Im Umformprozess von Verbindungselementen ist die Kaltstauchtechnik (Extrusion) eine Hauptverarbeitungstechnik. Das Kaltstauchen (Extrudieren) gehört zur Kategorie der Metalldruckverarbeitung. Bei der Produktion werden bei Raumtemperatur äußere Kräfte auf das Metall ausgeübt, um es in einer vorgegebenen Form zu formen. Diese Methode wird üblicherweise Kaltstauchen genannt. Tatsächlich ist die Formung aller Verbindungselemente nicht nur durch Kaltstauchen als Verformungsmethode möglich. Beim Kaltstauchverfahren gibt es neben der Stauchverformung auch verschiedene Umformverfahren wie Vorwärts- und Rückwärtsfließpressen, Verbundstrangpressen, Stanzen und Walzen. Daher ist der Begriff „Kaltstauchen“ in der Produktion nur ein gebräuchlicher Begriff, genauer gesagt müsste er „Kaltstauchen (Extrusion)“ heißen. Kaltstauchen (Extrusion) hat viele Vorteile und eignet sich für die Massenproduktion von Verbindungselementen. Seine Hauptvorteile lassen sich wie folgt zusammenfassen:
Hoher Ausnutzungsgrad von Stahl. Kaltstauchen (Extrudieren) ist eine weniger spanende und nicht spanende Bearbeitungsmethode, wie z. B. die Bearbeitung von Sechskantschrauben und Sechskantschrauben mit zylindrischem Kopf für Stangen. Durch die spanabhebende Bearbeitung beträgt der Ausnutzungsgrad des Stahls nur 25 bis 35 %. Bei Verwendung der Kaltstauchmethode (Extrusion) kann die Ausnutzungsrate jedoch bis zu 85 % bis 95 % erreichen, was nur einen Teil des Prozessverbrauchs von Materialkopf, Materialende und dem Schneiden sechseckiger Kopfkanten darstellt.
Hohe Produktivität. Im Vergleich zur allgemeinen Schneidbearbeitung ist die Effizienz der Kaltstauchformung (Extrusion) um ein Vielfaches höher.
C. Gute mechanische Leistung. Die im Kaltstauchverfahren (Extrusion) verarbeiteten Teile haben eine viel höhere Festigkeit als die durch Schneiden verarbeiteten Teile, da die Metallfasern nicht abgeschnitten werden.
D. Geeignet für die automatisierte Produktion. Verbindungselemente (einschließlich einiger speziell geformter Teile), die für die Kaltstauchproduktion (Extrusion) geeignet sind, sind grundsätzlich symmetrische Teile, die für die Produktion mit automatischen Hochgeschwindigkeits-Kaltstauchmaschinen geeignet sind und auch die Hauptmethode der Massenproduktion sind.
Kurz gesagt, das Kaltstauchverfahren (Extrusion) zur Verarbeitung von Verbindungselementen und Sonderformteilen ist ein äußerst kostengünstiges Verarbeitungsverfahren, das in der Verbindungselementindustrie weit verbreitet ist, und ein fortschrittliches Verarbeitungsverfahren, das im In- und Ausland weit verbreitet ist und entwickelt wird. Daher besteht der Zweck und Zweck dieses Kapitels darin, die Plastizität von Metallen vollständig zu nutzen und zu verbessern, den Mechanismus der plastischen Metallverformung zu beherrschen und eine wissenschaftliche und vernünftige Kaltstauchverarbeitungstechnologie (Extrusion) für Verbindungselemente zu entwickeln.
Grundkonzepte der Metallverformung
1.1 Verformung
Unter Verformung versteht man die vollständige relative Verschiebung der kleinen Partikel, aus denen ein Metall besteht, wenn es äußeren oder inneren Kräften ausgesetzt wird, während seine eigene Integrität erhalten bleibt.
1.1.1 Verformungsarten
A. Elastische Verformung
Metall verformt sich unter äußeren Kräften, und wenn die äußere Kraft entfernt wird, kann es seine ursprüngliche Form und Größe wiederherstellen. Diese Verformung wird elastische Verformung genannt.
Die Qualität der Elastizität wird anhand der Elastizitätsgrenze und der Proportionalgrenze gemessen.
B. Plastische Verformung
Metall erfährt unter äußeren Kräften eine permanente Verformung (d. h. die Verformung, die nach Entfernen der äußeren Kraft nicht wieder in den ursprünglichen Zustand zurückversetzt werden kann), die Integrität des Metalls selbst wird jedoch nicht zerstört, was als plastische Verformung bezeichnet wird.
Die Qualität der Plastizität wird durch Dehnung, Flächenverringerung und Streckgrenze ausgedrückt.
