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冷镦基础知识和工艺分析

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冷镦(挤压)成型工艺 主讲人:程从志 ? 紧固件成型工艺中,冷镦(挤)技术是一种主要加工工艺。冷镦(挤) 属于金属压力加工范畴。在生产中,在常温状态下,对金属施加外力, 使金属在预定的模具内成形,这种方法通常叫冷镦。实际上,任何紧 固件的成形,不单是冷镦一种变形方式能实现的,它在冷镦过程中, 除了镦粗变形外,还伴随有正、反挤压、复合挤压、冲切、辗压等多 种变形方式。因此,生产中对冷镦的叫法,只是一种*惯性叫法,更 确切地说,应该叫做冷镦(挤)。冷镦(挤)的优点很多,它适用于 紧固件的大批量生产。它的主要优点概括为以下几个方面: ? a.钢材利用率高。冷镦(挤)是一种少、无切削加工方法,如加工 杆类的六角头螺栓、圆柱头内六角螺钉,采用切削加工方法,钢材利 用率仅在25%~35%,而用冷镦(挤)方法,它的利用率可高达85%~ 95%,仅是料头、料尾及切六角头边的一些工艺消耗。 ? b.生产率高。与通用的切削加工相比,冷镦(挤)成型效率要高出 几十倍以上。 ? c.机械性能好。冷镦(挤)方法加工的零件,由于金属纤维未被切 断,因此强度要比切削加工的优越得多。 ? d.适于自动化生产。适宜冷镦(挤)方法生产的紧固件(也含一部 分异形件),基本属于对称性零件,适合采用高速自动冷镦机生产, 也是大批量生产的主要方法。 ? 总之,冷镦(挤)方法加工紧固件、异形件是一种综合经济效益相当 高的加工方法,是紧固件行业中普遍采用的加工方法,也是一种在国 内、外广为利用、很有发展的先进加工方法。因此,如何充分利用、 提高金属的塑性、掌握金属塑性变形的机理、研制出科学合理的紧固 件冷镦(挤)加工工艺,是本章的目的和宗旨所在。 1 金属变形的基本概念 ? 1.1 变形 ? 变形是指金属受力(外力、内力)时,在保持自己完整性的条件下, 组成本身的细小微粒的相对位移的总和。 ? 1.1.1 变形的种类 ? a.弹性变形 ? 金属受外力作用发生了变形,当外力去掉后,恢复原来形状和尺寸的 能力,这种变形称为弹性变形。 ? 弹性的好坏是通过弹性极限、比例极限来衡量的。 ? b.塑性变形 ? 金属在外力作用下,产生永久变形(指去掉外力后不能恢复原状的变 形),但金属本身的完整性又不会被破坏的变形,称为塑性变形。 ? 塑性的好坏通过伸长率、断面收缩率、屈服极限来表示。 ? 1.1.2 塑性的评定方法 ? 为了评定金属塑性的好坏,常用一种数值上的指标,称为塑性指标。 塑性指标是以钢材试样开始破坏瞬间的塑性变形量来表示,生产实际 中,通常用以下几种方法: ? (1)拉伸试验 ? 拉伸试验用伸长率δ和断面收缩率ψ来表示。表示钢材试样在单向拉 伸时的塑性变形能力,是金属材料标准中常用的塑性指标。δ和ψ的 数值由以下公式确定: ? ? ? Lk ?Lo Lo ?100%(公式36-1) ?? Fo ?Fk ?100% (公式36-2) Fo ? 式中: L0、Lk——拉伸试样原始标距、破坏后标距的长度。 ? F0、Fk——拉伸试样原始、破断处的截面积。 ? (2)镦粗试验 又称压扁试验 ? 它是将试样制成高度Ho为试样原始直径Do的1.5倍的圆柱形,然后在 压力机上进行压扁,直到试样表面出现第1条肉眼可观察到的裂纹为 止,这时的压缩程度εc为塑性指标。其数值按下式可计算出: ? ?c ?Ho ?Hk Ho ?10% 0(公式36-3) ? 式中 Ho——圆柱形试样的原始高度。Hk——试样在压扁中,在侧表 面出现第1条肉眼可见裂纹时的试样高度。 ? (3)扭转试验 ? 扭转试验是以试样在扭断机上扭断时的扭转角或扭转圈数来表示的。 生产中最常用的是拉伸试验和镦粗试验。不管哪种试验方法,都是相 对于某种特定的受力状态和变形条件的。由此所得出的塑性指标,只 是相对比较而言,仅说明某种金属在什么样的变形条件下塑性的好坏。 ? 1.1.3 影响金属塑性及变形抗力的主要因素 ? 金属的塑性及变形抗力的概念:金属的塑性可理解为在外力作用下, 金属能稳定地改变自己的形状而质点间的联系又不被破坏的能力。并 将金属在变形时反作用于施加外力的工模具的力称为变形抗力。 ? 影响金属塑性及变形抗力的主要因素包括以下几个方面: ? a.金属组织及化学成分对塑性及变形抗力的影响 ? 金属组织决定于组成金属的化学成分,其主要元素的晶格类别,杂质 的性质、数量及分布情况。组成元素越少,塑性越好。例如纯铁具有 很高的塑性。碳在铁中呈固熔体也具有很好的塑性,而呈化合物,则 塑性就降低。如化合物Fe3C实际上是很脆的。一般在钢中其他元素 成分的增加也会降低钢的塑性。 ? 钢中随含碳量的增加,则钢的抗力指标(бb、бp、бs等)均增高, 而塑性指标(ε、ψ等)均降低。在冷变形时,钢中含碳量每增加 0.1%,其强度极限бs大约增加6~8 kg/mm2。 ? 硫在钢中以硫化铁、硫化锰存在。硫化铁具有脆性,硫化锰在压力加 工过程中变成丝状得到拉长,因而使在与纤维垂直的横向上的机械指 数降低。所以硫在钢中是有害的杂质,含量愈少愈好。 ? 磷在钢中使变形抗力提高,塑性降低。含磷高于0.1%~0.2%的钢具 有冷脆性。一般钢的含磷量控制在百分之零点零几。 ? 其他如低熔点杂质在金属基体的分布状态对塑性有很大影响。 ? 总之,钢中的化学成分愈复杂,含量愈多,则对钢的抗力及塑性的影 响也就愈大。这正说明某些高合金钢难于进行冷镦(压)加工的原因。 ? b.变形速度对塑性及变形抗力的影响 ? 变形速度是单位时间内的相对位移体积: ? d? (公式36-4) ? 不W应?将变dt 形速度与变形工具的运动速度混为一谈,也应将变形速度与 变形体中质点的移动速度在概念上区别开来。 ? 一般说来,随着变形速度增加,变形抗力增加,塑性降低。冷变形时, 变形速度的影响不如热变形时显著,这是由于无硬化消除的过程。但 当变形速度特别大时,塑性变形产生的热(即热效应)不得失散本



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