紧固件成型工艺中，冷镦（挤）技术是一种主要加工工艺。冷镦（挤）属于金属压力加工范畴。在生产中，在常温状态下，对金属施加外力，使金属在预定的模具内成形，这种方法通常叫冷镦。实际上，任何紧固件的成形，不单是冷镦一种变形方式能实现的，它在冷镦过程中，除了镦粗变形外，还伴随有正、反挤压、复合挤压、冲切、辗压等多种变形方式。因此，生产中对冷镦的叫法，只是一种习惯性叫法，更确切地说，应该叫做冷镦（挤）。冷镦（挤）的优点很多，它适用于紧固件的大批量生产。它的主要优点概括为以下几个方面：d．适于自动化生产。适宜冷镦（挤）方法生产的紧固件（也含一部分异形件），基本属于对称性零件，适合采用高速自动冷镦机生产，也是大批量生产的主要方法。总之，冷镦（挤）方法加工紧固件、异形件是一种综合经济效益相当高的加工方法，是紧固件行业中普遍采用的加工方法，也是一种在国内、外广为利用、很有发展的先进加工方法。因此，如何充分的利用、提高金属的塑性、掌握金属塑性变形的机理、研制出科学合理的紧固件冷镦（挤）加工工艺，是本章的目的和宗旨所在。1.1变形变形是指金属受力（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。1.1.1变形的种类金属受外界的力的作用发生了变形，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。1.1.2塑性的评定方法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：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：(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：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。1.1.3影响金属塑性及变形抗力的重要的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身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重要的因素包括以下几个方面：a．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。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。变形速度是单位时间内的相对位移体积：dt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（1=2=3），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、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。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。1.1.4提高金属塑性及降低变形抗力的工艺措施针对影响金属塑性及变形抗力的重要的因素，结合生产实际，采取比较有效的工艺措施，是可完全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：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，目的是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HRB80。对中碳钢，合金钢一般采1.2金属塑性变形的基本规律1.2.1最小阻力定律金属在变形中，变形体的质点有向各方向挪动的可能，变形体质点的移动是沿其最小阻力方向移动，称为最小阻力定律。在六角头螺栓多工位冷镦中，第二工位精镦时，金属向上、下模开口处流动并形成飞边是最小阻力定律起作用的体现。图36-4表明坯件在1.2.2体积不变定律金属塑性变形中，其密度改变极为微小，可忽略。塑性变形的物体之体积保持不变，金属坯件在塑性变形以前的体积等于变形后的体积。体积不变定律是依照产品形状尺寸、计算出体积，据此再确定所需坯件的具体尺寸最小阻力定律则是金属变形次数怎么样确定，每次变形量如何分配、工模具结构形状确定的设计最主要的依据。