緊固件加工工藝及材料特性

（1） 緊固件的冷、熱鐓

在室溫下，利用壓力機(jī)，將坯料在上、下模之間施加壓力，使坯料在軸向壓縮、徑向擴(kuò)展的金屬壓力加工叫冷鐓。將坯料加溫到一定溫度，利用壓力機(jī)，將坯料在上、下模之間施加壓力，使紅熱坯料在軸向壓縮、徑向擴(kuò)展的金屬壓力加工叫熱鐓。冷鐓或熱鐓工藝都遵循金屬塑性成形的基本原理，在不破壞金屬整體的前提下，使坯料體內(nèi)各質(zhì)點(diǎn)的相對(duì)位置發(fā)生位移量大小不同的變形，金屬體積按照模具型腔作塑性轉(zhuǎn)移。

冷鐓工藝最適宜加工螺栓、螺母、鉚釘、螺釘?shù)染o固件或鋼球、滾子等軸承零件以及類(lèi)似大尺寸的軸類(lèi)、盤(pán)類(lèi)、異形件等機(jī)械零件。熱鐓工藝主要用于加工大尺寸的螺栓、螺母等緊固件，或類(lèi)似的大尺寸軸類(lèi)、盤(pán)類(lèi)、異形件等，以及冷鐓成型困難的緊固件。

用冷（熱）鐓工藝代替切削加工生產(chǎn)機(jī)械零件的普遍程度，是衡量一個(gè)國(guó)家的工業(yè)發(fā)展水平的重要標(biāo)志之一。因?yàn)槔洌幔╃吂に嚲哂猩a(chǎn)能力、生產(chǎn)效率、節(jié)約材料等方面的優(yōu)越性，已成為緊固件主要加工工藝。該工藝節(jié)約材料提高生產(chǎn)效率，同切削、鑄造等加工方法相比，可大幅度降低消耗，其材料利用率達(dá)80%～90%，很多情況下可達(dá)99％以上。對(duì)汽車(chē)、自行車(chē)、照相機(jī)、鐘表、日用電器等零件的大量自動(dòng)化生產(chǎn)來(lái)說(shuō)，使用專(zhuān)用自動(dòng)冷鐓機(jī)，生產(chǎn)效率比切削加工提高30～50倍，有的甚至高達(dá)100倍以上。

由于冷鐓會(huì)產(chǎn)生加工硬化，所以能增大金屬的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度等強(qiáng)度指標(biāo)，減少延伸率和斷面收縮率等塑性指標(biāo)，通過(guò)加工硬化提高機(jī)械性能。由于塑性指標(biāo)的降低易使零件產(chǎn)生脆性，所以應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品的使用目的，在冷鐓后進(jìn)行低溫退火，降低一點(diǎn)抗拉強(qiáng)度，達(dá)到改善沖擊韌性的目的。

加工硬化也帶來(lái)不利因素。由于加工硬化顯著地增大金屬的變形抗力，需要用大的加工壓力，使得模具的工作壓力大大增加，不但使模具材料的各種性能要求嚴(yán)格，而且降低模具的耐用度，提高模具制造費(fèi)用。因?yàn)榧庸び不瘯?huì)使后道工序加工困難，要進(jìn)行中間熱處理來(lái)恢復(fù)金屬進(jìn)一步變形的能力。有的加工硬化敏感性大的材料不能采用多工位連續(xù)加工，有的變形抗力大的材料要采用溫鐓工藝甚至是熱鐓工藝。

冷鐓工藝能提高零件機(jī)械性能的另一好處是金屬坯料內(nèi)部流線(xiàn)沒(méi)有被切斷，冷鐓后流線(xiàn)沿著工件的外形分布，所以可得到有較高的疲勞強(qiáng)度和強(qiáng)度指標(biāo)穩(wěn)定的產(chǎn)品，如中、高強(qiáng)度的緊固件、航空標(biāo)準(zhǔn)件基本要求用塑性成形方法進(jìn)行加工，保證加工零件的變形金屬流線(xiàn)沿零件外形分布。

