Bij het vormingsproces van bevestigingsmiddelen is koudekoptechnologie (extrusie) een belangrijke verwerkingstechnologie. Koude kop (extrusie) behoort tot de categorie metaaldrukverwerking. Bij de productie worden bij kamertemperatuur externe krachten op het metaal uitgeoefend om het in een vooraf bepaalde mal te vormen. Deze methode wordt gewoonlijk koude koers genoemd. In feite is het vormen van elk bevestigingsmiddel niet alleen mogelijk door middel van koude kop als vervormingsmethode. Tijdens het koude kopproces zijn er naast het verstoren van de vervorming ook verschillende vervormingsmethoden zoals voorwaartse en achterwaartse extrusie, composietextrusie, ponsen en walsen. Daarom is de term "koude kop" in de productie slechts een gebruikelijke term, preciezer gezegd zou deze "koude kop (extrusie)" moeten worden genoemd. Koude kop (extrusie) heeft veel voordelen en is geschikt voor massaproductie van bevestigingsmiddelen. De belangrijkste voordelen kunnen als volgt worden samengevat:
Hoge bezettingsgraad van staal. Koude kop (extrusie) is een minder snijdende en niet-snijdende verwerkingsmethode, zoals het bewerken van zeskantbouten en zeskantschroeven met cilinderkop voor stangen. Door gebruik te maken van de snijverwerkingsmethode bedraagt de bezettingsgraad van staal slechts 25% tot 35%. Bij gebruik van de koude kop (extrusie) methode kan de bezettingsgraad echter oplopen tot 85% tot 95%, wat slechts een deel van het procesverbruik is van de materiaalkop, materiaalstaart en snijdende zeshoekige kopranden.
Hoge productiviteit. Vergeleken met algemene snijbewerkingen is de efficiëntie van het vormen met koude kop (extrusie) enkele tientallen keren hoger.
C. Goede mechanische prestaties. De onderdelen die zijn verwerkt via de koudekopmethode (extrusie) hebben een veel superieure sterkte dan die welke zijn verwerkt door snijden, omdat de metaalvezels niet worden afgesneden.
D. Geschikt voor geautomatiseerde productie. Bevestigingsmiddelen (inclusief enkele speciaal gevormde onderdelen) die geschikt zijn voor productie met koude kop (extrusie) zijn in principe symmetrische onderdelen, geschikt voor productie met behulp van automatische hogesnelheidsmachines voor koude kop, en zijn ook de belangrijkste methode voor massaproductie.
Kortom, de koudekopmethode (extrusie) voor het verwerken van bevestigingsmiddelen en speciaal gevormde onderdelen is een zeer kosteneffectieve verwerkingsmethode, die veel wordt gebruikt in de bevestigingsindustrie, en een geavanceerde verwerkingsmethode die op grote schaal wordt gebruikt en ontwikkeld in binnen- en buitenland. Daarom is het doel van dit hoofdstuk het volledig benutten en verbeteren van de plasticiteit van metalen, het beheersen van het mechanisme van plastische vervorming van metaal, en het ontwikkelen van een wetenschappelijke en redelijke koudekop (extrusie) verwerkingstechnologie voor bevestigingsmiddelen.
Basisconcepten van metaalvervorming
1.1 Vervorming
Vervorming verwijst naar de totale relatieve verplaatsing van de kleine deeltjes waaruit een metaal bestaat wanneer het wordt blootgesteld aan externe of interne krachten, terwijl de eigen integriteit behouden blijft.
1.1.1 Soorten vervorming
A. Elastische vervorming
Metaal ondergaat vervorming onder externe krachten, en wanneer de externe kracht wordt verwijderd, heeft het de mogelijkheid om zijn oorspronkelijke vorm en grootte te herstellen. Deze vervorming wordt elastische vervorming genoemd.
De kwaliteit van de elasticiteit wordt gemeten aan de hand van de elastische limiet en de proportionele limiet.
B. Plastische vervorming
Metaal ondergaat permanente vervorming onder externe krachten (verwijzend naar de vervorming die niet in de oorspronkelijke staat kan worden hersteld na het verwijderen van de externe kracht), maar de integriteit van het metaal zelf zal niet worden vernietigd, wat plastische vervorming wordt genoemd.
De kwaliteit van de plasticiteit wordt uitgedrukt door rek, verkleining van het oppervlak en vloeigrens.
