冷鍛的概念
緊韌體成形工藝中，冷鐓（擠）技術是一種主要加工工藝。冷鐓（擠）屬於金屬壓力加工範疇。在生產中，在常溫狀態下，對金屬施加外力，使金屬在預定的模具內成形，這種方法通常叫冷鐓。
在金屬學上，材料加熱到再結晶溫度（鋼約是700℃）以上進行的鍛造稱為熱鍛。
對於鋼質鍛件，將再結晶溫度以下且高於常溫的鍛造叫溫鍛。
圖1 鍛造溫度與通常的名稱
01
冷鐓（擠）的優點
鋼材利用率高：冷鐓（擠）是一種少、無切削加工方法，如加工杆類的六角頭螺栓、圓柱頭內六角螺釘，採用切削加工方法，鋼材利用率僅在25%～35%，而用冷鐓（擠）方法，它的利用率可高達85%～95%，僅是料頭、料尾及切六角頭邊的一些工藝消耗。
生產率高：與通用的切削加工相比，冷鐓（擠）成型效率要高出幾十倍以上。
機械效能好：冷鐓（擠）方法加工的零件，由於金屬纖維未被切斷，因此強度要比切削加工的優越得多。
適於自動化生產：適宜冷鐓（擠）方法生產的緊韌體（也含一部分異形件），基本屬於對稱性零件，適合採用高速自動冷鐓機生產，也是大批次生產的主要方法。
總之，冷鐓（擠）方法加工緊韌體、異形件是一種綜合經濟效益相當高的加工方法，是緊韌體行業中普遍採用的加工方法，也是一種在國內、外廣為利用、很有發展的先進加工方法。
02
冷鍛工序
一般來說，冷鍛成形是透過多種工序的組合來獲得零件最終的形狀。圖2是冷鍛的一個例子。坯料切斷後，軸杆正擠壓，杯筒反擠壓，杯筒正擠壓，鐓粗，衝孔，管的正擠壓等組合而成。
分成多工序加工是為了避免一次成形時的過大壓力。由於工序越少成本就越低，降低成形壓力減少工序數量是工序設計的關鍵所在。
圖2 冷鍛成形工藝的樣例
03
冷鍛主要加工方法的概述
鐓粗
圖3a是外側面不受模具約束的自由鐓粗。加工壓力隨著摩擦約束而增加，變形時坯料高度H大於直徑D0時（H/D0＞1。0），C=1。2左右，可是當坯料變薄後C將上升到2。5左右。
當壓下率增加時，如圖4所示，在外周面斜方向和縱向將產生裂紋。裂紋的發生取決於材料的延展性，為此需要使用專門為冷鍛製造的材料當壓下率增加時，圖3給出了各種鐓粗成形時的約束係數的大小。
圖3 鐓粗時的約束係數
圖4鐓粗裂紋
自由鐓粗中，當坯料的初期高度是直徑的2倍以上時，如圖5所示，由於材料失穩而導致坯料的折彎，從而形成摺疊缺陷。為了預防材料的失穩，通常使用圖6形狀的模具進行預備成形。
圖5失穩
圖6防止失穩的預備鐓粗
半密閉鍛造
如圖7所示，半密閉鍛造成形是透過產生飛邊增加模腔內的壓力，促進材料充滿的一種方法。技術大咖都在華人螺絲網螺絲知道。當飛邊部分被壓縮時，約束係數C會增大到6。0～9。0，飛邊的厚度要儘量控制在必要的厚度以上。圖8是使用半密閉鍛造進行冷鍛成形的例子。
圖7 飛邊模鍛的最終階段
圖8半密閉鍛造產品
軸杆的擠壓
軸杆擠壓是使材料直徑縮小的加工方法，通常叫做正擠壓。軸杆的擠壓，可以分為圖9那樣的將坯料放入模具中進行擠壓的模內約束擠壓，及圖13b所示的自由擠壓。自由擠壓應用於加工度小的成形中。
（a）模內擠壓 （b） 自由擠壓
圖9 軸杆正擠壓
如圖10所示，容易產生內部開裂。軸杆擠壓的最後階段材料的流動處於非定常狀態，如圖11所示，容易產生中心空洞或者裂紋。
圖10 芯部擠壓開裂 圖11 非定常擠壓缺陷
杯筒擠壓
杯筒的擠壓是在坯料外徑被模具約束的同時，把衝頭擠入材料形成帶底的圓筒零件，是冷鍛中最常用的方法。
通常擠壓衝頭擠入材料，材料流動方向與衝頭的運動方向相反，所以稱為反擠壓，不過也有衝頭不動透過擠壓材料成形圓筒零件的正擠壓方法。圖12所示，
圖12 杯殼反擠壓
04
複合驅動的冷鍛方法
如圖2所示，一般來說冷鍛成形需要多個工序，這主要是考慮到使用一個工序成形時模具的壓力過大。高的模具面壓不僅會使模具產生強度破壞，同時還會引起模具的彈性變形導致鍛件成品精度的下降。
最近開發的齒輪冷鍛工藝，如果使用通常的鍛造方法，需要很高的成形壓力來完成齒形部分的充滿。為了用盡可能少的工序來鍛造齒輪，需要使用具有複合運動功能的閉塞鍛造或者分流鍛造方法。
閉塞鍛造
圖15是閉塞鍛造原理與錐齒輪鍛造。把坯料放入上下模具形成的模腔中，透過上下衝頭對材料實行壓縮變形。
材料與衝頭的接觸面積幾乎保持不變材料被擠向半徑方向，與半密閉鍛造中壓縮飛邊相比，能大幅成形力。
使用該方法需要除了要求上下衝頭的運動和合模力之外，還需要特別設計的模架裝置。透過密閉鍛造方法，成功生產出瞭如錐齒輪，等速萬向節。
圖15 閉塞鍛造的原理與錐齒輪的鍛造
分流鍛造
分流鍛造的原理是在材料流動的主方向和反方向都設計有供材料流動的空間，從而降低鍛造壓力。
圖16a那樣反擠壓時，在前面也設計一個擠壓出口的方法叫做棄軸法，圖16b是為了把材料流向外側的齒形部，而同時在材料的內部設計一個空洞使材料同時產生向內側的流動，既所謂的設孔法。
（a）軸法 （b）設孔法
（a）凸軸成形（b）分流鍛
圖16使用分流鍛造成形的斜齒輪
利用該方法透過採用複合動作的模具，被應用於齒輪的鍛造，根據材料流動的特點稱該方法為分流鍛造法。近年來，使用該方法並透過利用模具的複合運動，成功開發了斜齒輪的精密鍛造。
