冷加工涵盖了一系列制造工艺，旨在不使用热量的情况下对金属进行成形。最常见的例子包括冷轧、拉拔、弯曲、剪切和冷挤压，所有这些都在金属的再结晶温度以下进行，以从根本上改变其机械性能。
冷加工的核心目的不仅是成形零件，更是通过一种称为应变硬化的过程，有意识地提高其强度和硬度。与热加工相比，这种方法能产生卓越的尺寸精度和表面光洁度，使其成为生产高性能、精密部件的关键。
基本原理：冷加工的定义是什么？
冷加工是一种塑性变形过程。要理解这些例子，您必须首先理解将它们统一起来的原理。
低于再结晶温度
冷加工的决定性特征是它发生在金属的再结晶温度以下。这是金属中扭曲、应变的晶粒可以重新形成新的、无应力晶粒的温度。
通过保持在此阈值以下，变形在微观层面被“锁定”，导致材料性能发生显著变化。
应变硬化机制
当金属进行冷加工时，其内部晶体结构会发生变形。称为位错的微观缺陷移动并增殖，彼此纠缠并与晶界纠缠。
这种纠缠使得晶体相互滑移变得越来越困难。结果是材料变得更坚固、更硬，这种现象被称为应变硬化或加工硬化。
获得的关键优势
冷加工的主要益处是这一原理的直接结果。该过程实现了：
- 强度和硬度增加： 由于应变硬化。
- 更严格的尺寸公差： 没有热量可以防止收缩和翘曲。
- 改善表面光洁度： 金属不暴露于高温氧化，从而产生更清洁、更光滑的表面。
常见的冷加工工艺解释
这些工艺中的每一种都利用机械力在室温下对金属进行塑性变形，利用了上述原理。
冷轧
此过程通过将金属板或薄板通过一个或多个轧辊对来减小其厚度。它用于生产具有优异表面光洁度和更高强度的板材、带材和箔材。
拉拔
拉拔将金属拉过模具，减小其横截面积。此过程是生产线材、棒材和管材的基础。拉伸力使金属伸长并显著应变硬化。
弯曲
弯曲是一种简单的工艺，用于将钣金或棒材弯曲成角度或曲线。虽然看起来很简单，但它会引起拉伸和压缩，导致沿弯曲线的局部塑性变形和应变硬化。
冷挤压
挤压涉及将金属坯料推过模具，以创建具有固定横截面轮廓的零件。虽然许多挤压工艺是热的，但冷挤压用于铝等较软的金属，以生产具有优异表面光洁度和尺寸精度的复杂形状。
挤压工艺（锻造和压印）
这些工艺使用压缩力在模具内对金属进行成形。
- 冷锻生产螺栓和轴等尺寸精确且强度良好的零件。
- 压印是一种高压挤压工艺，可赋予精细细节和优异的表面光洁度，用于制造硬币和奖章。
剪切
剪切是一种不形成切屑的金属切割工艺。它通过施加极大的局部力，使金属塑性变形直至断裂。这是切割钣金的方法。
了解冷加工的权衡
虽然功能强大，但冷加工并非万能解决方案。它的优点伴随着必须考虑的显著工程权衡。
脆性增加和延展性降低
最关键的权衡是，随着强度增加，延展性降低。应变硬化的金属在不发生断裂的情况下弯曲或拉伸的能力较差。它变得更脆。
更高的力和功率要求
在室温下变形金属需要巨大的力。用于冷加工的机械必须比用于热加工的机械更强大、更坚固，从而导致更高的设备和能源成本。
引入残余应力
冷加工将内部应力锁定在材料中。这些残余应力有时可能是有益的，但如果管理不当，它们也可能导致零件随着时间的推移而翘曲或导致过早失效，通常需要随后的应力消除热处理。
变形能力有限
金属只能变形到一定程度，然后它会变得太脆并开裂。对于需要极端形状变化的零件，制造商通常必须在进一步冷加工之前进行中间退火——一种软化金属并恢复延展性的热处理。
为您的应用做出正确选择
选择制造工艺需要平衡零件所需的最终性能与生产的实际情况。
- 如果您的主要关注点是最大强度和硬度： 拉拔和轧制等冷加工工艺是实现均匀横截面显著应变硬化的理想选择。
- 如果您的主要关注点是高精度和优异的表面光洁度： 压印、拉拔或挤压等冷加工工艺提供热加工无法比拟的尺寸精度和清洁表面。
- 如果您的主要关注点是显著的形状变化或成形性： 您可能需要选择热加工，或计划在冷加工阶段之间进行中间退火步骤，以恢复延展性并防止断裂。
了解这些例子及其基本原理，使您能够指定一种工艺，以提供您所需的机械性能、尺寸精度和生产效率的精确平衡。
总结表：
| 工艺 | 主要用途 | 关键结果 |
|---|---|---|
| 冷轧 | 生产板材、带材、箔材 | 强度增加，表面光洁度优异 |
| 拉拔 | 制造线材、棒材、管材 | 显著应变硬化，伸长 |
| 弯曲 | 钣金/棒材成形 | 沿弯曲线局部硬化 |
| 冷挤压 | 形成复杂形状（例如铝零件） | 优异的尺寸精度，清洁表面 |
| 冷锻/压印 | 制造螺栓、轴、硬币 | 高精度，精细细节，良好强度 |
| 剪切 | 将钣金切割成尺寸 | 通过塑性变形和断裂实现干净切割 |
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