1.1.2 Evaluatiemethode van plasticiteit
Om de plasticiteit van metalen te evalueren, wordt een numerieke indicator die vaak wordt gebruikt de plasticiteitsindex genoemd. De plasticiteitsindex wordt uitgedrukt door de plastische vervorming op het moment dat het staalmonster begint te bezwijken. Bij de praktische productie worden meestal de volgende methoden gebruikt:
(1) Trekproef
Reksnelheid voor trekproeven δ En de verkleining van het oppervlak ψ Om weer te geven. Het plastische vervormingsvermogen van stalen monsters onder uniaxiale spanning is een veelgebruikte plasticiteitsindex in standaarden voor metalen materialen. δ en ψ De waarde van wordt bepaald door de volgende formule:
(Formule 36-1)
(Formule 36-2)
In de formule: L0, Lk - de lengte van de oorspronkelijke meetlengte en de meetlengte na bezwijken van het trekmonster.
F0, Fk - Het dwarsdoorsnedeoppervlak van het origineel en de breukpunten van het trekmonster.
(2) Verstoorde test, ook bekend als afvlakkingstest
Het gaat erom het proefstuk in een cilindrische vorm te brengen met een hoogte Ho van 1,5 keer de oorspronkelijke diameter Do van het proefstuk, en het vervolgens plat te drukken op een pers totdat de eerste zichtbare scheur op het oppervlak van het proefstuk verschijnt, wat de mate van vervorming is. compressie op dit moment ε C is de plasticiteitsindex. De waarde kan worden berekend met behulp van de volgende formule:
(Formule 36-3)
In de formule is Ho de oorspronkelijke hoogte van het cilindrische exemplaar. Hk - De hoogte van het monster wanneer de eerste zichtbare scheur op het zijoppervlak verschijnt tijdens het afvlakken.
(3) Torsietest
De torsietest wordt uitgedrukt door de hoek of het aantal windingen van het monster wanneer het op de torsiemachine wordt gedraaid en gebroken. De meest gebruikte tests in de productie zijn trekproeven en stuiktesten. Ongeacht de testmethode is deze gerelateerd aan een specifieke spanningstoestand en vervormingstoestand. De hieruit verkregen plasticiteitsindex is slechts een relatieve vergelijking, die de plasticiteit van een bepaald metaal onder bepaalde vervormingsomstandigheden aangeeft.
1.1.3 Belangrijkste factoren die de plasticiteit en vervormingsweerstand van metaal beïnvloeden
Het concept van plasticiteit en vervormingsweerstand van metalen: De plasticiteit van metalen kan worden begrepen als het vermogen van metalen om stabiel van vorm te veranderen onder invloed van externe krachten zonder de verbindingen tussen deeltjes te verbreken. De kracht die het metaal tijdens vervorming uitoefent op de uitgeoefende externe kracht in de mal, wordt vervormingsweerstand genoemd.
De belangrijkste factoren die de plasticiteit en vervormingsweerstand van metalen beïnvloeden, zijn onder meer de volgende aspecten:
De invloed van metaalstructuur en chemische samenstelling op plasticiteit en vervormingsweerstand
De metaalstructuur wordt bepaald door de chemische samenstelling van het metaal, het roostertype van de belangrijkste elementen, de eigenschappen, hoeveelheid en verdeling van onzuiverheden. Hoe minder samenstellende elementen, hoe beter de plasticiteit. Zuiver ijzer heeft bijvoorbeeld een hoge plasticiteit. Koolstof heeft, als vaste smelt in ijzer, ook een goede plasticiteit, terwijl de plasticiteit als verbinding afneemt. De verbinding Fe3C is eigenlijk heel bros. Over het algemeen kan een toename van de samenstelling van andere elementen in staal ook de plasticiteit ervan verminderen.
De weerstandsindex van staal neemt toe met de toename van het koolstofgehalte ( б B б P б S enz. neemt allemaal toe, terwijl de plasticiteitsindex ( ε,ψ allemaal afneemt. Tijdens koude vervorming, voor elke toename van 0,1% wat het koolstofgehalte in staal betreft, neemt de sterktelimiet б S toe met ongeveer 6-8 kg/mm2.
Zwavel komt in staal voor als ijzersulfide en mangaansulfide. IJzersulfide is bros, terwijl mangaansulfide draadvormig en langwerpig wordt tijdens drukverwerking, wat resulteert in een afname van de mechanische index in de dwarsrichting loodrecht op de vezels. Zwavel is dus een schadelijke onzuiverheid in staal, en hoe lager het gehalte, hoe beter.
