冷鐓工藝與模具設(shè)計課件

冷鐓工藝與模具設(shè)計冷鐓工藝與模具設(shè)計1一、冷鐓變形工藝一些基本概念金屬變形的基本概念金屬的結(jié)構(gòu)一切金屬的組織是由許多小晶體組成的，這些小晶體稱為“晶?！?。常用冷鐓材料的晶體結(jié)構(gòu)：體心立方晶格、面心立方晶格和密排六方晶格。金屬變形的基本概念金屬材料在外力作用下，所引起尺寸和形狀的變化稱為“變形”。金屬變形是由彈性變形和塑性變形所組成。

所謂塑性—是指在外力作用下發(fā)生永久變形而不損傷其整體性能。許多零件在成型過程中要求材料有較好的塑性。在冷鐓時零件有的部位變形量很大，如材料的塑性不好將會發(fā)生開裂。在工程中金屬材料的塑性用伸長率δ和斷面收縮率ψ兩個指標(biāo)來表示，也就以此衡量材料的塑性。δ和ψ的數(shù)值可由下公式表示：

δ=(L1-L0)/L0×100%式中L0—拉伸試樣原始標(biāo)距長度；L1—拉伸試樣破斷后標(biāo)距長度；一、冷鐓變形工藝一些基本概念金屬變形的基本概念2

Ψ=(A0-A1)/A0×100%式中Ao—拉伸試樣原始截面積；A1—拉伸試樣破斷處的截面積；因此，伸長率和斷面收縮率數(shù)值越大，表示塑性越好。良好的塑性材料，有利于進行斷壓、冷沖、冷鐓鍛和冷拉拔等成型工藝。原則上說，這兩個塑性指標(biāo)，都只能表示材料在單向拉伸條件下的塑性變形能力。鐓粗試驗在冷鐓加工中常被采用。它是將試驗材料制成圓柱形試樣，高度Ho一般為直徑Do的1.5倍，然后在壓力機或落錘上進行鐓粗，直至試樣表面出現(xiàn)第一條肉眼可見的裂紋為止，此時的壓縮比ε即為塑性指標(biāo)。ε=(H0-H1)/H0×100%式中H0—圓柱形試樣原始高度；H1—試樣壓縮后在側(cè)表面出現(xiàn)第一條肉眼可見的裂紋時的試樣高度；Ψ=(A0-A1)/A3試樣裂紋的出現(xiàn),是由于側(cè)表面處附加拉應(yīng)力作用的結(jié)果。工具與試樣接觸表面的摩擦力、散熱條件、試樣幾何尺寸等因素，都會影響到附加拉應(yīng)力的大小。因此，用鐓粗法測定塑性指標(biāo)時，為使所得結(jié)果可進行比較，必須制定相應(yīng)的規(guī)程，說明試驗條件。在冷鐓生產(chǎn)中，常采用與工件變形條件相近的試驗規(guī)程，以測定材料對于冷鐓工藝的適合性。c.塑性變形的基本定律在冷鐓加工中廣泛應(yīng)用的塑性變形的基本定律是：體積不變定律和最小阻力定律。體積不變定律—冷鐓加工時，變形前金屬坯料的體積等于變形后工件的體積。最小阻力定律—金屬受到外力作用發(fā)生塑性變形，金屬晶粒有向各個不同方向移動的可能時，總是沿著阻里最小的方向移動。最小阻力定律應(yīng)用很廣泛，在設(shè)計冷鐓模具時，怎樣才能使金屬流動阻力減小和合理地控制金屬的流動，這是設(shè)計人員必須考慮的問題。變形力的簡單計算

冷鐓加工與冷鐓變形力有著密切的關(guān)系。冷鐓變形力是確定工藝參數(shù)、模具設(shè)計、設(shè)備設(shè)計和選擇設(shè)備的重要依據(jù)。在正常生產(chǎn)中，一般不需經(jīng)常進行變形力的計算，但對于非標(biāo)零件與幾何形狀復(fù)雜零件加工時，為便于合理地選用設(shè)備、設(shè)計工藝和模具等，必要時需要進行變形力計算，所以必須掌握變形力的計算方法。試樣裂紋的出現(xiàn),是由于側(cè)表4

一.冷鐓變形力的影響因素冷鐓變行力是根據(jù)鐓鍛金屬的性質(zhì)、變形度、鐓鍛體形狀、摩擦及其它一些因素決定的。所以在計算之前必須要了解上述因素對變形力的影響。1.力學(xué)性能對變形力的影響強度和硬度較高的材料發(fā)生變形時,所需要的變形力比較大,變形力與材料的強度成正比。2.變形程度對變形力的影響在塑性變形過程中,隨著變形的增大,由于冷作硬化作用使金屬的硬度和強度隨之增大，變形抗力也大大增加，而塑性卻有所降低，這將給后道工序帶來變形的困難。金屬材料冷作硬化后實際變形抗力如圖1.1-1所示,材料的含碳量越高，其變形抗力越大。所以，在冷加工過程中需適當(dāng)增加中間熱處理工序，以消除冷作硬化和內(nèi)應(yīng)力。

