對(duì)冷鍛特點(diǎn)認(rèn)識(shí)的一種提升與更新

■ 盧險(xiǎn)峰

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南昌大學(xué)教授，博士生導(dǎo)師。中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)高級(jí)會(huì)員、中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)塑性工程分會(huì)終身會(huì)員及其沖壓學(xué)術(shù)委員會(huì)委員、中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)材料鍛壓工程師資格認(rèn)定委員會(huì)委員、中國(guó)鍛壓協(xié)會(huì)“頭腦風(fēng)暴”專(zhuān)家?guī)鞂?zhuān)家、 江西省模具工業(yè)協(xié)會(huì)理事會(huì)顧問(wèn)等。從事鍛壓生產(chǎn)、教學(xué)與科研工作五十多年。先在工廠當(dāng)工人、做技術(shù)工作十多年，后一直在大學(xué)從事教學(xué)和研究工作。講授鍛壓專(zhuān)業(yè)及相關(guān)課程共計(jì)十多門(mén)。融合生產(chǎn)實(shí)踐科研成果與教學(xué)經(jīng)驗(yàn)獨(dú)立編著8本教材專(zhuān)著，包括1999年和2008年編著 《冷鍛工藝與模具》（機(jī)械工業(yè)出版社）、《冷鍛工藝模具學(xué)》（化學(xué)工業(yè)出版社）等。承擔(dān)學(xué)會(huì)組織而參編論著9部。共發(fā)表學(xué)術(shù)論文220余篇。擁有國(guó)家發(fā)明專(zhuān)利9項(xiàng)。

1. 前言

涉及冷鍛科技問(wèn)題，筆者曾在本刊發(fā)表過(guò)兩篇文章：

1.關(guān)于冷鍛的定義及其工藝知識(shí)結(jié)構(gòu). 機(jī)械工人（熱加工）.1999（2）：17-18.

2.WTO·汽車(chē)·冷鍛 —— 我國(guó)冷鍛及模具技術(shù)的發(fā)展. 同上.2002（3）：51-52.

就冷鍛科技的發(fā)展歷史、冷鍛的定義、冷鍛工藝知識(shí)結(jié)構(gòu)體系等方面的研究收獲，做了一些簡(jiǎn)短的介紹；就當(dāng)時(shí)我國(guó)面臨加入WTO之機(jī)遇與沖擊形勢(shì)，從我國(guó)汽車(chē)工業(yè)情況，汽車(chē)生產(chǎn)中冷鍛技術(shù)情況及采取的對(duì)策，提出了一些看法與建議。

20年過(guò)去了，我國(guó)汽車(chē)工業(yè)生產(chǎn)取得突飛猛進(jìn)的發(fā)展成績(jī)。汽車(chē)產(chǎn)銷(xiāo)量、品種、質(zhì)量等均在飛速提高，如僅汽車(chē)產(chǎn)量從1995年的百萬(wàn)輛水平，到2011年開(kāi)始的千萬(wàn)輛，2013年以后穩(wěn)定在兩千萬(wàn)輛以上的水平，2017年達(dá)三千萬(wàn)輛，一躍成為了世界上汽車(chē)產(chǎn)銷(xiāo)量穩(wěn)居界第一的國(guó)家；再如汽車(chē)零部件中冷鍛件的重量，從1990年代4～5kg/輛，到現(xiàn)如今的約20kg/輛，上升了一個(gè)數(shù)量級(jí)。憑此兩點(diǎn)，足可表明我國(guó)汽車(chē)生產(chǎn)技術(shù)及涵蓋在其中的冷鍛加工技術(shù)，有著令人鼓舞的進(jìn)步。

當(dāng)然，我國(guó)制造業(yè)還存在著不少劣勢(shì)與落后之處，汽車(chē)大國(guó)并非汽車(chē)強(qiáng)國(guó)，制造大國(guó)并非制造強(qiáng)國(guó)。向強(qiáng)國(guó)邁進(jìn)，這是人心所向、大勢(shì)所趨。為引領(lǐng)導(dǎo)向，中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)于2010年編制了《中國(guó)機(jī)械工程技術(shù)路線圖》,國(guó)務(wù)院在2015年頒布了《中國(guó)制造2025》，部署我國(guó)全面推進(jìn)實(shí)施制造強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略的第一個(gè)十年的行動(dòng)綱領(lǐng)。

