精密溫冷鍛成形技術及其研究概述

一、冷鍛

冷鍛生產最早是從冷擠壓開始的，到目前為止，冷擠壓成形也是冷鍛生產的主要形式，所以有一種習慣以冷擠壓(Cold Extrusion)來概括整個冷鍛生產技術。其實，這么說并不確切，因冷鍛發展到今天還包括冷鐓和其它體積成形形式，所以冷鍛(Cold Forging)這個詞才能更準確和全面地描述冷鍛生產技術。冷鍛的最大特點是：優質、高效、低能耗、大批量，冷鍛生產能力的大小和工藝水平的高低己成為衡量一個國家工業化水平的一個方面。

冷鍛工藝與其他工藝組合成的復合工藝對于某種零件，采用簡單的圓柱形和圓環形坯料在冷鍛模具中一次成形，達到所要求的形狀和尺寸精度的技術，已經被越來越多的人所掌握。為了適應對冷鍛件的高附加值、低成本要求，冷鍛工藝滲透到溫鍛、鐓鍛成形、粉末冶金、沖壓、鑄造等領域，或者與這些工藝相結合，組合成復合工藝。其中預制坯溫鍛工藝目前得到了快速發展。即先用溫鍛使金屬達到產品的近似凈形，然后冷鍛進行終成形提高精度，這樣可以減少采用冷成形制造預制坯的道數。

二、溫鍛

    溫鍛成形是近年來在冷鍛成形的基礎上迅速發展起來的一種塑性成形工藝。變形溫度范圍為室溫以上、完全再結晶溫度以下。同冷鍛(主要是冷擠)相比：金屬的變形抗力有明顯的降低，有利于減少設備噸位和提高模具壽命；可用于難于冷鍛的一些金屬材料，如中高碳鋼、高合金鋼、鎂及鎂合金、鈦及鈦合金等：一般可以省去坯料或中間毛坯的預先退火、磷化等輔助工序，便于組織連續生產，同時大大減少了環境污染等。同熱鍛相比：由于加工溫度低，氧化和脫碳程度大大減小，其鍛件的尺寸精度、表面粗造度和機械性能與冷擠壓零件接近。由于溫鍛工藝比較集中體現了冷鍛和熱鍛的優點，受到人們的極大關注。尤其近年來，由于模具材質、潤滑和冷卻等外圍技術的發展，使得模具壽命大為提高，有的工序可獲得與冷鍛模具相同的壽命。

     目前，溫鍛已成功應用于軸承套圈、錐齒輪、變速箱齒輪毛坯和等速萬向節等汽車零件的生產。今后的趨勢是一方面將以往熱鍛的部分鍛件溫鍛化，提高鍛件尺寸精度，降低成本：另一方面與閉式模鍛等其他技術進行結合而省去～些工序和提高成品率等。表1.1反映了熱鍛、溫鍛、冷鍛三種模鍛工藝所能達到的技術指標和適用范圍。

表l.1熱鍛溫鍛冷鍛工藝達到的技術指標及實用范圍比較

三、溫冷鍛復合成形工藝的研究開發

雖然溫鍛成形工藝具有許多優點，但由于加熱引起的坯料金屬體積膨脹和輕微脫碳而影響鍛件尺寸精度。溫鍛技術在國外已開發出很多年，但是直到近年才被應用于汽車制造業，鍛造溫度范圍通常為750～850℃，材料屈服應力大致下降1／3，這就可顯著減小擠壓時模具所受的壓力，同時可顯著提高材料變形程度，減少工序和中間處理次數，并可應用于冷鍛難于加工的材料。若采用溫鍛和冷鍛相結合，則可顯著提高溫鍛工藝的效果。采用先溫鍛后冷鍛的復合工藝可得到僅用冷鍛所能達到的尺寸精度和表面粗糙度，同時能減少工序數目，使用小噸位的壓力機。轎車的發動機傳動軸、變速箱、轉向器中的弧齒錐齒輪、差速器齒輪、轎車軸、輸入軸、離合器齒輪等二十余種零件國外已實現少無切削溫冷鍛件的大量生產。

更重要的是一些形狀奇特相對尺寸變化大的復雜杯桿類零件，如轎車等速萬向節鐘形套一般需要4～5個工步的多工位成形才能得到。對于這種零件，目前，日本、美國和俄羅斯均采用溫鍛成形和冷精整相結合的工藝，即基本的成形工序利用多工位溫鍛來實現，所得的工件經退火和磷化之后進行冷精整和冷縮徑成形。同多工序冷鍛相比，其能耗可降低到40％以下；同熱精鍛相比，鍛件尺寸精度可升到7～9級。對于DOJ型殼體其內徑部分可直接達到零件要求，即完全實現無切削加工；對于BJ型殼體，其最難機械加工的滾珠溝槽僅留O．13-0．38mm(單邊)的磨削量。不難看出，這種工藝將成為實現凈形成形的一種主要工藝方法，今后必將得到迅速的發展。

溫冷鍛成形技術的應用在近年來得到了較快發展，特別在汽車工業中得到了迅速應用。但其專門研究文獻還較少。德國學者Dr．Ekkehard Kormer等討論了溫鍛成形和冷鍛成形結合起來生產形狀復雜零件的可行性，并以汽車工業中的三個典型零件為例對該成形方法在技術上和經濟上的優越性進行了比較。該綜合成形工藝的特點是采用溫鍛工藝預成形零件復雜形狀，然后用冷精整來保證零件的尺寸精度和表面質量。這樣可以降低成形載荷，減少工步數量，減少或完全省去中間熱處理工步，從而連續生產，降低生產成本，而零件精度能達到冷鍛成形的精度。