冷锻工艺的详细介绍

冷锻工艺的详细介绍 1冷锻的基本概念2冷锻的特点 1 优点 2 缺点3冷锻的发展历史与发展动向 第一节冷锻的来源及概述 1 1 冷锻定义 冷锻 又叫冷体积成形 是一种制造工艺也是一种加工方法 与冲压加工工艺基本上一样 冷锻加工也是由材料 模具和设备三要素构成 只是冲压加工中的材料主要是板材 而冷锻加工中的材料主要是圆盘线材 日本 JIS 叫冷间锻造 简称冷锻 中国 GB 叫冷钝 外面螺丝厂喜欢叫打头 一 冷锻定义及基本概念 2 冷锻的基本概念 冷锻是指金属的再结晶温度以下进行的各种体积成形 从金属学的理论可知 各种金属材料的再结晶温度有所不同 T再 0 3 0 5 T熔 T熔如下表所示 金属 最低再结晶温度 金属 最低再结晶温度 铁 Fe 和钢铜 Cu 铝 Al 360 450200 270100 150 锡 Sn 铅 Pb 钨 w 001200 从表内的数字可知 铁金属和非铁金属的最低再结晶温度 即使在室温或常温的条件下铅 锡的成形加工都不能称作冷锻 而是热锻了 但是铁 铜 铝在常温下成形加工就可称作冷锻 2 二 冷锻的特点 1 冷锻优点 在生产中 冷锻与切削 热锻 粉末冶金及铸造相比 具有以下优点 1 材料消耗少 基本无废料 所以相当的节约材料费 而且没有因坯料为热态而污染环境 2 生产效率高 冷锻机速度可做到1分钟60至600PCS 3 冷锻零件的强度性能好 因为冷变形有加工硬化效应 因此提高性能 4 工件精度高 是一种精密成形技术 5 冷锻技术不断开拓 加工方法在提高 也在向一些难度系数较高的产品开发 如下图是切削和冷锻加工的对比图例 1 模具要求高 模具加工难度系数大 成本费用高 加工时间长 2 不适合小批量生产 3 材料要求更高 材料往往需要软化退火处理或表面磷化润滑处理 之前公司的铝材 处理 这是由于冷锻的变形抗力大 所以较大的产品就应该选择大的机器 2冷锻缺点 3 三冷锻的发展历史及发展动向 人类最早的生产制造技术是冷压 冷压是冲压与冷锻的结合 在世界文明古国之一的中国 原始社会就出现制陶工艺 发展到奴隶社会的商代已进入属于青铜时代的繁荣时期 在出现包括紫铜 青铜的冶炼铸造的同时 也有了多种铜器的制造 进入封建社会 先后创始了冶铁 炼铜技术 铁器制品也获得了广泛的应用 日本学者工腾英明教授于1980年在哈尔滨工业大学讲学时给出了一个评价 认为中国古代冷锻 冷压加工比埃及还早 近代冷锻加工与冲压加工紧密相连 经过近200年的发展 也行成了一门应用技术科学和制造技术 起发展简史可用以下重要事例予以说明 近代冷锻技术是从18世纪末开始的 自从法国革命时代法国人把铅从小孔中挤压出制成枪弹以来 挤压成为一个新名词 一种新工艺 1830年 法国开始了用机械压力机反挤压出铅管和锡管 1886年 法国世面上出现了注射成形的中空有底的子弹壳 以上均属于热锻 热压成形 但却为冷锻的基础 1900年 美国L E Hooker取得了铅 锌 铝和黄铜等有色金属材料空心件正挤压方法的专利 并制造了黄铜的西服扣 第一次世界大战争期间 美国用正挤压方法制造了黄铜弹壳 德国开发了钢弹壳 1935年 德国人采用了前一年发展的磷化处理方法和新润滑挤 用挤压的方法制造出了钢质子弹壳 成为二战时期的军事秘密 1940年 钢制壳 简体零件的冷挤压出现 1945年以后 不仅钢的冷挤压达到了实用的条件 而且冷锻生产中逐渐出现将基本工序组合起来 如复合挤压 镦挤以及一些新的冷锻工艺与设备 4 1 冷锻加工定义 第二节冷锻可加工的范围 冷锻加工的定义 冷锻加工是利用金属材料塑性变形的原理 在室温的条件下 将金属材料切断后 送入冷锻机的模具型腔内 在强大的单位挤压力和一定速度的作用下 迫使金属毛坯在模腔内产生塑性变形 从而变成所需形状 尺寸 并且有一定力学性能要求的零件 冷锻属于金属在室温下的体积塑性成形 其变形方式有 镦锻 挤压等 2冷锻加工的适合范围 随着社会的不断进步 市场的高速发展 产品需求各式各样 因此冷锻加工技术也在努力的开拓新的市场 向信息化的产品靠拢 下记图片的产品基本上可以用冷锻作业完成 冷锻分为 铁芯 轴类 圆 扁 轴类 打孔 轴类 搓沟 螺丝等等 5 现代冷锻加工 近几十年来 冷锻技术的发展更加迅速 1963年成立了国际冷锻协会ICFG Inter nationalcoldForgingGroup 目前 