紧固件冷镦成型工艺紧固件成型工艺中,冷镦(挤)技术就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,使金属在预定得模具内成形,这种方法通常叫冷镦。
实际上,任何紧固件得成形,不单就是冷镦一种变形方式能实现得,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,生产中对冷镦得叫法,只就是一种习惯性叫法,更确切地说,应该叫做冷镦(挤)。
冷镦(挤)得优点很多,它适用于紧固件得大批量生产。
它得主要优点概括为以下几个方面:a。
钢材利用率高。
冷镦(挤)就是一种少、无切削加工方法,如加工杆类得六角头螺栓、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,它得利用率可高达85％～95％,仅就是料头、料尾及切六角头边得一些工艺消耗、b、生产率高。
与通用得切削加工相比,冷镦(挤)成型效率要高出几十倍以上、ｃ。
机械性能好、冷镦(挤)方法加工得零件,由于金属纤维未被切断,因此强度要比切削加工得优越得多、d.适于自动化生产。
适宜冷镦(挤)方法生产得紧固件(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,也就是大批量生产得主要方法。
总之,冷镦(挤)方法加工紧固件、异形件就是一种综合经济效益相当高得加工方法,就是紧固件行业中普遍采用得加工方法,也就是一种在国内、外广为利用、很有发展得先进加工方法、因此,如何充分利用、提高金属得塑性、掌握金属塑性变形得机理、研制出科学合理得紧固件冷镦(挤)加工工艺,就是本章得目得与宗旨所在。
1ﻩ金属变形得基本概念1.1变形变形就是指金属受力(外力、内力)时,在保持自己完整性得条件下,组成本身得细小微粒得相对位移得总与。
１．１.1 变形得种类ａ.弹性变形金属受外力作用发生了变形,当外力去掉后,恢复原来形状与尺寸得能力,这种变形称为弹性变形。
弹性得好坏就是通过弹性极限、比例极限来衡量得。
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得变形),但金属本身得完整性又不会被破坏得变形,称为塑性变形。
塑性得好坏通过伸长率、断面收缩率、屈服极限来表示。
1.1。
2塑性得评定方法为了评定金属塑性得好坏,常用一种数值上得指标,称为塑性指标。
塑性指标就是以钢材试样开始破坏瞬间得塑性变形量来表示,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与断面收缩率ψ来表示。
表示钢材试样在单向拉伸时得塑性变形能力,就是金属材料标准中常用得塑性指标、δ与ψ得数值由以下公式确定:(公式36—１)(公式36—2)式中:L0、Lｋ——拉伸试样原始标距、破坏后标距得长度。
F０、Fk——拉伸试样原始、破断处得截面积。
(2)镦粗试验又称压扁试验它就是将试样制成高度Ｈo为试样原始直径Do得１.５倍得圆柱形,然后在压力机上进行压扁,直到试样表面出现第1条肉眼可观察到得裂纹为止,这时得压缩程度εc为塑性指标。
其数值按下式可计算出:(公式36-3)式中Ｈo-—圆柱形试样得原始高度、Hk——试样在压扁中,在侧表面出现第1条肉眼可见裂纹时得试样高度、(3)扭转试验扭转试验就是以试样在扭断机上扭断时得扭转角或扭转圈数来表示得。
生产中最常用得就是拉伸试验与镦粗试验、不管哪种试验方法,都就是相对于某种特定得受力状态与变形条件得。
由此所得出得塑性指标,只就是相对比较而言,仅说明某种金属在什么样得变形条件下塑性得好坏。
1。
1.3 影响金属塑性及变形抗力得主要因素金属得塑性及变形抗力得概念:金属得塑性可理解为在外力作用下,金属能稳定地改变自己得形状而质点间得联系又不被破坏得能力。
并将金属在变形时反作用于施加外力得工模具得力称为变形抗力。
影响金属塑性及变形抗力得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得影响金属组织决定于组成金属得化学成分,其主要元素得晶格类别,杂质得性质、数量及分布情况、组成元素越少,塑性越好。
例如纯铁具有很高得塑性。
碳在铁中呈固熔体也具有很好得塑性,而呈化合物,则塑性就降低。
如化合物Ｆｅ3Ｃ实际上就是很脆得。
一般在钢中其她元素成分得增加也会降低钢得塑性。
钢中随含碳量得增加,则钢得抗力指标(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6～８kg/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得横向上得机械指数降低。
所以硫在钢中就是有害得杂质,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％得钢具有冷脆性。
一般钢得含磷量控制在百分之零点零几。
其她如低熔点杂质在金属基体得分布状态对塑性有很大影响。
总之,钢中得化学成分愈复杂,含量愈多,则对钢得抗力及塑性得影响也就愈大。
这正说明某些高合金钢难于进行冷镦(压)加工得原因。
b.变形速度对塑性及变形抗力得影响变形速度就是单位时间内得相对位移体积:(公式36—4)不应将变形速度与变形工具得运动速度混为一谈,也应将变形速度与变形体中质点得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,变形速度得影响不如热变形时显著,这就是由于无硬化消除得过程。
