瀘州市勝科模具制造有限公司
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冷鍛是以常溫狀態(tài)下,經(jīng)過產(chǎn)品塑形使其達到特定的規(guī)格要求,從而應用于產(chǎn)品或特定產(chǎn)品組件,此過程叫冷鍛工藝,據(jù)不完全統(tǒng)計從國外的鍛造發(fā)展史有近5000年左右,中國從鋼鐵的冶煉到打造也有近數(shù)千年,當代越來越多樣化的冷擠壓技術應用而生。
前面章節(jié)我們有介紹過《冷鍛和冷擠壓的區(qū)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(qū)別的;
當前汽車工業(yè)的飛速發(fā)展,為冷鍛技術的發(fā)展提供了原動力,據(jù)不完全統(tǒng)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(jié)中的十字軸、直齒圓錐齒輪、花鍵、輪轂螺母、汽車交流發(fā)電機爪極、前驅動轎車等速萬向節(jié)零件、同步器齒環(huán)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(chǎn)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(chǎn)小型軸對稱產(chǎn)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(chǎn)。20世紀80年代,CVJ零件是重要產(chǎn)品,從1990年開始,精密齒輪成為主要的目標產(chǎn)品。
現(xiàn)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(fā)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(yè)技術文件或標準,對冷鍛技術的國際學術交流和生產(chǎn)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(shù)值模擬(Process simulation):主要研究數(shù)值模擬軟件的應用、輸入數(shù)據(jù)的可靠性、商用軟件的進展、現(xiàn)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(shù)值建模、材料測試、物理模擬、模具磨損、創(chuàng)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(fā)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(yè)應用的第一個高潮,主要用于自行車、縫紉機、卡車、電子工業(yè),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(chuàng)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(fā)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(chǎn)品數(shù)量未達到經(jīng)濟批量,20世紀70年代后期我國冷鍛技術未能持續(xù)發(fā)展而轉入低谷。90年代以來,隨著我國轎車、摩托車產(chǎn)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(shù)值模擬等技術得到應用,但我國的冷鍛技術與發(fā)達國家相比仍有很大的差距,加強冷鍛技術的開發(fā)與推廣應用是一項緊迫的任務。
高速鍛造技術因其生產(chǎn)效率高,特別適合于零部件的大批量生產(chǎn)。高速冷鍛機在國外精密鍛造企業(yè)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(tǒng)保證毛坯的表面質量和精度、可單獨調節(jié)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?shù)臅r間傳送到下一工位等優(yōu)點。在Coldmatic AKP 4-6S設備上可以實現(xiàn)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(chǎn)效率可達160件/分鐘。