No processo de conformação de fixadores, a tecnologia de encabeçamento a frio (extrusão) é a principal tecnologia de processamento. O cabeçalho a frio (extrusão) pertence à categoria de processamento sob pressão de metal. Na produção, à temperatura ambiente, forças externas são aplicadas ao metal para moldá-lo num molde pré-determinado. Este método é geralmente chamado de cabeçalho frio. Na verdade, a formação de qualquer fixador não é alcançada apenas através do encabeçamento a frio como um método de deformação. Durante o processo de deformação a frio, além de perturbar a deformação, existem também vários métodos de deformação, como extrusão para frente e para trás, extrusão de compósito, puncionamento e laminação. Portanto, o termo “cabeçalho a frio” na produção é apenas um termo habitual, mais precisamente, deveria ser chamado de “cabeçamento a frio (extrusão)”. O cabeçote a frio (extrusão) tem muitas vantagens e é adequado para a produção em massa de fixadores. Suas principais vantagens podem ser resumidas da seguinte forma:
Alta taxa de utilização de aço. O cabeçote a frio (extrusão) é um método de processamento menos cortante e sem corte, como a usinagem de parafusos de cabeça hexagonal e parafusos hexagonais de cabeça cilíndrica para hastes. Ao utilizar o método de processamento de corte, a taxa de utilização do aço é de apenas 25% a 35%. No entanto, usando o método de cabeçote a frio (extrusão), sua taxa de utilização pode atingir até 85% a 95%, o que representa apenas algum consumo do processo de cabeçote de material, cauda de material e corte de bordas de cabeçote hexagonal.
Alta produtividade. Em comparação com o processamento de corte geral, a eficiência da conformação a frio (extrusão) é várias dezenas de vezes maior.
c. Bom desempenho mecânico. As peças processadas pelo método de decapagem a frio (extrusão) têm resistência muito superior às processadas por corte porque as fibras metálicas não são cortadas.
d. Adequado para produção automatizada. Os fixadores (incluindo algumas peças de formato especial) adequados para produção de encabeçamento a frio (extrusão) são basicamente peças simétricas, adequados para produção usando máquinas automáticas de encabeçamento a frio de alta velocidade e também são o principal método de produção em massa.
Resumindo, o método de encabeçamento a frio (extrusão) para processamento de fixadores e peças com formatos especiais é um método de processamento altamente econômico, amplamente utilizado na indústria de fixadores e um método de processamento avançado amplamente utilizado e desenvolvido nacional e internacionalmente. Portanto, o propósito e objetivo deste capítulo é utilizar e melhorar totalmente a plasticidade dos metais, dominar o mecanismo de deformação plástica do metal e desenvolver uma tecnologia científica e razoável de processamento de cabeçote a frio (extrusão) para fixadores.
Conceitos básicos de deformação metálica
1.1 Deformação
A deformação refere-se ao deslocamento relativo total das pequenas partículas que constituem um metal quando submetido a forças externas ou internas, mantendo a sua própria integridade.
1.1.1 Tipos de deformação
a. Deformação elástica
O metal sofre deformação sob forças externas e, quando a força externa é removida, tem a capacidade de restaurar sua forma e tamanho originais. Esta deformação é chamada de deformação elástica.
A qualidade da elasticidade é medida pelo limite elástico e pelo limite proporcional.
b. Deformação plástica
O metal sofre deformação permanente sob forças externas (referindo-se à deformação que não pode ser restaurada ao seu estado original após a remoção da força externa), mas a integridade do próprio metal não será destruída, o que é chamado de deformação plástica.
A qualidade da plasticidade é expressa pelo alongamento, redução de área e limite de rendimento.
1.1.2 Método de avaliação da plasticidade
Para avaliar a plasticidade dos metais, um indicador numérico comumente utilizado é denominado índice de plasticidade. O índice de plasticidade é expresso pela deformação plástica no momento em que a amostra de aço começa a falhar. Na produção prática, geralmente são usados os seguintes métodos:
(1) Teste de tração
Taxa de alongamento para teste de tração δ E a redução na área ψ Para representar. A capacidade de deformação plástica de amostras de aço sob tensão uniaxial é um índice de plasticidade comumente usado em padrões de materiais metálicos. δ e ψ O valor de é determinado pela seguinte fórmula:
(Fórmula 36-1)
(Fórmula 36-2)
Na fórmula: L0, Lk - o comprimento do comprimento de referência original e o comprimento de referência após a ruptura da amostra de tração.
