汽車行業日益成為中國國民經濟的支柱產業，冷成形工藝是汽車零部件生產中的一種特殊的低成本高質量解決方案，隨著汽車行業的發展，汽車零部件質量要求越來越高，冷成形生產需要特殊的質量管控措施。冷成形工藝介紹
冷成形即金屬在室溫下的塑性變形，以鐓鍛和擠壓相結合，是一種較特殊的冷鍛工藝。冷成形工藝的原材料為盤卷線材，鋼材為冷鐓鋼或有色金屬，其中中低碳鋼和中低碳合金鋼較為常用。新光凱樂采用6工位高精度冷成形機（德國和比利時設備）進行生產，如圖1所示。冷成形機工作流程：先將成包的線材開卷和校直，并在伺服系統的控制下送料給冷成形主機進行切斷，經過多次在模具內塑性變形，最終成為復雜零件，隨傳送帶傳送出成品。冷成形塑性變形包括鐓粗、縮徑、反擠、正擠、整形、剔料等，變形過程一般在封閉模腔內進行，典型的冷成形工藝如圖2所示。
冷成形工藝的特點
節約材料，連續生產
冷成形產品為凈成形或半凈成形，同傳統鍛件一樣有較好的成材率，有少加工或免加工的特點。另外，該工藝沒有車削或鋸切下料的切縫損耗，也沒有外徑剝皮損耗，且為連續批量生產，每包材料重量在1～2噸之間，料頭料尾損耗很小，材料利用率較高。
生產效率高
冷成形工藝生產效率高，節拍為60～150件/分鐘，每班（8小時）生產1.5萬～4萬件，且是連續進料和生產，輔助工作停機時間短。傳統意義上的單工序冷鍛生產節拍為3～30件/分鐘，需要2～4道工序，對于復雜件需增加中間退火、磷化工序，生產周期長，2～4天才能批量生產出成品，與之相比，冷成形生產效率非常高。
產品質量穩定、一致性好
冷成形工藝的工藝鏈短，可短時間進行大批量生產，設備因素、人員因素、環境因素較單一，人為影響因素較小，產品穩定。
可成形復雜形狀和截面產品
新光凱樂應用最新的有限元模擬軟件Qform對復雜產品的成形過程進行分析，理論與實踐相結合，準確地掌握產品塑性變形過程，使復雜產品的冷成形成為可能，圖3所示為復雜形狀的冷成形產品。
提高產品性能及降低材料成本
通過材料的加工硬化效應，使最終產品達到客戶要求性能；或用低碳鋼代替中碳鋼，或中低碳鋼代替中低碳合金鋼，或優化產品截面降低產品重量，進而降低產品成本。
汽車冷成形件的質量管控
由于汽車行業的特殊性，冷成形件需要保證非常高的質量水平，安全產品和關鍵產品的交貨往往要求為0PPM，因此，冷成形生產需要采取較特殊管控措施，保證產品交付質量。
SPC系統作為質量保證的基礎
由于冷成形生產的高效性和較大的生產數量，很難進行實時在線檢測，應用SPC系統可確保批次產品的宏觀質量，如圖4所示，利用產品變化的連續性、生產過程的抽檢以及X-R圖，評判抽樣之間的產品質量，當相關影響因素變化后，進行首末件的檢測，確保每批次產品的質量滿足用戶使用要求。
規范過程控制，減少變差，提高穩定性
實施全面自動化生產，采取自動進料、自動下料和自動成形，降低人為因素影響；生產過程參數固定化，并存儲在設備PLC中，每次生產調用即可，如圖5所示，確保生產過程的一致性；注重設備和模具的預防、預見性維護，實施系列防錯措施，避免系統和偶發因素導致不合格品的產生。
產品100%檢驗系統
在汽車安全產品上，實現0PPM交貨目標就是出貨100%檢驗。然而，大批量、高速度的重復性檢驗工作通過人工來完成是一個實現困難且風險不可控的環節，通過高速檢驗設備和系統驗證的方法，可實現產品的零缺陷交付，如圖6所示。
汽車冷成形件的質量改進
除正常系統的質量管控措施外，產品的質量穩定還需要在工藝方面持續不斷的改進，保證工藝的先進性和穩定性。另外，人員素質及技能提高也是產品質量改進的關鍵點。
通過工藝改進，提高產品質量穩定性
