冷镦挤变形工艺冷镦工艺与模具设计

一. 冷镦变形力的影响因素 冷镦变行力是根据镦锻金属的性质、变形度、 镦锻体形状、摩擦及其它一些因素决定的。所以在计算之前必须要了解上 述因素对变形力的影响。
1. 力学性能对变形力的影响 强度和硬度较高的材料发生变形时,所需要 的变形力比较大,变形力与材料的强度成正比。
2. 变形程度对变形力的影响 在塑性变
a. 金属的结构 一切金属的组织是由许多小晶体组成的，这些小晶体称为“晶粒” 。 常用冷镦材料的晶体结构：体心立方晶格、面心立方晶格和密排六方 晶格 。
b. 金属变形的基本概念 金属材料在外力作用下，所引起尺寸和形状的变化称为“变形”。 金属变形是由弹性变形和塑性变形所组成。
所谓塑性—是指在外力作用下发生永久变形而不损伤其整体性能。 许多零件在成型过程中要求材料有较好的塑性。在冷镦时零件有的部位 变形量很大，如材料的塑性不好将会发生开裂。 在工程中金属材料的塑性用伸长率δ和断面收缩率ψ两个指标来表示，也 就以此衡量 材料的塑性。 δ和ψ的数值可由下公式表示：
➢ 变形力的简单计算 冷镦加工与冷镦变形力有着密切的关系。冷镦变形力是确定工艺参数、
模具设计、设备设计和选择设备的重要依据。在正常生产中，一般不需经 常进行变形力的计算，但对于非标零件与几何形状复杂零件加工时，为便 于合理地选用设备、设计工艺和模具等，必要时需要进行变形力计算，所 以必须掌握变形力的计算方法。
和最小阻力定律。
体积不变定律 — 冷镦加工时，变形前金属坯料的体积等于变形后工件的体 积。 最小阻力定律 — 金属受到外力作用发生塑性变形，金属晶粒有向各个不 同方向移动的可能时，总是沿着阻里最小的方向移动。
最小阻力定律应用很广泛，在设计冷镦模具时，怎样才能使金属流动阻力 减小和合理地控制金属的流动，这是设计人员必须考虑的问题。
冷镦挤变形工艺
冷挤压 分类
正挤压
反挤压
复合挤压
径向挤压
挤压时,金属流动 的方向与凸模运
动方向一致.
挤压时,金属流动 的方向与凸模运
动方向相反致.
挤压时,金属同时 朝凸模的运动方
向和相反方向动.
挤压时,金属流动 方向垂直于凸模
的运动方向.
镦挤法
将轴向挤压和径 向挤压联合的加
工方法
冷挤压的特点
1.坯料变形区塑性好、变形抗力大。
❖ 当前应用冷镦挤技术应解决的主要问题
❖ 由于冷镦挤金属变形所需变形单位挤压力很大，且作用时间较长，所以当前 冷镦挤技术的应用必须解决强大的变形抗力与模具承载能力的矛盾。为此，必 须做到：
① 设计合理的、工艺性良好的冷镦挤压件。 ② 恰到选择冷镦挤压件的原材料，正确确定坯料形状、尺寸及热处理规范，并应特
变形抗力 (N/mm2)
形过程中,随着变形的增大,由于冷作硬化 作用使金属的硬度和强度随之增大，
电工纯铁
变形抗力也大大增加，而塑性却有所降
低，这将给后道工序带来变形的困难。
金属材料冷作硬化后实际变形抗力如 图1.1-1所示
变形程度 ε(%)
图1.1-1
材料的含碳量越高，其变形抗力越大。所以，在冷加工过程中需适当增加 中间热处理工序，以消除冷作硬化和内应力。否则，继续冷镦加工将是困 难的。
镦粗试验在冷镦加工中常被采用。它是将试验材料制成圆 柱形试样，高度Ho一般为直径Do的1.5倍，然后在压力机或落 锤上进行镦粗，直至试样表面出现第一条肉眼可见的裂纹为止， 此时的压缩比ε即为塑性指标。
ε =(H0-H1)/H0×100% 式中 H0 —圆柱形试样原始高度；
H1 —试样压缩后在侧表面出现第一条肉眼可见的裂纹时的 试样高度；
பைடு நூலகம்
4.冷镦变形力计算方法 F=KσT A 式种： F — 冷镦变形力 (MPa)
K — 镦锻头部的形状系数, 一般螺钉、螺栓取 2～2.4 σT — 考虑到冷作硬化后的变形抗力
σT = σbIn (A/A0) (MPa) σb — 金属材料的强度极限 (MPa)
别注意原材料的表面处理和润滑。 ③ 制定合理的冷镦挤压工艺方案，合理选择冷镦挤压方式，适当控制冷镦挤压变形
程度。 ④ 采用有效措施解决模具的强度、刚度和寿命问题。如设计合理的模具总体结构，
正确确定模具工作零件的结构、几何参数及加工要求等。 ⑤ 选用合适的冷镦设备。
一、冷镦变形工艺一些基本概念
➢ 金属变形的基本概念
3. 零件形状和模具形状对冷镦力的影响 由于零件与模具之间存在着摩擦,在 冲模和凹模间受压力作用而变形的坯料,其塑性变形是不均匀的.工件坯料在 变形时,摩擦力会阻止金属流动,因而在不同的部位金属的流动是不同的。特 别是在棱角和边缘部位变形困难而缓慢。所以，当坯料在模具内受控制的 情况不同时，所需要的冷镦变形力也不相同。不同的镦锻形式，镦锻系数 K不同。开式镦粗时，取系数为1.2~2.7；闭式镦锻时，取系数为2.4~5；带 有反挤压的镦锻时，取系数为4~9。
试样裂纹的出现,是由于侧表面处附加拉应力作用的结果 。工具 与试 样接触表面的摩擦力、散热条件、试样几何尺寸等因素，都会 影响到附加拉应力的大小。因此，用镦粗法测定塑性指标时，为使 所得结果可进行比较，必须制定相应的规程，说明试验条件。在冷 镦生产中，常采用与工件变形条件相近的试验规程，以测定材料对 于冷镦工艺的适合性。 c. 塑性变形的基本定律 在冷镦加工中广泛应用的塑性变形的基本定律是：体积不变定律
δ= (L1-L0)/L0×100%
式中 L0 — 拉伸试样原始标距长度； L1 —拉伸试样破断后标距长度；
Ψ=(A0-A1)/A0×100%
式中 Ao — 拉伸试样原始截面积； A1 —拉伸试样破断处的截面积；
因此，伸长率和断面收缩率数值越大，表示塑性越好。良 好的塑性材料，有利于进行断压、冷冲、冷镦锻和冷拉拔等成 型工艺。 原则上说，这两个塑性指标，都只能表示材料在单向拉伸条件 下的塑性变形能力。
2.挤压件质量好、精度高、目前冷挤压件的尺寸 公差可达到IT7，表面粗糙度Ra可达0.2~1.6μm 冷挤压使金属产生加工硬化、内部组织致密、纤 维沿零件轮廓分布，因而冷挤压件的强度、硬度 刚度较高； 耐磨性、抗腐蚀性、抗疲劳性均较好 因此，可用一般钢材制造的冷挤压代替贵重钢材 3.劳动生产率高 4.节约原材料、利用率可达70%~95%