Fosfor in staal verhoogt de vervormingsweerstand en vermindert de plasticiteit. Staal met een fosforgehalte hoger dan {{0}},1% tot 0,2% heeft koude brosheid. Het fosforgehalte van algemeen staal wordt beperkt tot iets meer dan nul procent.
De verdeling van onzuiverheden met een laag smeltpunt in de metaalmatrix heeft een aanzienlijke invloed op de plasticiteit.
Kortom: hoe complexer en overvloediger de chemische samenstelling van staal, hoe groter de impact op de weerstand en plasticiteit ervan. Dit is precies de reden waarom het voor sommige hooggelegeerde staalsoorten moeilijk is om koudpersbewerkingen uit te voeren.
B. De invloed van vervormingssnelheid op plasticiteit en vervormingsweerstand
De vervormingssnelheid is het relatieve verplaatsingsvolume per tijdseenheid:
(Formules 36-4)
De vervormingssnelheid mag niet worden verward met de bewegingssnelheid van het vervormingsgereedschap, en moet ook conceptueel worden onderscheiden van de bewegingssnelheid van deeltjes in het vervormingslichaam.
Over het algemeen geldt dat naarmate de vervormingssnelheid toeneemt, de vervormingsweerstand toeneemt en de plasticiteit afneemt. Tijdens koude vervorming is de invloed van de vervormingssnelheid niet zo groot als tijdens warme vervorming, vanwege het ontbreken van een eliminatieproces voor verharding. Maar wanneer de vervormingssnelheid bijzonder hoog is, mag de warmte die wordt gegenereerd door plastische vervorming (dwz thermisch effect) niet worden afgevoerd. Het verhogen van de temperatuur zelf zal de plasticiteit vergroten en de vervormingsweerstand verminderen.
C. De invloed van spanningstoestand op plasticiteit en vervormingsweerstand
Onder externe krachten worden interne krachten gegenereerd binnen een metaal, en de sterkte per oppervlakte-eenheid wordt spanning genoemd. Het metaal dat onder spanning staat, verkeert in een staat van spanning.
Een kleine primitieve kubus wordt gescheiden van het vervormde lichaam en er wordt een spanning van onbekende grootte maar bekende richting op de geselecteerde kubus uitgeoefend. Dit diagram dat het aantal hoofdspanningen en hun symbolen op een punt weergeeft, wordt het hoofdspanningsdiagram genoemd. Er zijn negen soorten hoofdspanningsdiagrammen die de spanningstoestand van metalen weergeven, waaronder vier driedimensionale hoofdspanningsdiagrammen, drie vlakke hoofdspanningsdiagrammen en twee unidirectionele hoofdspanningsdiagrammen, zoals weergegeven in figuur {{1} }.
De hoofdspanning veroorzaakt door trekspanning is een positief teken, terwijl de hoofdspanning veroorzaakt door drukspanning een negatief teken is.
Bij metaaldrukverwerking komen de drie richtingshoofdspanningsdiagrammen met dezelfde en verschillende getallen het meest voor. In het driedimensionale hoofdspanningsdiagram van verschillende tekens is het meest voorkomende het hoofdspanningsdiagram met twee drukspanningen en één trekspanning.
Wanneer de drukspanningen in alle richtingen gelijk zijn in het drierichtingsdrukspanningsdiagram van hetzelfde getal ( б 1= б 2= б 3) Bovendien, op voorwaarde dat er geen losheid of andere defecten in het metaal zijn Theoretisch gezien kan er geen plastische vervorming optreden, alleen elastische vervorming kan optreden.
De vervormingsprocessen die zijn opgenomen in het ongelijke triaxiale spanningsdiagram omvatten volumesmeden, stuiken, gesloten ponsen, voorwaartse en achterwaartse extrusie, plaat- en profielwalsen, enz.
Bij de praktische productie is het zelden een omweg naar het triaxiale trekspanningsdiagram. Alleen bij trekproeven, wanneer er sprake is van insnoering, is de spanningslijn op het insnoeringspunt het belangrijkste spanningsdiagram van de triaxiale spanning.
Tijdens het stuiken wordt, als gevolg van wrijving, ook een driedimensionaal drukspanningsdiagram weergegeven.
