冷溫成形成套技術(shù)內(nèi)容及技術(shù)關(guān)鍵

1. 冷溫鍛造時(shí)材料的流動(dòng)規(guī)律 

（l）多工位冷溫鍛時(shí)金屬的流動(dòng)規(guī)律 冷溫鍛造工藝在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中，由于鍛件形狀的復(fù)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(fù)合變形方式，因此金屬的流動(dòng)規(guī)律是十好復(fù)雜的。在多工位連續(xù)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(dòng)規(guī)律趨于合理，對(duì)于軸對(duì)稱(chēng)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(guī)律，以便確定合理的工藝方法和毛坯尺寸，優(yōu)化鍛造工藝設(shè)計(jì)。提高鍛件質(zhì)量。 

（2）閉式（無(wú)飛邊）模鍛時(shí)材料的變形規(guī)律 研究冷溫鍛造時(shí)金屬材料的變形規(guī)律是為了在制定工藝時(shí)選擇合理的毛坯形狀和尺寸，以達(dá)到最優(yōu)的工藝設(shè)計(jì)。實(shí)際生產(chǎn)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(fù)合變形，因此掌握鍛造過(guò)程中材料的變形規(guī)律是很困難的，近二十年來(lái)，由于大型計(jì)算機(jī)的普及和有限元計(jì)算方法的發(fā)展，使得鍛造過(guò)程中材料的流動(dòng)規(guī)律的數(shù)值模擬得以實(shí)現(xiàn)。 

  有限元數(shù)值模擬攝造過(guò)程中材料流動(dòng)規(guī)律的結(jié)果分析，對(duì)無(wú)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(shí)零件離截面積比原始毛坯截面積增加，擠壓時(shí)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(jì)算。 

當(dāng)擠壓回轉(zhuǎn)體零件時(shí)，根據(jù)上述計(jì)算公式，可得到各種擠壓件變形程度的簡(jiǎn)化計(jì)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(qiáng)度允許的最大單位擠壓力。在相同的溫度下，熱模具鋼的強(qiáng)度低，高速鋼的強(qiáng)度高。擠壓件的單位壓力不能超過(guò)模具允許的強(qiáng)度，同時(shí)使用時(shí)還應(yīng)很好控制模具溫度，不能太高，否則易變形。 

3）產(chǎn)品的組織和性能所要求的最小變形程度。鑄態(tài)組織直接擠壓時(shí)，擠壓比應(yīng)大于10。擠壓時(shí)還應(yīng)避開(kāi)臨界變形區(qū)。 


3．?dāng)D壓力的計(jì)算 

（1）溫?zé)釘D壓變形力的計(jì)算 

1）按經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算法：碳鋼、低合金鋼和奧氏體、馬氏體不銹鋼在200～600℃進(jìn)行。溫?zé)釘D壓時(shí)，可按下式計(jì)算 F＝Ap 

式中 F——擠壓力（kN）； 
A——凸模截面面積（mm2）； 
p——凸模單位技?jí)毫Γ∕Pa）。 

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(zhì)量分?jǐn)?shù)（％）； 
Ni——鎳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（％）； 
Cr——鉻的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（％）； 
t——毛坯加熱溫度（℃）； 
ψ——斷面收縮率（％）。 

2）圖解法計(jì)算變形力：圖解法是根據(jù)溫?zé)釘D壓的擠壓溫度和擠壓材料，從圖中查得相關(guān)值后，根根公式計(jì)算得出。 

（2）冷擠壓力的計(jì)算 

1）公式計(jì)算法：鋼冷擠壓成形時(shí)，其擠壓力可按下式估算： 

F＝Ap＝AZmnpKσb 

式中 F——擠壓力（kN）； 
p——單位技?jí)毫Γ∕Pa）； 
Zm——模具形狀系數(shù)； 
np——變形程度系數(shù)； 
K——安全系數(shù)、一般取1.3； 
σb——擠壓前毛坯的抗拉強(qiáng)度、對(duì)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(jì)算法。用查圖法計(jì)算擠壓力比較簡(jiǎn)便�？梢允∪�復(fù)雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算。圖解計(jì)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(duì)高度等主要因素對(duì)擠壓力的影響。其未解過(guò)程可按四個(gè)部分中的箭頭依次進(jìn)行。 