新光凱樂的冷成形產品絕大部分采用閉模鍛造成形，剪切料粒的重量波動會影響到產品的尺寸精度，甚至影響成形性。原設備采用送線輪送線、定位塊限位的剪切方式，產品重量波動大，新設備采用數控液壓方式進行送料，避免了送料打滑，送料精度比原有送料精度提高1倍，有效地提高了產品尺寸精度。改進后的高速剪切系統，料粒端面的平整度有了很大提高，無明顯的剪切變形，如圖7所示，不僅提高了剪切料粒的重量精度，同時提高了產品的局部形位公差，例如平面度、平行度和圓度等。
對于多工位復雜件的成形，過程毛坯件的尺寸波動需要嚴格控制，利用各工位模具單獨可調整性，可實時精確控制各工位過程毛坯件尺寸。由于材料在成形時產生熱量，模具會有一定的溫升，部分產品的模具溫度可達到180度，由于模具在不同溫度時產品尺寸略有不同，需要按照實際情況對各工位模具進行調整，確保生產出合格的產品。模具質量不僅包括模具的尺寸精度和形位公差，也包括模具的性能，例如強度、硬度、剛度及預應力等參數。產品尺寸精度要求的不斷提高，也要求模具尺寸精度隨之提高，測量系統穩定性一般要求測量設備的最小刻度是產品尺寸公差帶的1/10，同理，我們也需要將模具的尺寸公差帶控制到產品尺寸公差帶的1/10～1/5，以保證產品的一致性。產品成形時，模具需承受1000～3000MPa的壓力，模具的剛度、強度和預應力的穩定性直接影響產品的尺寸，因此需要模具保證產品應力應變的一致性和穩定性。模具質量穩定和互換性高是批量穩定生產的必要條件，是實現產品質量穩定乃至換模不調機的前提。冷成形工藝一般采用經球化退火處理的線材進行生產，材料較好的表面質量、較好的塑性和穩定的強度才能保證產品的成形性和尺寸精度。產品復雜程度越高，材料的塑性越影響產品的成形性，塑性差會導致產品無法成形，或尺寸劇烈波動等引起成形失敗。材料性能不穩定會直接導致產品尺寸波動大，無法控制金相組織，特別是在產品有硬度、強度或扭矩要求時，必須嚴格控制材料的化學成分或機械性能，保證產品經加工硬化后仍符合客戶要求。冷成形使用冷成形油對材料與模具進行潤滑和冷卻，當潤滑條件改變時，將影響產品尺寸的穩定性；新光凱樂使用最新的油氣噴射系統，精準控制附著毛坯件的油膜，以保證成形條件的一致性，確保產品尺寸的穩定性。應后續裝配要求，產品局部尺寸精度較高，改進成形細節，由產品的整體精整或成形，變為局部精整或成形，或優化模具間隙，控制局部材料的成形飽滿度和壓力，達到較高的局部尺寸精度。各成形工位的壓力監控裝置通過對壓力曲線的監控，確保產品質量的穩定性，防范設備和模具意外損壞、毛坯異常等偶發因素造成不合格產品混入，如圖8所示。另外，下料定位監測、夾鉗壓力檢測、成品通道自動控制系統等各系統傳感監測裝置或自動控制模塊的應用，形成了系統化的防錯措施。
崗位人員的培訓
冷成形崗位要求人員的綜合素質較高，只有通過對有基本素質的員工進行系統化培訓才能達到獨自操作上崗的水平。系統化的細節培訓，包括冷成形生產線所有設備操作、5S管理、表格填寫、事件升級等基礎操作或流程，使員工獲得基本的上崗技能；由低到高的產品調試生產技能培訓，從簡單管狀或軸類產品，到內外齒產品、球形法蘭件及特殊產品等復雜產品調試的生產技能培訓，提升員工專業技術能力；由點到面的知識培訓，包括設備維護、質量管控、模具、材料及測量等專業知識，提高員工專業素質及實際解決問題的能力。
結束語
在汽車行業競爭日益激烈的市場環境下，為滿足不斷提高的客戶產品質量要求，必須通過系統的生產過程管控、工藝的先進性以及員工專業化的技能水平來實現冷成形工藝的生產。最后，希望我國鍛造行業在專業化和精細化進程中，拉動整個鍛造產業鏈相關行業的發展，力爭在全球化競爭中奪取優勢地位。