F0, Fk - A área da seção transversal do original e dos pontos de fratura da amostra de tração.
(2) Teste perturbador, também conhecido como teste de achatamento
Consiste em transformar a amostra em formato cilíndrico com altura Ho de 1,5 vezes o diâmetro original Do da amostra e, em seguida, alisá-la em uma prensa até que a primeira rachadura visível apareça na superfície da amostra, que é o grau de compressão neste momento ε C é o índice de plasticidade. O valor pode ser calculado usando a seguinte fórmula:
(Fórmula 36-3)
Na fórmula, Ho é a altura original da amostra cilíndrica. Hk - A altura da amostra quando a primeira trinca visível aparece na superfície lateral durante o alisamento.
(3) Teste de torção
O ensaio de torção é expresso pelo ângulo ou número de voltas do corpo de prova quando ele é torcido e quebrado na máquina de torção. Os testes mais comumente usados na produção são testes de tração e testes de perturbação. Independentemente do método de teste, ele é relativo a um estado de tensão e condição de deformação específicos. O índice de plasticidade obtido é apenas uma comparação relativa, indicando a plasticidade de um determinado metal sob certas condições de deformação.
1.1.3 Principais fatores que afetam a plasticidade do metal e a resistência à deformação
O conceito de plasticidade e resistência à deformação dos metais: A plasticidade dos metais pode ser entendida como a capacidade dos metais de mudar de forma estável sob forças externas sem quebrar as ligações entre as partículas. A força exercida pelo metal durante a deformação sobre a força externa aplicada no molde é chamada de resistência à deformação.
Os principais fatores que afetam a plasticidade e a resistência à deformação dos metais incluem os seguintes aspectos:
A influência da estrutura metálica e da composição química na plasticidade e resistência à deformação
A estrutura metálica é determinada pela composição química do metal, pelo tipo de rede de seus elementos principais, pelas propriedades, quantidade e distribuição das impurezas. Quanto menos elementos constituintes, melhor será a plasticidade. Por exemplo, o ferro puro tem alta plasticidade. O carbono, como um fundido sólido no ferro, também possui boa plasticidade, enquanto como composto, sua plasticidade diminui. O composto Fe3C é na verdade muito frágil. Geralmente, um aumento na composição de outros elementos do aço também pode reduzir a sua plasticidade.
O índice de resistência do aço aumenta com o aumento do teor de carbono (б B б P б S e assim por diante, todos aumentam, enquanto o índice de plasticidade (ε,ψ Todos diminui. Durante a deformação a frio, para cada aumento de 0,1% no teor de carbono no aço, seu limite de resistência б S aumenta em aproximadamente 6-8 kg/mm2.
O enxofre existe no aço como sulfeto de ferro e sulfeto de manganês. O sulfeto de ferro é frágil, enquanto o sulfeto de manganês torna-se filamentoso e alongado durante o processamento sob pressão, resultando em uma diminuição do índice mecânico na direção transversal perpendicular às fibras. Portanto, o enxofre é uma impureza prejudicial ao aço e quanto menor o teor, melhor.
O fósforo no aço aumenta a resistência à deformação e reduz a plasticidade. Aço com teor de fósforo superior a {{0}},1% a 0,2% apresenta fragilidade a frio. O teor de fósforo do aço em geral é controlado em pouco mais de zero por cento.
A distribuição de impurezas de baixo ponto de fusão na matriz metálica tem um impacto significativo na plasticidade.
Em suma, quanto mais complexa e abundante for a composição química do aço, maior será o impacto na sua resistência e plasticidade. É exatamente por isso que alguns aços de alta liga são difíceis de realizar o processamento a frio (prensagem).
b. A influência da velocidade de deformação na plasticidade e resistência à deformação
A velocidade de deformação é o volume de deslocamento relativo por unidade de tempo:
(Fórmulas 36-4)
A velocidade de deformação não deve ser confundida com a velocidade de movimento da ferramenta de deformação, e também deve ser conceitualmente diferenciada da velocidade de movimento das partículas no corpo de deformação.
