料表面质量是十分重要的。普通热轧棒料的表面大多数不能满足工艺要求，冷挤压一般用冷拉优质结构钢和深冲钢等。为了提高尺寸精度和表面粗糙度，用表面磨光的材料较为有利。材料的表面缺陷，如杂质、夹灰、擦伤、裂纹等，一般都零星地遍布在材料表面上，即使是合格的材料，加工时也难免产生缺陷，而原材料的表面缺陷会保留或扩大冷挤压件的表面缺陷。因此，应加强对原材料的检查和验收。

为了检查材料表面有无缺陷，及确定材料的变形性能，通常采用冷镦粗试验方法进行鉴别。表面有痕迹、内部有叠层、裂纹和夹灰的材料，冷镦时就会充分暴露出来。

冷挤压工艺对材料表面的基本要求是，表面应洁净、光滑，不应有发裂、气泡、划伤、氧化皮等缺陷，并且钢的断口和酸洗试片的组织不应有分层、缩孔、非金属夹杂物和白点等。

5 使用性能

上述几点，主要基于改善材料变形性能方面的考虑。至于那些主要从切削加工性能方面考虑选择的Y12钢及HPb59-1铅黄铜等易切削材料，xx可以用低碳钢和含铜量大于60％ 的黄铜来代替。但是，不论选择何种材料，挤压后的强度和硬度都必须达到零件图要求的指标，同时还要满足装配和使用要求。这一点，在确定或选择适合于冷挤压加工的材料时，是应该首先考虑的。

试验证实 ，低碳钢经过75％以上变形程度的挤压加工后，强度可提高一倍左右，即15＃、20＃钢挤压后的强度能够超过35＃钢，而与50＃钢的性能相接近，说明采用低碳钢挤压后可以用来代替中碳钢或高碳钢。零件图纸上规定的35＃、50＃钢材料，可以用20＃钢代替。20Gr和40Gr钢，若用20＃钢代替时，通常在挤压后，要对表面进行强化热处理。

如果靠冷变形强化不足以提高到要求的性能指标，或满足不了装配及使用要求时，则必须考虑改进工艺，重新选择材料，或采用强化处理工艺等等。

例如，硬铝冷挤压时，强化效果不显著，挤压后的硬度和强度都达不到技术条件上规定的性能指标。因此，对于有性能要求的铝合金挤压件，通常需要进行淬火和时效处理。从改善铝合金挤压件的后续切削加工方面进行考虑，这种处理也是十分必要的。对于表面耐磨性、表面硬度要求较高的零件，在挤压加工无法达到要求时，通常要采用表面强化热处理工艺，如渗碳、淬火、氮化处理等。

铆接、翻边、收口等装配方面的工艺要求，在选择材料时也应予以考虑，以求最终达到其使用性能。

2 冷挤压常用材料

随着材料科学和冷挤压技术的不断发展，可用于冷挤压加工的材料品种不断扩大，不但有色金属及其合金，如纯铝、防锈铝、紫铜及含铜量在60％ 以上的黄铜能挤压，强度较高、塑性较差的硬铝合金LY11，LY12，LY13及锻铝LD10 ，也都可用冷挤压进行加工。可挤压的钢材已经从低碳钢，发展到合金结构钢和不锈钢，甚至一些强度很高的材料，也可以在一定的变形程度内进行挤压。

工业纯铝是很理想的挤压材料，不仅变形抗力小，塑性好，而且冷变形强化不强烈，是一种挤压性能良好的材料。

Al-Mn系合金属于防锈铝，也是一种较为理想的挤压材料，其强度低、塑性高，压力加工性能良好。但是具有较高的强化倾向，不能进行热处理，主要靠冷变形强化提高强度。

Al-Cu-Mg系合金属于硬铝型合金，其中LY11为标准硬铝，LY12为高强度硬铝，是目前应用较多的两种硬铝。与纯铝、低碳钢比较，硬铝塑性较差，挤压强化不甚显著，且极易产生裂纹，因此，必须加强软化和润滑处理，制订不产生拉应力的最合理的变形条件和工艺方案。

锻铝LD10亦为高强度铝合金，与硬铝比较，含硅量较高，为0.6%~1.2%,硅可使LD10合金在热处理状态下的强度增加，淬火和人工时效后强度可达470MPa, 比LY11高50MPa以上。但是塑性不及LY11，尤其是在冷态下塑性较差，容易形成裂纹。因此在加工锻铝合金时，要特别注意软化效果及工艺变形条件。

目前冷挤压在生产中所用的钢大致可分为三类：

1）具有可成形性的钢。对这种钢的要求主要是它的可成形性，不要求有良好的挤压效果。这类钢主要指含碳量在0.1% 以上的普通碳钢。

2）要求通过成形工艺来提高零件力学强度的钢。凡是含碳量在0.2%以上的低碳、中碳和合金钢都可通过冷变形强化来达到这一目的。

3）要求通过热处理来提高零件力学性能的钢。当产品零件要求的强度比冷挤所能获得的强度更高时，或对整个横截面上的强度都要求很严格时，必须进行热处理。如自行车变速轴及摩托车发动机中的一些带有棘齿类的套筒零件，多采用20Gr和40Gr等低合金钢，挤压后一般仍达不到性能要求，尚需进一步进行热处理。对于这种材料，要求在热处理时具有较高的淬透性。但是要能够适当软化，以减小挤压力。

几乎凡是可以热锻的钢都可以进行挤压，但是由于受到工具和设备的限制，在目前技术条件下，含碳量在0.5%以下的碳钢，以及含量在锰1.5%、铬1.5%、镍0.75%、钼0.5%、硅0.3% 以下的低合金钢，挤压工艺性比较好。若用其他钢材挤压时则挤压工艺性较差，所采用的变形量应相应降低。材料中的硫 磷等非金属夹杂物应尽可能小。不同材料的牌号、化学成分和力学性能可查阅有关文献。

目前用于冷挤压的钢材及有色金属的牌号如下：

普通碳素钢：Q195、Q215、Q235、Q255、Q275

优质碳素结构钢：08、10、15、20、25、30、35、40、45、50、15Mn、16Mn、20Mn

合金结构钢：20MnV、20MnB、15Cr、30Cr、40Cr、18CrMnTi、30CrMnSi、35CrMnSi、12CrNiTi

不锈钢：0Cr13、1Cr13、2Cr13、1Cr18Ni9Ti；

弹簧钢：60Si2Mn

轴承钢：GCr9，GCr15

电工纯铁：DT1、DT2

铝：L1、L2、L3、L4、L5

防锈铝合金：LF2、LF5、LF21

硬铝：LY3、LY11、LY12、LY14

锻铝：LD5、LD10

紫铜：T1、T2、T3

无氧铜：Tu1、Tu2

黄铜：H62、H68、H80

锡磷青铜：QSn6.5-0.15

纯镍：N1、N2、N3、N4、N5、N6

镍铜合金：NiCu70－30

镁合金：MB1、MB2、MB3、MB4、MB5、MB6

钛与钛合金等等。