1.2.3变形中影响金属流动的重要的因素图36-6为环形坯件的镦粗示意图。当无摩擦时，环形件在高度上被压缩，根据体积不变条件，不论是外层还是内层，金属的直径都有所增加，即所有金属都沿径向辐射状向外流动。由于有摩擦的存在，流动受到阻碍。越接近内层金属向外流动的阻力越大，比向内流动时还要大，因而改变了流动的方向，如图所示，在环形件中出现了流动的分界面（dN）。由于工模具形状不相同，所施加给坯件的作用力，以及模具与坯件接触的摩擦力也不一样，引致金属在各方向流动阻力的差异2.1冷镦（挤）工艺基本概念在室温状态下，将坯料置于自动冷镦机或压力机的模具中，对模具施加压力，利用上、下模的相对运动，使坯件在模腔里变形，高度缩小，横截面增加，这样的压力加工方法，对自动冷镦机而言叫冷镦，对压力机而言叫冷压。实际生产中，紧固件冷成型工艺，在冷镦的过程中，常常伴随有挤压的方式。因此2.1.2冷镦（挤）的变形方式a．冲裁使坯件的一部分与主体分割开。如线材的切断、螺母的冲孔、六角头螺栓的头部切边等。b．镦粗使坯件高度缩短、横截面增加的加工方法，如螺母的镦球、螺栓头部成型的中变形时，金属的流动方向与上模的运动方向一致。冷镦螺栓、圆柱头内六角螺钉 中的粗杆缩径就是一种正挤压。 d．反挤压坯件在变形中，金属的流动方 向与上模的运动方向相反。圆柱头内六角 2.1.3冷镦（挤）变形程度 是指坯料被镦锻部分长度在镦锻终了的压缩量与原始高度的比值，或者坯料截面积 在镦锻终了截面积的增加量与原始横截面 的比值。 式中：h0——被镦锻部分的原始高度d0——被镦锻部分的原始直径 （公式36-6）（公式36-7） 当冷镦变形程度超过金属本身的变形限度时，变形的工件侧面会出现裂纹，而造成 不良品，其模具使用强度也会受一定的影响， 降低常规使用的寿命，严重时可使模具开裂而损 金属的许用变形程度与金属本身的塑性有关,塑性好的金属,许用变形程度要高于塑性 较差的金属。碳钢含碳量愈高，它的塑性 愈低，许用变形程度也会愈小。 在生产中，对于塑性较差的金属，如中碳钢、合金钢的冷镦常采取对钢材进行退火 软化处理、增加模具的强韧性、金属表面 30T10、T12 70～75 15Cr、Y12 35～50 50、60Mn、40CrNiMo 75～80 30、35、40Cr 55～60 40、45、30MnSi、 GCr15 80～90 10（0.03%Si）、10F、 15 65～70 20（0.17～0.37%Si） 2.1.4镦锻次数的确定 产品在冷镦中，通常都要经过两次以上的镦锻才能成型。镦锻次数确定合理，将充 分利用金属的许用变形程度，提高模具的 常规使用的寿命，保证产品的质量。确定镦锻次 数，考虑下列因素： 即坯料需要变形部分的长度与直径的比，比值过大，一次镦锻就会出现纵弯现象， 压扁后，会出现夹层，如图36-9所示。要 避免镦锻中出现这些缺陷，必须增加镦锻 次数。即首先将坯料预镦成锥形，之后再 精镦，直至达到需要形状。 当2.54.5时，镦锻两次； 当4.56.5时，镦锻三次。 如图36-10所示，是头部直径较大、高度较小的大直径薄扁头细杆零件，所需坯料 h0/d0在2以上大头细杆零件，若采用一次 c．考虑工件的表面粗糙度要求及外 部几何形状的复杂 程度 如半圆头、圆柱头等形状的机螺钉， 虽然头部所需坯料 的ho/do值一般都 小于2.5，但为了头 部在变形中能充满 ，达到规定要求， 一般都采用两次镦 击。预镦锥形头部 为精镦头部成形创 值得强调的，不是对所有形状很复杂的产品都靠增加镦锻次数来解决。往往有的 产品，镦锻次数增加了，在第一次、第二 次镦锻中很容易成型，但由于冷作硬化的 原因，使产品在以后的镦锻中难以进行。 表现在工件在镦锻中出现开裂或者损坏模 具。解决这类问题的重点是减少变形量 ，增加钢材的塑性，采取更加有效的润滑 。螺栓、螺钉在冷镦工艺中选用大直径线 材、小变形工艺。一般线材直径与螺钉螺 纹直径D相接近，用一次或两次杆部缩径达 到螺坯尺寸。对中碳钢、合金钢而言，在 材料改制中用球化退火来改善钢材的冷镦 2.1.5冷镦工艺中力的计算方式 冷镦力是确定工艺参数、设计模具、设计冷镦机和专用设备选型的主要是根据。 决定冷镦力大小的因素较多，主要有以下几个方面： 2.1.5.2冷镦力的计算方式 P=KtF（公斤）（公式36-8） F——工件镦锻终止时的投影面积（mm2） K——头部形状复杂系数，按图36-11选择。对六角头螺栓， 般选K=2.0～2.4