在學(xué)習(xí)“路線圖”，尤其是《中國(guó)制造2025》這些綱領(lǐng)性文件中，筆者特別注意到“綠色”兩字?！奥肪€圖”規(guī)劃我國(guó)機(jī)械工程技術(shù)發(fā)展的五大趨勢(shì)之首為“綠色”；《中國(guó)制造2025》提出的基本方針之中有“綠色發(fā)展”，明確九項(xiàng)戰(zhàn)略任務(wù)和重點(diǎn)中有“全面推進(jìn)綠色制造”。而金屬加工領(lǐng)域尤其鍛壓加工中的“綠色”，當(dāng)屬?zèng)_壓與冷鍛等冷加工。

基于上述背景，筆者欣然接受編輯部的熱忱邀約，為本刊今年重點(diǎn)計(jì)劃《冷溫精鍛工藝與裝備實(shí)用案例寶典》新書(shū)發(fā)布會(huì)暨冷溫精鍛行業(yè)高峰論壇等岀版及活動(dòng)的推進(jìn)，撰寫(xiě)幾篇文章，科普一下先進(jìn)制造的冷鍛技術(shù)。并以此試圖繼續(xù)共同為我國(guó)冷鍛技術(shù)的進(jìn)一步推廣、應(yīng)用與發(fā)展，為綠色制造的全面實(shí)施，出一份力，盡一份責(zé)。

2. 螺釘制造之誘掖

大眾熟知且生活中常說(shuō)的螺絲釘、螺絲帽，在制造加工工業(yè)中稱(chēng)之為螺釘（螺栓）、螺母，即附圖所示的零件。附圖為標(biāo)準(zhǔn)緊固件中最基本的3種零件，螺釘、螺母和墊圈。它們有不同的形狀、特點(diǎn)，也各有多種可能的加工方法及工藝方案。如其中的螺釘，可以有以下三種主要加工方法：

（1）切削 用金屬棒料通過(guò)車(chē)削加工而成。其制造方法簡(jiǎn)便易行。但這種方法不僅要切除多余金屬，浪費(fèi)原材料，而且割斷了的金屬纖維，損害了螺釘?shù)膹?qiáng)度。

（2）熱鍛 將金屬棒料或塊料加熱至再結(jié)晶溫度以上進(jìn)行熱擠壓或熱鐓鍛成形。這種方法能節(jié)省原材料，但由于加熱造成了對(duì)環(huán)境的污染和對(duì)操作者身體的某些危害，尤其是因金屬熱變形軟化，降低了螺釘?shù)膹?qiáng)度。

螺釘、螺母和墊圈

（3）冷鍛 用金屬棒料或塊料直接進(jìn)行冷擠壓或鐓鍛及螺紋滾壓成形。雖然這種方法變形抗力比熱鍛時(shí)要大，但更能節(jié)省原材料；而且，螺釘強(qiáng)度因冷變形硬化而大為提高；還有對(duì)環(huán)境無(wú)污染，操作更安全的特點(diǎn)。可以說(shuō)，冷鍛方法既環(huán)保又節(jié)能。

制作螺釘?shù)脑牧?，按?guó)家標(biāo)準(zhǔn)，為我國(guó)鋼鐵牌號(hào)中優(yōu)質(zhì)碳素鋼中的低碳鋼或中碳鋼。

在保證原材料的性能特征前提下，用以上3種方法，均可完成螺釘?shù)募庸ぶ圃觳⑴可a(chǎn)。然而，深入一步，通過(guò)分析對(duì)比其加工特點(diǎn)，明顯看出，冷鍛加工乃是適宜的方法，特別在當(dāng)今世代，乃是最為“先進(jìn)”，最為“綠色”。

現(xiàn)在的問(wèn)題是，像螺釘類(lèi)這樣到處需求、十分傳統(tǒng)的機(jī)械零件，并非高、精、尖產(chǎn)品，可我國(guó)在制造上尚有許多落后之處，其質(zhì)量上仍不太過(guò)關(guān)，如此現(xiàn)象實(shí)屬不該存在。

據(jù)2017年全國(guó)兩會(huì)期間網(wǎng)上報(bào)道，我國(guó)有一些企業(yè)或在做得非常好的產(chǎn)品中，不用國(guó)產(chǎn)螺栓，而用進(jìn)口螺栓；追問(wèn)下去，企業(yè)主說(shuō)是不敢買(mǎi)國(guó)產(chǎn)的。而相比之下，德國(guó)總理2012年在北京的某次講演中談及德國(guó)制造技術(shù)時(shí)說(shuō)，連一顆螺釘?shù)闹圃焖疁?zhǔn)，德國(guó)也是世界上最先進(jìn)的。對(duì)比這種差距，當(dāng)然值得深思。

