【正文】 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。 ? 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。 ? 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。 ? 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。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。 ? 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。當(dāng)無摩擦?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)。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。塑性變形的物體之體積保持不變，金屬坯件在塑性變形以前的體積等于變形后的體積。 ? 在六角頭螺栓多工位冷鐓中，第二工位精鐓時(shí)，金屬向上、下模開口處流動(dòng)并形成飛邊是最小阻力定律起作用的體現(xiàn)。 ? c．選擇合適的變形規(guī)范 ? 在冷鐓（擠）工藝中，一次就鐓擊成形的產(chǎn)品很少，一般都要經(jīng)過兩次及兩次以上的鐓擊。當(dāng)變形終止后，這些彼此平衡的應(yīng)力便存在變形體內(nèi)部，構(gòu)成殘余應(yīng)力，影響以后變形工序中變形金屬的塑性和變形抗力。 ? d．冷變形硬化對(duì)金屬塑性及變形抗力的影響 ? 金屬經(jīng)過冷塑性變形，引起金屬的機(jī)械性能、物理性能及化學(xué)性能的改變。 ? 同號(hào)的三向壓應(yīng)力圖中，各方向的壓應(yīng)力均相等時(shí)（ б1=б2=б3），并且，金屬內(nèi)部沒有疏松及其它缺陷的條件下，理論上是不可產(chǎn)生塑性變形的，只有彈性變形產(chǎn)生。 ? 表示金屬受力狀態(tài)的主應(yīng)力圖共有九種，其中四個(gè)為三向主應(yīng)力圖，三個(gè)為平面主應(yīng)力圖，兩個(gè)為單向主應(yīng)力圖，如圖 361所示。但當(dāng)變形速度特別大時(shí)，塑性變形產(chǎn)生的熱（即熱效應(yīng)）不得失散本身溫度升高會(huì)提高塑性、減少變形抗力。這正說明某些高合金鋼難于進(jìn)行冷鐓（壓）加工的原因。含磷高于 %～ %的鋼具有冷脆性。 ? 硫在鋼中以硫化鐵、硫化錳存在。如化合物 Fe3C實(shí)際上是很脆的。 ? 影響金屬塑性及變形抗力的主要因素包括以下幾個(gè)方面： ? a．金屬組織及化學(xué)成分對(duì)塑性及變形抗力的影響 ? 金屬組織決定于組成金屬的化學(xué)成分，其主要元素的晶格類別，雜質(zhì)的性質(zhì)、數(shù)量及分布情況。不管哪種試驗(yàn)方法，都是相對(duì)于某種特定的受力狀態(tài)和變形條件的。其數(shù)值按下式可計(jì)算出： ? （公式 363） ? 式中 Ho—— 圓柱形試樣的原始高度。表示鋼材試樣在單向拉伸時(shí)的塑性變形能力，是金屬材料標(biāo)準(zhǔn)中常用的塑性指標(biāo)。 ? ? 金屬在外力作用下，產(chǎn)生永久變形（指去掉外力后不能恢復(fù)原狀的變形），但金屬本身的完整性又不會(huì)被破壞的變形，稱為塑性變形。因此，如何充分利用、提高金屬的塑性、掌握金屬塑性變形的機(jī)理、研制出科學(xué)合理的緊固件冷鐓（擠）加工工藝，是本章的目的和宗旨所在。冷鐓（擠）方法加工的零件，由于金屬纖維未被切斷，因此強(qiáng)度要比切削加工的優(yōu)越得多。冷鐓（擠）是一種少、無切削加工方法，如加工桿類的六角頭螺栓、圓柱頭內(nèi)六角螺釘，采用切削加工方法，鋼材利用率僅在 25%～ 35%，而用冷鐓（擠）方法，它的利用率可高達(dá) 85%～95%，僅是料頭、料尾及切六角頭邊的一些工藝消耗。實(shí)際上，任何緊固件的成形，不單是冷鐓一種變形方式能實(shí)現(xiàn)的，它在冷鐓過程中，除了鐓粗變形外，還伴隨有正、反擠壓、復(fù)合擠壓、沖切、輾壓等多種變形方式。冷鐓（擠壓）成型工藝 主講人：程從志 ? 緊固件成型工藝中，冷鐓（擠）技術(shù)是一種主要加工工藝。因此，生產(chǎn)中對(duì)冷鐓的叫法，只是一種習(xí)慣性叫法，更確切地說，應(yīng)該叫做冷鐓（擠）。 ? b．生產(chǎn)率高。 ? d．適于自動(dòng)化生產(chǎn)。 1 金屬變形的基本概念 ? 變形 ? 變形是指金屬受力（外力、內(nèi)力）時(shí)，在保持自己完整性的條件下，組成本身的細(xì)小微粒的相對(duì)位移的總和。 ? 塑性的好壞通過伸長率、斷面收縮率、屈服極限來表示。 δ和 ψ的數(shù)值由以下公式確定： ? （公式 361） （公式 362） ? 式中： L0、 Lk—— 拉伸試樣原始標(biāo)距、破壞后標(biāo)距的長度。 Hk—— 試樣在壓扁中，在側(cè)表面出現(xiàn)第 1條肉眼可見裂紋時(shí)的試樣高度。由此所得出的塑性指標(biāo)，只是相對(duì)比較而言，僅說明某種金屬在什么樣的變形條件下塑性的好壞。組成元素越少，塑性越好。一般在鋼中其他元素成分的增加也會(huì)降低鋼的塑性。硫化鐵具有脆性，硫化錳在壓力加工過程中變成絲狀得到拉長，因而使在與纖維垂直的橫向上的機(jī)械指數(shù)降低。