冷鍛工藝與模具圖書目錄

冷鍛是冷模鍛、冷擠壓、冷鐓等塑性加工的統(tǒng)稱。是對物料再結(jié)晶溫度以下的成形加工，是在回復(fù)溫度以下進行的鍛造。生產(chǎn)中習(xí)慣把不加熱毛坯進行的鍛造稱為冷鍛。冷鍛材料大都是室溫下變形抗力較小、塑性較好的鋁及部分合金、銅及部分合金、低碳鋼、中碳鋼、低合金結(jié)構(gòu)鋼。冷鍛件表面質(zhì)量好，尺寸精度高，能代替一些切削加工。冷鍛能使金屬強化，提高零件的強度。

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冷鍛的定義

冷鍛又叫做冷體積成形，是一種制造工藝也是一種加工方法。與冷沖壓加工工藝基本一樣。冷鍛工藝也是有材料、模具、設(shè)備三要素構(gòu)成。只是沖壓加工中的材料主要是板材，而冷鍛加工中的材料主要為圓盤或線材 。

日本（JIS）叫冷間鍛造（簡稱冷鍛） 中國（GB）叫冷鐓，一些螺絲廠也喜歡稱為打頭。冷鍛是指金屬的再結(jié)晶溫度以下進行的各種體積成形。從金屬學(xué)的理論可知，各種金屬材料的可再結(jié)晶溫度有所不同；T再=（0.3-0.5）T熔。

（注：JIS，日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的簡稱，由日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)調(diào)查會組織制定和審議）

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可知：鐵金屬和非金屬的最低再結(jié)晶溫度。即使在室溫或者常溫的條件下鉛、錫的成形加工都不能稱作冷鍛，而是熱鍛了。但是鐵、銅、鋁在常溫下成形加工就可以稱為冷鍛。

冷鍛零件的形狀越來越趨于復(fù)雜，由最初的階梯軸、螺釘、螺釘、螺母和導(dǎo)管等，發(fā)展到形狀復(fù)雜的零件?；ㄦI軸的典型工藝為：正擠壓桿部——鐓粗中間頭部分——擠壓花鍵；花鍵套的主要工藝為：反擠壓杯形件——沖底制成環(huán)形件——正擠壓軸套。圓柱齒輪的冷擠壓技術(shù)也成功用于生產(chǎn)。除黑色金屬外，銅合金、鎂合金和鋁合金材料的冷擠壓應(yīng)用也越來越廣泛。

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工藝介紹——冷鍛

冷精鍛是一種（近）凈形成形工藝。采用該方法成形的零件強度和精度高，表面質(zhì)量好。當(dāng)前國外一臺普通轎車采用的冷鍛件總量40~45kg，其中齒形類零件總量達10kg以上。冷鍛成形的齒輪單件重量可達1kg以上，齒形精度可達7級。

持續(xù)不斷的工藝創(chuàng)新推動了冷擠壓技術(shù)的發(fā)展，20世紀(jì)80年代以來，國內(nèi)外精密鍛造專家開始將分流鍛造理論應(yīng)用于正齒輪和螺旋齒輪的冷鍛成形。分流鍛造的主要原理是在毛坯或模具的成形部分建立一個材料的分流腔或分流通道。鍛造過程中，材料在充滿型腔的同時，部分材料流向分流腔或分流通道。分流鍛造技術(shù)的應(yīng)用，使較高精度齒輪的少、無切削加工迅速達到了產(chǎn)業(yè)化規(guī)模。對于長徑比為5的擠壓件，如活塞銷，采用軸向余料塊的廣泛通過軸向分流可以實現(xiàn)冷擠壓一次成形，而且凸模的穩(wěn)定性很好；對于扁平類的直齒輪成形，采用徑向余料塊也可以實現(xiàn)產(chǎn)品的冷擠壓成形。

閉塞鍛造是在封閉凹模內(nèi)通過一個或兩個沖頭單向或?qū)ο驍D壓金屬一次成形，獲得無飛邊的近凈形精鍛件。一些轎車精密零件如行星和半軸齒輪、星形套、十字軸承等如果采用切削加工方法，不僅材料利用率很低（平均不到40%），而且耗費工時多，生產(chǎn)成本極高。國外采用閉塞鍛造技術(shù)生產(chǎn)這些凈形鍛件，省去絕大部分切削加工，成本大幅度降低。

冷鍛的技術(shù)發(fā)展

冷鍛技術(shù)的發(fā)展主要是開發(fā)高附加值的產(chǎn)品，降低生產(chǎn)成本，同時，它還在不斷地向切削、粉末冶金、鑄造、熱鍛、板料成形工藝等領(lǐng)域滲透或取而代之，也可以和這些工藝相結(jié)合構(gòu)成復(fù)合工藝。熱鍛-冷鍛復(fù)合塑性成形技術(shù)是將熱鍛和冷鍛結(jié)合起來的一種新的精密金屬成形工藝，它充分利用了熱鍛和冷鍛各自的優(yōu)點：熱態(tài)下金屬塑性好，流動應(yīng)力低，因此主要的變形過程用熱鍛來完成；冷鍛件的精度高，因此零件的重要尺寸用冷鍛工藝來最終成形零件。熱鍛-冷鍛復(fù)合塑性成形技術(shù)出現(xiàn)于20世紀(jì)80年代，90年代以來取得了越來越廣泛的應(yīng)用，用該技術(shù)制造的零件，已取得了精度提高、成本降低的良好效果。

