冷锻工艺的详细介绍

1冷锻的基本概念2冷锻的特点（1）优点（2）缺点3冷锻的发展历史与发展动向第一节冷锻的来源及概述1、冷锻定义：冷锻，又叫冷体积成形，是一种制造工艺也是一种加工方法。与冲压加工工艺基本上一样，冷锻加工也是由材料、模具和设备三要素构成。只是冲压加工中的材料主要是板材，而冷锻加工中的材料主要是圆盘线材。日本（JIS）叫冷间锻造（简称冷锻）中国（GB）叫冷钝，外面螺丝厂喜欢叫打头一、冷锻定义及基本概念2、冷锻的基本概念冷锻是指金属的再结晶温度以下进行的各种体积成形。从金属学的理论可知，各种金属材料的再结晶温度有所不同；T再=（0.3～0.5）T熔。T熔如下表所示：金属最低再结晶温度/℃金属最低再结晶温度/℃铁（Fe)和钢铜(Cu)铝(Al)360～450200～270100～150锡(Sn)铅(Pb)钨(w)001200从表内的数字可知：铁金属和非铁金属的最低再结晶温度。即使在室温或常温的条件下铅、锡的成形加工都不能称作冷锻，而是热锻了。但是铁、铜、铝在常温下成形加工就可称作冷锻。二、冷锻的特点1、冷锻优点：在生产中，冷锻与切削、热锻、粉末冶金及铸造相比，具有以下优点1.材料消耗少，基本无废料。所以相当的节约材料费,而且没有因坯料为热态而污染环境.2.生产效率高；(冷锻机速度可做到1分钟60至600PCS）.3.冷锻零件的强度性能好，因为冷变形有加工硬化效应；因此提高性能，4.工件精度高，是一种精密成形技术；5.冷锻技术不断开拓,加工方法在提高,也在向一些难度系数较高的产品开发.如下图是切削和冷锻加工的对比图例：冷锻挤压成形切削（填充区域材料需切除）1.模具要求高；(模具加工难度系数大,成本费用高,加工时间长.)2.不适合小批量生产；3.材料要求更高:(材料往往需要软化退火处理或表面磷化润滑处理（之前公司的铝材）处理；这是由于冷锻的变形抗力大。所以较大的产品就应该选择大的机器；)2冷锻缺点：三冷锻的发展历史及发展动向人类最早的生产制造技术是冷压；冷压是冲压与冷锻的结合。在世界文明古国之一的中国：原始社会就出现制陶工艺；发展到奴隶社会的商代已进入属于青铜时代的繁荣时期；在出现包括紫铜、青铜的冶炼铸造的同时，也有了多种铜器的制造；进入封建社会，先后创始了冶铁、炼铜技术，铁器制品也获得了广泛的应用。日本学者工腾英明教授于1980年在哈尔滨工业大学讲学时给出了一个评价，认为中国古代冷锻、冷压加工比埃及还早。近代冷锻加工与冲压加工紧密相连，经过近200年的发展，也行成了一门应用技术科学和制造技术。起发展简史可用以下重要事例予以说明。近代冷锻技术是从18世纪末开始的。自从法国革命时代法国人把铅从小孔中挤压出制成枪弹以来，挤压成为一个新名词，一种新工艺。1830年，法国开始了用机械压力机反挤压出铅管和锡管。1886年，法国世面上出现了注射成形的中空有底的子弹壳。以上均属于热锻、热压成形，但却为冷锻的基础1900年，美国L.E.Hooker取得了铅、锌、铝和黄铜等有色金属材料空心件正挤压方法的专利，并制造了黄铜的西服扣。第一次世界大战争期间，美国用正挤压方法制造了黄铜弹壳，德国开发了钢弹壳。1935年，德国人采用了前一年发展的磷化处理方法和新润滑挤，用挤压的方法制造出了钢质子弹壳，成为二战时期的军事秘密。1940年，钢制壳、简体零件的冷挤压出现。1945年以后，不仅钢的冷挤压达到了实用的条件，而且冷锻生产中逐渐出现将基本工序组合起来。如复合挤压、镦挤以及一些新的冷锻工艺与设备。1、冷锻加工定义:第二节冷锻可加工的范围冷锻加工的定义:冷锻加工是利用金属材料塑性变形的原理,在室温的条件下；将金属材料切断后,送入冷锻机的模具型腔内,在强大的单位挤压力和一定速度的作用下,迫使金属毛坯在模腔内产生塑性变形，从而变成所需形状、尺寸、并且有一定力学性能要求的零件。