專利名稱：調(diào)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼的冷鍛加工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種鋼材冷鍛技術(shù)領(lǐng)域的方法，具體是一種調(diào)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼的冷鍛 加工方法。
背景技術(shù)：
在機械零件的加工制造過程中，為了改善金屬零部件的加工性能及提高零部件 的力學性能，熱處理常作為其加工工藝過程中的一道重要工序，而調(diào)質(zhì)處理是最普通也 是最簡便實用的一種熱處理方法。機械零件中有一類零件，需要在調(diào)質(zhì)狀態(tài)下使用才能 滿足強度和剛度要求，如各種傳動軸、連桿、齒輪，高強度聯(lián)接件等。該類零件的傳統(tǒng) 加工方法為先調(diào)質(zhì)處理再切削加工，該方法的缺點有加工工時長、生產(chǎn)效率低，產(chǎn)品 成本高、缺乏競爭力；金屬流線被切斷、不完整，零件機械性能差、壽命短，影響使用 安全。隨著冷鍛技術(shù)的發(fā)展，先通過冷鍛獲得零件外形后通過調(diào)質(zhì)處理改善性能，成為 目前最常用的加工方法。由于零件鍛后再調(diào)質(zhì)時不可避免的會發(fā)生熱處理變形，直接影 響零件的尺寸精度且這種熱處理變形難以控制，從而導致產(chǎn)品不合格，特別對形狀復雜 的齒形零件。經(jīng)過對現(xiàn)有技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)，中國發(fā)明專利號ZL03816463.9介紹了一種具有優(yōu) 良冷鍛性能的調(diào)質(zhì)鋼絲材料，可用于制造高強度的螺栓與軸承，并未涉及到采用什么樣 的工藝方法將這種材料冷鍛出精密的零件。進一步檢索發(fā)現(xiàn)，中國發(fā)明專利申請?zhí)?00910116288.8與200910116289.2，其
應用對象為中高碳微合金和微合金非調(diào)質(zhì)鋼材料；其涉及的控鍛一控冷工藝方法，是針 對熱鍛成形工藝的。目前，關(guān)于調(diào)質(zhì)鋼材料零件的加工方法，通常是先利用冷鍛獲得 零件外形后通過調(diào)質(zhì)處理改善性能，最后經(jīng)過機械加工或校形等工序保證零件的尺寸精 度。這種傳統(tǒng)加工方法的工藝路線長、浪費能源，而且零件成本高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供一種調(diào)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼的冷鍛加工方法， 徹底改變了經(jīng)典冷鍛工藝路線，不再在鋼質(zhì)材料冷鍛前進行軟化處理，而是在冷鍛前直 接進行調(diào)質(zhì)處理，通過材料調(diào)質(zhì)處理與冷鍛變形強化加工出尺寸精度高且綜合力學性能 優(yōu)良的機械零件，冷鍛成形后無需后續(xù)熱處理。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，本發(fā)明包括以下步驟第一步、針對不同坯料進行相應制坯處理實心坯料采用棒料鋸切下料、空心 坯料采用管材鋸切下料、復合結(jié)構(gòu)坯料采用預成形工序制備得到坯料，其中坯料重量為 成品重量的1.01 1.02倍；第二步、通過淬火處理和高溫回火處理獲得結(jié)構(gòu)鋼調(diào)質(zhì)坯料；所述的淬火處理是指將鋼加熱到臨界溫度以上，并保溫使之奧氏體化后，以 大于臨界冷卻速度冷卻，以獲得非擴散型轉(zhuǎn)變組織，即馬氏體。
所述的臨界溫度是指對于亞共析鋼的臨界溫度為Ac3，對于過共析鋼的臨界 溫度為Acl ；所述的高溫回火處理是指高溫回火是指在550-650°C之間進行回火。第三步、在滾筒式拋丸清理機中利用壓縮空氣將鋼丸吹出不斷沖擊到調(diào)質(zhì)后的 結(jié)構(gòu)鋼坯料上，以增大結(jié)構(gòu)鋼調(diào)質(zhì)坯料的表面積用于更好地儲存潤滑劑；第四步、對結(jié)構(gòu)鋼坯料進行磷、皂化處理以便在鋼結(jié)構(gòu)調(diào)質(zhì)坯料表面形成磷皂 化層，為后續(xù)冷鍛成形提供潤滑；所述的磷、皂化處理的處理過程依次為去油、冷水洗、熱水洗、酸洗、冷水 洗、熱水洗、磷化、冷水洗、熱水洗、中和以及皂化。第五步、利用冷鍛模具按冷擠壓或冷鐓的變形方式制備得到精密成形零件。