【正文】 的主要因素 ? a 摩擦的影響 ? 在變形中模具和坯件間的接觸面上不可避免的有摩擦力存在，由于摩擦力的作用，改變了金屬流動(dòng)的特征。如圖 365所示，在平板間鐓粗矩形壞料時(shí)，由于摩擦力的作用，使各向阻力不同，變形中，斷面不能繼續(xù)保持矩形。按最小阻力定律，它會(huì)逐漸趨于圓形。若無(wú)摩擦力作用，則坯件處于理想的均勻變形狀態(tài)，變形前后在幾何形狀上仍然相似。 ? 圖 366為環(huán)形坯件的鐓粗示意圖。當(dāng)無(wú)摩擦?xí)r，環(huán)形件在高度上被壓縮，根據(jù)體積不變條件，不論是外層還是內(nèi)層，金屬的直徑都有所增加，即所有金屬都沿徑向輻射狀向外流動(dòng)。由于有摩擦的存在，流動(dòng)受到阻礙。越接近內(nèi)層金屬向外流動(dòng)的阻力越大，比向內(nèi)流動(dòng)時(shí)還要大，因而改變了流動(dòng)的方向，如圖所示，在環(huán)形件中出現(xiàn)了流動(dòng)的分界面（ dN）。 ? b．工模具形狀的影響 ? 由于工模具形狀不同，所施加給坯件的作用力，以及模具與坯件接觸的摩擦力也不一樣，引致金屬在各方向流動(dòng)阻力的差異，從而金屬在各方向流動(dòng)體積的分配也有所差異。 ? c．金屬本身性質(zhì)不均的影響 ? 金屬本身的性質(zhì)不均，反映出金屬成份的不均、組織不均、以及在變形中內(nèi)部溫度的不均等。這些性質(zhì)的不均勻性，在金屬內(nèi)部出現(xiàn)互相平衡的附加應(yīng)力，由于內(nèi)力的存在，使金屬在各自流動(dòng)的阻力有所差異，變形首先發(fā)生在阻力最小的部分。 2 金屬冷鐓（擠）工藝 ? 冷鐓（擠）工藝基本概念 ? 冷鐓、冷壓 ? 在室溫狀態(tài)下，將坯料置于自動(dòng)冷鐓機(jī)或壓力機(jī)的模具中，對(duì)模具施加壓力，利用上、下模的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，使坯件在模腔里變形，高度縮小，橫截面增加，這樣的壓力加工方法，對(duì)自動(dòng)冷鐓機(jī)而言叫冷鐓，對(duì)壓力機(jī)而言叫冷壓。 ? 實(shí)際生產(chǎn)中，緊固件冷成型工藝，在冷鐓的過程中，常常伴隨有擠壓的方式。因此，單就緊固件產(chǎn)品的冷鐓工藝，實(shí)際是既有冷鐓，也有擠壓的一種復(fù)合工藝的加工方法。 ? 冷鐓（擠）的變形方式 ? a．沖裁 使坯件的一部分與主體分割開。如線材的切斷、螺母的沖孔、六角頭螺栓的頭部切邊等。 ? b．鐓粗 使坯件高度縮短、橫截面增加的加工方法，如螺母的鐓球、螺栓頭部成型的預(yù)鐓、精鐓等。 ? c．正擠壓 坯件在冷鐓壓中，坯件在下模中變形時(shí)，金屬的流動(dòng)方向與上模的運(yùn)動(dòng)方向一致。冷鐓螺栓、圓柱頭內(nèi)六角螺釘中的粗桿縮徑就是一種正擠壓。 ? d．反擠壓 坯件在變形中，金屬的流動(dòng)方向與上模的運(yùn)動(dòng)方向相反。圓柱頭內(nèi)六角螺釘頭部成形就屬反擠壓。 ? e．復(fù)合擠壓 ? 坯件在變形中金屬的流動(dòng)方向一部分與上模的運(yùn)動(dòng)方向相同，一部分又相反。即變形中既存在正擠壓，也存在反擠壓。如圓柱頭內(nèi)六角螺釘在同一工位變形中既有桿部縮徑（正擠壓）又有頭部成型（反擠壓）。 ? 冷鐓（擠）變形程度 ? a．變形程度 ? 是指坯料被鐓鍛部分長(zhǎng)度在鐓鍛終了的壓縮量與原始高度的比值，或者坯料截面積在鐓鍛終了截面積的增加量與原始橫截面的比值。 ? b．變形程度的表示方法 ? 第一種方法用鐓鍛比 (S),如圖 367所示。 ? 即： （公式 365） ? 式中： h0—— 被鐓鍛部分的原始高度 ? d0—— 被鐓鍛部分的原始直徑 ? 鐓鍛比可以確定鐓鍛的難易，鐓鍛比 愈小，變形量愈小，變形更容易。