冷加工金属的例子有哪些？用于制造更坚固、精密零件的关键工艺

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。

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。

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。

冷加工的主要益处是这一原理的直接结果。该过程实现了：

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。

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。

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。

这些工艺使用压缩力在模具内对金属进行成形。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。