第九章 冷锻工艺概述及其基本工序 内容简介： 1、对冷锻工艺有所了解。 2、掌握冷锻基本工序。 3、认识冷锻的典型设备及其工作原理。 本章对冷锻的定义，特点及其发展作一简单介绍，并 重点对冷锻工艺的基本工序进行阐述，如镦锻、型锻与压 印、挤压和模锻。 学习目的与要求： 第九章 冷锻工艺概述及其基本工序 是指在冷态条件下的锻造加工，即在室温条件下，利 用安装在设备上的模具将金属坯料压缩成形为具有一定形 状及一定使用性能的零件的塑性加工方法。 第一节 冷锻的定义 冷态实际上是指再结晶温度以下的温度状态，因此冷 锻指的是在金属再结晶温度以下进行的各种体积成形。 第九章 冷锻工艺概述及其基本工序 冷锻包括镦锻、模锻、挤压（正挤压、反挤压、复合 挤压）、压印等工艺，其中挤压工艺的发展最为迅速。 第一节 冷锻的定义 冷轧、冷拉、冷拔也属于冷体积变形范畴，这类塑性 变形工艺主要用于金属板、线、管、棒等坯料的一次塑性 加工，一般较少用于单个零件成形的二次塑性加工。 第九章 冷锻工艺概述及其基本工序 冷锻与热锻、粉末冶金、铸造及切削加工相比： 第二节 冷锻的特点 p工件精度高，强度性能更好； p节省原材料，且没有因加热而污染环境； p生产效率高，易实现自动化； p加工的综合成本低。 已经越来越多地用来大量生产软质金属，低碳钢、低合金 钢零件。 第九章 冷锻工艺概述及其基本工序 冷锻成形的特殊要求： 第二节 冷锻的特点 p由于变形抗力大，故要求设备吨位较大； p对模具材料要求高，模具制造复杂； p对所加工的原材料要求高； p所有毛坯往往要进行软化退火和表面磷皂化等润滑处理。 第九章 冷锻工艺概述及其基本工序 第三节 冷锻的发展 pp361自学 第九章 冷锻工艺概述及其基本工序 第四节 冷锻工艺的基本工序 定义：冷镦锻是利用冷锻设备通过冷锻模具对金属坯料施加 轴向压力，使其产生轴向压缩横向增粗的冷锻成形方法。 p镦锻的特点是坯料的横截面积增大。 p根据坯料变形部位的不同以及模具工作部分形状的不同， 镦锻可以分为镦粗（整体镦锻）、顶镦（镦头）、中间镦粗 （见图161） p螺母、螺钉、铆钉及双头螺栓类零件，就是分别经过镦粗 、镦头及中间镦粗而成形出来（录像） 一、镦锻 第九章 冷锻工艺概述及其基本工序 （一）镦粗（整体镦锻） 定义：使整个坯料由轴向压缩转为横向扩展的一种镦锻工序。 主要工艺参数： 高径比（坯料的高度与直径之比，是选择和计算坯料的参数， 根据体积不变条件计算，一般不大于22.5） 镦粗率（镦锻前后高度变化与原始高度之比,是一种相对应变， 表示镦粗的变形程度，查表161） 一、镦锻（续） 第九章 冷锻工艺概述及其基本工序 镦粗常见的缺陷及其预防 p轴向弯扭 l原因：高径比过大、坯料本身有弯曲、端面不平、冲头或凹模端面倾斜 l措施：分两次进行镦粗，先用内锥形上模预镦，再成形镦 p表面折叠 p表面裂纹 l原因：外侧金属受切向拉应力、材料本身表面有伤痕或纤维组织粗大 l措施：选用塑性好的材料、采用锥形模或半封闭模镦粗、改善端面润滑 p内部裂纹 p鼓形是镦粗变形规律的表现，不应该算缺陷 l措施：改善模具与毛坯接触面润滑、改自由镦粗为半封闭镦粗、铆镦 一、镦锻（续） （一）镦粗（整体镦锻）（续） 第九章 冷锻工艺概述及其基本工序 （二）顶镦（镦头） 定义：在坯料一端的头部产生轴向压缩、横向扩展的镦锻工序。 其变形本质与镦粗工序完全相同，其出现质量问题的原因 及预防措施也相同，但在模具工作部分的设计存在不同之处： （1）顶镦所用凹模要有夹持好坯料不变形部分的功能，凹模口 部边缘应有圆角。 （2）顶镦外凸曲面形镦头件时，凸模工作部分的形状要有相应 的内凹曲面形状。 （3）当顶镦件头部外曲面的端面粗糙度要求不高，凸模内凹中 心一般设计出气孔；若不允许，可用预成形或机加工后再镦。 （4）形状复杂的头部，应多次顶镦逐步成形。 一、镦锻（续） 第九章 冷锻工艺概述及其基本工序 （三）中间镦粗 定义：坯料的中间部位产生轴向压缩横向扩展的镦锻工序。 中间镦粗工序模具工作部分设计要点： p凹模功能及工作部分设计原则与顶镦凹模相同。 p凸模工作部分要带有内孔，且孔口边缘要成圆角。 p中间形状要求较高时，应采用半封闭式镦锻。 p中间形状复杂的零件镦锻时，应按逐步成形多次镦锻的 工艺方案进行模具设计。 一、镦锻（续） 第九章 冷锻工艺概述及其基本工序 第四节 冷锻工艺的基本工序 定义：利用冷锻设备通过模具对金属坯料施加压力使其横向压 缩变形的冷锻成形方法。其特点是坯料的横截面变薄。由于实 际生产中通常在锻锤的型砧上进行，故称为型锻。 根据坯料变形部位的不同，型锻可分为： 端部拔长（使坯料的一端沿其横向压缩、轴向伸长） 中间压扁（在坯料的中间部位沿其横向压缩而变薄） 轴向伸长的压扁 展宽压扁 二、型锻 第九章 冷锻工艺概述及其基本工序 第四节 冷锻工艺的基本工序 定义：利用冷锻设备通过模具对金属坯料施加压力使其产生轴 向压缩、横向不明显扩展的冷锻成形方法。其特点是压缩量不 大，横向变形量及总体变形量不大，但压力很大。 根据坯料形状以及所用模具结构特点的不同，其分为： 压花打印（在平板坯料的上、下表面上成形出深度浅而清晰的凸凹 花纹、图案或文字符号的一种压印工序） 压 凹（在坯料的端面上成形出有一定深度的凹坑的压印工序） 精 压（为提高半成品的尺寸精度及形状精度而进行的轻微压缩 变形的一种压印工序） 三、压印 第九章 冷锻工艺概述及其基本工序 第四节 冷锻工艺的基本工序 冷挤压是在冷态下，将金属毛坯放入模具型腔内，在 强大的压力和一定的速度作用下，迫使金属从型腔中挤出 ，从而获得所需形状、尺寸以及具有一定力学性能的挤压 件。 四、挤压 第九章 冷锻工艺概述及其基本工序 第四节 冷锻工艺的基本工序 根据金属被挤出方向与施加压力方向的关系： p正挤压：金属被挤出方向与加压方向一致。（实心件正挤压 、空心件正挤压） p反挤压：金属被挤出方向与加压方向相反。 p复合挤压：正挤与反挤的复合。 p径向挤压：金属的流动方向与凸模轴线方向相垂直。 p减径挤压：一种变形程度较小的变态正挤压法，毛坯断面仅 作轻度缩减，主要用于制造直径相差不大的阶梯轴类挤压件以 及作为深孔薄壁杯形件的修整工序，或挤压花键等。 （一）冷挤压工艺分类 四、挤压（续） 第九章 冷锻工艺概述及其基本工序 第四节 冷锻工艺的基本工序 正挤压变形分析 正挤压实心件的金属流动网格图 正挤压时坯料大致分为： 变形区、不变形区（又分为待变形区、已变形区和死角区） 。 挤压时变形区的应力状态是三向受压。其变形是两向收缩、 一向伸长的应变状态。 四、挤压（续） （二）冷挤压金属的变形分析 第九章 冷锻工艺概述及其基本工序 第四节 冷锻工艺的基本工序冷挤压 反挤压变形分析 反挤压的金属流动网格图； 反挤压时坯料大致分为： 已变形区、死角区、变形区、 过渡区和待变形区。 复合挤压变形分析 复合挤压的金属流动网格图。 四、挤压（续） （二）冷挤压金属的变形分析（续） 第九章 冷锻工艺概述及其基本工序 第四节 冷锻工艺的基本工序 表面折叠 定义：多余的表皮金属被压入毛坯表层所形成的缺陷。 四、挤压（续） （三）冷挤压件的常见缺陷 第九章 冷锻工艺概述及其基本工序 第四节 冷锻工艺的基本工序 四、挤压（续） （三）冷挤压件的常见缺陷 表面折缝 定义：在变形过程中，多余的表皮金属受阻而在其边界处积聚 ，随着变形的继续进行深入到材料内部所形成的一种缺陷。 第九章 冷锻工艺概述及其基本工序 第四节 冷锻工艺的基本工序 缩孔 定义：变形过程中变形体一些部位上产生较大的空洞或凹 坑的一种缺陷。 