鐓 鍛比愈大，變形愈難，金屬纖維流動(dòng) 不規(guī)則，有的纖維被折曲，形成縱向 彎曲現(xiàn)象。如圖 368所示。 0dhS o? ? 第二種方法用鐓鍛率（ ε） ? 即： ? （公式 366） （公式 367） ? 式中 ho、 Fo—— 鐓鍛前頭部材料的原始高度、橫截面積 ? h、 F—— 鐓鍛后工件的高度、橫截面積 %100???oohhh?%100??? F FF o? ? c．許用變形程度 ? 當(dāng)冷鐓變形程度超過金屬本身的變形限度時(shí)，變形的工件側(cè)面會(huì)出現(xiàn)裂紋，而造成不良品，其模具使用強(qiáng)度也會(huì)受到影響，降低使用壽命，嚴(yán)重時(shí)可使模具開裂而損壞。 ? 金屬的許用變形程度與金屬本身的塑性有關(guān) ,塑性好的金屬 ,許用變形程度要高于塑性較差的金屬。碳鋼含碳量愈高，它的塑性愈低，許用變形程度也會(huì)愈小。 ? 在生產(chǎn)中，對(duì)于塑性較差的金屬，如中碳鋼、合金鋼的冷鐓常采取對(duì)鋼材進(jìn)行退火軟化處理、增加模具的強(qiáng)韌性、金屬表面潤(rùn)滑等，目的就在于使金屬的許用變形程度得到提高。 ? 表 361列出了部分鋼材的許用變形程度。 ε% 鋼 材 牌 號(hào) ε% 鋼 材 牌 號(hào) 30 T T12 70～ 75 15Cr、 Y12 35～ 50 50、 60Mn、 40CrNiMo 75～ 80 3 40Cr 55～ 60 4 30MnSi、GCr15 80～ 90 10（ %Si）、 10F、15 65～ 70 20（ ～ %Si） ? 鐓鍛次數(shù)的確定 ? 產(chǎn)品在冷鐓中，通常都要經(jīng)過兩次以上的鐓鍛才能成型。鐓鍛次數(shù)確定合理，將充分利用金屬的許用變形程度，提高模具的使用壽命，保證產(chǎn)品的質(zhì)量。確定鐓鍛次數(shù)，考慮下列因素： ? a．鐓鍛比 ? 即坯料需要變形部分的長(zhǎng)度與直徑的比，比值過大，一次鐓鍛就會(huì)出現(xiàn)縱彎現(xiàn)象，壓扁后，會(huì)出現(xiàn)夾層，如圖 369所示。要避免鐓鍛中出現(xiàn)這些缺陷，必須增加鐓鍛次數(shù)。即首先將坯料預(yù)鐓成錐形，之后再精鐓，直至達(dá)到需要形狀。 ? 一般按下列數(shù)據(jù)來(lái)決定鐓鍛次數(shù)： ? 當(dāng) ≤，可一次鐓鍛； ? 當(dāng) ≤，鐓鍛兩次； ? 當(dāng) ≤，鐓鍛三次。 ? b．考慮工件頭部直徑 D與高度 H的比值。 ? 如圖 3610所示，是頭部直徑較大、高度較小的大直徑薄扁頭細(xì)桿零件，所需坯料 h0/d0在 2以上大頭細(xì)桿零件，若采用一次鐓鍛成形，就會(huì)在頭部邊緣處產(chǎn)生裂紋。類似的工件，只有增加鐓鍛次數(shù)，采用逐步成形的方法。 oodhoooodh ? c．考慮工件的表面粗糙度要求及外部幾何形狀的復(fù)雜程度 ? 如半圓頭、圓柱頭等形狀的機(jī)螺釘，雖然頭部所需坯料的ho/do值一般都小于 ，但為了頭部在變形中能充滿，達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，一般都采用兩次鐓擊。預(yù)鐓錐形頭部為精鐓頭部成形創(chuàng)造良好的金屬流動(dòng)條件。又如用大直徑小變形的線材鐓制螺母，采用線材直徑為 （ s為六角螺母對(duì)邊尺寸），一般產(chǎn)品的變形程度為 25%左右，但由于六角螺母形狀比較復(fù)雜，鐓制中變形方式較多，它既有冷鐓又有復(fù)合擠壓和沖孔，為了有利于變形中金屬流動(dòng)，因此選用 3～ 4次鐓擊成形。 ? 值得強(qiáng)調(diào)的，不是對(duì)所有形狀比較復(fù)雜的產(chǎn)品都靠增加鐓鍛次數(shù)來(lái)解決。往往有的產(chǎn)品，鐓鍛次數(shù)增加了，在第一次、第二次鐓鍛中很容易成型，但由于冷作硬化的原因，使產(chǎn)品在以后的鐓鍛中難以進(jìn)行。