紧固件冷镦@@成形@@工艺@@，一@@次给你讲清楚@@

紧固件成形@@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@@@@。

今天我们来全面了解一@@下紧固件冷镦@@成形@@工艺@@@@。

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@@，适用于紧固件的@@大批量生产@@。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@@，是研究的@@目的@@和@@宗旨所在@@。

一@@、金属变@@形@@的@@基本概念@@

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 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@@@@。

2 塑性的@@评定方法@@@@

塑性的@@好坏通过伸长率@@@@、断面收缩率@@、屈服极限来表示@@@@。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@@：

001

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@@：

002

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@@。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@@。

3 影响金属塑性及变@@形@@抗力主要因素@@

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@@6～8kg/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@@：

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不应将变@@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@@@@。表示金属受力状态的@@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@@。

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主应力由拉应力引起的@@为正号@@@@，主应力由压@@应力引起的@@为负号@@@@。在金属压@@力加工中@@，最常遇到的@@是同号@@及异号@@的@@三向主应力图@@@@。在异号@@三向主应力图@@中@@，又以具有两个压@@应力和@@一@@个拉应力的@@主应力图@@为最普遍@@。同号@@的@@三向压@@应力图@@中@@，各方向的@@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的@@条件下@@，理论上是不可产生塑性变@@形@@的@@@@，只有弹性变@@形@@@@产生@@。

不等@@的@@三向压@@应力图@@包括的@@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@@@@，在缩颈处的@@应力线@@，是三向拉伸的@@主应力图@@@@，如图@@@@36-2所示@@。

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在镦粗@@时@@@@，由于摩擦的@@作用@@，也呈现出三向压@@应力图@@@@，如图@@@@36-3所示@@。总之@@，受力金属的@@应力状态中@@，压@@应力有利于塑性的@@增加@@，拉应力将降低金属的@@塑性@@。

d.冷变@@形@@硬化对金属塑性及变@@形@@抗力的@@影响金属经过冷塑性变@@形@@@@，引起金属的@@机械性能@@、物理性能及化学性能的@@改变@@@@。随着变@@形@@程度的@@增加@@，所有的@@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@@了金属的@@磁性等@@等@@@@，在塑性变@@形@@中@@@@，金属的@@这些性质变@@化的@@总和@@称作冷变@@形@@硬化@@，简称硬化@@。

e.附加应力及残余应力的@@影响在变@@形@@金属中应力分布是不均匀的@@@@，在应力分布较多的@@地方希望获得较大的@@变@@形@@@@，在应力分布较少的@@地方希望获得较小的@@变@@形@@@@。由于承受变@@形@@金属本身的@@完整性@@，就在其内部产生相互平衡的@@内力@@@@，即所谓附加应力@@。当变@@形@@终止后@@，这些彼此平衡的@@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@@金属的@@塑性和@@变@@形@@抗力@@。

4 提高金属塑性及降低变@@形@@抗力的@@措施@@

针对影响金属塑性及变@@形@@抗力的@@主要因素@@，结合生产实际@@，采取有效的@@工艺措施@@，是完全可以提高金属塑性及降低其变@@形@@抗力的@@@@，生产中@@，常采取的@@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@@，目的@@在于消除金属轧制时@@残留在金属内部的@@残余应力@@，使组织均匀@@@@，降低硬度@@，要求冷镦@@前金属的@@硬度@@HRB≤80。对中碳钢@@，合金钢一@@般采取球化退火@@，目的@@是除消除应力@@、使组织均匀@@@@外@@，还可改善金属的@@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是为了降低变@@形@@体与模具工作表面的@@摩擦力@@，尽可能降低变@@形@@中@@由于摩擦而产生的@@拉应力@@。

c.选择合适的@@变@@形@@规范在冷镦@@@@(挤@@)工艺中@@，一@@次就镦击成形@@的@@产品@@很少@@，一@@般都要经过两次及两次以上的@@镦击@@。因此@@必须做到每次变@@形@@量的@@合理分配@@，这不仅有利于充分利用金属的@@冷变@@形@@塑性@@，也有利于金属的@@成形@@@@。如生产中@@采用冷镦@@@@、冷挤@@复合成形@@@@、螺栓的@@两次缩径@@、螺母的@@大料小变@@形@@等@@@@。

二@@、金属塑性变@@形@@的@@基本规律@@

1 最小阻力定律@@

金属在变@@形@@中@@@@，变@@形@@体的@@质点有向各方向移动的@@可能@@，变@@形@@体质点的@@移动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@@成飞边是最小阻力定律@@起作用的@@体现@@。图@@36-4表明坯件在模具中镦锻时@@@@，它在充满上@@、下模腔@@的@@同时@@还向上@@、下模构成的@@间隙向四@@周流@@，只有当往飞边流动的@@阻力大于在模腔其它部分的@@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的@@减小而增加@@，这时@@才能保证最后充满上@@、下模腔@@。

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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@@的@@物体之体积保持不变@@@@，金属坯件在塑性变@@形@@以前的@@体积等@@于变@@形@@后的@@体积@@。体积不变@@定律@@是根据产品@@形@@状尺寸@@、计算出体积@@，据此再确定所需坯件的@@具体尺寸@@。最小阻力定律@@则是金属变@@形@@次数如何确定@@，每次变@@形@@量如何分配@@、工模具结构形@@状确定的@@设计最主要的@@依据@@。

3 变@@形@@中@@影响金属流动的@@主要因素@@

a.摩擦的@@影响在变@@形@@中@@模具和@@坯件间的@@接触面上不可避免的@@有摩擦力存在@@，由于摩擦力的@@作用@@，改变@@了金属流动的@@特征@@。如图@@@@36-5所示@@，在平板间镦粗@@矩形@@坏料时@@@@，由于摩擦力的@@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@@，则坯件处于理想的@@均匀变@@形@@状态@@，变@@形@@前后在几何形@@状上仍然相似@@。

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