冷温成形成套技术内容及技术关键

1. 冷温锻造时材料的流动规律 

（l）多工位冷温锻时金属的流动规律 冷温锻造工艺在实际生产应用中，由于锻件形状的复杂，采用的变形方式也是多样的如正挤、反挤、镦粗、以及镦挤、正反挤的复合变形方式，因此金属的流动规律是十好复杂的。在多工位连续变形的条件下，要合理的选择每道变形毛坯的形状和尺寸，以便使工序之间合理匹配，金属变形流动规律趋于合理，对于轴对称件利用二维有限元模拟方法可以较为正确的掌握每道工序的金属变形规律，以便确定合理的工艺方法和毛坯尺寸，优化锻造工艺设计。提高锻件质量。 

（2）闭式（无飞边）模锻时材料的变形规律 研究冷温锻造时金属材料的变形规律是为了在制定工艺时选择合理的毛坯形状和尺寸，以达到最优的工艺设计。实际生产中锻件的变形方式不是单一的镦粗。挤压，而是镦挤，正反挤复合变形，因此掌握锻造过程中材料的变形规律是很困难的，近二十年来，由于大型计算机的普及和有限元计算方法的发展，使得锻造过程中材料的流动规律的数值模拟得以实现。 

  有限元数值模拟摄造过程中材料流动规律的结果分析，对无飞边模锻的挤压工艺制定提供了可靠的保证。 

2. 冷温锻造的变形程度 

  所谓变形程度就是被加工件的截面积和原始毛坯截面积的变化程度。镦粗时零件离截面积比原始毛坯截面积增加，挤压时零件截面积比原始毛坯截面积减少。 

（1）挤压件的变形程度可按下式计算。 

当挤压回转体零件时，根据上述计算公式，可得到各种挤压件变形程度的简化计算公式。 

（2）确定挤压件最大变形程度的因素 

1）材料塑性允许的最大变形程度。

2）模具强度允许的最大单位挤压力。在相同的温度下，热模具钢的强度低，高速钢的强度高。挤压件的单位压力不能超过模具允许的强度，同时使用时还应很好控制模具温度，不能太高，否则易变形。 

3）产品的组织和性能所要求的最小变形程度。铸态组织直接挤压时，挤压比应大于10。挤压时还应避开临界变形区。 


3．挤压力的计算 

（1）温热挤压变形力的计算 

1）按经验公式计算法：碳钢、低合金钢和奥氏体、马氏体不锈钢在200～600℃进行。温热挤压时，可按下式计算 F＝Ap 

式中 F——挤压力（kN）； 
A——凸模截面面积（mm2）； 
p——凸模单位技压力（MPa）。 

凸模单位挤压力p可按下式求得 

p＝15.75（76C＋1.3Ni－0.08Cr＋0.1t＋0.36ψ＋143） 

式中 C——碳的质量分数（％）； 
Ni——镍的质量分数（％）； 
Cr——铬的质量分数（％）； 
t——毛坯加热温度（℃）； 
ψ——断面收缩率（％）。 

2）图解法计算变形力：图解法是根据温热挤压的挤压温度和挤压材料，从图中查得相关值后，根根公式计算得出。 

（2）冷挤压力的计算 

1）公式计算法：钢冷挤压成形时，其挤压力可按下式估算： 

F＝Ap＝AZmnpKσb 

式中 F——挤压力（kN）； 
p——单位技压力（MPa）； 
Zm——模具形状系数； 
np——变形程度系数； 
K——安全系数、一般取1.3； 
σb——挤压前毛坯的抗拉强度、对于碳素钢吨po10／3HB（MPa）； 
A——凸模工作部分模截面面积（mm2）。 

2）图解计算法。用查图法计算挤压力比较简便。可以省去复杂的数学运算。图解计算法可分为黑色金属正挤压和反挤压两种线图。图中曲线考虑到挤压件的形状、毛坯相对高度等主要因素对挤压力的影响。其未解过程可按四个部分中的箭头依次进行。 