Samenvattend: in de spanningstoestand van een metaal onder spanning is drukspanning gunstig voor het vergroten van de plasticiteit, terwijl trekspanning de plasticiteit van het metaal zal verminderen.
D. De invloed van koude vervormingsharding op de plasticiteit en vervormingsweerstand van metalen
Metaal ondergaat koude plastische vervorming, waardoor veranderingen in de mechanische, fysische en chemische eigenschappen optreden. Naarmate de mate van vervorming toeneemt, worden alle sterkte-indicatoren (elastische limiet, proportionele limiet, stroomlimiet en sterktelimiet) verbeterd, en wordt ook de hardheid verbeterd; De plasticiteitsindicatoren (rek, verkleining van het oppervlak en slagvastheid) zijn tot op zekere hoogte afgenomen; Verhoogde weerstand; De corrosieweerstand en thermische geleidbaarheid nemen af en de magnetische eigenschappen van het metaal veranderen. Bij plastische vervorming wordt de som van deze veranderingen in de eigenschappen van het metaal koude vervormingsharding genoemd, afgekort als verharding.
e. De invloed van extra stress en reststress
De spanningsverdeling in vervormde metalen is ongelijkmatig, en grotere vervorming is gewenst in gebieden met een hogere spanningsverdeling, terwijl kleinere vervorming gewenst is in gebieden met een lagere spanningsverdeling. Vanwege de integriteit van het vervormde metaal zelf wordt er een onderling gebalanceerde interne kracht in gegenereerd, ook wel extra spanning genoemd. Nadat de vervorming is geëindigd, bestaan deze gebalanceerde spanningen binnen het vervormingslichaam, waardoor restspanningen ontstaan die de plasticiteit en vervormingsweerstand van het vervormde metaal in daaropvolgende vervormingsprocessen beïnvloeden.
1.1.4 Procesmaatregelen voor het verbeteren van de plasticiteit van metaal en het verminderen van de vervormingsweerstand
Als reactie op de belangrijkste factoren die de plasticiteit en vervormingsweerstand van metalen beïnvloeden, gecombineerd met de productiepraktijk, kunnen effectieve procesmaatregelen worden genomen om de plasticiteit van het metaal te verbeteren en de vervormingsweerstand ervan te verminderen. De algemeen aanvaarde procesmaatregelen bij de productie zijn onder meer:
A. Conditie van grondstoffen
Voor grondstoffen met koude kop is, naast het vereisen van een uniforme chemische samenstelling en structuur zonder metalen insluitsels, in het algemeen een verzachtings- en ontlatingsbehandeling vereist om restspanningen in het metaal tijdens het walsen te elimineren, de structuur uniform te maken en de hardheid te verminderen. De hardheid HRB van het metaal vóór koude kop moet kleiner dan of gelijk zijn aan 80. Voor middelmatig koolstofstaal en gelegeerd staal wordt over het algemeen sferoïdiserend gloeien toegepast om de koude vervormingsplasticiteit van het metaal te verbeteren, naast spanningsverlichting en uniforme microstructuur .
B. Verbetering van de gladheid van mallen en verbetering van de smeeromstandigheden van metalen oppervlakken
Beide maatregelen zijn gericht op het verminderen van de wrijving tussen het vervormbare lichaam en het werkoppervlak van de mal, en het minimaliseren van de trekspanning veroorzaakt door wrijving tijdens het vervormen.
C. Kies de juiste vervormingsspecificaties
Bij het koudekopproces (extrusie) zijn er zeer weinig producten die door één smeedproces worden gevormd, en waarvoor doorgaans twee of meer smeedprocessen nodig zijn. Daarom is het noodzakelijk om elke keer een redelijke toewijzing van de vervormingshoeveelheid te bereiken, wat niet alleen bevorderlijk is voor het volledig benutten van de koude vervormingsplasticiteit van metalen, maar ook bevorderlijk is voor de vorming van metalen. Bij de productie worden bijvoorbeeld koude kop, koude extrusiecomposietvorming, dubbele reductie van bouten en kleine vervorming van moeren gebruikt.
2023 December5eWeek WBMPproductaanbeveling:
Rollende matrijzen:
Als een van de professionele gereedschapsfabrikanten biedt het een rolmatrijs met een hoge hardheid, snelle levering en goede service.
https://www.bearingroller.com/tools/rolling-matrijzen.html