圖1.1-1一.冷鐓變形力的影響因素冷鐓變行力是根據(jù)鐓5否則，繼續(xù)冷鐓加工將是困難的。3.零件形狀和模具形狀對冷鐓力的影響由于零件與模具之間存在著摩擦,在沖模和凹模間受壓力作用而變形的坯料,其塑性變形是不均勻的.工件坯料在變形時,摩擦力會阻止金屬流動,因而在不同的部位金屬的流動是不同的。特別是在棱角和邊緣部位變形困難而緩慢。所以，當(dāng)坯料在模具內(nèi)受控制的情況不同時，所需要的冷鐓變形力也不相同。不同的鐓鍛形式，鐓鍛系數(shù)K不同。開式鐓粗時，取系數(shù)為1.2~2.7；閉式鐓鍛時，取系數(shù)為2.4~5；帶有反擠壓的鐓鍛時，取系數(shù)為4~9。

4.冷鐓變形力計算方法F=KσTA式種：F—冷鐓變形力(MPa)K—鐓鍛頭部的形狀系數(shù),一般螺釘、螺栓取2～2.4σT—考慮到冷作硬化后的變形抗力σT=σbIn(A/A0)(MPa)σb—金屬材料的強度極限(MPa)A—鐓鍛后頭部的最大投影面積(mm2)A0—鐓鍛前坯的斷面積(mm2)否則，繼續(xù)冷鐓加工將是困難的。6冷鐓常用金屬材料及材料準(zhǔn)備常用的金屬材料有黑色金屬和有色金屬兩大類。對冷鐓用鋼的要求:力學(xué)性能的要求化學(xué)成分的要求金相組織的要求—一般認(rèn)為1~4級為粗晶粒，5~8為細(xì)晶粒。粗晶粒材料的冷作硬化敏感性比細(xì)晶粒的要大，塑性比細(xì)晶粒的要差，適合冷鐓晶粒度以4、5、6級為宜。材料表面質(zhì)量的要求—鋼材表面的缺陷、表面脫碳。尺寸精度要求表面潤滑要求冷鐓材料的改制過程

材料熱處理—低溫去應(yīng)力退火、完全退火、球化退火（對于C>0.25%中碳鋼，為了滿足冷變形工藝要求，常需要進行球化退火。）、固溶處理（對于冷鐓用的1Cr18Ni9Ti等奧氏體不銹鋼，需采用固溶處理方法，實現(xiàn)鋼材軟化。）

冷鐓常用金屬材料及材料準(zhǔn)備7材料的酸洗酸洗前的預(yù)處理：鋼材在熱處理后，表面的氧化鐵皮比較厚，不能單純的依靠酸洗去除，通常進行剝殼。酸洗方法：硫酸酸洗、鹽酸酸洗、酸洗質(zhì)量潤滑處理：牛油—石灰潤滑、磷化—皂化處理材料的改制材料的酸洗8二、冷鐓擠壓工藝及模具設(shè)計采用專用自動冷鐓機來加工零件。優(yōu)點：材料利用率高、提高勞動生產(chǎn)率、使零件具有較高的機械性能和疲勞強度、使零件表面得到較高的光潔度。缺點：模具制造費用高，不適合少量生產(chǎn)。冷鐓工藝基本概念：鐓鍛比(S)、冷鐓變形程度（ε）1.鐓鍛比(S)—是指鐓鍛材料鐓鍛部分的長度和直徑的比值。S=h0/d0式中:h0—鐓鍛后形成工件頭部的坯料長度；d0—線材直徑。用鐓鍛比可以確定鐓鍛過程中技術(shù)上的難易程度。鐓鍛比愈小加工愈容易；鐓鍛比較大時，在制定工藝時應(yīng)該適當(dāng)增加鐓鍛次數(shù)。當(dāng)然，鐓鍛比不能作為設(shè)計工藝的唯一依據(jù)。當(dāng)h0/d0比值過大時，毛坯冷鐓時會發(fā)生縱向彎曲，冷鐓工件的纖維流向上將出現(xiàn)折疊。當(dāng)選取的h0/d0比值過小時，將使冷鐓工序數(shù)增加。鐓鍛比與鐓鍛次數(shù)的關(guān)系表S=h0/d0≤2.52.5～4.54.5～6鐓鍛次數(shù)123二、冷鐓擠壓工藝及模具設(shè)計采用專用自動冷鐓機來加工9冷鐓工藝與模具設(shè)計課件10冷鐓工藝與模具設(shè)計課件