文/ 张清林·江苏中兴西田数控科技有限公司

小松勇·日本小松技术士事务所，江苏中兴西田数控科技有限公司

温锻与冷锻之基本 （连载十六）

文/ 张清林·江苏中兴西田数控科技有限公司

小松勇·日本小松技术士事务所，江苏中兴西田数控科技有限公司

《温锻与冷锻之基本》的系列连载历时两年已经连续刊登了十五期，利用本期这最后一期的连载，对温锻和冷锻的内容做个归纳和总结。

热锻将向着精密锻造的方向发展

无论是热锻、冷锻还是介于两者之间的温锻，都在努力地扩大着各自的加工对象的范围，最大程度地发挥和利用其各自的特点，这是顺理成章的必然趋势，但是遇到的问题和受到的阻碍也是众所周知的。

现在中国的汽车生产量已经位居全球第一，这就意味着生产汽车所用资源如材料、能源等的消耗也是全球第一。一台普通轿车的重量包括车体、发动机、车窗玻璃、轮胎等在内平均约1500kg，其中约750kg是钢铁，仅车体就使用了约400kg的钢铁。即使是生产技术很高的生产制造企业，其材料利用率也只有40%左右，假设生产一台汽车的车体要消耗约1000kg的钢板，那么其中约600kg就成为了废料。热锻成形品由于要留出很大的切削加工余量，所以材料利用率也比较低。温锻加工的产品因为不是像曲轴那样大的零件，所以切削量较小，但是平均的废料也有60%左右。在当今汽车生产量世界第一的中国，废料的产生量也是世界第一，能源的浪费也是世界第一，我们必须充分地意识到这是一种巨大的损失。

为减少资源的消耗，大家都在做着积极的努力。在热锻方面，不断地提高成形品的形状精度，努力使切削量减少到最小，精密热锻成为了当今的主流发展趋势。热锻产品主要是曲轴、驱动系统的部品以及悬架装置的部品等，把这些部品的材料重量控制到最小，切削量就会相对减少，当然切削的时间也就缩短了，随之而来的是切削工具的磨损减少、切削工具的寿命得以延长，整个生产工艺链都得到了良好的改善。

温锻将向着接近冷锻的精密温锻方向发展

今后的汽车产业中温锻的发展同样不容忽视，但是温锻精度必须要向着近似于冷锻的方向靠近。现在日本和韩国的汽车产业中冷锻加工材料的使用比率在迅速增加。在温锻工艺中，在实行精密温锻的同时加入冷整形，可使成形品的形状和精度提高，当然切削量也就随之减少。冷整形是否可以实行是决定精密温锻能否实现的不可缺少的条件。

等速接头是汽车上的重要部件，也是采用温锻工艺制造的典型产品。汽车在高速行驶时，当行驶速度达到120km/h时，等速接头的回转速度会达到1000r/min左右，如果等速接头的回转平衡不好的话，汽车就会产生剧烈的振动，高速行驶就是不可能的事了。因此等速接头的轴承槽和轴的精度不容忽视，即使是不需要切削加工的地方也要有较高的体积精度。由此看来，热锻加工后的部品如果形状精度不好的话就要进行整体的切削加工，这样会造成成本的增加和资源的浪费，因此放弃热锻、采用温锻是最好的选择。

要实现精密温锻，不但一定要正确地设定工位，还要把坯料制作的精度管理、模具的维护保养、工位间的自动传送以及温锻压机的维护保养等方方面面都要考虑到，这样才有可能实现接近冷锻的精密温锻。

冷锻将成为未来的主流生产工艺

现在的冷锻技术已经发展到不需要切削加工的程度。冷锻成形产品的尺寸公差在0.02mm以内是很普遍的，冷锻成形产品的材料平均利用率可以超过98%。

从节省资源的角度看，冷锻将成为今后锻压生产的主流工艺，但是在一定用途的加工产品范围内，精密温锻工艺仍将继续发挥其特长并会被灵活使用。

润滑油的发展趋势

锻造加工实际上是“断热压缩”的生产形式，但因为锻造挤压时材料内部产生了热量，故从一个工位传送到下一个工位时坯料温度的下降是很少的，利用这一特点润滑油可以保持良好的涂布性能。最近在润滑油里添加硫、磷等元素的非磷化氧化皮处理新技术正在逐渐被采用，以往的磷皂化处理方法将被逐渐取代。由于这种新的冷锻用润滑油是使用在锻造过程中的，所以该技术又被叫作内工艺处理技术，使用了这种润滑油就不需要再进行锻造前的磷皂化处理了。

现在在EU(欧洲共同体）的国家里磷皂化处理是被明令禁止的，凡是进入到EU的制品必须实行非磷皂化的制造方法。例如冷锻成形部品中的刹车器上的活塞，一般这个部品是钢材通过冷锻成形后再切削加工而制成的，为防止生锈再实行电镀处理，但是这在EU是被禁止的，取而代之的是一种特殊的氮化处理工艺。在世界上磷皂化处理工艺被禁止的国家已有很多，而且还在增加，因此脱磷皂化的处理方法是今后的发展趋势。