工件表面粗糙度及尺寸精度好，冷鐓加工表面粗糙度可達(dá)3.2～1.6，只要模具的表面是精加工的，工件的表面就可達(dá)到近于經(jīng)過(guò)精磨模具工作面那樣的表面粗糙度，并且沒(méi)有切削加工中刀具所形成的加工絲縷刀痕。只要模具的耐磨性、硬度、耐壓強(qiáng)度足夠，則公差波動(dòng)較切削加工為小。

（2） 冷擠壓

冷擠壓與冷鐓等壓力加工工藝結(jié)合，不僅能生產(chǎn)出套管杯形件，而且能加工具有復(fù)雜外形的零件以及外形不對(duì)稱(chēng)的零件。根據(jù)擠壓時(shí)金屬流動(dòng)方向和凸模運(yùn)動(dòng)方向之間的關(guān)系，冷擠壓可分三類(lèi)：

A. 正擠壓

正擠壓時(shí)，金屬的流動(dòng)方向與凸模的運(yùn)動(dòng)方向相同。正擠壓實(shí)心件加工時(shí)坯料置于凹模內(nèi)，凹模底部有一個(gè)大小與所需工件外徑相當(dāng)?shù)目?，通過(guò)凸模加壓，強(qiáng)迫金屬?gòu)陌寄５卓字辛鞒?。若坯料在擠壓初始時(shí)有部分在凹模型腔外，稱(chēng)非限制性正擠壓，俗稱(chēng)縮徑。正擠壓可加工螺栓的螺桿，軸類(lèi)等各種形狀的實(shí)心零件，也可加工空心零件。

B. 反擠壓

反擠壓時(shí)金屬的流動(dòng)方向與凸模運(yùn)動(dòng)方向相反。加工時(shí)坯料置于凹模型腔內(nèi)，凹模與凸模在半徑方向上的間隙等于杯形零件的壁厚。當(dāng)凸模向坯料施加壓力時(shí)金屬便沿凸模與凹模之間的間隙向上流動(dòng)。反擠壓可以加工內(nèi)六角螺釘頭部，縫紉機(jī)梭心零件等各種截面的杯形空心零件。

C. 復(fù)合擠壓

復(fù)合擠壓時(shí)，一部分金屬流動(dòng)方向與凸模的運(yùn)動(dòng)方向相同，而另一部分金屬的流動(dòng)方向則相反。

(3) 冷鐓工序的確定

鐓鍛比S又稱(chēng)鐓頭比或粗鐓比，它與變形有直接關(guān)系。鐓鍛比是指被加工坯料鐓鍛部分的長(zhǎng)度和直徑的比值。

圓柱形工件的徑向變形程度與縱向變形程度在鐓鍛時(shí)若不考慮摩擦的影響是相當(dāng)?shù)摹＿@時(shí)，三個(gè)變形主方向上的變形程度是一致的。對(duì)于非圓柱形冷鐓件，相對(duì)變形程度不能表示出整個(gè)工件外形尺寸的變化。頭部為球冠形、沉頭形的工件，各個(gè)不同的部位，在鐓鍛時(shí)有不同的變形程度，且隨著截面積的減小而增大。其最小截面上的變形程度大大地超過(guò)整個(gè)被鐓鍛體的平均變形程度。

值得注意的是，工件表面是否產(chǎn)生開(kāi)裂，不僅受變形程度的影響，還受到材料質(zhì)量的影響，如材料的機(jī)械性能、金相組織、表面質(zhì)量等，在實(shí)際生產(chǎn)中產(chǎn)品有開(kāi)裂時(shí)，其主要原因是往往由材料質(zhì)量引起的。

（4）冷鐓材料

在大部分冷鐓材料技術(shù)條件中均對(duì)材料的頂鍛性作了要求，有些要求頂鍛比不小于1/3，有些則要求不小于1/4。但這并不是絕對(duì)的，這要根據(jù)材料的變形情況而定，有些材料頂鍛比達(dá)不到1/3，但當(dāng)鐓制的產(chǎn)品變形量很小，或采用熱處理方式降低材料強(qiáng)度、提高材料塑性的情況下是能進(jìn)行冷鐓制的。