1.1.2 Bewertungsmethode der Plastizität
Um die Plastizität von Metallen zu bewerten, wird häufig ein numerischer Indikator namens Plastizitätsindex verwendet. Der Plastizitätsindex wird durch die plastische Verformung in dem Moment ausgedrückt, in dem die Stahlprobe zu versagen beginnt. In der praktischen Produktion kommen üblicherweise folgende Methoden zum Einsatz:
(1) Zugversuch
Dehnungsrate beim Zugversuch δ Und die Flächenverringerung ψ Darstellen. Die plastische Verformungsfähigkeit von Stahlproben unter einachsiger Spannung ist ein häufig verwendeter Plastizitätsindex in Metallwerkstoffnormen. δ und ψ Der Wert von wird durch die folgende Formel bestimmt:
(Formel 36-1)
(Formel 36-2)
In der Formel: L0, Lk – die Länge der ursprünglichen Messlänge und die Messlänge nach dem Versagen der Zugprobe.
F0, Fk – Die Querschnittsfläche der ursprünglichen und Bruchpunkte der Zugprobe.
(2) Stauchtest, auch Abflachungstest genannt
Dabei wird die Probe in eine zylindrische Form gebracht, deren Höhe Ho dem 1,5-fachen des ursprünglichen Durchmessers Do der Probe entspricht, und sie dann auf einer Presse abgeflacht, bis der erste sichtbare Riss auf der Oberfläche der Probe erscheint Kompression zu diesem Zeitpunkt ε C ist der Plastizitätsindex. Der Wert kann mit der folgenden Formel berechnet werden:
(Formel 36-3)
In der Formel ist Ho die ursprüngliche Höhe der zylindrischen Probe. Hk – Die Höhe der Probe, wenn beim Abflachen der erste sichtbare Riss an der Seitenfläche auftritt.
(3) Torsionstest
Der Torsionstest wird durch den Winkel oder die Anzahl der Windungen der Probe ausgedrückt, wenn sie auf der Torsionsmaschine verdreht und gebrochen wird. Die in der Produktion am häufigsten verwendeten Tests sind Zugversuche und Stauchversuche. Unabhängig von der Prüfmethode ist sie auf einen bestimmten Spannungszustand und Verformungszustand bezogen. Der daraus ermittelte Plastizitätsindex ist nur ein relativer Vergleich, der die Plastizität eines bestimmten Metalls unter bestimmten Verformungsbedingungen angibt.
1.1.3 Hauptfaktoren, die die Plastizität und Verformungsbeständigkeit von Metallen beeinflussen
Das Konzept der Plastizität und Verformungsbeständigkeit von Metallen: Unter der Plastizität von Metallen kann die Fähigkeit von Metallen verstanden werden, unter äußeren Kräften ihre Form stabil zu ändern, ohne die Verbindungen zwischen Partikeln aufzubrechen. Die Kraft, die das Metall bei der Verformung auf die in der Form wirkende äußere Kraft ausübt, wird als Verformungswiderstand bezeichnet.
Zu den Hauptfaktoren, die die Plastizität und Verformungsbeständigkeit von Metallen beeinflussen, zählen folgende Aspekte:
Der Einfluss der Metallstruktur und der chemischen Zusammensetzung auf Plastizität und Verformungswiderstand
Die Metallstruktur wird durch die chemische Zusammensetzung des Metalls, den Gittertyp seiner Hauptelemente sowie die Eigenschaften, Menge und Verteilung der Verunreinigungen bestimmt. Je weniger Bestandteile, desto besser ist die Plastizität. Reines Eisen weist beispielsweise eine hohe Plastizität auf. Kohlenstoff weist als feste Schmelze in Eisen ebenfalls eine gute Plastizität auf, während seine Plastizität als Verbindung abnimmt. Die Verbindung Fe3C ist tatsächlich sehr spröde. Im Allgemeinen kann eine Erhöhung der Zusammensetzung anderer Elemente im Stahl auch dessen Plastizität verringern.
Der Widerstandsindex von Stahl nimmt mit zunehmendem Kohlenstoffgehalt ( á B á P á S usw. zu, während der Plastizitätsindex( ε,ψ alle abnimmt. Bei der Kaltverformung für jeden Anstieg um 0,1 % Je höher der Kohlenstoffgehalt im Stahl ist, desto höher ist seine Festigkeitsgrenze á S um etwa 6-8 kg/mm2.