所述的冷鍛模具，其凸模采用粉末高速鋼制成，其組合凹模的模芯采用YG20合 金制成。所述的冷鍛模具的表面設有PVD涂層。本發(fā)明的有益效果1、與傳統(tǒng)的“調(diào)質(zhì)處理+機械加工”相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點①大幅減少 切削余量，節(jié)約原材料和能源；②保留了完整的金屬流線，提高了零件的疲勞強度；③ 便于組織連續(xù)生產(chǎn)，縮短生產(chǎn)周期，提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本；④降低對專用機床 的依賴。2、與常規(guī)的“先冷鍛+后調(diào)質(zhì)”相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點①減少切削余 量，提高了鍛件的成形精度；②由于冷鍛前直接調(diào)質(zhì)處理，省掉了退火軟化過程，節(jié)省 了能源；③常規(guī)工藝流程為“制坯一退火處理一拋丸一磷、皂化處理一冷鍛成形一調(diào) 質(zhì)處理一校形或機加工”，可見工藝流程被有效縮短，從而提高生產(chǎn)效率，降低單件成 本。④減少了熱處理設備與機床的投資，提高企業(yè)競爭力。


圖1是本發(fā)明流程圖。圖2是現(xiàn)有技術(shù)流程圖。圖3是實施案例1的鍛件形狀變化圖。圖4是實施案例2的鍛件形狀變化圖。圖5是實施案例3的鍛件形狀變化圖。
具體實施例方式下面對本發(fā)明的實施例作詳細說明，本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進 行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的 實施例。實施例1以正擠壓件的成形過程為例，其工藝流程為1、制坯，選擇直徑Φ30.0毫米的熱軋圓棒料，材料牌號為40Cr，采用鋸切下 料，下料長度控制在29.9 30.1毫米。
2、調(diào)質(zhì)，根據(jù)鍛后正擠壓件性能的要求，其調(diào)質(zhì)工藝為隨爐加熱至850°C淬 火，然后在溫度580°C條件下回火，保溫2小時后出爐空冷。3、常規(guī)拋丸工序。4、常規(guī)磷皂化工序。5、冷鍛成形，通過正擠壓模具冷擠成形，擠出部分直徑為Φ 20.0毫米，變形程 度約為55.6%。所得正擠壓件金屬流線連續(xù)分布，無中心爆裂的缺陷。實施例2以反擠壓件的成形過程為例，其工藝流程為1、制坯，選擇直徑Φ25.0毫米的熱軋圓棒料，材料牌號為40Cr，采用鋸切下 料，下料長度控制在24.9 25.1毫米。2、調(diào)質(zhì)，根據(jù)鍛后正擠壓件性能的要求，其調(diào)質(zhì)工藝為隨爐加熱至850°C淬 火，然后在溫度630°C條件下回火，保溫2小時后出爐空冷。3、常規(guī)拋丸工序。4、常規(guī)磷皂化工序。5、冷鍛成形，通過反擠壓模具冷擠成形，反擠壓件內(nèi)孔直徑為Φ 15.8毫米，底 厚為10.0毫米，變形程度約為40.0%。所得反擠壓件金屬流線連續(xù)分布、無表面缺陷，成形質(zhì)量良好。實施例3以某汽車輪轂鎖緊套的成形過程為例，汽車輪轂鎖緊套是用來鎖緊輪轂和車軸 聯(lián)接的功能元件，需承受的鎖止力達到IOOkN,故對其強度有一定要求，即小端端面硬 度應在25HRC 29.5HRC范圍內(nèi)。本實施例的工藝流程為1、制坯，由于沒有符合尺寸規(guī)格的管料，選擇直徑為Φ50.0毫米的熱軋圓棒 料，材料牌號為20MnMoB，經(jīng)鋸料、鐓粗、反擠和變薄拉伸等預成形工序后獲得內(nèi)徑 Φ 47.0毫米、外徑Φ 57.0毫米的管坯。2、調(diào)質(zhì)，由于鎖緊套使用時需要承受一定的鎖止力，因此對鎖緊套的端面硬度 有一定要求，其調(diào)質(zhì)工藝為隨爐加熱至870°C淬火，然后在溫度650°C條件下回火，保 溫1.5小時后出爐空冷。3、常規(guī)拋丸工序。4、常規(guī)磷皂化工序。5、冷鍛成形，冷鍛完成鎖緊套零件成形，其大端內(nèi)徑桝7·0，毫米、外徑 奔7.0嚴毫米，小端內(nèi)徑Φ30士0.2毫米、外徑鋝7.5，5毫米，變形程度約為51.3%。如圖2所示，當采用現(xiàn)有技術(shù)的工藝流程進行試制，制坯后經(jīng)球化退火，再冷 鍛成形，所得鍛件小端端面硬度為23 25HRC，硬度不合格；為滿足實際使用要求對傳 統(tǒng)冷鍛工藝進行一定程度的改良，在冷鍛后進行調(diào)質(zhì)處理，由于鎖緊套是空心薄壁件， 調(diào)質(zhì)處理時熱處理變形明顯，變形量大于0.1mm，導致零件失去尺寸精度，同時零件表 面已氧化；為達到零件的尺寸精度，需進行機加工。采用該實施例中的工藝流程進行試制，所得汽車輪轂鎖緊套成形質(zhì)量良好，省去了退火工序，且不需額外的機加工工序即可以達到成品，成品的端面硬度為HRC26 HRC28,滿足使用要求。與上述現(xiàn)有技術(shù)相比，工藝流程被有效縮短、能耗減少且單件 成本大幅降低。
