冷溫成形成套技術內容及技術關鍵

1. 冷溫鍛造時材料的流動規律 

（l）多工位冷溫鍛時金屬的流動規律 冷溫鍛造工藝在實際生產應用中，由于鍛件形狀的復雜，采用的變形方式也是多樣的如正擠、反擠、鐓粗、以及鐓擠、正反擠的復合變形方式，因此金屬的流動規律是十好復雜的。在多工位連續變形的條件下，要合理的選擇每道變形毛坯的形狀和尺寸，以便使工序之間合理匹配，金屬變形流動規律趨于合理，對于軸對稱件利用二維有限元模擬方法可以較為正確的掌握每道工序的金屬變形規律，以便確定合理的工藝方法和毛坯尺寸，優化鍛造工藝設計。提高鍛件質量。 

（2）閉式（無飛邊）模鍛時材料的變形規律 研究冷溫鍛造時金屬材料的變形規律是為了在制定工藝時選擇合理的毛坯形狀和尺寸，以達到最優的工藝設計。實際生產中鍛件的變形方式不是單一的鐓粗。擠壓，而是鐓擠，正反擠復合變形，因此掌握鍛造過程中材料的變形規律是很困難的，近二十年來，由于大型計算機的普及和有限元計算方法的發展，使得鍛造過程中材料的流動規律的數值模擬得以實現。 

  有限元數值模擬攝造過程中材料流動規律的結果分析，對無飛邊模鍛的擠壓工藝制定提供了可靠的保證。 

2. 冷溫鍛造的變形程度 

  所謂變形程度就是被加工件的截面積和原始毛坯截面積的變化程度。鐓粗時零件離截面積比原始毛坯截面積增加，擠壓時零件截面積比原始毛坯截面積減少。 

（1）擠壓件的變形程度可按下式計算。 

當擠壓回轉體零件時，根據上述計算公式，可得到各種擠壓件變形程度的簡化計算公式。 

（2）確定擠壓件最大變形程度的因素 

1）材料塑性允許的最大變形程度。

2）模具強度允許的最大單位擠壓力。在相同的溫度下，熱模具鋼的強度低，高速鋼的強度高。擠壓件的單位壓力不能超過模具允許的強度，同時使用時還應很好控制模具溫度，不能太高，否則易變形。 

3）產品的組織和性能所要求的最小變形程度。鑄態組織直接擠壓時，擠壓比應大于10。擠壓時還應避開臨界變形區。 


3．擠壓力的計算 

（1）溫熱擠壓變形力的計算 

1）按經驗公式計算法：碳鋼、低合金鋼和奧氏體、馬氏體不銹鋼在200～600℃進行。溫熱擠壓時，可按下式計算 F＝Ap 

式中 F——擠壓力（kN）； 
A——凸模截面面積（mm2）； 
p——凸模單位技壓力（MPa）。 

凸模單位擠壓力p可按下式求得 

p＝15.75（76C＋1.3Ni－0.08Cr＋0.1t＋0.36ψ＋143） 

式中 C——碳的質量分數（％）； 
Ni——鎳的質量分數（％）； 
Cr——鉻的質量分數（％）； 
t——毛坯加熱溫度（℃）； 
ψ——斷面收縮率（％）。 

2）圖解法計算變形力：圖解法是根據溫熱擠壓的擠壓溫度和擠壓材料，從圖中查得相關值后，根根公式計算得出。 

（2）冷擠壓力的計算 

1）公式計算法：鋼冷擠壓成形時，其擠壓力可按下式估算： 

F＝Ap＝AZmnpKσb 

式中 F——擠壓力（kN）； 
p——單位技壓力（MPa）； 
Zm——模具形狀系數； 
np——變形程度系數； 
K——安全系數、一般取1.3； 
σb——擠壓前毛坯的抗拉強度、對于碳素鋼噸po10／3HB（MPa）； 
A——凸模工作部分模截面面積（mm2）。 

2）圖解計算法。用查圖法計算擠壓力比較簡便�？梢允∪�復雜的數學運算。圖解計算法可分為黑色金屬正擠壓和反擠壓兩種線圖。圖中曲線考慮到擠壓件的形狀、毛坯相對高度等主要因素對擠壓力的影響。其未解過程可按四個部分中的箭頭依次進行。 