4. 擠壓設(shè)備的選擇 

選擇擠壓設(shè)備時(shí)，除了考慮擠壓速度對(duì)被擠金屬產(chǎn)生熱效應(yīng)的因素外，還要考慮壓力機(jī)應(yīng)有足夠的剛度和導(dǎo)向精度，以及設(shè)置可靠的防超載裝置。 

當(dāng)用摩擦壓力機(jī)擠壓時(shí)，為了增加設(shè)備的強(qiáng)度和剛度，工作臺(tái)墊板應(yīng)為鑄鋼件。臺(tái)上的孔應(yīng)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(chēng)壓力的10％～20％），因此壓力機(jī)頂出裝置應(yīng)加強(qiáng)。除此之外，還應(yīng)根據(jù)壓力機(jī)滑塊允許的負(fù)荷曲線對(duì)擠壓力及行程進(jìn)行檢驗(yàn)。也就是說(shuō)，在整個(gè)擠壓行程范圍內(nèi)，擠壓力應(yīng)小于壓力機(jī)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(shí)，最好采用專(zhuān)用的擠壓機(jī)作為技?jí)涸O(shè)備。肘桿式擠壓機(jī)的特點(diǎn)是行程小，行程次數(shù)多，加壓時(shí)間長(zhǎng)，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(jī)適用于較長(zhǎng)零件的擠壓。液壓式擠壓機(jī)能在全行程上以公積壓力工作，擠壓速度和行程可以調(diào)節(jié)，適宜擠長(zhǎng)度大的零件。 

5．?dāng)D壓毛坯的軟化處理 

擠壓時(shí)，一般都在三向壓應(yīng)力狀態(tài)下使金屬產(chǎn)生塑性變形，金屬流動(dòng)十分劇烈，冷擠壓時(shí)變形抗力大，冷作硬化嚴(yán)重。因此，鋼制毛坯在冷擠壓前必須進(jìn)行軟化處理。其目的是降低材料的硬度、提高塑性，消除內(nèi)應(yīng)力并得到良好金相組織。 

軟化處理有以下兩個(gè)方面的內(nèi)容： 

l）毛坯的軟化處理是為了降低強(qiáng)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(nèi)應(yīng)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(zhì)量分?jǐn)?shù)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(shí)間短，氧化部脫碳較輕，內(nèi)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(yīng)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(rùn)滑。 

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

毛坯表面處理和潤(rùn)滑的幾點(diǎn)要求： 

1）因?yàn)槔溴憰r(shí)單位擠壓力大，要求表面潤(rùn)滑層必須能夠承受高壓而不破壞。因此要求潤(rùn)滑劑在高壓下能有良好的吸附性，保證冷鍛成形過(guò)程中能起到潤(rùn)滑作用。 

2）因?yàn)槔洹�溫鍛造時(shí)毛坯的溫度各不相同，故要求潤(rùn)滑劑在相應(yīng)的溫度下能具有良好的潤(rùn)滑性、粘附性和良好的熱穩(wěn)定性。 

3）價(jià)格便宜，操作方便，無(wú)毒且不產(chǎn)生有害的氣體。 
冷鍛常用的潤(rùn)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(dòng)物油含大量的脂肪酸，能夠在毛坯表面形成均勻而堅(jiān)固的油膜，潤(rùn)滑效果比礦物油好。當(dāng)單位鍛造力和變形程度較大時(shí)，就必須將潤(rùn)滑劑涂在先經(jīng)表面處理的毛坯表面。經(jīng)過(guò)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(rùn)滑劑，使?jié)櫥瑒┰诶溴憰r(shí)不致被擠掉，對(duì)于碳鋼和不銹鋼材料主要是進(jìn)行磷化-皂化處理和草酸鹽處理。 

溫鍛工藝發(fā)展的時(shí)間不長(zhǎng)，比較理想的是超微粒水劑石墨和一些添加劑組成的潤(rùn)滑液，我國(guó)目前已經(jīng)開(kāi)發(fā)了一種超微粒水劑石墨潤(rùn)滑劑，但還沒(méi)有形成成熟的系列溫鍛潤(rùn)滑劑。