冷镦挤压成型工艺课件

冷镦（挤压）成型工艺
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，只是一种习 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：
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
c
Ho Hk Ho
100%（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。
c．应力状态对塑性及变形抗力的影响 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，在所取的正方体上，作用有 未知大小但已知方向的应力，把这种表示点上主应力个数及其符号的 简图叫主应力图。
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
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。
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。
Lk Lo 100% （公式36-1）
Lo 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：
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%；例如M24的螺 栓，螺母。 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。
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：
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：
不W应将d变dt形速（度公与式变3形6-4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）不得失散本身 温度升高会提高塑性、减少变形抗力。
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及变形抗力的影响