4. 擠壓設備的選擇 

選擇擠壓設備時，除了考慮擠壓速度對被擠金屬產生熱效應的因素外，還要考慮壓力機應有足夠的剛度和導向精度，以及設置可靠的防超載裝置。 

當用摩擦壓力機擠壓時，為了增加設備的強度和剛度，工作臺墊板應為鑄鋼件。臺上的孔應縮小。由于擠壓后零件留在模具上，擠壓件與模具間有較大的抱緊力，所需的頂出力較大（約為公稱壓力的10％～20％），因此壓力機頂出裝置應加強。除此之外，還應根據壓力機滑塊允許的負荷曲線對擠壓力及行程進行檢驗。也就是說，在整個擠壓行程范圍內，擠壓力應小于壓力機允許的行程-壓力曲線的臨界值，不能按公積壓力確定。 

擠壓時，最好采用專用的擠壓機作為技壓設備。肘桿式擠壓機的特點是行程小，行程次數多，加壓時間長，適宜擠壓工作行程短的零件。拉力肘桿式和曲軸肘桿式擠壓機適用于較長零件的擠壓。液壓式擠壓機能在全行程上以公積壓力工作，擠壓速度和行程可以調節，適宜擠長度大的零件。 

5．擠壓毛坯的軟化處理 

擠壓時，一般都在三向壓應力狀態下使金屬產生塑性變形，金屬流動十分劇烈，冷擠壓時變形抗力大，冷作硬化嚴重。因此，鋼制毛坯在冷擠壓前必須進行軟化處理。其目的是降低材料的硬度、提高塑性，消除內應力并得到良好金相組織。 

軟化處理有以下兩個方面的內容： 

l）毛坯的軟化處理是為了降低強度和硬度，提高塑性，改善金相組織。 
2）工序間的軟化熱處理，主要是為了消除加工硬化和內應力。 

鋼材不同，所選用的軟化熱處理的方法也不同。一般碳的質量分數在0.3％以下的碳鋼和合金鋼，多采用球化退火。等溫退火一般用在合金鋼，它比完全通火的時間短，氧化部脫碳較輕，內部組織和硬度分布較均勻。低溫退火只能作為變形工序間的消除應力退火。固溶處理適用于奧氏體不銹鋼的軟化熱處理。奧氏體型高溫合金（如GH140）也可用淬火軟化。鋁、銅有色合金則有的用淬火軟化，有的用退火軟化。
6．傳溫鍛造毛坯表面處理及潤滑。 

毛坯表面處理及潤滑是冷鍛成形中的一項重要措施。它可以減小變形時的摩擦阻力和單位擠壓力，提高冷鍛件的表面質量，延長冷鍛模的使用壽命等。 

毛坯表面處理和潤滑的幾點要求： 

1）因為冷鍛時單位擠壓力大，要求表面潤滑層必須能夠承受高壓而不破壞。因此要求潤滑劑在高壓下能有良好的吸附性，保證冷鍛成形過程中能起到潤滑作用。 

2）因為冷、溫鍛造時毛坯的溫度各不相同，故要求潤滑劑在相應的溫度下能具有良好的潤滑性、粘附性和良好的熱穩定性。 

3）價格便宜，操作方便，無毒且不產生有害的氣體。 
冷鍛常用的潤滑劑有豬油、羊毛脂、豆油、菜子油、礦物油、硬脂酸鈉、硬脂酸鋅及皂化液等。動物油含大量的脂肪酸，能夠在毛坯表面形成均勻而堅固的油膜，潤滑效果比礦物油好。當單位鍛造力和變形程度較大時，就必須將潤滑劑涂在先經表面處理的毛坯表面。經過表面處理后，毛坯表面能形成一層多孔性薄膜，它具有更好的塑性，可以隨金屬變形。由于這層薄膜呈多孔狀，能夠容納一定量的潤滑劑，使潤滑劑在冷鍛時不致被擠掉，對于碳鋼和不銹鋼材料主要是進行磷化-皂化處理和草酸鹽處理。 

溫鍛工藝發展的時間不長，比較理想的是超微粒水劑石墨和一些添加劑組成的潤滑液，我國目前已經開發了一種超微粒水劑石墨潤滑劑，但還沒有形成成熟的系列溫鍛潤滑劑。