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中国材料显微镜网:金属冷加工

2011-10-13 15:41| 发布者: editor04| 查看: 19607| 评论: 0

摘要: 所谓冷加工系指金属在再结晶温度以下所进行的滚轧、挤制与抽拉等加工操作。 金属材料所能承受的冷加工最大限量,视其延展性而定,延展性高者,可承受的 ...
     所谓冷加工系指金属在再结晶温度以下所进行的滚轧、挤制与抽拉等加工操作。
     金属材料所能承受的冷加工最大限量,视其延展性而定,延展性高者,可承受的冷加工程度亦 高,反之则较少;由于大结晶粒的金属具有较佳的延展性,因此站在冷加工的立场,大结晶金属优于 细结晶者。
     另外,当金属经过冷加工而产生变形后,会产生应变硬化(Strain Hardened),并在内部建立起 残余应力(Residual Stress),此一留存应力在外加负荷下,很容易使机件损坏。至于产生应变硬化的 原因,一般可归纳为三种因素:
  • 结晶内原子排列有所变異-差排(Dislocation)。
  • 结晶内部碎散。
  • 原子格子变形。
     因此,为消除此应力,可将冷加工后的机件加热到再结晶温度范围以下,或将之加热到再结晶温 度范围以内,以进一步恢復原有的狀态;但在此还是必须一提的是,残余应力的存在并不全然是有害 的,有些机件如汽门弹簧,常用珠击法(Shot Penning)加以处理以在表面建立残余压力,增加弹簧的 抗疲勞寿命。
一般而言,冷加工将产生下列的效果:
  • 产生残余应力。
  • 金属晶粒易变形或碎散。
  • 增加硬度与强度,但降低延展性。
  • 改善机件表面的光平程度。
  • 使钢料的再结晶温度提高。
  • 可得到精密尺寸及公差。
冷加工费用较经济且工作迅速,适用于大量生产。 常見的冷加工方法有:
  • 管的完成加工
  • 金属线的抽制
  • 箔(Foil)的制造
  • 金属旋压造形(Metal Spinning)
  • 压力旋压造形(Shear Spinning)
  • 拉伸造形(Stretch Forming)
  • 型锻或冷锻(Swaging or Cold Forging)
  • 凹凸压印(Hobbing)
  • 压花纹或压凸印(Coining or Embossing)
  • 铆钉结合或栽桩(Riveting or Staking)
  • 滚轧造形法(Roll Forming)
  • 板的弯曲
  • 板的折缝(Seaming)
  • 冲击挤制法(Impact Extrusion)
  • 珠击法(Shot Penning)
  • 高能量率造形法(High Energy Rate Forming)

     由于管子的抽制施工甚为剧烈,且操作应力超过金属的弹性极限,因此在实施多次抽制时,可在 每次抽制后实施退火处理,而在抽制中,可于模内使用润滑剂,以免擦伤,并减少磨擦阻力。

     下图所示为缩减管端的机器,此机器实际上为 一滚轧机,辊子上有推拔式的半圆槽;在兩个辊子 对转至最大开孔时,将管子送入,使受到滚轧而缩 小,并同时退出;然后将管子转动 90°,此时辊子倒 转,再将管子带入,如此周而復始,便可得到均匀 缩减且无缝的管子。

二、金属线的抽制


如下图所示,系利用抽线模将热轧(直径减至 6mm)的杆条 抽制成金属线。抽制的金属线须通过酸洗以去除表面的锈蚀层,然后敷上一层 具有防止氧化,中和余酸的润滑物质。

抽制的工作可以采:

  • 单模间断操作:将粗线卷绕在滚动条或架子上,令其缩减后的头端通过抽线模,再用钳子夹紧并 钩于抽拉机上,经抽拉至适当长度后卷绕于滚动条上,此后以滚动条旋转抽拉细线,并绕卷成圈。 对于需要更细的金属线,可再更换细模,逐次抽制,直到最后尺寸;必要时,可在中间实施退 火处理。
  • 連续缩减法:下图所示为一連续式抽拉机器,其中所装置的模數量,视金属或合金的种類与性 质而異。


三、箔(Foil)的制造
     箔是用各种纯金属或合金经冷滚轧制而成,厚度可薄至 0.0020mm,除用于一般包装用途外,电 气与其它高级产品亦見其用途。
箔的制造程序为:

  • 利用铸造法将熔化的金属自容器中加压,使其通过石棉基的喷嘴,及水冷却的辊子之间,凝结成板。
  • 再经过若干级辊子滚轧成薄片。

     箔的厚度系由滚轧与抽拉二者合并作用而成,大多數为兩面光平,若以兩片迭合滚轧,则在分开 后仅有一面光平,对合之面为毛面。

四、金属旋压造形 Metal Spinning
     如下图所示,此法系利用简单构造的車床,以車床夹 头夹住模子,并用尾座将圆盘原料压在模子上,随模子旋 转,再利用一个钝头工具或小辊子加压在工件物上,使其 随模子作金属流动,造成与模形狀相同的外壳。

     为了减少工具头端与工作件间的摩擦阻力,必须使用 适当的润滑剂,包括肥皂、蜂臘、白铅及亚麻仁油等。且 由于金属旋压为冷加工的一种,加工程度有一定的限制,必要时可实施一次或多次的退火。

为利用金属旋压造形法制造直径 3m 的 飞弹头。


五、压力旋压造形 Shear Spinning
     若旋压的工件为细而深或面积颇大,则所使用的盘料直径必须很大,大直径的坯料在旋转时,可 能造成某种困难,加上由大直径减缩到小直径的过程,有加工过度的问题。为了便于工作,于是有所 谓的压力旋压造形法(如下图所示),此法改用直径较小而厚度较大的坯料,并采用由动力带动的辊 子,以取代手工操作的钝头工具。

六、拉伸造形 Stretch Forming
     对于薄板、大面积,有对称形狀及双曲度面的制品,固然可用压力机与模子压制來完成,但因压 力机与模子太大,仍以拉伸造形法为宜。如下图 A 所示,此法是将造形模固定于液压缸的平台上,其 上放置金属薄板,兩侧用夹持器夹紧。操作时,液压缸作垂直运动,夹持器作水平运动,使工件物随 模型作塑性变形。
     由于工件在拉力解除后,会有弹回(Spring Back)的现象,因此模型的设计必须考虑此项矫正因 素。下图 B 所示为拉伸与抽制(Stretch-Draw)的组合,此法的最大缺点是在夹持部份会产生废料。









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