權(quán)利要求
1.一種調(diào)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼的冷鍛加工方法，其特征在于，包括以下步驟第一步、針對不同坯料進行相應制坯處理實心坯料采用棒料鋸切下料、空心坯料 采用管材鋸切下料、復合結(jié)構(gòu)坯料采用預成形工序制備得到坯料，其中坯料重量為成品 重量的1.01 1.02倍；第二步、通過淬火處理和高溫回火處理獲得結(jié)構(gòu)鋼調(diào)質(zhì)坯料；第三步、在滾筒式拋丸清理機中利用壓縮空氣將鋼丸吹出不斷沖擊到調(diào)質(zhì)后的結(jié)構(gòu) 鋼坯料上，以增大結(jié)構(gòu)鋼調(diào)質(zhì)坯料的表面積用于更好地儲存潤滑劑；第四步、對結(jié)構(gòu)鋼坯料進行磷、皂化處理以便在鋼結(jié)構(gòu)調(diào)質(zhì)坯料表面形成磷皂化 層，為后續(xù)冷鍛成形提供潤滑；第五步、利用冷鍛模具按冷擠壓或冷鐓的變形方式制備得到精密成形零件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼的冷鍛加工方法，其特征是，所述的淬火處理是 指將鋼加熱到臨界溫度以上，并保溫使之奧氏體化后，以大于臨界冷卻速度冷卻，以 獲得非擴散型轉(zhuǎn)變組織，即馬氏體。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的調(diào)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼的冷鍛加工方法，其特征是，所述的臨界溫度是 指對于亞共析鋼的臨界溫度為Ac3，對于過共析鋼的臨界溫度為Acl。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼的冷鍛加工方法，其特征是，所述的高溫回火處 理是指高溫回火是指在550-650°C之間進行回火。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼的冷鍛加工方法，其特征是，所述的磷、皂化 處理的處理過程依次為去油、冷水洗、熱水洗、酸洗、冷水洗、熱水洗、磷化、冷水 洗、熱水洗、中和以及皂化。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼的冷鍛加工方法，其特征是，所述的冷鍛模具， 其凸模采用粉末高速鋼制成，其組合凹模的模芯采用YG20合金制成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的調(diào)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼的冷鍛加工方法，其特征是，所述的冷鍛模 具的表面設有PVD涂層。
全文摘要
一種鋼材冷鍛技術(shù)領(lǐng)域的調(diào)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼的冷鍛加工方法，首先針對不同坯料進行相應制坯處理，通過淬火處理和高溫回火處理獲得結(jié)構(gòu)鋼調(diào)質(zhì)坯料；然后在滾筒式拋丸清理機中利用壓縮空氣將鋼丸吹出不斷沖擊到調(diào)質(zhì)后的結(jié)構(gòu)鋼坯料上，再對結(jié)構(gòu)鋼坯料進行磷、皂化處理；最后利用冷鍛模具按冷擠壓或冷鐓的變形方式制備得到精密成形零件。本發(fā)明徹底改變了經(jīng)典冷鍛工藝路線，不再在鋼質(zhì)材料冷鍛前進行軟化處理，通過材料調(diào)質(zhì)處理與冷鍛變形強化加工出尺寸精度高且綜合力學性能優(yōu)良的機械零件，冷鍛成形后無需后續(xù)熱處理。
文檔編號B21J13/02GK102019335SQ201010530620
公開日2011年4月20日 申請日期2010年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月4日
發(fā)明者徐祥龍, 胡成亮, 趙震 申請人:上海交通大學, 江蘇森威精鍛有限公司