高强度不锈钢冷锻成形新技术amp冷锻

高强度不锈钢自动化冷锻成形技术简介

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高强度不锈钢零件（SUS）

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成形工序

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冷锻纹理流动图

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硬度测试

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高压感应接头端口（sensorport）

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参考资料：冷锻工艺的详细介绍

一、冷锻定义及基本概念

1、冷锻定义

冷锻（coldforging），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）叫冷镦，外面螺丝厂喜欢叫打头。

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：

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PCS。

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：

2、冷锻缺点：

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，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。

三、冷锻可加工的范围

1、冷锻加工定义:

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）。

四、冷锻产品的加工计算方法

1、单重计算

2、根据产品选择机型、材料线径及料长L的计算

3、根据产品计算强束比，确认冷锻是否可以加工

4、根据产品计算膨胀比，确认头部是否可以到位

5、根据产品计算断面收缩率，确认打孔部品是否可以加工

五、适合冷锻加工的最佳材料

1、冷锻可加工的材料范围可分为铁（Fe）、铜（Cu）、铝（Al）、不锈钢（SUS），铁（Fe)根据含碳（C）量不同，可以分工业纯铁、低碳钢、中碳钢、高碳钢。（注明：高碳钢含C量比较高，不易冷锻加工，如果需要用高碳钢时必需硬化退理后方可加工）。

纯铁：一般用于继电器上或者精度要求不高的产品也可以用纯铁，经常用的纯铁为CH1T、DT4C。

2、冷锻材料碳素钢的表示符号

SWCH××记号

SWCH：表示意思

S：Steel（钢），W：Wire（金属线），C：Cold（冷间），H：Heading（压造）

××：表示含碳量，记号：JIS：R：沸腾钢，A：铝镇静钢，K：硅镇静钢。

GB：R：沸腾钢，A：镇静钢，K：半镇静钢。

低碳钢、1A、6A、8A、12A、15A、16A、18A等等，数字表示含碳量，其中数字越小相对应含碳量就越低，材料就越软，反之数字越大，相对应含碳量就越高，材料就越硬，如1A、6A、一般于导电性能比较好的继电器上面，8A、12A、15A、16A，一般用生产轴类产品上面，18A以上的一般用于标准件螺丝上，所以用材料时千万不能将材料用错，不同的材料放在一起处理其硬度是完成不一样的。

3、铜（Cu）、铝（Al）、不锈钢（SUS）

铜（Cu）一般是H65（CW）、C为冷锻的铜材料最佳材料；

铝（Al）：JIS（，工业纯铝、A锻铝、A硬铝、防锈铝）以上几个号是冷锻常用铝；

不锈钢（SUSXM7、SUS）是冷锻常用料。

六、冷锻产品自动化成形过程及动画模拟

三次元机械手冷锻生产线

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3D动画冷锻过程模拟

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七、冷锻机台的用途介绍

冷锻机台的使用是根据产品的形状来决定的，所以不同的产品要用不的机台来完成加工工艺，目前所了解的机台型号大概分为以下几种（一模一冲、一模二冲、二模二冲、二模三冲、二模四冲、三模三冲、三模五冲、四模四冲、五模五冲、六模六冲），而且每一家机器厂商所制造出来的机器都会不一样，同时精密度也有很大的差异。

比如说一模一冲、一模二冲我们一般简称为单模机，主要是用来加工简单的产品，如普通的螺丝，铁芯，精度要求不高的轴类，其优点是速度快，调整比较简单，而且加工成本低，缺点是加工不了精密要求很高的产品和形状复杂的产品。

二模二冲、二模三冲、二模四冲、三模五冲、四模四冲、五模五冲、六模六冲我们一般称为多工位冷锻机，主要是用来加工比较精密的产品，它的加工范围包括精密的铁芯、轴类、螺丝等等。

铁芯、轴类、螺丝在如今信息化发展的领域里应用范围比较广泛，且互换性（简称通用）比较强，因此被应用多个行业中，例如：汽车、脚踏车、飞机、机器设备、电视机、电脑、复印机、打印机、空调、电冰箱，手表、手机、马达、充电器等等多个区域里。

