什么是冷锻 – 冷锻工艺、材料、用途、优点和缺点

汽车、摩托车、机床等行业的快速发展，为冷锻这一传统工艺的发展提供了动力。仅汽车行业对锻造件的需求量就超过1000万吨。冷锻技术的发展主要是为了开发高附加值产品和降低生产成本，同时也在渗透或替代切削、粉末冶金、铸造、热锻、板材成形等工艺。还可以将这些工艺组合起来形成复合工艺。由于冷锻是在接近室温下进行的，因此有些材料最适合冷锻，而有些材料则无法加工。本文将介绍与冷锻具有良好兼容性的材料以及解决材料相关问题的案例研究。

什么是冷锻T 技术学 ？

冷锻是指不加热、在室温下保持状态，通过施加压力使金属材料（金属）成形的成形方法。由于它利用金属的塑性，故又称“塑性成形”。

冷锻技术通过使材料变形来塑造材料，因此在制造过程中几乎不产生金属废料（金属废料）。另外，由于材料在室温下加工，无需加热，尺寸精度良好，即使是复杂的困难形状也能以每分钟100个左右的高速加工。

冷锻技术材料利用效率高，可实现高精度、高速加工，被称为“环保合理化”的加工技术。

冷锻的优点：

• 材料利用效率高——冷锻技术通过使材料变形来成型，一般使用与成品重量相当的材料量进行加工。这样可以实现高材料利用效率并大幅降低材料成本。

• 可实现高速生产——冷锻技术可实现每分钟约 100 件的高速生产。由于加工是在室温下进行的，无需加热金属，因此尺寸变化很小，甚至可以加工复杂、困难的形状。

• 改善机械性能——考虑纤维流线的工艺设计能够生产具有卓越强度和耐磨性的零件。

• 有效降低零件成本——当所需精度和批量等生产条件匹配时，材料效率高且可实现高速加工的冷锻技术有可能在批量生产中大幅降低零件成本。

冷锻的缺点：

• 需要模具（需要初始成本和模具制造交货时间）

• 工序中的准备工作需要一定的时间（成本） → 不适合小批量

• 工艺及模具设计需要Know-how，难度较高

• 表面处理的一些加工限制，例如角半径

冷锻如何工作？

冷锻是一种在室温下进行的金属成型工艺，该温度明显低于所涉及金属的再结晶温度。与将金属加热到高温的热锻造不同，冷锻造涉及金属在环境条件下的塑性变形。这种方法通常会产生优异的表面光洁度、由于加工硬化而增加的强度以及更高的尺寸精度。

以下是冷锻通常工作原理的概述：

1. 材料选择

第一步是选择能够承受冷锻应力的合适材料，通常是钢、铝和铜等金属。

2、润滑

在锻造之前，通常对工件进行润滑，以减少模具上的摩擦和磨损，并促进材料的流动。

3. 模具和工装

创建用于塑造工件形状的定制模具。这些模具必须由比工件更硬的材料制成，以承受冷锻的压力。

4、锻造工艺

金属工件放置在模具之间。

压力机（通常是机械压力机或液压机）对工件施加快速而有力的冲击，使其变形并呈现模腔的形状。

根据零件的复杂程度，可能需要多次锻造操作。这可能涉及使用不同组模具进行压制的各个阶段。

5. 修整和精加工

任何多余的材料，例如在锻造过程中产生的飞边，都会被修剪掉。

还可以采用其他精加工工艺，如喷丸、清洁或热处理（用于消除应力）。

冷锻工艺的类型
冷锻工艺有旋转式和往复式两种，这里介绍我公司进行的往复式工艺。常见的锻造工艺有自由锻造、精压、挤压等，下面我们分别解释一下每种锻造工艺的内容和特点：

精锻锻造：
通过在中心开口的模腔内压碎材料，将材料成形为直径大于原始形状的加工方法。在压印锻造中，由于外周不受约束，很难生产复杂的形状，因此它用于简单的情况，例如将杆圆化为盘状。如果压印率太大，会出现工件飞出等问题，需要多道工序。一般以85%以下为标准，超过则需要分割工序，需要额外的模具。

向后挤压：
使材料向与冲裁方向相反的方向移动的加工方法。材料沿相对于冲头成形方向相反（向后）的方向被挤压（加工）。

正向挤压：
通过将材料推入较小的模具来减小材料直径，从而减小横截面积的加工方法。对不锈钢等高硬度材料进行成型可能很困难。

模锻：
所需的形状被加工成模具。成型是通过放置工件并将其锻造成模具形状来完成的。材料体积稍微增大以填充整个模腔，并且在最终形状的外部产生称为溢料的多余材料，该材料在后续工艺中被去除。无飞边的闭式模锻形状。