Schwefel kommt in Stahl als Eisensulfid und Mangansulfid vor. Eisensulfid ist spröde, während Mangansulfid bei der Druckverarbeitung fadenförmig wird und sich in die Länge zieht, was zu einer Abnahme des mechanischen Index in Querrichtung senkrecht zu den Fasern führt. Schwefel ist also eine schädliche Verunreinigung im Stahl, und je niedriger der Gehalt, desto besser.
Phosphor im Stahl erhöht den Verformungswiderstand und verringert die Plastizität. Stahl mit einem Phosphorgehalt von mehr als {{0}},1 % bis 0,2 % weist Kaltsprödigkeit auf. Der Phosphorgehalt von allgemeinem Stahl wird auf knapp über Null Prozent kontrolliert.
Die Verteilung von Verunreinigungen mit niedrigem Schmelzpunkt in der Metallmatrix hat einen erheblichen Einfluss auf die Plastizität.
Kurz gesagt: Je komplexer und reichhaltiger die chemische Zusammensetzung von Stahl ist, desto größer ist der Einfluss auf seine Widerstandsfähigkeit und Plastizität. Genau aus diesem Grund ist es schwierig, einige hochlegierte Stähle durch Kaltstauchen (Pressen) zu verarbeiten.
B. Der Einfluss der Verformungsgeschwindigkeit auf Plastizität und Verformungswiderstand
Die Verformungsgeschwindigkeit ist das relative Verdrängungsvolumen pro Zeiteinheit:
(Formeln 36-4)
Die Verformungsgeschwindigkeit ist nicht mit der Bewegungsgeschwindigkeit des Verformungswerkzeugs zu verwechseln und konzeptionell auch von der Bewegungsgeschwindigkeit der Partikel im Verformungskörper zu unterscheiden.
Im Allgemeinen nimmt mit zunehmender Verformungsgeschwindigkeit der Verformungswiderstand zu und die Plastizität ab. Bei der Kaltverformung ist der Einfluss der Verformungsgeschwindigkeit nicht so groß wie bei der Warmverformung, da kein Verfestigungsprozess stattfindet. Bei besonders hoher Verformungsgeschwindigkeit darf jedoch die durch die plastische Verformung entstehende Wärme (also der thermische Effekt) nicht abgeführt werden. Eine Erhöhung der Temperatur selbst erhöht die Plastizität und verringert den Verformungswiderstand.
C. Der Einfluss des Spannungszustands auf Plastizität und Verformungswiderstand
Unter äußeren Kräften werden in einem Metall innere Kräfte erzeugt, und die Festigkeit pro Flächeneinheit wird als Spannung bezeichnet. Das unter Spannung stehende Metall befindet sich in einem Spannungszustand.
Ein kleiner primitiver Würfel wird vom deformierten Körper getrennt, und auf den ausgewählten Würfel wird eine Spannung unbekannter Größe, aber bekannter Richtung ausgeübt. Dieses Diagramm, das die Anzahl der Hauptspannungen und ihre Symbole an einem Punkt darstellt, wird als Hauptspannungsdiagramm bezeichnet. Es gibt neun Arten von Hauptspannungsdiagrammen, die den Spannungszustand von Metallen darstellen, darunter vier dreidimensionale Hauptspannungsdiagramme, drei planare Hauptspannungsdiagramme und zwei unidirektionale Hauptspannungsdiagramme, wie in Abbildung {{1} dargestellt. }.
Die durch Zugspannung verursachte Hauptspannung hat ein positives Vorzeichen, während die durch Druckspannung verursachte Hauptspannung ein negatives Vorzeichen hat.
Bei der Metalldruckverarbeitung sind die drei Richtungshauptspannungsdiagramme mit gleichen und unterschiedlichen Zahlen am häufigsten anzutreffen. Im dreidimensionalen Hauptspannungsdiagramm unterschiedlicher Vorzeichen ist das Hauptspannungsdiagramm mit zwei Druckspannungen und einer Zugspannung am häufigsten.
Wenn die Druckspannungen in allen Richtungen im dreidirektionalen Druckspannungsdiagramm gleich sind ( á 1= á 2= á 3), außerdem unter der Bedingung, dass im Metall keine Lockerheit oder andere Defekte vorliegen theoretisch kann keine plastische Verformung auftreten, es kann nur eine elastische Verformung auftreten.
Zu den im ungleichen dreiachsigen Spannungsdiagramm enthaltenen Verformungsprozessen gehören Volumenschmieden, Stauchen, geschlossenes Stanzen, Vorwärts- und Rückwärtsfließpressen, Platten- und Profilwalzen usw.
In der praktischen Fertigung wird selten auf das triaxiale Zugspannungsdiagramm zurückgegriffen. Nur bei Zugversuchen, wenn eine Einschnürung auftritt, ist die Spannungslinie am Einschnürungspunkt das Hauptspannungsdiagramm der dreiachsigen Spannung.
