精密温冷锻成形技术及其研究概述

一、冷锻

冷锻生产最早是从冷挤压开始的，到目前为止，冷挤压成形也是冷锻生产的主要形式，所以有一种习惯以冷挤压(Cold Extrusion)来概括整个冷锻生产技术。其实，这么说并不确切，因冷锻发展到今天还包括冷镦和其它体积成形形式，所以冷锻(Cold Forging)这个词才能更准确和全面地描述冷锻生产技术。冷锻的最大特点是：优质、高效、低能耗、大批量，冷锻生产能力的大小和工艺水平的高低己成为衡量一个国家工业化水平的一个方面。

冷锻工艺与其他工艺组合成的复合工艺对于某种零件，采用简单的圆柱形和圆环形坯料在冷锻模具中一次成形，达到所要求的形状和尺寸精度的技术，已经被越来越多的人所掌握。为了适应对冷锻件的高附加值、低成本要求，冷锻工艺渗透到温锻、镦锻成形、粉末冶金、冲压、铸造等领域，或者与这些工艺相结合，组合成复合工艺。其中预制坯温锻工艺目前得到了快速发展。即先用温锻使金属达到产品的近似净形，然后冷锻进行终成形提高精度，这样可以减少采用冷成形制造预制坯的道数。

二、温锻

    温锻成形是近年来在冷锻成形的基础上迅速发展起来的一种塑性成形工艺。变形温度范围为室温以上、完全再结晶温度以下。同冷锻(主要是冷挤)相比：金属的变形抗力有明显的降低，有利于减少设备吨位和提高模具寿命；可用于难于冷锻的一些金属材料，如中高碳钢、高合金钢、镁及镁合金、钛及钛合金等：一般可以省去坯料或中间毛坯的预先退火、磷化等辅助工序，便于组织连续生产，同时大大减少了环境污染等。同热锻相比：由于加工温度低，氧化和脱碳程度大大减小，其锻件的尺寸精度、表面粗造度和机械性能与冷挤压零件接近。由于温锻工艺比较集中体现了冷锻和热锻的优点，受到人们的极大关注。尤其近年来，由于模具材质、润滑和冷却等外围技术的发展，使得模具寿命大为提高，有的工序可获得与冷锻模具相同的寿命。

     目前，温锻已成功应用于轴承套圈、锥齿轮、变速箱齿轮毛坯和等速万向节等汽车零件的生产。今后的趋势是一方面将以往热锻的部分锻件温锻化，提高锻件尺寸精度，降低成本：另一方面与闭式模锻等其他技术进行结合而省去～些工序和提高成品率等。表1.1反映了热锻、温锻、冷锻三种模锻工艺所能达到的技术指标和适用范围。

表l.1热锻温锻冷锻工艺达到的技术指标及实用范围比较

三、温冷锻复合成形工艺的研究开发

虽然温锻成形工艺具有许多优点，但由于加热引起的坯料金属体积膨胀和轻微脱碳而影响锻件尺寸精度。温锻技术在国外已开发出很多年，但是直到近年才被应用于汽车制造业，锻造温度范围通常为750～850℃，材料屈服应力大致下降1／3，这就可显著减小挤压时模具所受的压力，同时可显著提高材料变形程度，减少工序和中间处理次数，并可应用于冷锻难于加工的材料。若采用温锻和冷锻相结合，则可显著提高温锻工艺的效果。采用先温锻后冷锻的复合工艺可得到仅用冷锻所能达到的尺寸精度和表面粗糙度，同时能减少工序数目，使用小吨位的压力机。轿车的发动机传动轴、变速箱、转向器中的弧齿锥齿轮、差速器齿轮、轿车轴、输入轴、离合器齿轮等二十余种零件国外已实现少无切削温冷锻件的大量生产。

更重要的是一些形状奇特相对尺寸变化大的复杂杯杆类零件，如轿车等速万向节钟形套一般需要4～5个工步的多工位成形才能得到。对于这种零件，目前，日本、美国和俄罗斯均采用温锻成形和冷精整相结合的工艺，即基本的成形工序利用多工位温锻来实现，所得的工件经退火和磷化之后进行冷精整和冷缩径成形。同多工序冷锻相比，其能耗可降低到40％以下；同热精锻相比，锻件尺寸精度可升到7～9级。对于DOJ型壳体其内径部分可直接达到零件要求，即完全实现无切削加工；对于BJ型壳体，其最难机械加工的滚珠沟槽仅留O．13-0．38mm(单边)的磨削量。不难看出，这种工艺将成为实现净形成形的一种主要工艺方法，今后必将得到迅速的发展。

温冷锻成形技术的应用在近年来得到了较快发展，特别在汽车工业中得到了迅速应用。但其专门研究文献还较少。德国学者Dr．Ekkehard Kormer等讨论了温锻成形和冷锻成形结合起来生产形状复杂零件的可行性，并以汽车工业中的三个典型零件为例对该成形方法在技术上和经济上的优越性进行了比较。该综合成形工艺的特点是采用温锻工艺预成形零件复杂形状，然后用冷精整来保证零件的尺寸精度和表面质量。这样可以降低成形载荷，减少工步数量，减少或完全省去中间热处理工步，从而连续生产，降低生产成本，而零件精度能达到冷锻成形的精度。