持續(xù)不斷的工藝創(chuàng)新推動(dòng)了冷擠壓技術(shù)的發(fā)展,20世紀(jì)80年代以來(lái),國(guó)內(nèi)外精密鍛造專(zhuān)家開(kāi)始將分流鍛造理論應(yīng)用于正齒輪和螺旋齒輪的冷鍛成形。分流鍛造的主要原理是在毛坯或模具的成形部分建立一個(gè)材料的分流腔或分流通道。鍛造過(guò)程中,材料在充滿(mǎn)型腔的同時(shí),部分材料流向分流腔或分流通道。分流鍛造技術(shù)的應(yīng)用,使較高精度齒輪的少、無(wú)切削加工迅速達(dá)到了產(chǎn)業(yè)化規(guī)模。對(duì)于長(zhǎng)徑比為5的擠壓件,如活塞銷(xiāo),采用軸向余料塊的廣泛通過(guò)軸向分流可以實(shí)現(xiàn)冷擠壓一次成形,而且凸模的穩(wěn)定性很好;對(duì)于扁平類(lèi)的直齒輪成形,采用徑向余料塊也可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的冷擠壓成形。
閉塞鍛造是在封閉凹模內(nèi)通過(guò)一個(gè)或兩個(gè)沖頭單向或?qū)ο驍D壓金屬一次成形,獲得無(wú)飛邊的近凈形精鍛件。一些轎車(chē)精密零件如行星和半軸齒輪、星形套、十字軸承等如果采用切削加工方法,不僅材料利用率很低(平均不到40%),而且耗費(fèi)工時(shí)多,生產(chǎn)成本極高。國(guó)外采用閉塞鍛造技術(shù)生產(chǎn)這些凈形鍛件,省去絕大部分切削加工,成本大幅度降低。
冷鍛的技術(shù)發(fā)展
冷鍛技術(shù)的發(fā)展主要是開(kāi)發(fā)高附加值的產(chǎn)品,降低生產(chǎn)成本,同時(shí),它還在不斷地向切削、粉末冶金、鑄造、熱鍛、板料成形工藝等領(lǐng)域滲透或取而代之,也可以和這些工藝相結(jié)合構(gòu)成復(fù)合工藝。熱鍛-冷鍛復(fù)合塑性成形技術(shù)是將熱鍛和冷鍛結(jié)合起來(lái)的一種新的精密金屬成形工藝,它充分利用了熱鍛和冷鍛各自的優(yōu)點(diǎn):熱態(tài)下金屬塑性好,流動(dòng)應(yīng)力低,因此主要的變形過(guò)程用熱鍛來(lái)完成;冷鍛件的精度高,因此零件的重要尺寸用冷鍛工藝來(lái)最終成形零件。熱鍛-冷鍛復(fù)合塑性成形技術(shù)出現(xiàn)于20世紀(jì)80年代,90年代以來(lái)取得了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用,用該技術(shù)制造的零件,已取得了精度提高、成本降低的良好效果。
數(shù)值模擬技術(shù)
有效的數(shù)值模擬軟件是以剛塑性有限元法為基礎(chǔ)建立起來(lái)的,這些軟件有:Deform、Qform、Forge、MSC/Superform等。運(yùn)用有限元數(shù)值模擬技術(shù)可用于檢驗(yàn)工藝和模具設(shè)計(jì)的合理性。預(yù)鍛分流區(qū)-分流終鍛,用三維有限元數(shù)值模擬軟件Deform 3DTM進(jìn)行了數(shù)值模擬研究,得到了鍛造載荷-行程曲線以及整個(gè)成形過(guò)程的應(yīng)力、應(yīng)變、速度分布等,并與傳統(tǒng)的閉式鐓擠工藝模擬的結(jié)果進(jìn)行了比較。分析表明,傳統(tǒng)的閉式鐓擠成形直齒圓柱齒輪,成形載荷大,不利于齒形的充填。采用預(yù)鍛分流區(qū)-分流終鍛新工藝,可以大幅度降低成形載荷,親明顯改善材料的充填性,可以獲得齒形角部飽滿(mǎn)的齒輪。用三維大變形彈塑性有限元法對(duì)齒輪冷精鍛成形過(guò)程進(jìn)行了數(shù)值模擬,對(duì)以閉式模鍛為預(yù)鍛和以閉式模鍛、孔分流及約束分流為終鍛的兩步成形模式的變形流動(dòng)情況進(jìn)行了數(shù)值模擬分析。數(shù)值分析結(jié)果及工藝試驗(yàn)表明在終鍛中采取分流,尤其是約束孔分流措施對(duì)于降低工作載荷和提高角隅充填能力等方面十分有效。
智能設(shè)計(jì)技術(shù)