搬运方式的发展

锻造加工利用的是“断热压缩升温”的原理，所以为尽量减少工位间的热量损失，就必须实行快速的搬运方法。使用机械手进行搬运是不太合适的，因为机械手的搬运时间比起多工位搬运方式来要长很多，前一个工位产生的断热压缩热量用机械手送到下一个工位时已经散失了很多，而多工位搬运方式则可以达到在较短的时间内准确地进行搬运的效果。用伺服驱动的三维多工位搬运系统是今后的发展方向。

关于温锻加工用压机

前面我们讲述了许多冷锻的特点和优点，但是在现实生产中由于设备、技术等所限，许多情况下仍然不得不使用温锻加工。现状是专门为温锻设计、制作的压机还很少，在新的温锻专用压机导入之前还是要利用冷锻压机进行温锻生产。

由于压机的特性、用途不同，故使用不当会给压机造成极大的损坏，严重时可能会造成压机不能使用的后果。为板材成形而设计的压机的强度和刚性最多可以承受10mm厚左右板料的剪切落料加工，绝对不能用来进行锻造加工。而用冷锻压机来进行温锻生产是可以的，但要注意以下几个问题。

向滑块和工作台的热传导

这是一个必须考虑的问题，比如一个锻造用的坯料直径为40mm、长为80mm、重量大约为0.72kg，下面分析一下把它加热到800℃的情况。

成形这样部品的锻造模具的重量大约在500kg左右，坯料的热容量比是500÷0.72=700倍，生产方式为一行程单冲、15个/min，0.72×15＝11kg，也就是说，11kg800℃的材料在极短的时间里是停留在模具内的，每加工一次还可以有一次放热和冷却的时间，由于热容量比是700倍，所以模具的整体是不会达到800℃的。从另一方面看，制作模具的材料的回火温度是250℃(高温回火可达到400℃），故模具温度必须保持在200℃以下。但即使冲头、凹模达到200℃左右，模板的上、下面也只有40℃左右，而且模具与压机之间还要加入5～10mm的隔热板，所以可以完全阻止热量向压机的传导。

在有必要的情况下可以采取进一步抑制热传导的措施，如为冲头和凹模设计冷却水管，这样可以减少热量的传导。另外，为了工作台下面设置的顶料销可以顺畅地活动，有效地控制模具温度也是非常有必要的。

热辐射的影响和对策

800℃的坯料的热辐射也会使压机的机架、滑块的上表面、工作台的下表面的温度升高，隔热空气层可以有效地阻止对压机的热辐射。空气本身具有隔热的性能，如果能向机架吹送冷风，则可以更有效地抑制机架温度的上升。

当热辐射和热传导得到了良好的抑制时，机架、齿轮以及油温调节装置、油箱里的油温也能得到控制。另外，压机的润滑油也可以吸收压机的温度，起到冷却压机的作用。

模具的冷却和润滑

温锻用的润滑油是很有限的，一般的润滑油里含有二硫化钼的成分，油和二硫化钼的混合物会被吹散到周围环境中，使周围环境变得很黑很脏。而且油的混合物还会产生油烟或发生燃烧的危险，现在已有很多企业开始使用对周围环境没有污染的以钙质为主的润滑油。

模具在使用前要预热到接近200℃，从尽量延长模具寿命的角度考虑，在生产中模具也应保持在200℃左右，冷却模具的同时兼顾去除模具内的氧化皮和润滑油中的钙质等残渣，较好的方法是每一次锻造后向冲头和凹模喷射一次-40～-30℃的冷气。

坯料过热和氧化皮的防止

要防止坯料加热时过热和氧化皮的产生，使用高频加热是首选。坯料从加热炉出来后通过滑道到达模具附近，这时要向模腔内喷入少量的氮气以达到抑制氧化皮产生的目的。减少氧化皮的产生对延长模具寿命有着不可忽视的作用，而电炉、燃气炉都是容易促进氧化皮的生成的，应尽量避免使用。

综上所述，在对小部品进行锻造成形时，因为坯料很小，所以即使加热到800℃坯料所保有的热量也还是很小的，只要不是高速连续运转，做好了上面讲到的防热对策，用冷锻压机进行温锻加工也是可以的。

滑块的导轨机构

对滑块的导轨而言，最需要注意的是防止氧化皮等的进入，一般采用滑动密封、设计双重罩板等方法来解决。设计双重罩板的目的是在两层罩板之间不断地送入略高于大气压的流动空气，使罩板的内压略高于外部气压，这样外面的尘埃就不容易进入导轨了。还可以把流动空气的送入与压机进行连锁，一旦送风停止，压机将不能运转。