4. 挤压设备的选择 

选择挤压设备时，除了考虑挤压速度对被挤金属产生热效应的因素外，还要考虑压力机应有足够的刚度和导向精度，以及设置可靠的防超载装置。 

当用摩擦压力机挤压时，为了增加设备的强度和刚度，工作台垫板应为铸钢件。台上的孔应缩小。由于挤压后零件留在模具上，挤压件与模具间有较大的抱紧力，所需的顶出力较大（约为公称压力的10％～20％），因此压力机顶出装置应加强。除此之外，还应根据压力机滑块允许的负荷曲线对挤压力及行程进行检验。也就是说，在整个挤压行程范围内，挤压力应小于压力机允许的行程-压力曲线的临界值，不能按公积压力确定。 

挤压时，最好采用专用的挤压机作为技压设备。肘杆式挤压机的特点是行程小，行程次数多，加压时间长，适宜挤压工作行程短的零件。拉力肘杆式和曲轴肘杆式挤压机适用于较长零件的挤压。液压式挤压机能在全行程上以公积压力工作，挤压速度和行程可以调节，适宜挤长度大的零件。 

5．挤压毛坯的软化处理 

挤压时，一般都在三向压应力状态下使金属产生塑性变形，金属流动十分剧烈，冷挤压时变形抗力大，冷作硬化严重。因此，钢制毛坯在冷挤压前必须进行软化处理。其目的是降低材料的硬度、提高塑性，消除内应力并得到良好金相组织。 

软化处理有以下两个方面的内容： 

l）毛坯的软化处理是为了降低强度和硬度，提高塑性，改善金相组织。 
2）工序间的软化热处理，主要是为了消除加工硬化和内应力。 

钢材不同，所选用的软化热处理的方法也不同。一般碳的质量分数在0.3％以下的碳钢和合金钢，多采用球化退火。等温退火一般用在合金钢，它比完全通火的时间短，氧化部脱碳较轻，内部组织和硬度分布较均匀。低温退火只能作为变形工序间的消除应力退火。固溶处理适用于奥氏体不锈钢的软化热处理。奥氏体型高温合金（如GH140）也可用淬火软化。铝、铜有色合金则有的用淬火软化，有的用退火软化。
6．传温锻造毛坯表面处理及润滑。 

毛坯表面处理及润滑是冷锻成形中的一项重要措施。它可以减小变形时的摩擦阻力和单位挤压力，提高冷锻件的表面质量，延长冷锻模的使用寿命等。 

毛坯表面处理和润滑的几点要求： 

1）因为冷锻时单位挤压力大，要求表面润滑层必须能够承受高压而不破坏。因此要求润滑剂在高压下能有良好的吸附性，保证冷锻成形过程中能起到润滑作用。 

2）因为冷、温锻造时毛坯的温度各不相同，故要求润滑剂在相应的温度下能具有良好的润滑性、粘附性和良好的热稳定性。 

3）价格便宜，操作方便，无毒且不产生有害的气体。 
冷锻常用的润滑剂有猪油、羊毛脂、豆油、菜子油、矿物油、硬脂酸钠、硬脂酸锌及皂化液等。动物油含大量的脂肪酸，能够在毛坯表面形成均匀而坚固的油膜，润滑效果比矿物油好。当单位锻造力和变形程度较大时，就必须将润滑剂涂在先经表面处理的毛坯表面。经过表面处理后，毛坯表面能形成一层多孔性薄膜，它具有更好的塑性，可以随金属变形。由于这层薄膜呈多孔状，能够容纳一定量的润滑剂，使润滑剂在冷锻时不致被挤掉，对于碳钢和不锈钢材料主要是进行磷化-皂化处理和草酸盐处理。 

温锻工艺发展的时间不长，比较理想的是超微粒水剂石墨和一些添加剂组成的润滑液，我国目前已经开发了一种超微粒水剂石墨润滑剂，但还没有形成成熟的系列温锻润滑剂。