很多国家 包括中国 都成立了相应的协会和学会 这对学术的交流以及学术与工业间的联系起到了重要作用 日本冷锻技术的发展 是在20世纪50年代初从国外进口有关论文和专利并介绍到日本而开始的 首先应用于自行车零件的冷锻 随后冷锻进入到摩托车 纺织机械的生产行业 到60年代 进入到汽车工业 电器工业等领域 80年代以来日本冷锻技术在高精密 复杂形状零件加工方面的应用和研究 取得重要成果 我国现代冷锻技术起步发展比外国慢 比日本晚了近十年 我国20世纪50年代初开始从国外引进了冷锻技术和冷镦机 进行黑色金属冷镦并开始挤压成形一些铝 铜及其合金零件 21世纪 在冷锻技术的生产应用和理论研究方面 我国正在继续追赶世界先进水平并有自己的特色 一些工厂企业 尤其是一些汽车零部件生产厂家 在积极应用冷锻加工发展汽车零件中的冷锻件 德国学者 曾长期任国际冷锻协会主席的K 郎格教授 1985年在上海交通大学讲演中 提出冷锻技术未来的发展趋势和目标 提高冷锻产品的精度和表面质量 生产出几何形状更为复杂的冷锻 温锻产品 借用CAD CAM提高其工艺模具的设计 制造水平 通过采用新的模具材料及表面处理技术 并与新的润滑系统结合起来 提高模具寿命 将冷锻技术应用小批量生产中 以减少冷锻技术对汽车行业的依赖性 从而开辟冷锻技术实际应用的新领域 冷锻技术未来发展动向 6 铁芯类 此铁芯可用高速机生产 300min PCS 此孔Pin线打孔 7 此凸点为顶针顶出 铁芯类 8 轴类 圆 9 轴类 圆 10 轴类 打孔 11 轴类 打孔 12 轴类 扁的 13 轴类 搓沟 14 轴类 搓螺丝 15 第三节冷锻产品的加工计算方法 一 单重计算 单位 mm 略图1 略图2 因材料的元素成份与密度的差异 单重也有所不同 参考值如下 m vm 质量 kg v 体积 m3 密度 kg m3 经验数是从质量 体积 密度之间用公式推算出来的 这里就不多做解释 经验数 A 16 二 根据产品选择机型 材料线径及料长L的计算 1 机型的选择 2 料长L计算 L 根据产品d2的大小来选用适合的机型 例如 d2 4mm可以选择很多机型 1 如台湾机型号 2 2 2 4 3 3 2 日本的机型号 NH 15 NS41 PF 420 NP40 NP60 PF630 NP81 PF 860 最好机型是3 3或PF 420 因为大的机器产品太小不易调整 17 三 根据产品计算强束比 确认冷锻是否可以加工 d 材料线径 75 2 模具内的壁空强束 1 产品强束比 100 d2 d12 d2 50 不锈钢 铁 Fe 经验数 经验数 3 模具外的不完全强束 d 材料线径 顺强束 逆强束 18 四 根据产品计算膨胀比 确认头部是否可以到位 3 5 倍 1 产品膨胀比 d22 h D2 t d3 3 0 倍 不锈钢 铁 Fe 经验数 经验数 但l d2 d1 d1 d 4d2 4 5D 10h 3 5t 1 5 4 52 3 5 102 1 5 例 43 3 45 倍 材料线径 19 五 根据产品计算断面收缩率 确认打孔部品是否可以加工 75 1 断面收缩率 D2 铁 Fe 经验数 D 4 0d 2 5 6 2 52 例 d2 2 产品细长比 100 30 经验数 d 3倍 细长比 42 100 39 6 2 5 2 4 倍 L指打孔的深度 20 第四节 金属材料定义与分类 金属是指具有良好的导电性和导热性 有一定的强度和塑性 并具有特殊金属光泽的物质 如铁 铜 铝等 金属材料是由金属元素或以金属元素为主 其他金属或非金属为辅构成的 并具有金属特性的工程材料 包括纯金属和合金 1 金属材料的定义 2 金属材料钢分类 21 3 机械零件类材料 JIS标准 XXX数字 表示不同组成成分量 一般都要调质热处理 性能比炭素钢优良 18Ni 8Cr的构成不会生锈 非无磁性 冷锻常用XM7 18Cr构成成份不容易生锈 有磁性 一般要热处理 硬度高 用做手术刀具 22 4 铁和钢的区别 23 24 镇静钢 25 5 1冷锻可加工的材料范围可分为铁 Fe 铜 Cu 铝 Al 不锈钢 SUS 第五节 适合冷锻加工的最佳材料 铁 Fe 根据含碳 C 量不同 可以分工业纯铁 低碳钢 中碳钢 高碳钢 注明高碳钢含C量比较高 不易冷锻加工 如果需要用高碳钢时必需硬化退理后方可加工 纯铁 一般用于继电器上或者精度要求不高的产品也可以用纯铁 