模具廠家的冷擠壓技術與冷鍛工藝

冷鍛是以常溫狀態下，經過產品塑形使其達到特定的規格要求，從而應用于產品或特定產品組件，此過程叫冷鍛工藝，據不完全統計從國外的鍛造發展史有近5000年左右，中國從鋼鐵的冶煉到打造也有近數千年，當代越來越多樣化的冷擠壓技術應用而生。

前面章節我們有介紹過《冷鍛和冷擠壓的區別》，它們首先是名稱的不同，在者是工工藝上的不同，其中因為工藝和使用材料等的不同，應用領域也是有所區別的；

當前汽車工業的飛速發展，為冷鍛技術的發展提供了原動力，據不完全統計，每輛轎車中的冷、溫精密鍛件重量達45~50 kg，后軸驅動汽車上的半軸、萬向節中的十字軸、直齒圓錐齒輪、花鍵、輪轂螺母、汽車交流發電機爪極、前驅動轎車等速萬向節零件、同步器齒環等都是典型的汽車冷鍛件。圖1-1是日本的工藤英明教授歸納的1960-1995年間日本轎車每隔5年新投產的精密鍛造零件。1965年時每車精鍛件只有6kg左右，到1995年已增加至45 kg。從20世紀60年代開始，主要生產小型軸對稱產品（如輪轂螺栓等），較大的鍛件（如汽泵轉子）則從20世紀70年代開始生產。20世紀80年代，CVJ零件是重要產品，從1990年開始，精密齒輪成為主要的目標產品。

現代冷鍛技術是從18世紀末開始的，但直至20世紀30年代德國人發明了在工件表面形成磷酸鹽薄膜的表面潤滑方法后，冷鍛技術才逐步走向實用。1967年，國際冷鍛組織(International Cold Forging Group，ICFG)成立并于1968年在英國倫敦召開第一次全體會議。ICFG每年舉行一次全體會議，出版了大量行業技術文件或標準，對冷鍛技術的國際學術交流和生產起到了重要的促進作用。目前，ICFG主要在以下領域開展工作：

(1)模具廠家的壽命與模具質量(Tool life and tool quality)：主要研究與模具壽命和模具質量相關的模具材料、表面處理、摩擦、疲勞等。

(2)成形過程數值模擬(Process simulation)：主要研究數值模擬軟件的應用、輸入數據的可靠性、商用軟件的進展、現有模型的局限性等。

(3)冷鍛件性能(Properties of cold forged products)：主要研究冷鍛件的殘余應力、加工硬化、尺寸精度、變形、金相組織、機加工性能、輕量化設計等。

(4)增量體積成形(lncremental bulk forming)：主要研究與增量體積成形相關的數值建模、材料測試、物理模擬、模具磨損、創新應用等。

我國的冷鍛技術起步于20世紀50年代末，并于1962年在上海交通大學成功開發了第一個黑色金屬冷擠壓零件（梭心套）。1965-1975年是我國冷鍛技術工業應用的第一個高潮，主要用于自行車、縫紉機、卡車、電子工業，開始引進國外的專用機械冷鍛壓力機，并研制了1600～3000 kN機械冷鍛壓力機、6300 kN液壓擠壓機、2500 kN雙向自動擠壓機等。同時，在理論創新方面，提出了黑色金屬冷擠壓許用變形程度理論，為我國冷鍛工藝的發展奠定了基礎。圖1-2至圖1-4所示為20世紀60年代至20世紀70年代，國內完成的部分黑色金屬（材料包括：純鐵、碳素鋼、低合金鋼、不銹鋼、高速鋼、耐熱鋼）、紫銅及黃銅冷擠壓件、鋁及鋁合金冷擠壓件。

由于有些產品數量未達到經濟批量，20世紀70年代后期我國冷鍛技術未能持續發展而轉入低谷。90年代以來，隨著我國轎車、摩托車產量的快速增長，冷鍛市場得以擴大，多工位成形、溫（熱）冷復合成形、閉塞鍛造、背壓鍛造、分流鍛造以及冷溫鍛造成形數值模擬等技術得到應用，但我國的冷鍛技術與發達國家相比仍有很大的差距，加強冷鍛技術的開發與推廣應用是一項緊迫的任務。

高速鍛造技術因其生產效率高，特別適合于零部件的大批量生產。高速冷鍛機在國外精密鍛造企業得到了廣‘泛的應用，如瑞士哈特貝爾(HATEBUR)公司的Coldmatic系列冷鐓鍛機采用多工位臥式鍛造，工位間以機械手夾鉗自動送料、高速剪切下料系統保證毛坯的表面質量和精度、可單獨調節的機械手可以把任意形狀和長度的工件很好地夾持并在恰當的時間傳送到下一工位等優點。在Coldmatic AKP 4-6S設備上可以實現精密下料并通過6個工位完成圖1-14所示小齒輪件的成形：①精密下料；②無須對料段整形的前提下對小直徑部分進行正擠壓；③鍵槽部分的正擠壓；④端部鐓粗；⑤小齒部分的反向擠壓成形（無須翻轉零件）；⑥在凹模側將臺肩直徑減??；⑦對小齒部分進行Z后的精整。該零件生產效率可達160件/分鐘。