冷镦工艺与模具设计课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,冷镦工艺与模具设计,一、冷镦变形工艺一些基本概念,金属变形的基本概念,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。,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,和断面收缩率,两个指标来表示，也就以此衡量材料的塑性。,和,的数值可由下公式表示：,=(L1-L0)/L0100%,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；,=(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。,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,即为塑性指标。,=(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；,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。,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。,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,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，,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,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。,图,1.1-1,否则，继续冷镦加工将是困难的。,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,1.22.7,；闭式镦锻时，取系数为,2.45,；带有反挤压的镦锻时，取系数为,49,。,4.,冷镦变形力计算方法,F=,K,T,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,T,考虑到冷作硬化后的变形抗力,T,=,b,In,(A/A,0,)(,MPa,),b,金属材料的强度极限,(,MPa,),A ,镦锻后头部的最大投影面积,(mm,2,),A,0,镦锻前坯的断面积,(mm,2,),冷镦常用金属材料及材料准备,常用的金属材料有黑色金属和有色金属两大类。,对冷镦用钢的要求,:,力学性能的要求,化学成分的要求,金相组织的要求,一般认为,14,级为粗晶粒，,58,为细晶粒。粗晶粒 材料的冷作硬化敏感性比细晶粒的要大，塑性比细晶粒的要差，适合冷镦晶粒度以,4,、,5,、,6,级为宜。,材料表面质量的要求,钢材表面的缺陷 、表面脱碳。,尺寸精度要求,表面润滑要求,冷镦材料的改制过程,材料热处理,低温去应力退火、完全退火、球化退火（对于,C0.25%,中碳钢，为了满足冷变形工艺要求，常需要进行球化退火。）、固溶处理（对于冷镦用的,1Cr18Ni9Ti,等奥氏体不锈钢，需采用固溶处理方法，实现钢材软化。）,材料的酸洗,酸洗前的预处理：钢材在热处理后，表面的氧化铁皮比较厚，不能单纯的依靠酸洗去除，通常进行剥壳。,酸洗方法：硫酸酸洗、盐酸酸洗、酸洗质量,润滑处理：牛油,石灰润滑、磷化,皂化处理,材料的改制,二、冷镦挤压工艺及模具设计,采用专用自动冷镦机来加工零件。,优点：材料利用率高、提高劳动生产率、使零件具有较高的机械性能和疲劳,强度、使零件表面得到较高的光洁度。,缺点：模具制造费用高，不适合少量生产。,冷镦工艺基本概念：镦锻比,(S),、冷镦变形程度（,）,1.,镦锻比,(S),是指镦锻材料镦锻部分的长度和直径的比值。,S=h,0,/d,0,式中,:h,0,镦锻后形成工件头部的坯料长度；,d,0,线材直径。,用镦锻比可以确定镦锻过程中技术上的难易程度。镦锻比愈小加工愈容易；镦锻比较大时，在制定工艺时,应该适当增加镦锻次数。当然，镦锻比不能作为设计工艺的唯一依据。,当,h,0,/d,0,比值过大时，毛坯冷镦时会发生纵向弯曲，冷镦工件的纤维流向上将出现折叠。当选取的,h,0,/d,0,比,值过小时，将使冷镦工序数增加。,镦锻比与镦锻次数的关系表,S=h,0,/d,0,2.5,2.5,4.5,4.5,6,镦锻次数,1,2,3,本章主要介绍,一些国外紧固件成型工艺设计的范例,