瓶盖锻造：
将工件放置在模具型腔中，然后将其闭合以形成模具形状。上冲头和下冲头进一步使材料移位，以完全形成成品形状。

什么材料最适合冷锻？

由于冷锻利用室温或接近室温的塑性，因此材料需要具有低加工硬化特性和一定程度的变形能力。因此，玻璃等非塑性材料不宜用于冷锻。

考虑到上述情况，适合冷锻的材料包括：

铁：可在高温和室温下进行锻造、拉拔、轧制加工，并可通过淬火、回火等热处理进一步多样化。也用于不锈钢等合金，具有很高的多功能性。铁被加工成各种零件。铁材进行弯曲加工的原因不仅是因为其硬度和弹性具有弯曲加工的最佳值，而且还因为其价格低廉，适合大批量订单。加工后的表面处理也可以通过多种方式进行，因此可以用于广泛的领域，并且铁也被用作冷锻加工的材料。

不锈钢： 铬含量超过 10.5%、碳含量低于 1.2% 的合金钢。铬形成钝化膜，保护身体表面。因此，不锈钢制成的产品可以防止腐蚀，从而具有较长的使用寿命。

铜和黄铜：铜具有优异的导热性，可用于炊具、热管以及电子设备中的导体。当暴露在空气中时，它还会形成一层保护性表面膜。然而，其最大的优点是优异的加工性能。铜质地柔软且具有延展性。由于加工容易，广泛用于铜线、管材、铜锅等。这是它适合通过冷锻压力机进行弯曲和拉伸工艺的原因之一。

铝：虽然纯铝的拉伸强度较低，但可以通过添加镁、锰、铜、硅、锌等合金或通过轧制或热处理等工艺来提高其强度。由于其可塑性和易于成型为各种形状的能力，它被认为适合冷锻。

与其他锻件相比，冷锻件还具有成形时尺寸精度较高的特点。此外，表面状况比热锻或温锻更好，因此在某些情况下可能不需要精加工。大型制品或高强度材料可通过中间退火或润滑处理进行精密冷锻。

冷锻用于哪些产品？

冷锻用于生产各行业的各种产品。该工艺特别适合大批量生产需要高精度和强度的零件。以下是一些常见的冷锻产品：

汽车零部件

紧固件和螺钉：广泛应用于汽车行业，可以通过冷锻精确制造。

齿轮：用于变速箱和传动系统的高精度齿轮受益于加工硬化带来的强度提高。

轴：冷锻可以制造出坚固、精确的轴，用于各种汽车应用。

轮毂：冷锻轮毂具有汽车行业所需的强度和精度。

轴承座圈：高精度和光滑的表面光洁度对于轴承座圈至关重要，这可以通过冷锻来实现。

电气和电子

连接器：电连接器受益于冷锻提供的良好导电性和精确尺寸。

端子：端子需要精确的形状和良好的材料性能，而冷锻无需额外的机械加工即可实现。

建筑和建筑五金

钉子和铆钉：这些是简单的零件，通常通过冷锻大量生产。

螺栓和螺母：螺纹可以冷成型，以形成更坚固的螺纹轮廓，具有更好的抗疲劳性。

工具和硬件

扳手和扳手：需要特定形状和高耐用性的工具通常通过冷锻制造。

手动工具部件：手动工具的各种部件，例如套筒，可以通过冷锻制成。

航空航天零部件

紧固件和销钉：必须承受高负载的航空级紧固件通常采用冷锻工艺制成，以确保强度和精度。

起落架部件：起落架系统的某些部件可以通过冷锻来达到所需的强度和公差。

消费品

手表部件：手表中的小型精密部件可以通过冷锻来制造。

厨房用具：需要一定强度和光洁度的刀具或器皿手柄等物品可以通过冷锻生产。

医疗设备

植入物：一些医疗植入物可以进行冷锻，以受益于该工艺提供的材料特性和精度。

手术工具：手术中使用的需要精度和强度的工具可以通过冷锻来制造。

选择冷锻作为制造工艺取决于所需的材料特性、零件几何形状和生产的经济性。由于它具有高强度、良好的表面光洁度和尺寸精度，冷锻对于制造许多行业的各种耐用且关键的部件来说是一种有吸引力的工艺。