表現(xiàn)在工件在鐓鍛中出現(xiàn)開裂或者損壞模具。解決這類問題的關(guān)鍵在于減少變形量，增加鋼材的塑性，采取更加有效的潤(rùn)滑。螺栓、螺釘在冷鐓工藝中選用大直徑線材、小變形工藝。一般線材直徑與螺釘螺紋直徑 D相接近，用一次或兩次桿部縮徑達(dá)到螺坯尺寸。對(duì)中碳鋼、合金鋼而言，在材料改制中用球化退火來(lái)改善鋼材的冷鐓塑性，用磷化、皂化處理來(lái)保證鋼材的表面潤(rùn)滑，使之變形中盡可能減少摩擦。另外在模具上增加強(qiáng)韌性，使它承受復(fù)雜的變形中有剛性，又有足夠的韌性和耐磨性。 ? 冷鐓工藝中力的計(jì)算方法 ? 冷鐓力 ? 冷鐓力是確定工藝參數(shù)、設(shè)計(jì)模具、設(shè)計(jì)冷鐓機(jī)和專用設(shè)備選型的主要依據(jù)。 ? 決定冷鐓力大小的因素較多，主要有以下幾個(gè)方面： ? a．金屬的機(jī)械性能 冷鐓力隨材料強(qiáng)度、硬度的增加而增加。 ? b．工件形狀、變形程度 冷鐓力隨工件變形量的增加而增加。 ? c．摩擦 由于模具和工件間的接觸面有摩擦力，不同程度地改變了作用力的方向和大小，從而產(chǎn)生對(duì)冷鐓力的影響。 ? d．工模具形狀 ? 工模具形狀的不同，造成金屬在各方向流動(dòng)阻力的差異，從而影響冷鐓力。 ? 冷鐓力的計(jì)算方法 ? 常用的冷鐓力的計(jì)算公式有： ? a．經(jīng)驗(yàn)公式 ? P=KбtF （公斤） （公式 368） ? 式中 F—— 工件鐓鍛終止時(shí)的投影面積（ mm2） ? K—— 頭部形狀復(fù)雜系數(shù)，按圖 3611選擇。對(duì)六角頭螺栓， 一 般選 K=～ ? бt—— 考慮冷作硬化后的變形阻力，可由下式計(jì)算： бt （ kg/mm2） (公式 369) ? 式中 бb—— 鋼材抗拉強(qiáng)度極限（ kg/mm2） ? Fo—— 鐓鍛前坯料斷面積（ mm2） onb FFl?? ? b．近似理論推導(dǎo)的計(jì)算公式 ? 在考慮影響冷鐓力大小的主要因素的基礎(chǔ)上，并根據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行修正，得出如下的冷鐓力計(jì)算公式： ? （公式 3610） ? 式中 d—— 鐓鍛后工件頭部最大直徑（ mm） ? h—— 鐓鍛后工件頭部高度（ mm） ? F—— 工件頭部投影面積（ mm2） ? ?NFhdnZP b ?????? ???? 41 ??? ? ?NFhdnZP b ?????? ???? 41 ??? ? Z—— 變形系數(shù) ? n—— 工具形狀系數(shù) ? α—— 工件變形部分形狀系數(shù) ? μ—— 摩擦系數(shù) ? Z、 n、 α、 μ可按表 362選取 ? 表 362 冷鐓力計(jì)算系數(shù) б b(N/mm2) Z變形系數(shù) n工具形狀系數(shù) α 冷鐓部分形狀系數(shù) μ 摩擦系數(shù) 牌號(hào) 數(shù)值 工序 形狀 系數(shù) 凹陷 棱角 系數(shù) 條件 系數(shù) 面 潤(rùn)滑 系數(shù) 10 340 預(yù) 簡(jiǎn)單 ～ 2 無(wú) 無(wú) 圓柱形 研磨 石 墨 ～ 20 420 精 簡(jiǎn)單 ～ 有 無(wú) ～ 正方形 六角形 研磨 無(wú) ～ 25 460 精 復(fù)雜 ～ 有 有 矩形 精加工 ～ 30 500 非對(duì)稱形 復(fù)雜形 ～ 粗加工 ～ ? 就計(jì)算的精確度而言，第二個(gè)公式比第一個(gè)公式計(jì)算結(jié)果要精確一些，但計(jì)算不如經(jīng)驗(yàn)公式簡(jiǎn)單，一般常采用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算，最后預(yù)以