1. 冷成形產品
冷成形產品在汽車工業中占70%,在其它如自行車、摩托車、軸承工業和國防工業等約占30%。
汽車上的冷成形產品包括:①發動機中的零件:汽門彈簧座、汽門活塞、汽門彈簧盤、活塞銷,②變速箱的齒輪、同步器齒環、軸,③轉向系統、④減振器、⑤空氣罐殼體、⑥驅動輪、懸掛系統:等速萬向節外套、等速萬向節內套、驅動軸、法蘭軸、萬向十字軸,⑦電氣零件,⑧其它如緊固件、車輪螺母、制動開關殼等。
2. 冷溫鍛件產量及成形設備需求量預測
2.1 我國精密冷溫鍛件產量
2006年我國汽車產量為728萬輛,至2010年我國汽車產量將達1000萬輛,此后每年將保持5%~10%的增長速度。按每輛車45~50kg的冷鍛件計算(不包括每輛車有30kg的各種緊固件——螺栓、螺釘、螺母及鉚釘),至2010年我國將需50萬噸精密冷鍛件。在國外冷鍛件約占鍛件總產量的10%,有人估計我國目前只占5%左右,平均每輛車不足20kg,按此估算我國近年冷鍛件的產量約為15萬噸。2004年中國重要鍛造企業有400家左右,鍛件總產量為326萬噸,其中用于汽車、摩托車的鍛件產量在220萬噸左右,模鍛件為244萬噸。2006年我國鍛件總產量估計為360萬噸,按此估算冷溫鍛件產量為18萬噸。總之,精密冷溫鍛件的總產量不足20萬噸,有較大發展空間。
目前,我國汽車零部件企業已有各類生產企業5800多家,其中不乏鍛造廠家,鍛造企業作為汽車零部件企業的一個重要組成部分,面臨著重大發展機遇。“十一五期間是零部件快速發展的高峰期。近年,我國零部件出口連年呈現迅猛態勢,中國汽車工業協會擬向商務部建議,到2010年,零部件出口目標為350億~400億美元。零部件制造業的發展也就是制造零部件設備廠的發展。冷溫鍛設備是隨著零部件生產需要而發展的。
2.2 冷溫鍛壓力機需求量的估計
按轎車中的部分產品分析(齒輪、軸、銷),冷溫精密鍛件的平均重量為0.5kg,按兩班制、年負荷3000小時計,每條生產線(線由1~3臺壓力機組成)的年產量為200萬件(按三班制、滿負荷可達300~400萬件/年),約1000t/a,50萬噸冷溫精密鍛件需500條線。加上其它行業,總計需700多條線,目前冷溫精密鍛件的生產能力只有50萬噸的40%左右。滿足全國各行業需要,約需增加400條線左右。
3. 我國冷溫鍛件生產概況
3. 1 具有一定規模的生產廠家如下表
表1 部分具有一定規模的冷溫精鍛件生產廠家概況
3.2 冷溫鍛工藝舉例
3.2.1 冷鍛、冷擠壓工藝
冷鍛(主要是冷擠壓)的特點是高精度、高效率、優質低耗,適用于外形較簡單的中小型鍛件的規模化生產。冷鍛和冷擠壓最適合加工旋轉對稱的零件,也可加工方、六角等形狀的軸對稱零件。
冷成形和冷擠壓坯的材質應具有較低的屈服點,較低的韌性和較高的可鍛性。對0.5%C、2%Mn及0.45%Si以下的非合金鋼和低合金鋼是合適的。
例1.φ26~φ30mm活塞銷生產工藝流程
活塞銷的材料主要是15Cr、20Cr、20MnV。
精密剪切下料或鋸切下料——退火——一次磨外圓——磷皂化——整形(250kN機械壓力機)——冷擠壓(J87-160偏心式下傳動冷擠壓機或YA32-200四柱液壓機)——鉆連皮——滲碳——二次磨外圓——銑兩端面、倒角——淬火、回火——清洗防銹——粗磨——磨兩端面——精磨——探傷——超精磨——拋光——檢驗——清洗——包裝。
以上是1995年以前的工藝。自后采用六工位雙滑塊活塞銷冷擠自動機成形。六工位即:進料、空位、擠壓、整形、探測、頂出。
活塞銷坯的下料要求較高,端面斜度最好在1°以下,這樣可取消整形工位。目前精密棒料剪斷機的下料精度只能達到α≤1.5°,重量公差在±0.5%以內。關于這一點,尚需活塞銷生產廠家與設備制造廠共同探討。