四、挤压（续） （三）冷挤压件的常见缺陷（续） 第九章 冷锻工艺概述及其基本工序 第四节 冷锻工艺的基本工序 四、挤压（续） （三）冷挤压件的常见缺陷（续） 裂纹 挤压裂纹分表面裂纹和内部裂纹。 附加应力与残余应力的影响 挤压中的附加应力也会引起裂纹。 第九章 冷锻工艺概述及其基本工序 第四节 冷锻工艺的基本工序 （四）挤压变形程度 （1）断面收缩率 （2）挤压比 （3）对数变形程度 四、挤压（续） 冷挤压变形程度 第九章 冷锻工艺概述及其基本工序 第四节 冷锻工艺的基本工序 冷挤压许用变形程度 定义：每道冷挤压工序能挤出合格产品的最大变形程度。 影响因素： 模具许用单位压力：模具的强度越高、许用单位压力 越大，则许用变形程度值越大。 材料种类：被挤金属材料强度越大，挤压时变形抗力 越大，则许用变形程度值就越小。 挤压方式 模具工作部分的结构形状 润滑条件 四、挤压（续） （四）挤压变形程度（续） 第九章 冷锻工艺概述及其基本工序 第四节 冷锻工艺的基本工序 冷挤压常用原材料 目前可供冷挤压的金属材料有：铅、锡、银、纯铝（L1 L5）、铝合金（LF21、LY11、LY12、）、紫铜与无氧铜（ T1、T2、T3、TU1、TU2等）、黄铜（H62、H68、等）、锡磷 青铜（QSn6.5一0.1等）、镍（N1、N2等）、锌及锌镉合金 、纯铁、碳素钢（Q195、Q215、Q235、Q255、)低合金钢（ 15Cr、20Cr、20MnB、 16Mn、30CrMnSiA）和不锈钢（1Cr13 、2Cr13、1Cr18Ni9Ti等）。 四、挤压（续） （四）挤压变形程度（续） 第九章 冷锻工艺概述及其基本工序 第四节 冷锻工艺的基本工序 不同材料的许用变形程度 p有色金属冷挤压的单位压力较小，其许用变形程度较大， pp375，表162。 p黑色金属正挤压时毛坯材料硬度与许用变形程度的关系见 pp375 ，图1624。 p黑色金属反挤压时，毛坯材料硬度与许用变形程度的关系见 pp376，图1625。 四、挤压（续） （四）挤压变形程度（续） 第九章 冷锻工艺概述及其基本工序 第五节 冷锻坯料的制备 毛坯的下料方法： 应根据坯料形状、精度要求、材料利用率及生产现场 的实际条件等因素进行选择。 .切削 在批量不大时常用车削、铣削、锯切法加工毛坯。 .剪切 剪切下料是在专用的棒料剪切机或冲剪机上进行的。 .冲裁 对于板形坯料，宜用冲裁方法加工。 4.拉深、反挤压 用于杯形毛坯加工。 第九章 冷锻工艺概述及其基本工序 第六节 冷锻毛坯的软化与表面处理 1.毛坯的软化 在冷锻之前及工序之间，大都需对毛坯或半成品进行软 化热处理，其目的是减小材料的硬度和强度，提高塑性，得 到良好的金相组织，以利于冷锻变形的进行。 2.坯料的表面处理与润滑 润滑对冷锻是非常重要的。冷锻时摩擦不仅影响到金属 的变形及挤压件的质量，而且也直接影响到单位挤压力的大 小、模具的寿命。所以要采用良好且可靠的润滑方法。 冷挤压的毛坯进行表面处理可获得下列效果：降低毛坯 与模具间的外摩擦阻力；避免毛坯表面与模具直接摩擦而引 起的粘结现象；提高挤压件的表面质量，提高模具的寿命； 减低挤压时的变形力及变形功的消耗。 第九章 冷锻工艺概述及其基本工序 第七节 冷锻力的确定 一、压力行程曲线 u第一阶段(镦粗与充满阶段) 是材料充满凹模型腔的过程。 u第二阶段（稳定挤压阶段） 冲头继续下压，材料不断地从稳定变形区往模孔中 挤出。 u第三阶段（非稳定变形阶段） 由于变形材料的厚度变得很小了，变形遍及与冲头 端面相连的整个毛坯，金属变形异常困难，这时挤压力急 剧增大 。 第九章 冷锻工艺概述及其基本工序 第七节 冷锻力的确定 二、影响单位冷锻力的因素 1. 挤压金属的力学性能：强度指标和硬化指数越大，材料变形 抗力也越大。 2. 变形程度：如15号钢，正挤压单位压力随变形程度的增