對冷鍛特點認識的一種提升與更新

■ 盧險峰

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南昌大學教授，博士生導師。中國機械工程學會高級會員、中國機械工程學會塑性工程分會終身會員及其沖壓學術委員會委員、中國機械工程學會材料鍛壓工程師資格認定委員會委員、中國鍛壓協會“頭腦風暴”專家庫專家、 江西省模具工業協會理事會顧問等。從事鍛壓生產、教學與科研工作五十多年。先在工廠當工人、做技術工作十多年，后一直在大學從事教學和研究工作。講授鍛壓專業及相關課程共計十多門。融合生產實踐科研成果與教學經驗獨立編著8本教材專著，包括1999年和2008年編著 《冷鍛工藝與模具》（機械工業出版社）、《冷鍛工藝模具學》（化學工業出版社）等。承擔學會組織而參編論著9部。共發表學術論文220余篇。擁有國家發明專利9項。

1. 前言

涉及冷鍛科技問題，筆者曾在本刊發表過兩篇文章：

1.關于冷鍛的定義及其工藝知識結構. 機械工人（熱加工）.1999（2）：17-18.

2.WTO·汽車·冷鍛 —— 我國冷鍛及模具技術的發展. 同上.2002（3）：51-52.

就冷鍛科技的發展歷史、冷鍛的定義、冷鍛工藝知識結構體系等方面的研究收獲，做了一些簡短的介紹；就當時我國面臨加入WTO之機遇與沖擊形勢，從我國汽車工業情況，汽車生產中冷鍛技術情況及采取的對策，提出了一些看法與建議。

20年過去了，我國汽車工業生產取得突飛猛進的發展成績。汽車產銷量、品種、質量等均在飛速提高，如僅汽車產量從1995年的百萬輛水平，到2011年開始的千萬輛，2013年以后穩定在兩千萬輛以上的水平，2017年達三千萬輛，一躍成為了世界上汽車產銷量穩居界第一的國家；再如汽車零部件中冷鍛件的重量，從1990年代4～5kg/輛，到現如今的約20kg/輛，上升了一個數量級。憑此兩點，足可表明我國汽車生產技術及涵蓋在其中的冷鍛加工技術，有著令人鼓舞的進步。

當然，我國制造業還存在著不少劣勢與落后之處，汽車大國并非汽車強國，制造大國并非制造強國。向強國邁進，這是人心所向、大勢所趨。為引領導向，中國機械工程學會于2010年編制了《中國機械工程技術路線圖》,國務院在2015年頒布了《中國制造2025》，部署我國全面推進實施制造強國戰略的第一個十年的行動綱領。

在學習“路線圖”，尤其是《中國制造2025》這些綱領性文件中，筆者特別注意到“綠色”兩字。“路線圖”規劃我國機械工程技術發展的五大趨勢之首為“綠色”；《中國制造2025》提出的基本方針之中有“綠色發展”，明確九項戰略任務和重點中有“全面推進綠色制造”。而金屬加工領域尤其鍛壓加工中的“綠色”，當屬沖壓與冷鍛等冷加工。

基于上述背景，筆者欣然接受編輯部的熱忱邀約，為本刊今年重點計劃《冷溫精鍛工藝與裝備實用案例寶典》新書發布會暨冷溫精鍛行業高峰論壇等岀版及活動的推進，撰寫幾篇文章，科普一下先進制造的冷鍛技術。并以此試圖繼續共同為我國冷鍛技術的進一步推廣、應用與發展，為綠色制造的全面實施，出一份力，盡一份責。

2. 螺釘制造之誘掖

大眾熟知且生活中常說的螺絲釘、螺絲帽，在制造加工工業中稱之為螺釘（螺栓）、螺母，即附圖所示的零件。附圖為標準緊固件中最基本的3種零件，螺釘、螺母和墊圈。它們有不同的形狀、特點，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 用金屬棒料通過車削加工而成。其制造方法簡便易行。但這種方法不僅要切除多余金屬，浪費原材料，而且割斷了的金屬纖維，損害了螺釘的強度。