3.2。2 溫鍛 + 冷精整工藝
溫成形溫度一般在550℃至850℃之間,在該范圍內能達到成形力顯著減少,不形成氧化皮,鍛件質量較好,后續加工減少,鍛件材質結構好。溫成形技術主要用于含碳較高(大于0.3%)和附加合金較高(大于0.3%)的鐵素體鋼,對奧氏體鋼(即不銹鋼)不出現藍脆,在200℃至300℃之間流動應力已明顯下降,加熱溫度應用400℃至450℃。
溫鍛用在:冷鍛無法成形的材料,為了減少成形工序,加工幾何形狀較復雜的工件,采用熱鍛無法達到尺寸精度和理想的表面質量。`
溫鍛工藝所能達到的尺寸、形狀精度和表面質量和冷擠壓工藝比,相差不多,所能加工的工件、材質、品種和熱鍛工藝相近,但加工范圍相對于冷鍛而言卻大大擴展了。
溫鍛 + 冷精整,提高鍛件精度。
例2。等速萬向節外套溫鍛 + 冷精整工藝流程
精密剪切下料——中頻感應加熱780℃±20℃——正擠壓下端小頭——鐓粗上部大頭——成形大頭凹窩(10~16MN多工位冷溫鍛壓力機,用3~4工位溫成形)——控制冷卻——拋丸處理——表面涂層處理——冷鍛(6.3MN機械壓力機或冷擠壓機,精整導向、凹窩、底部縮頸,2工位)——打標識——清洗——裂紋檢查。生產率300~400件/小時。
3.2.3 熱精鍛 + 冷精整工藝
2。3熱精鍛+ 冷精整
熱鍛的成形是比較容易的、甚至形狀復雜的大鍛件也能用熱鍛方法,以最少的工序進行成形,但其尺寸精度與冷鍛成形相比,還差得多。通過綜合熱鍛和冷鍛的優點,用熱鍛和冷鍛復合鍛造方法,進行精確成形鍛造或接近成品零件的成形鍛造,來獲得精密鍛件的越來越多了。
不需冷成形所必須的球化退火和中間退火。熱精(溫)鍛后,只對必需確保精度的部分局部冷精鍛成形,即使形狀復雜的大型鍛件,也能用較小噸位的鍛造壓力機,鍛造出高精度的鍛件,這也是熱冷復合鍛造的優點。
例3.結合齒輪(熱精鍛 + 冷精鍛)工藝流程:
坯料切斷(帶鋸床)——加熱(中頻電爐)——鐓粗去氧化皮、粗成形、精成形(16MN曲柄熱模鍛壓力機)——沖孔——正火(電阻爐)——拋丸處理(Q3525B轉臺式拋丸清理機)——磷皂化處理(磷皂化槽組)——倒角部冷鍛成形(6.3MN冷擠壓力機)——反斜度成形(6.3MN 或4MN冷擠壓力機)——熱前機加工——滲碳——淬火、回火——拋丸(Q3525B轉臺式拋丸清理機)——熱后機加工——分選包裝。
在冷、溫、熱精鍛工藝和設備方面,“金辰機械”能為用戶提供設備和工藝咨詢。
順便提一下 閉塞鍛造,它是在封閉的凹模內,通過一個或兩個沖頭單向或雙向擠壓金屬一次成形,即可獲得無飛邊的、少無切削的近凈形鍛件,材料利用率平均在90%以上。
4. 我國冷溫鍛設備生產和使用
4.1 精密棒料剪斷機
少無飛邊模鍛、冷溫擠壓、閉塞模鍛、精密輾壓等要求采用精密剪切下料。在大量生產中鋸切下料,嫌生產率低。
“金辰機械”研制了QA46系列精密棒料剪斷機,有QA46-100、QA46-200、QA46-320、QA46-400、QA46-450、QA46-600、QA46-800、QA46-1000型,共8種規格。剪切斷面斜度≤1.5°、重量誤差≤±0.5%、斷面圓度≥0.96,技術參數見樣本,可供用戶選用。
4.2 冷溫擠壓設備
用于冷成形的機器可以是立式或臥式,單工位或多工位,機械壓力機或液壓機。
對長桿形工件最好采用臥式多工位冷擠液壓機。
4.2.1 我國早期生產的冷擠壓機有:
1)偏心式下傳動冷擠機J87-160、J87-250A、JA87-300、J87-400
2)齒輪偏心式冷擠機J87-160、J87-300、J87-400