经常用的纯铁为CH1T DT4C 低碳钢 1A 6A 8A 12A 15A 16A 18A等等 数字表示含碳量 其中数字越小相对应含碳量就越低 材料就越软 反之数字越大 相对应含碳量就越高 材料就越硬 5 2冷锻材料碳素钢的表示符号 SWCH 记号SWCH 表示意思S Steel 钢 W Wire 金属线 C Cold 冷间 H Heading 压造 表示含碳量 记号 JIS R 沸腾钢 A 铝镇静钢 K 硅镇静钢 GB R 沸腾钢 A 镇静钢 K 半镇静钢 如1A 6A 一般于导电性能比较好的继电器上面 8A 12A 15A 16A 一般用生产轴类产品上面 18A以上的一般用于标准件螺丝上 所以用材料时千万不能将材料用错 不同的材料放在一起处理其硬度是完成不一样的 5 3铜 Cu 铝 Al 不锈钢 SUS 铜 Cu 一般是H65 C2700W C2680为冷锻的铜材料最佳材料 铝 Al JIS 1050 工业纯铝 A2014锻铝 A2017硬铝 5056防锈铝 以上几个号是冷锻常用铝 不锈钢 SUS304XM7 SUS410 是冷锻常用料 26 第六节 冷锻产品成形过程 详细讲述冷锻机器3 3架机过程如下 27 第七节 冷锻机台的用途介绍 冷锻机台的使用是根据产品的形状来决定的 所以不同的产品要用不的机台来完成加工工艺 目前我所了解的机台型号大概分为以下几种 一模一冲 一模二冲 二模二冲 二模三冲 二模四冲 三模三冲 三模五冲 四模四冲 五模五冲 六模六冲 而且每一家机器厂商所制造出来的机器都会不一样 同时精密度也有很大的差异 比如说一模一冲 一模二冲我们一般简称为单模机 主要是用来加工简单的产品 如普通的螺丝 铁芯 精度要求不高的轴类 其优点是速度快 调整比较简单 而且加工成本低 缺点是加工不了精密要求很高的产品和形状复杂的产品 二模二冲 二模三冲 二模四冲 三模五冲 四模四冲 五模五冲 六模六冲我们一般称为多功位冷锻机 主要是用来加工比较精密的产品 它的加工范围包括精密的铁芯 轴类 螺丝等等 铁芯 轴类 螺丝在如今信息化发展的领域里应用范围比较广泛 且互换性 简称通用 比较强 因此被应用多个行业中 例如 汽车 脚踏车 飞机 机器设备 电视机 电脑 复印机 打印机 空调 电冰箱 手表 手机 马达 充电器等等多个区域里 28 第八节 冷锻模具的基本概念与相关知识 模具是冷锻的三要素之一 它的重要性是不可估量的 产品成形跟模具的型腔形状 精度以及模具材料密切相关 本节将介绍冷锻模具材料 模具的设计开发 模具的加工过程 1 冷锻模具基本概念 2 冷锻模具基本组成如下图片 4D 四主模 1P 一冲模 1D 一主模 2D 二主模 2P 二冲模 4P 四冲模 3D 三主模 3P 三冲模 29 3 冷锻模具常用材料的介绍 注 此表格只是代表一些常用材料 若模具特殊设计时 会根据产品需求 决定材质和热处的 30 4 材料的特性 超硬 钨钢 JIS G1 G2 G3 G8 硬 脆弱 软 韧性大 本公司常用 FD15 DA20 VA30 VA50 VA60 VA70 超硬分为G1 G8 依次逐渐变软 关键是G1构造细蜜 而G8的构造很粗 超硬用烧结制成 粉末冶金 在铁的粉末中 混合碳 钴等用高温烧硬 由于是粉末 有时空气会残留在粒子间 我们把这个叫做气孔 气孔在模具中很难用肉眼看出 假如有气孔 那么在生产中就会出现气孔缺陷 造成模具破损 造成产品不良 那么气孔缺陷一般用HIP处理 来改善 将超硬烧结后 放在1000个大气压状态中的空气抽出 真空处理 工具钢 用途 用来制作加工工具 切削 如切削刀具 搓牙模具等 种类 SKDSKHASP硬 容易渗碳到里面 表示内和外部硬度一样 SKD主模钢SKD61用于外壳 SKD11比61更硬 使用于PIN等 SKH高速钢SKH51通常在高速方面用途较多 SKH55和57强度变强 价格高ASP高速粉末冶金即使是同样的高速钢 但材料的制作方法不同 一般的高速钢要溶解制作 但高速粉末要烧结制作 粉末内部均匀很稳定 价格高 31 1 普通顶针材料 PIN SKH51HRC62 SKH55HRC64 SKH57XHRC67 ASP60HRC68 SKH9HRC60 62 2 模具外壳 硬 价格越高 SKD61HRC45 56 SNCM8HRC42 43 SKD11HRC58 61 对比 SK