紧固件冷镦金属变形的基本概念-亚博im

　　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。

一、变形的种类

　　1、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。

　　2、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。

二、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：

　　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：

　　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。

三、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：

　　1、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。

　　2、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。

　　3、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。

　　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。

　　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。

　　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。

　　4、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。

　　5、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。

四、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：

　　1、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。

　　2、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。

　　3、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。