冷锻属于金属在室温下的体积塑性成形，其变形方式有：镦锻、挤压等；2冷锻加工的适合范围:随着社会的不断进步，市场的高速发展，产品需求各式各样，因此冷锻加工技术也在努力的开拓新的市场，向信息化的产品靠拢，下记图片的产品基本上可以用冷锻作业完成，冷锻分为（铁芯、轴类（圆、扁）、轴类（打孔）、轴类（搓沟）、螺丝等等）现代冷锻加工：近几十年来，冷锻技术的发展更加迅速。1963年成立了国际冷锻协会ICFG（Inter-nationalcoldForgingGroup).目前，很多国家（包括中国）都成立了相应的协会和学会。这对学术的交流以及学术与工业间的联系起到了重要作用。日本冷锻技术的发展，是在20世纪50年代初从国外进口有关论文和专利并介绍到日本而开始的。首先应用于自行车零件的冷锻。随后冷锻进入到摩托车、纺织机械的生产行业。到60年代，进入到汽车工业、电器工业等领域。80年代以来日本冷锻技术在高精密、复杂形状零件加工方面的应用和研究，取得重要成果。我国现代冷锻技术起步发展比外国慢，比日本晚了近十年。我国20世纪50年代初开始从国外引进了冷锻技术和冷镦机，进行黑色金属冷镦并开始挤压成形一些铝、铜及其合金零件。21世纪，在冷锻技术的生产应用和理论研究方面，我国正在继续追赶世界先进水平并有自己的特色。一些工厂企业，尤其是一些汽车零部件生产厂家，在积极应用冷锻加工发展汽车零件中的冷锻件，德国学者、曾长期任国际冷锻协会主席的K.郎格教授，1985年在上海交通大学讲演中，提出冷锻技术未来的发展趋势和目标：提高冷锻产品的精度和表面质量，生产出几何形状更为复杂的冷锻、温锻产品；借用CAD/CAM提高其工艺模具的设计、制造水平。通过采用新的模具材料及表面处理技术，并与新的润滑系统结合起来，提高模具寿命；将冷锻技术应用小批量生产中，以减少冷锻技术对汽车行业的依赖性，从而开辟冷锻技术实际应用的新领域。冷锻技术未来发展动向：铁芯类此铁芯可用高速机生产:300min/PCS此孔Pin线打孔此孔圆弧孔此孔深孔台阶孔此孔Pin线打孔此孔Pin线打孔此凸点为顶针顶出铁芯类轴类(圆)轴类(圆)轴类(打孔)轴类(打孔)轴类(扁的)轴类(搓沟)轴类(搓螺丝)第三节冷锻产品的加工计算方法一、单重计算：单位：mm略图1、略图2、d12×h1=M1d22×h2=M2d32×h3=M3M1+M2+M3=M总单重（g)=M总×A因材料的元素成份与密度的差异，单重也有所不同，参考值如下ρ=m/vm------质量（kg）v------体积（m3）ρ------密度（kg/m3）铁（Fe)0.006162不锈刚（SUS）0.00628铜（Cu）0.006594铝（Al）0.002136经验数是从质量、体积、密度之间用公式推算出来的，这里就不多做解释经验数A=二、根据产品选择机型、材料线径及料长L的计算：1、机型的选择：2、料长L计算：d12×h1+d22×h2+d32×h3材料线径d2L=根据产品d2的大小来选用适合的机型,例如:d2=ф4mm可以选择很多机型,1、如台湾机型号(2-2,2-4,3-3,)2、日本的机型号(NH-15，NS41，PF-420，NP40，NP60，PF630，NP81，PF-860）最好机型是3-3或PF-420，因为大的机器产品太小不易调整三、根据产品计算强束比，确认冷锻是否可以加工：d=材料线径75（%）2、模具内的壁空强束1、产品强束比：≤×100≤d2–d12d250（%）不锈钢铁（Fe）经验数经验数×100≤D2–d12D2≤50（%）不锈钢铁（Fe）经验数经验数75（%）×100≤D2–d12D2≤25（%）不锈钢铁（Fe）经验数经验数30（%）3、模具外的不完全强束d=材料线径顺强束逆强束四、根据产品计算膨胀比，确认头部是否可以到位：3.5（倍）1、产品膨胀比：≤≤d22.h+D2.td33.0（倍）不锈钢铁（Fe）经验数经验数但l、d2d1d1=d=4d2=4.5D=10h=3.5t=1.54.52×3.5+102×1.5例：433.45（倍）≤=材料线径ι五、根据产品计算断面收缩率，确认打孔部品是否可以加工：75(%)1、断面收缩率：≤≤D2铁（Fe）经验数D=φ4.0d=φ2.5ι=62.52例：d22、产品细长比：×10030(%)经验数dι3倍≤(细长比))42×100=39(%)62.5=2.4(倍)L指打孔的深度第四节、金属材料定义与分类金属是指具有良好的导电性和导热性、有一定的强度和塑性、并具有特殊金属光泽的物质。