一般鋼的含磷量控制在百分之零點(diǎn)零幾。 ? b．變形速度對(duì)塑性及變形抗力的影響 ? 變形速度是單位時(shí)間內(nèi)的相對(duì)位移體積： ? （公式 364） ? 不應(yīng)將變形速度與變形工具的運(yùn)動(dòng)速度混為一談，也應(yīng)將變形速度與變形體中質(zhì)點(diǎn)的移動(dòng)速度在概念上區(qū)別開來。 dtdW ?? ? c．應(yīng)力狀態(tài)對(duì)塑性及變形抗力的影響 ? 在外力作用下，金屬內(nèi)部產(chǎn)生內(nèi)力，其單位面積之強(qiáng)度稱之為應(yīng)力。 ? 主應(yīng)力由拉應(yīng)力引起的為正號(hào)，主應(yīng)力由壓應(yīng)力引起的為負(fù)號(hào)。 ? 不等的三向壓應(yīng)力圖包括的變形工藝有：體積模鍛、鐓粗、閉式?jīng)_孔、正反擠壓、板材及型材軋制等。隨著變形程度的增加，所有的強(qiáng)度指標(biāo)（彈性極限、比例極限、流動(dòng)極限及強(qiáng)度極限）都有所提高，硬度亦有所提高；塑性指標(biāo)（伸長率、斷面收縮率及沖擊韌性）則有所降低；電阻增加；抗腐蝕性及導(dǎo)熱性能降低，并改變了金屬的磁性等等，在塑性變形中，金屬的這些性質(zhì)變化的總和稱作冷變形硬化，簡稱硬化。 ? 提高金屬塑性及降低變形抗力的工藝措施 ? 針對(duì)影響金屬塑性及變形抗力的主要因素，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，采取有效的工藝措施，是完全可以提高金屬塑性及降低其變形抗力的，生產(chǎn)中，常采取的工藝措施有： ? a．坯料狀況 ? 冷鐓用原材料，除了要求化學(xué)成份、組織均勻，不要有金屬夾雜等以外，一般要對(duì)原材料進(jìn)行軟化退火處理，目的在于消除金屬軋制時(shí)殘留在金屬內(nèi)部的殘余應(yīng)力，使組織均勻，降低硬度，要求冷鐓前金屬的硬度 HRB≤80。因此必須做到每次變形量的合理分配，這不僅有利于充分利用金屬的冷變形塑性，也有利于金屬的成形。圖 364表明坯件在模具中鐓鍛時(shí)，它在充滿上、下模腔的同時(shí)還向上、下模構(gòu)成的間隙向四周流，只有當(dāng)往飛邊流動(dòng)的阻力大于在模腔其它部分的阻力時(shí)，金屬充滿模腔才有可能。 ? 體積不變定律是根據(jù)產(chǎn)品形狀尺寸、計(jì)算出體積，據(jù)此再確定所需坯件的具體尺寸。按最小阻力定律，它會(huì)逐漸趨于圓形。由于有摩擦的存在，流動(dòng)受到阻礙。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。 ? 冷鐓（擠）的變形方式 ? a．沖裁 使坯件的一部分與主體分割開。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。即變形中既存在正擠壓，也存在反擠壓。 ? 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。 ? 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。 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。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。類似的工件，只有增加鐓鍛次數(shù)，采用逐步成形的方法。 ? 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)來解決。螺栓、螺釘在冷鐓工藝中選用大直徑線材、小變形工藝。 ? 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)。 ? 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。 ? 輔助工藝力的計(jì)算方法 ? 1．剪切力的計(jì)算 ? 冷鐓過程中，坯料的切斷、頭部切邊、螺母沖孔等，都是使一部分材料從基體中沖、切開來。 ? a．毛坯切斷力的計(jì)算 ? P剪 =F就縮徑而言，實(shí)際是一個(gè)正擠壓，可應(yīng)用正擠壓實(shí)心件的計(jì)算公式： ? P=p在正常情況下，一般頂料力不大，當(dāng)工件與凹模接觸面產(chǎn)生“粘滯”，摩擦力將大大增加，還有螺母球在凹模中產(chǎn)生重料（兩個(gè)螺母球坯），頂料力就會(huì)成倍增加，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)損壞模具，影響機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)。F （ N） （公式 3615） ? 式中 бt—— 單位面積上的頂料力。因此 ,在合理分配變形比的基礎(chǔ)上如何確定正確的變形形狀，對(duì)以后的變形以及產(chǎn)品質(zhì)量都有著直接關(guān)系。 ? Lo/do是衡量毛坯鐓粗變形的縱向穩(wěn)定性，即毛坯鐓粗部分在鐓粗時(shí)的抗縱向彎曲能力。～ 5176。在冷鐓（壓）工藝中，在切斷以后，安排一個(gè)坯件整形，其主要目的就在于此。 ? 為了使初沖變形中，改變坯件的穩(wěn)定性，尤其對(duì)于低碳鋼這類切斷性較差的鋼種，為了增加坯件在變形中的穩(wěn)定性，在初沖小端工作型腔中除了錐形外，還要有高為 ～