另外，对一般压机来说，导轨和滑块之间的间隙只要有能使冷却的润滑油流动的0.07～0.1mm就足够了，而大能力的压机则需要较大的间隙。

压机上的罩板(对热量的防止非常重要)

一般的温锻工厂都不会非常干净，在工厂的空气中会弥漫着油雾、被细化的氧化皮粉尘等，罩板的重要作用是防止这些灰尘进入到电机、配电盘等电器部件中，并防止坯料脱落的氧化皮或被吹散的加工油进入压机的润滑油循环系统，同时对热量的传播有一定的阻隔效果。

模具的预热

对温锻工艺来说模具的预热非常重要。冲头和凹模可以用喷枪将其加热到200℃左右，如果行程长度较长，就要将滑块下降，使上下模间隔150～200mm，用有上下火口的喷枪同时对上下模进行加热。在停止运转时间较长的情况下(如午休等）还必须重新进行加热。加热时必须注意的是温度的控制非常重要，超过了200℃会造成模具的回火。

模具内部的润滑(必要时)

每锻造一次或数次向模内喷射一次冷却润滑油，使模具的温度始终保持在200℃左右，这时润滑油的涂布性能是最好的。

在使用多工位搬运装置时，虽然有搬运杆的存在，但也要利用搬运杆向上提升的空隙间接地对模具进行喷射冷却。

闭模高度

冷锻模具从强度和刚性方面考虑、温锻模具从传热对策上考虑都需要较高的模架，所以需要的闭模高度就会较高。

滑块和工作台的辅助内板

由于冷锻成形部品的尺寸一般都比较小，因此在滑块和工作台的中心附近加入经过淬火的辅助板是普遍常用的方法。但是如果是温锻加工，由于材料的热量会使这个辅助板逐渐变弱，甚至会发生裂开或凹陷的情况，因此必须注意每天要进行点检。

下模的顶料杆

冷锻加工时经常使用到下部的顶料装置(设置在底座里）。在冷锻工艺里使用一个工位进行加工的情况较多，这时就只需要将顶料装置设置在压机的中央即可，但如果使用了2～3个工位实行多工位搬运的方法进行加工，就必须根据每个工位的具体情况来设置顶料装置的位置。

无论是冷锻压机还是温锻压机，选用一个工位成形的情况还是较多的。当然，有时也不使用顶料装置而由模具来进行相应的处理，这也是可行的办法。

上模的脱料装置

在冷锻压机上设置上模脱料装置的情况也很常见，但是上模的脱料装置一般是任意位置的，而且以油压气缸推动较为普遍。

总结

上面我们以温锻为中心讲解了关于锻造加工的要点、压机的要点、加热的要点、模具构造的要点等，温锻可以利用的温度范围是800～1000℃，这是一个很窄的范围，在生产过程中只要有稍微的怠慢就会出现坯料的温度被模具吸收而下降的情况。当温度下降到800℃以下时，材料的硬度和变形抵抗力都会急剧升高，给压机机械部分造成很大的负担，超负荷的几率大幅度提高，如果模具没有充分的强度就会发生破裂，随之而来的后果就是造成重大的人身事故。在今后进行锻造工艺设计时我们必须要对这一点有足够的重视。

综上所述，归纳出下列温锻加工中的重点注意事项作为本次《温锻与冷锻之基本》系列连载的结束：

⑴坯料的体积精度一定要达到冷锻的水平。

⑵用高频加热炉进行短时间的升温(有必要时进行二次加热），从而抑制氧化皮的产生。

⑶虽然可以用冷锻压机进行温锻加工，但是其前提是必须对冷锻压机做好防热措施后才可以进行。

⑷要注意管控好模具的预热温度，急剧的温度变化会导致模具的破损。

⑸保证每一个行程后都对冲头和凹模的模腔进行冷却和润滑，但要注意不能过冷。

⑹要经常对模腔进行清扫，以防止氧化皮的堆积。

⑺含有二氧化钼的润滑油等比较合适。

⑻为防止坯料从加热炉搬运到模具之间的热量损失，应采用架设加热通道等办法。

⑼在生产过程中发生非正常停机时，存在于加热炉和模具之间的被加热过的坯料一定要废弃。

⑽利用好断热压缩升温的物理现象。

⑾即使是温锻用的模具，其模板的厚度和导柱也要与冷锻用的模具处于同等水平。

⑿使用三维多工位搬运装置比较合适。

⒀从节省资源的角度出发考虑问题。

⒁从温锻加工中积累经验可以为逐渐过渡到冷锻加工起到技术预先储备的作用。

鉴于以上几点，我们江苏中兴西田数控科技有限公司已经着手开发了既可以进行温锻又可以进行冷锻的压力机，满足了现实中广大客户长期以来期望在一台锻造压力机上分别可以进行温锻和冷锻的需求。