八、冷锻模具的基本概念与相关知识

1、冷锻模具基本概念：

模具是冷锻的三要素之一，它的重要性是不可估量的；产品成形跟模具的型腔形状、精度以及模具材料密切相关。

2、冷锻模具基本组成如下图片：

3、冷锻模具常用材料的介绍：

注：此表格只是代表一些常用材料，若模具特殊设计时会根据产品需求，决定材质和热处理。

4、材料的特性：

超硬分为G1～G8，依次逐渐变软。关键是G1构造细密，而G8的构造很粗。超硬用烧结制成（粉末冶金），在铁的粉末中，混合碳.钴等用高温烧硬。由于是粉末，有时空气会残留在粒子间，我们把这个叫做气孔。气孔在模具中很难用肉眼看出。假如有气孔，那么在生产中就会出现气孔缺陷，造成模具破损，从而造成产品不良。气孔缺陷一般用HIP处理来改善。将超硬烧结后，放在个大气压状态中的空气抽出（真空处理）。

5、模具热处理硬度与力学性能：

冷锻工艺和热锻的区别

与热锻相比，冷锻省去了昂贵的加热设备，同时有用料省，加工精度高等优点，但也受限于工艺要求，所以对模具设计制造、设备压力要求等有更高的要求。

冷精锻是一种（近）净形成形工艺。采用该方法成形的零件强度和精度高，表面质量好。当前国外一台普通轿车采用的冷锻件总量40~45kg，其中齿形类零件总量达10kg以上。冷锻成形的齿轮单件重量可达1kg以上，齿形精度可达7级。

持续不断的工艺创新推动了冷挤压技术的发展，20世纪80年代以来，国内外精密锻造专家开始将分流锻造理论应用于正齿轮和螺旋齿轮的冷锻成形。分流锻造的主要原理是在毛坯或模具的成形部分建立一个材料的分流腔或分流通道。锻造过程中，材料在充满型腔的同时，部分材料流向分流腔或分流通道。

分流锻造技术的应用，使较高精度齿轮的少、无切削加工迅速达到了产业化规模。对于长径比为5的挤压件，如活塞销采用轴向余料块的广泛通过轴向分流可以实现冷挤压一次成形，而且凸模的稳定性很好；对于扁平类的直齿轮成形，采用径向余料块也可以实现产品的冷挤压成形。

随着计算机技术的飞速发展和塑性有限元理论的发展，冷锻成形工艺领域，通过建模和合适的边界条件确定，可以很直观地得到金属流动过程的应力、应变、模具受力、模具失效情况及锻件可能出现的缺陷情况。这些重要信息获得对合理的模具结构，模具的选材、热处理及成形工艺方案的最终确定有着重要指导意义。

分析表明，传统的闭式镦挤成形直齿圆柱齿轮，成形载荷大，不利于齿形充填。采用预锻分流区-分流终锻新工艺，可大幅度降低成形载荷，亲明显改善材料的充填性，可以获得齿形角部饱满的齿轮。用三维大变形弹塑性有限元法对齿轮冷精锻成形过程进行了数值模拟，对以闭式模锻为预锻和以闭式模锻、孔分流及约束分流为终锻的两步成形模式的变形流动情况进行了数值模拟分析。数值分析结果及工艺试验表明在终锻中采取分流，尤其是约束孔分流措施对于降低工作载荷和提高角隅充填能力等方面十分有效。

基于知识设计方法在冷锻成形工艺及模具的设计中的应用，将彻底改变塑性成形传统的依靠设计人员人人经验，设计过程中反复修改、设计效率不高的状态。使用人工智能、模式识别、机器学习等技术，在设计过程中从系统知识库中提取合适的知识指导冷锻成形工艺及模具设计。该项技术正在进一步发展之中。基于知识设计方法已成为锻造成形工艺、模具设计智能化技术研究的一个特点课题。

当前汽车工业、摩托车工业和机床工业的飞速发展，为冷锻这一传统技术的发展提供了原动力。但发展速度却与发达国家有很大的差距，到目前为止，我国生产的轿车上的冷锻件重量不足，开发潜力很大，加强冷锻技术开发与推广应用是我国的一项紧迫任务。

（来源：冲压行业联盟，锻造世界，金蜘蛛紧固件整理）

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