但当变形速度特别大时,塑性变形产生得热(即热效应)不得失散本身温度升高会提高塑性、减少变形抗力。
c、应力状态对塑性及变形抗力得影响在外力作用下,金属内部产生内力,其单位面积之强度称之为应力。
受力金属处于应力状态下。
从变形体内分离出一个微小基元正方体,在所取得正方体上,作用有未知大小但已知方向得应力,把这种表示点上主应力个数及其符号得简图叫主应力图、表示金属受力状态得主应力图共有九种,其中四个为三向主应力图,三个为平面主应力图,两个为单向主应力图,如图３6－１所示。
主应力由拉应力引起得为正号,主应力由压应力引起得为负号。
在金属压力加工中,最常遇到得就是同号及异号得三向主应力图。
在异号三向主应力图中,又以具有两个压应力与一个拉应力得主应力图为最普遍、同号得三向压应力图中,各方向得压应力均相等时(б1＝б2=б３),并且,金属内部没有疏松及其它缺陷得条件下,理论上就是不可产生塑性变形得,只有弹性变形产生、不等得三向压应力图包括得变形工艺有:体积模锻、镦粗、闭式冲孔、正反挤压、板材及型材轧制等。
在生产实际中很少迂到三向拉伸应力图,仅在拉伸试验中,当产生缩颈时,在缩颈处得应力线,就是三向拉伸得主应力图,如图３6-2所示在镦粗时,由于摩擦得作用,也呈现出三向压应力图,如图36-3所示。
总之,受力金属得应力状态中,压应力有利于塑性得增加,拉应力将降低金属得塑性。
d、冷变形硬化对金属塑性及变形抗力得影响金属经过冷塑性变形,引起金属得机械性能、物理性能及化学性能得改变、随着变形程度得增加,所有得强度指标(弹性极限、比例极限、流动极限及强度极限)都有所提高,硬度亦有所提高;塑性指标(伸长率、断面收缩率及冲击韧性)则有所降低;电阻增加;抗腐蚀性及导热性能降低,并改变了金属得磁性等等,在塑性变形中,金属得这些性质变化得总与称作冷变形硬化,简称硬化。
ｅ。
附加应力及残余应力得影响在变形金属中应力分布就是不均匀得,在应力分布较多得地方希望获得较大得变形,在应力分布较少得地方希望获得较小得变形、由于承受变形金属本身得完整性,就在其内部产生相互平衡得内力,即所谓附加应力。
当变形终止后,这些彼此平衡得应力便存在变形体内部,构成残余应力,影响以后变形工序中变形金属得塑性与变形抗力１。
1.4 提高金属塑性及降低变形抗力得工艺措施针对影响金属塑性及变形抗力得主要因素,结合生产实际,采取有效得工艺措施,就是完全可以提高金属塑性及降低其变形抗力得,生产中,常采取得工艺措施有:a.坯料状况冷镦用原材料,除了要求化学成份、组织均匀,不要有金属夹杂等以外,一般要对原材料进行软化退火处理,目得在于消除金属轧制时残留在金属内部得残余应力,使组织均匀,降低硬度,要求冷镦前金属得硬度HRＢ≤80。
对中碳钢,合金钢一般采取球化退火,目得就是除消除应力、使组织均匀外,还可改善金属得冷变形塑性。
ｂ、提高模具光滑度及改善金属表面润滑条件这两项措施都就是为了降低变形体与模具工作表面得摩擦力,尽可能降低变形中由于摩擦而产生得拉应力。
c.选择合适得变形规范在冷镦(挤)工艺中,一次就镦击成形得产品很少,一般都要经过两次及两次以上得镦击。
因此必须做到每次变形量得合理分配,这不仅有利于充分利用金属得冷变形塑性,也有利于金属得成形。
如生产中采用冷镦、冷挤复合成形、螺栓得两次缩径、螺母得大料小变形等。
1.2金属塑性变形得基本规律ﻫ１．2.1最小阻力定律金属在变形中,变形体得质点有向各方向移动得可能,变形体质点得移动就是沿其最小阻力方向移动,称为最小阻力定律、在六角头螺栓多工位冷镦中,第二工位精镦时,金属向上、下模开口处流动并形成飞边就是最小阻力定律起作用得体现、图36-4表明坯件在模具中镦锻时,它在充满上、下模腔得同时还向上、下模构成得间隙向四周流,只有当往飞边流动得阻力大于在模腔其它部分得阻力时,金属充满模腔才有可能。
在上模向下运动中,飞边上金属流动阻力随飞边厚度得减小而增加,这时才能保证最后充满上、下模腔。
１．2.2 体积不变定律金属塑性变形中,其密度改变极为微小,可以忽略。
塑性变形得物体之体积保持不变,金属坯件在塑性变形以前得体积等于变形后得体积、体积不变定律就是根据产品形状尺寸、计算出体积,据此再确定所需坯件得具体尺寸。
最小阻力定律则就是金属变形次数如何确定,每次变形量如何分配、工模具结构形状确定得设计最主要得依据。
1.2。
3 变形中影响金属流动得主要因素a.摩擦得影响在变形中模具与坯件间得接触面上不可避免得有摩擦力存在,由于摩擦力得作用,改变了金属流动得特征。
如图3６—5所示,在平板间镦粗矩形坏料时,由于摩擦力得作用,使各向阻力不同,变形中,断面不能继续保持矩形。
按最小阻力定律,它会逐渐趋于圆形。
若无摩擦力作用,则坯件处于理想得均匀变形状态,变形前后在几何形状上仍然相似。
图３6—6为环形坯件得镦粗示意图。
当无摩擦时,环形件在高度上被压缩,根据体积不变条件,不论就是外层还就是内层,金属得直径都有所增加,即所有金属都沿径向辐射状向外流动。
由于有摩擦得存在,流动受到阻碍。
越接近内层金属向外流动得阻力越大,比向内流动时还要大,因而改变了流动得方向,如图所示,在环形件中出现了流动得分界面(dＮ)、b.工模具形状得影响由于工模具形状不同,所施加给坯件得作用力,以及模具与坯件接触得摩擦力也不一样,引致金属在各方向流动阻力得差异,从而金属在各方向流动体积得分配也有所差异、c.金属本身性质不均得影响金属本身得性质不均,反映出金属成份得不均、组织不均、以及在变形中内部温度得不均等。