如铁、铜、铝等。金属材料是由金属元素或以金属元素为主，其他金属或非金属为辅构成的，并具有金属特性的工程材料。包括纯金属和合金。1、金属材料的定义2、金属材料钢分类：按钢用途分建筑及工程用钢机械结构钢工具钢特殊性能钢专业用钢按钢品质分普通质量钢优质钢高级优质钢按治炼方法分平炉钢转炉钢电炉钢脱氧方法沸腾钢镇静钢半镇静钢按含C量分低碳钢WC≤0.25%中碳钢WC=0.25%~0.6%高碳钢WC0.60%按合金元素分含量低合金钢WMe≤5%中合金钢WMe=5%~10%高合金钢WMe10%按合金元素分元素锰(Mn)钢铬(Cr)钢硼(B)钢硅(Si)锰(Mn)钢铬(Cr)镍(Ni)钢按合金冷却组织分珠光体钢贝氏体钢马氏体钢奥氏体钢莱氏体钢按最终加工方法分热轧材冷轧材拉拔材锻材挤压材铸件3.机械零件类材料（JIS标准）；炭素钢SXXCXX表示含炭量，S30C以上都要调质热处理机械构造用钢合金钢镍铬钢SNCXXX镍铬钼钢SNCMXXX铬钢SCRXXX铬钼钢SCMXXX特殊用途钢不锈钢奥氏体钢SUS303、304铁素体钢SUS430马氏体钢SUS410、416SUS420J218Cr构成成份不容易生锈，有磁性，一般要热处理。工具钢炭素工具钢SKXX代含炭量（SK5）高速工具钢SKHXXXX番号，数字越大代表越硬合金工具钢SKSXX特殊工具钢SKDXX又称模具钢，SKD11和SKD61弹簧钢SUP用于弹簧快削钢SUM一般铁材，切削性能好轴承钢SUJ用于轴承类，热处理提高硬度XXX数字，表示不同组成成分量；一般都要调质热处理，性能比炭素钢优良；18Ni，8Cr的构成不会生锈，非无磁性。冷锻常用XM7。18Cr构成成份不容易生锈，有磁性，一般要热处理。硬度高，用做手术刀具种类分类名称w(c)%室温平衡组织性能特点铁工业纯铁0.0218铁素体（或铁素体+三次渗碳体）具有较低的强度和硬度，较高的塑性与韧性钢亚共析钢0.0218~0.77先共析铁素体+珠光体，含炭量高时，珠光体多具有一定的强度和韧性。含碳量高时强度较高而塑性较低共析钢0.77珠光体具有较高的强度和硬度及较低的塑性过共析钢0.77~2.11珠光体+先共析渗碳体。含碳量高时，渗碳体多具有高硬度，其强度和塑性较低，含碳量高时，硬度较高而强度、韧性较低铸铁亚共晶铸铁2.11~4.30珠光体+二次渗碳体+莱氏体强度低、硬而脆共晶铸铁4.30莱氏体过共晶铸铁4.30~5.69一次渗碳体+莱氏体4.铁和钢的区别：钢号（代号）C（碳）Si（硅）Mn（锰）P≤（磷）S≤（硫）Al（铝）沸腾钢SWRCH6RSWRCH8RSWRCH10RSWRCH12RSWRCH15RSWRCH17R≤0.08≤0.100.08-0.130.10-0.150.13-0.180.15-0.20------≤0.60≤0.600.60-0.600.60-0.600.60-0.600.60-0.600.0400.0400.0400.0400.0400.0400.0400.0400.0400.0400.0400.040------铝镇静钢SWRCH6ASWRCH8ASWRCH10ASWRCH12ASWRCH15ASWRCH16ASWRCH18ASWRCH19ASWRCH20ASWRCH22A≤0.08≤0.100.08-0.130.10-0.150.13-0.180.13-0.180.15-0.200.15-0.200.18-0.200.18-0.23≤0.10≤0.10≤0.10≤0.10≤0.10≤0.10≤0.10≤0.10≤0.10≤0.10≤0.60≤0.600.60-