Beim Stauchen entsteht aufgrund der Reibungseinwirkung zusätzlich ein dreidimensionales Druckspannungsdiagramm.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass im Spannungszustand eines unter Spannung stehenden Metalls Druckspannung zur Erhöhung der Plastizität beiträgt, während Zugspannung die Plastizität des Metalls verringert.
D. Der Einfluss der Kaltverformungshärtung auf die Plastizität und den Verformungswiderstand von Metallen
Metall erfährt eine plastische Kaltverformung, die zu Veränderungen seiner mechanischen, physikalischen und chemischen Eigenschaften führt. Mit zunehmendem Verformungsgrad verbessern sich alle Festigkeitsindikatoren (Elastizitätsgrenze, Proportionalgrenze, Fließgrenze und Festigkeitsgrenze) und auch die Härte verbessert sich; Die Plastizitätsindikatoren (Dehnung, Flächenverringerung und Schlagzähigkeit) sind teilweise zurückgegangen; Erhöhter Widerstand; Die Korrosionsbeständigkeit und Wärmeleitfähigkeit nehmen ab und die magnetischen Eigenschaften des Metalls verändern sich. Bei der plastischen Verformung wird die Summe dieser Eigenschaftsänderungen des Metalls als Kaltverformungshärtung, abgekürzt Härten, bezeichnet.
e. Der Einfluss von Zusatzspannung und Eigenspannung
Die Spannungsverteilung in verformten Metallen ist ungleichmäßig, und in Bereichen mit höherer Spannungsverteilung ist eine größere Verformung erwünscht, während in Bereichen mit geringerer Spannungsverteilung eine geringere Verformung erwünscht ist. Aufgrund der Integrität des verformten Metalls selbst wird in ihm eine gegenseitig ausgeglichene innere Kraft erzeugt, die als zusätzliche Spannung bezeichnet wird. Nach Beendigung der Verformung bestehen diese ausgeglichenen Spannungen im Inneren des Verformungskörpers und bilden Restspannungen, die die Plastizität und den Verformungswiderstand des verformten Metalls bei nachfolgenden Verformungsprozessen beeinflussen.
1.1.4 Prozessmaßnahmen zur Verbesserung der Metallplastizität und Reduzierung des Verformungswiderstands
Als Reaktion auf die Hauptfaktoren, die die Plastizität und den Verformungswiderstand von Metallen beeinflussen, können in Kombination mit der Produktionspraxis wirksame Prozessmaßnahmen ergriffen werden, um die Plastizität des Metalls zu verbessern und seinen Verformungswiderstand zu verringern. Zu den üblicherweise angewendeten Prozessmaßnahmen in der Produktion gehören:
A. Zustand der Rohstoffe
Für Kaltstauchrohstoffe ist neben der gleichmäßigen chemischen Zusammensetzung und Struktur ohne Metalleinschlüsse im Allgemeinen eine Erweichungs- und Glühbehandlung erforderlich, um Restspannungen im Metall während des Walzens zu beseitigen, die Struktur gleichmäßig zu machen und die Härte zu verringern. Die Härte HRB des Metalls vor dem Kaltstauchen muss kleiner oder gleich 80 sein. Bei Stahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt und legiertem Stahl wird im Allgemeinen das Sphäroidglühen angewendet, um die Kaltverformungsplastizität des Metalls zusätzlich zu Spannungsabbau und gleichmäßiger Mikrostruktur zu verbessern .
B. Verbesserung der Glätte von Formen und Verbesserung der Schmierbedingungen von Metalloberflächen
Beide Maßnahmen zielen darauf ab, die Reibung zwischen dem verformbaren Körper und der Arbeitsfläche der Form zu verringern und die durch Reibung bei der Verformung verursachte Zugspannung zu minimieren.
C. Wählen Sie geeignete Verformungsspezifikationen
Beim Kaltstauchverfahren (Extrusion) gibt es nur sehr wenige Produkte, die durch ein Schmieden geformt werden und im Allgemeinen zwei oder mehr Schmiedeprozesse erfordern. Daher ist es notwendig, jedes Mal eine angemessene Verteilung des Verformungsbetrags zu erreichen, was nicht nur zur vollständigen Nutzung der Kaltverformungsplastizität von Metallen, sondern auch zur Umformung von Metallen beiträgt. Beispielsweise werden in der Produktion Kaltstauchen, Verbundformung durch Kaltfließpressen, doppelte Reduzierung von Schrauben und geringe Verformung von Muttern verwendet.
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