螺釘制造問(wèn)題的引例，可激發(fā)我國(guó)冷鍛技術(shù)、冷鍛產(chǎn)品的努力方向，盡快達(dá)到先進(jìn)工業(yè)化國(guó)家那種水平的自信，乃至于達(dá)到超越的高度。

3. 冷鍛的學(xué)術(shù)與工程特點(diǎn)

冷鍛，在學(xué)科學(xué)術(shù)上，隸屬于材料成形學(xué)、材料成形與控制、材料加工，材料科學(xué)與工程等學(xué)科專(zhuān)業(yè)，受中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)及其塑性工程分會(huì)等指導(dǎo)與領(lǐng)導(dǎo)；在工程制造業(yè)里，歸屬于鍛壓協(xié)會(huì)、汽車(chē)工業(yè)協(xié)會(huì)、模具工業(yè)協(xié)會(huì)及其上屬的機(jī)械工業(yè)聯(lián)合會(huì)等行業(yè)協(xié)會(huì)協(xié)調(diào)與領(lǐng)導(dǎo)。

由此可見(jiàn)，冷鍛既為科學(xué)，也為技術(shù)；既屬學(xué)科，也屬工程；既有理論，又有實(shí)際。冷鍛產(chǎn)品類(lèi)型眾多，應(yīng)用相當(dāng)廣泛，其是我國(guó)發(fā)展成為制造強(qiáng)國(guó)不可或缺的一個(gè)領(lǐng)域。因此，有必要也必須將對(duì)冷鍛特點(diǎn)的認(rèn)識(shí)從原來(lái)較膚淺的進(jìn)步，提升到現(xiàn)當(dāng)今更深入的程度。

（1）學(xué)科理論上 金屬塑性成形（又稱(chēng)壓力加工或鍛壓）原理中，有許多方法進(jìn)行分類(lèi)。從金屬學(xué)再結(jié)晶之角度，可分為熱（變）成形（包熱鍛、熱沖、熱軋及熱拉等）和冷（變）成形（包括冷鍛、冷沖，冷軋及冷拉等）兩大類(lèi)。還有細(xì)化出四大類(lèi)的分法，等等。

應(yīng)該說(shuō)，兩大類(lèi)成形的分法較為簡(jiǎn)潔實(shí)用。不過(guò)，對(duì)此兩類(lèi)成形特點(diǎn)的認(rèn)知，人們還往往停留在變形抗力、表面質(zhì)量及原材料消耗等方面的認(rèn)識(shí)上，比較原始而又不甚深刻，故必須與時(shí)俱進(jìn)，順勢(shì)探究。

表1為筆者經(jīng)學(xué)習(xí)、分析與實(shí)踐，于十年前總結(jié)歸納出的熱壓成形和冷壓成形兩大類(lèi)，以及相關(guān)特點(diǎn)分析與對(duì)比。提出從其變形本質(zhì)、工件質(zhì)量及環(huán)境質(zhì)量三個(gè)方面，各列有4個(gè)共12個(gè)具體指標(biāo)，并就其屬性之主要特征作出的一種比較。

（2）工程實(shí)際 在工程設(shè)計(jì)及生產(chǎn)領(lǐng)域，普遍將鍛壓加工分為三類(lèi)：熱鍛，溫鍛和冷鍛。這可以認(rèn)為從加工溫度的角度進(jìn)行的分類(lèi)。其中，視在室溫下進(jìn)行的鍛壓加工為冷鍛。這一劃分的概念雖不十分科學(xué)，但符合較多設(shè)計(jì)、制造及使用者們的習(xí)慣，也不至于存在太大問(wèn)題，所以，能廣為流傳。

傳統(tǒng)的相關(guān)資料給出了熱鍛、溫鍛和冷鍛此三類(lèi)成形當(dāng)今達(dá)到的技術(shù)工藝水平，包括鍛件的外形、尺寸及精度、原材料與坯料及中間處理要求、生產(chǎn)批量及模具壽命水平等，共有9個(gè)具體指標(biāo)，并作了比較。筆者認(rèn)為它是實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，頗具參考價(jià)值，故予以推薦，詳見(jiàn)表2。

4. 結(jié)語(yǔ)

（1）冷鍛的本源特征決定了其是一種科學(xué)技術(shù)和先進(jìn)的制造方法。

（2）大力推廣應(yīng)用與發(fā)展冷鍛科技乃是當(dāng)今制造業(yè)一大趨勢(shì)。

（3）后續(xù)文章將主要對(duì)冷鍛工藝最新知識(shí)及相關(guān)設(shè)計(jì)作些科普。

表1 兩類(lèi)金屬塑性成形主要特點(diǎn)比較

表2 熱鍛、溫鍛、冷鍛工藝技術(shù)水平比較