數(shù)值模擬技術(shù)

有效的數(shù)值模擬軟件是以剛塑性有限元法為基礎(chǔ)建立起來的，這些軟件有：Deform、Qform、Forge、MSC/Superform等。運用有限元數(shù)值模擬技術(shù)可用于檢驗工藝和模具設(shè)計的合理性。預(yù)鍛分流區(qū)-分流終鍛，用三維有限元數(shù)值模擬軟件Deform 3DTM進行了數(shù)值模擬研究，得到了鍛造載荷-行程曲線以及整個成形過程的應(yīng)力、應(yīng)變、速度分布等，并與傳統(tǒng)的閉式鐓擠工藝模擬的結(jié)果進行了比較。分析表明，傳統(tǒng)的閉式鐓擠成形直齒圓柱齒輪，成形載荷大，不利于齒形的充填。采用預(yù)鍛分流區(qū)-分流終鍛新工藝，可以大幅度降低成形載荷，親明顯改善材料的充填性，可以獲得齒形角部飽滿的齒輪。用三維大變形彈塑性有限元法對齒輪冷精鍛成形過程進行了數(shù)值模擬，對以閉式模鍛為預(yù)鍛和以閉式模鍛、孔分流及約束分流為終鍛的兩步成形模式的變形流動情況進行了數(shù)值模擬分析。數(shù)值分析結(jié)果及工藝試驗表明在終鍛中采取分流，尤其是約束孔分流措施對于降低工作載荷和提高角隅充填能力等方面十分有效。

智能設(shè)計技術(shù)

智能設(shè)計技術(shù)及其在冷鍛成形工藝、模具設(shè)計中的應(yīng)用。

美國哥倫布貝特爾實驗室開發(fā)出基于知識的預(yù)鍛幾何尺寸設(shè)計系統(tǒng)，因設(shè)計預(yù)鍛件的形狀為空間幾何體，須對其幾何形狀進行操作，故不能單純地用一般語言來描述推理過程。對于零件的幾何信息，采用框架方法表示，在框架中用不同的槽，定義出組成零件的基本成分和它們之間的拓?fù)潢P(guān)系。設(shè)計規(guī)則是用產(chǎn)生式規(guī)則表示，用OPS工具進行揄。J.C.Choi和C.Kim7開發(fā)了基于知識的冷鍛件和熱鍛件集成工序設(shè)計系統(tǒng)，并分別建立了冷、熱鍛件工藝設(shè)計規(guī)則。

基于知識設(shè)計方法在冷鍛成形工藝及模具的設(shè)計中的應(yīng)用，將徹底改變塑性成形傳統(tǒng)的依靠設(shè)計人員人人經(jīng)驗，設(shè)計過程中反復(fù)修改、設(shè)計效率不高的狀態(tài)。它使用人工智能、模式識別、機器學(xué)習(xí)等技術(shù)，在設(shè)計過程中從系統(tǒng)知識庫中提取合適的知識指導(dǎo)冷鍛成形工藝及模具設(shè)計。該項技術(shù)正在進一步發(fā)展之中?；谥R設(shè)計方法已成為鍛造成形工藝、模具設(shè)計智能化技術(shù)研究的一個特點課題。

冷鍛的優(yōu)缺點分析

工藝優(yōu)點

冷鍛工藝是一種精密塑性成形技術(shù)，具有切削加工無可比擬的優(yōu)點，如制品的機械性能好、生產(chǎn)率高和材料利用率高，特別適合于大批量生產(chǎn)，而且可以作為最終產(chǎn)品的制造方法（Net-shape Forming），在交通運輸工具航空航天和機床工業(yè)等行業(yè)具有廣泛的應(yīng)用。

工藝缺點

材料要求高；不適合少量加工；模具要求高。

冷鍛技術(shù)成形精度比溫鍛和熱鍛都要高，在精密成形領(lǐng)域有著其獨特的優(yōu)勢。冷鍛工藝的運用提高了內(nèi)膛光潔度、尺寸精度、表面強度，延長了槍管的壽命，使槍的射擊精度也相應(yīng)提高，而且便于加工錐型槍管，可以減小質(zhì)量。冷鍛工藝是斯太爾公司最先提出的，后來世界上很多國家都采用斯太爾公司的冷鍛機床加工槍管。

冷鍛技術(shù)的應(yīng)用范圍

當(dāng)前汽車工業(yè)、摩托車工業(yè)和機床工業(yè)的飛速發(fā)展，為冷鍛這一傳統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展提供了原動力。例如，我國1999年摩托車的全國總產(chǎn)量就有1126萬多輛，而根據(jù)2000年的初步估計，我國汽車的總需求量到2005年將達到330萬輛，其中轎車130~140萬輛，僅汽車行業(yè)的鍛件需求在50~60萬噸以上。冷鍛技術(shù)在我國的起步雖然不算太晚，但發(fā)展速度卻與發(fā)達國家有很大的差距，到目前為止，我國生產(chǎn)的轎車上的冷鍛件重量不足20kg，相當(dāng)于發(fā)達國家的一半，開發(fā)潛力很大，加強冷鍛技術(shù)開發(fā)與推廣應(yīng)用是我國的一項緊迫任務(wù)。

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