（2）熱鍛 將金屬棒料或塊料加熱至再結晶溫度以上進行熱擠壓或熱鐓鍛成形。這種方法能節省原材料，但由于加熱造成了對環境的污染和對操作者身體的某些危害，尤其是因金屬熱變形軟化，降低了螺釘的強度。

螺釘、螺母和墊圈

（3）冷鍛 用金屬棒料或塊料直接進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要大，但更能節省原材料；而且，螺釘強度因冷變形硬化而大為提高；還有對環境無污染，操作更安全的特點。可以說，冷鍛方法既環保又節能。

制作螺釘的原材料，按國家標準，為我國鋼鐵牌號中優質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，均可完成螺釘的加工制造并批量生產。然而，深入一步，通過分析對比其加工特點，明顯看出，冷鍛加工乃是適宜的方法，特別在當今世代，乃是最為“先進”，最為“綠色”。

現在的問題是，像螺釘類這樣到處需求、十分傳統的機械零件，并非高、精、尖產品，可我國在制造上尚有許多落后之處，其質量上仍不太過關，如此現象實屬不該存在。

據2017年全國兩會期間網上報道，我國有一些企業或在做得非常好的產品中，不用國產螺栓，而用進口螺栓；追問下去，企業主說是不敢買國產的。而相比之下，德國總理2012年在北京的某次講演中談及德國制造技術時說，連一顆螺釘的制造水準，德國也是世界上最先進的。對比這種差距，當然值得深思。

螺釘制造問題的引例，可激發我國冷鍛技術、冷鍛產品的努力方向，盡快達到先進工業化國家那種水平的自信，乃至于達到超越的高度。

3. 冷鍛的學術與工程特點

冷鍛，在學科學術上，隸屬于材料成形學、材料成形與控制、材料加工，材料科學與工程等學科專業，受中國機械工程學會及其塑性工程分會等指導與領導；在工程制造業里，歸屬于鍛壓協會、汽車工業協會、模具工業協會及其上屬的機械工業聯合會等行業協會協調與領導。

由此可見，冷鍛既為科學，也為技術；既屬學科，也屬工程；既有理論，又有實際。冷鍛產品類型眾多，應用相當廣泛，其是我國發展成為制造強國不可或缺的一個領域。因此，有必要也必須將對冷鍛特點的認識從原來較膚淺的進步，提升到現當今更深入的程度。

（1）學科理論上 金屬塑性成形（又稱壓力加工或鍛壓）原理中，有許多方法進行分類。從金屬學再結晶之角度，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。還有細化出四大類的分法，等等。

應該說，兩大類成形的分法較為簡潔實用。不過，對此兩類成形特點的認知，人們還往往停留在變形抗力、表面質量及原材料消耗等方面的認識上，比較原始而又不甚深刻，故必須與時俱進，順勢探究。

表1為筆者經學習、分析與實踐，于十年前總結歸納出的熱壓成形和冷壓成形兩大類，以及相關特點分析與對比。提出從其變形本質、工件質量及環境質量三個方面，各列有4個共12個具體指標，并就其屬性之主要特征作出的一種比較。

（2）工程實際 在工程設計及生產領域，普遍將鍛壓加工分為三類：熱鍛，溫鍛和冷鍛。這可以認為從加工溫度的角度進行的分類。其中，視在室溫下進行的鍛壓加工為冷鍛。這一劃分的概念雖不十分科學，但符合較多設計、制造及使用者們的習慣，也不至于存在太大問題，所以，能廣為流傳。

傳統的相關資料給出了熱鍛、溫鍛和冷鍛此三類成形當今達到的技術工藝水平，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、生產批量及模具壽命水平等，共有9個具體指標，并作了比較。筆者認為它是實踐經驗的總結，頗具參考價值，故予以推薦，詳見表2。

4. 結語

（1）冷鍛的本源特征決定了其是一種科學技術和先進的制造方法。

（2）大力推廣應用與發展冷鍛科技乃是當今制造業一大趨勢。

（3）后續文章將主要對冷鍛工藝最新知識及相關設計作些科普。

表1 兩類金屬塑性成形主要特點比較

表2 熱鍛、溫鍛、冷鍛工藝技術水平比較