智能設(shè)計(jì)技術(shù)及其在冷鍛成形工藝、模具設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。
美國(guó)哥倫布貝特爾實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)出基于知識(shí)的預(yù)鍛幾何尺寸設(shè)計(jì)系統(tǒng),因設(shè)計(jì)預(yù)鍛件的形狀為空間幾何體,須對(duì)其幾何形狀進(jìn)行操作,故不能單純地用一般語(yǔ)言來(lái)描述推理過(guò)程。對(duì)于零件的幾何信息,采用框架方法表示,在框架中用不同的槽,定義出組成零件的基本成分和它們之間的拓?fù)潢P(guān)系。設(shè)計(jì)規(guī)則是用產(chǎn)生式規(guī)則表示,用OPS工具進(jìn)行揄。J.C.Choi和C.Kim7開(kāi)發(fā)了基于知識(shí)的冷鍛件和熱鍛件集成工序設(shè)計(jì)系統(tǒng),并分別建立了冷、熱鍛件工藝設(shè)計(jì)規(guī)則。
基于知識(shí)設(shè)計(jì)方法在冷鍛成形工藝及模具的設(shè)計(jì)中的應(yīng)用,將徹底改變塑性成形傳統(tǒng)的依靠設(shè)計(jì)人員人人經(jīng)驗(yàn),設(shè)計(jì)過(guò)程中反復(fù)修改、設(shè)計(jì)效率不高的狀態(tài)。它使用人工智能、模式識(shí)別、機(jī)器學(xué)習(xí)等技術(shù),在設(shè)計(jì)過(guò)程中從系統(tǒng)知識(shí)庫(kù)中提取合適的知識(shí)指導(dǎo)冷鍛成形工藝及模具設(shè)計(jì)。該項(xiàng)技術(shù)正在進(jìn)一步發(fā)展之中;谥R(shí)設(shè)計(jì)方法已成為鍛造成形工藝、模具設(shè)計(jì)智能化技術(shù)研究的一個(gè)特點(diǎn)課題。
工藝優(yōu)點(diǎn)
冷鍛工藝是一種精密塑性成形技術(shù),具有切削加工無(wú)可比擬的優(yōu)點(diǎn),如制品的機(jī)械性能好、生產(chǎn)率高和材料利用率高,特別適合于大批量生產(chǎn),而且可以作為最終產(chǎn)品的制造方法(Net-shape Forming),在交通運(yùn)輸工具航空航天和機(jī)床工業(yè)等行業(yè)具有廣泛的應(yīng)用。
工藝缺點(diǎn)
材料要求高;不適合少量加工;模具要求高。
冷鍛技術(shù)成形精度比溫鍛和熱鍛都要高,在精密成形領(lǐng)域有著其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。冷鍛工藝的運(yùn)用提高了內(nèi)膛光潔度、尺寸精度、表面強(qiáng)度,延長(zhǎng)了槍管的壽命,使槍的射擊精度也相應(yīng)提高,而且便于加工錐型槍管,可以減小質(zhì)量。冷鍛工藝是斯太爾公司最先提出的,后來(lái)世界上很多國(guó)家都采用斯太爾公司的冷鍛機(jī)床加工槍管。
當(dāng)前汽車(chē)工業(yè)、摩托車(chē)工業(yè)和機(jī)床工業(yè)的飛速發(fā)展,為冷鍛這一傳統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展提供了原動(dòng)力。例如,我國(guó)1999年摩托車(chē)的全國(guó)總產(chǎn)量就有1126萬(wàn)多輛,而根據(jù)2000年的初步估計(jì),我國(guó)汽車(chē)的總需求量到2005年將達(dá)到330萬(wàn)輛,其中轎車(chē)130~140萬(wàn)輛,僅汽車(chē)行業(yè)的鍛件需求在50~60萬(wàn)噸以上。冷鍛技術(shù)在我國(guó)的起步雖然不算太晚,但發(fā)展速度卻與發(fā)達(dá)國(guó)家有很大的差距,到目前為止,我國(guó)生產(chǎn)的轎車(chē)上的冷鍛件重量不足20kg,相當(dāng)于發(fā)達(dá)國(guó)家的一半,開(kāi)發(fā)潛力很大,加強(qiáng)冷鍛技術(shù)開(kāi)發(fā)與推廣應(yīng)用是我國(guó)的一項(xiàng)緊迫任務(wù)。