3)臥式肘桿式冷擠機J88-200、JB88-200、JC88-200、JA88-315、JA88-500、JC88-500
4)立式肘桿式冷擠機J88-160
5)冷擠液壓機400、630、1000、1500、2500等。
4.2.2 正在開發中的冷擠壓機產品
我國冷擠專用壓力機已得到發展,例如濟南二機床集團有限公司生產2MN、4MN立式多工位壓力機、上海鍛壓機床廠生產4MN、6.3MN冷鍛壓力機、J86K-250型2.5MN立式多連桿擠壓機。天津南德壓力機有限公司(現已無此公司)生產過KB2-1000型10MN液壓冷鍛壓力機1臺,其它廠生產過如L2×160型1.6MN、L2×250型2.5MN臥式雙滑塊活塞銷冷擠壓自動機等。
山東榮成金辰機械制造有限公司與濟南二機床集團有限公司是聯營單位,兩廠都能生產濟南二機床集團的J89和J82系列肘桿式冷擠壓機。J89系列有:J89-400、J89-630、J89-800、J89-1000、J89-1250、J89-1600;J82系列有:J82-200、J82-200/1、J82-400、J82-400/1等。
榮成金辰機械制造有限公司還研制出杠桿式冷溫鍛造壓力機專利產品,型號有JC-200、JC300、JC400、JC630、JC800、JC1000、JC1250、JC1600、JC2000、JC2500,共10種規格,下面是對該壓力機的一個簡單的介紹:
主要結構特點:
1、 底傳動臥式杠桿機構,機床高度低。高度只有立式鍛造機1/2左右,節省了廠房高度,便于維修;重心低、機床振動小。
![]() ![]() 產品外形圖
2、 利用杠桿增力,使公稱力行程很大,一般都在30mm以上。適用于各種復雜零件的擠壓拉伸,拓寬了設備的使用范圍。眾所周知,選擇鍛造設備特別是擠壓設備,最主要的是要根據設備的公稱力行程來選擇的,而金辰公司的冷溫鍛造機,可以為用戶節省大量投資。
![]() ![]() ![]() ![]() 3、利用杠桿――多連桿的運動特性,滑塊能在下死點瞬時停留壓實,保證薄壁件和難加工金屬的壓實精密成形。
4、利用長杠桿的彈性,能夠安全的進行壓實鍛造,避免了壓力機和模具的損傷。
5、 較大的裝模高度調整量,可以使您的模具使用壽命更長,操作更方便。
6、 增加了防悶車機構,可以有效的防止因操作失誤導致的悶車。
7、 整體實心鋼板結構和連桿與滑塊等寬的結構,以及八面導軌的高精密導向使機床具有高剛度、高抗偏載能力、高精度運行,可以滿足用戶各種復雜工藝的多工位冷、溫、熱的精密鍛造。
技 術 參 數MAIN TECHNICAL PARAMETERS
“金辰機械”還生產MP系列曲柄熱模鍛壓力機,供熱精鍛之用。
4.2.3 進口設備情況
已知的幾臺進口設備的價格列于表2。
表2 進口冷溫鍛壓力機的價格
從表1中可以看出,用于生產高精度產品的壓力機都是靠進口設備,從表2知進口壓力機價格高昂,國內冷溫鍛廠家難以承受,冷溫鍛行業難以普及、發展和提高。國產冷溫鍛壓力機的價格只有進口設備的1/3~1/4。綜前所述各因素,加速發展國產冷溫鍛壓力機才是出路,榮成金辰機械制造有限公司在這方面會作出貢獻的。
參考文獻
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2.世界最新汽車技術,中國汽車技術研究中心 編,(羅晴嵐 第二章第二節,鍛壓,P。69~105)山東科學技術出版社1999年3月。
3.蔡墉 江蘇江北三個冷溫鍛件生產企業,《鍛造工業》3/1999,-16~17。
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