De um modo geral, à medida que a taxa de deformação aumenta, a resistência à deformação aumenta e a plasticidade diminui. Durante a deformação a frio, a influência da velocidade de deformação não é tão significativa como durante a deformação a quente, devido à ausência do processo de eliminação do endurecimento. Mas quando a velocidade de deformação é particularmente elevada, o calor gerado pela deformação plástica (ou seja, efeito térmico) não deve ser dissipado. O aumento da temperatura aumentará a plasticidade e reduzirá a resistência à deformação.
c. A influência do estado de tensão na plasticidade e resistência à deformação
Sob forças externas, forças internas são geradas dentro de um metal, e a resistência por unidade de área é chamada de tensão. O metal sob tensão está em estado de tensão.
Um pequeno cubo primitivo é separado do corpo deformado e uma tensão de magnitude desconhecida, mas de direção conhecida, é aplicada ao cubo selecionado. Este diagrama que representa o número de tensões principais e seus símbolos em um ponto é chamado de diagrama de tensões principais. Existem nove tipos de diagramas de tensões principais que representam o estado de tensão dos metais, entre os quais quatro são diagramas de tensões principais tridimensionais, três são diagramas de tensões principais planares e dois são diagramas de tensões principais unidirecionais, conforme mostrado na Figura {{1} }.
A tensão principal causada pela tensão de tração é um sinal positivo, enquanto a tensão principal causada pela tensão de compressão é um sinal negativo.
No processamento de pressão de metal, os mais comumente encontrados são os três diagramas de tensão principal direcionais de números iguais e diferentes. No diagrama tridimensional de tensões principais de diferentes sinais, o mais comum é o diagrama de tensões principais com duas tensões de compressão e uma tensão de tração.
Quando as tensões de compressão em todas as direções são iguais no diagrama de tensão de compressão tridirecional do mesmo número (б 1= б 2= б 3) Além disso, sob a condição de não haver frouxidão ou outros defeitos dentro do metal , teoricamente a deformação plástica não pode ocorrer, apenas a deformação elástica pode ocorrer.
Os processos de deformação incluídos no diagrama de tensão triaxial desigual incluem forjamento volumétrico, recalque, puncionamento fechado, extrusão para frente e para trás, laminação de placas e perfis, etc.
Na produção prática, é raro desviar-se para o diagrama de tensão de tração triaxial. Somente em testes de tração, quando ocorre estrangulamento, a linha de tensão no ponto de estrangulamento é o diagrama de tensão principal da tensão triaxial.
Durante o recalque, devido ao efeito do atrito, também é apresentado um diagrama tridimensional de tensões de compressão.
Em resumo, no estado de tensão de um metal sob tensão, a tensão de compressão é benéfica para aumentar a plasticidade, enquanto a tensão de tração reduzirá a plasticidade do metal.
d. A influência do endurecimento por deformação a frio na plasticidade e resistência à deformação dos metais
O metal sofre deformação plástica a frio, causando alterações em suas propriedades mecânicas, físicas e químicas. À medida que o grau de deformação aumenta, todos os indicadores de resistência (limite elástico, limite proporcional, limite de fluxo e limite de resistência) melhoram e a dureza também melhora; Os indicadores de plasticidade (alongamento, redução de área e resistência ao impacto) diminuíram até certo ponto; Maior resistência; A resistência à corrosão e a condutividade térmica diminuem e as propriedades magnéticas do metal são alteradas. Na deformação plástica, a soma dessas mudanças nas propriedades do metal é chamada de endurecimento por deformação a frio, abreviado como endurecimento.
e. A influência do estresse adicional e do estresse residual
A distribuição de tensões em metais deformados é desigual, e uma deformação maior é desejada em áreas com maior distribuição de tensão, enquanto uma deformação menor é desejada em áreas com menor distribuição de tensão. Devido à integridade do próprio metal deformado, uma força interna mutuamente equilibrada é gerada dentro dele, conhecida como tensão adicional. Após o término da deformação, essas tensões equilibradas permanecem dentro do corpo de deformação, formando tensões residuais que afetam a plasticidade e a resistência à deformação do metal deformado em processos de deformação subsequentes.
1.1.4 Medidas de Processo para Melhorar a Plasticidade do Metal e Reduzir a Resistência à Deformação
Em resposta aos principais factores que afectam a plasticidade e a resistência à deformação dos metais, combinados com a prática de produção, podem ser tomadas medidas de processo eficazes para melhorar a plasticidade do metal e reduzir a sua resistência à deformação. As medidas de processo comumente adotadas na produção incluem:
a. Condição das matérias-primas
Para matérias-primas de encabeçamento a frio, além de exigir composição química uniforme e estrutura sem inclusões metálicas, geralmente é necessário tratamento de amolecimento e recozimento para eliminar tensões residuais no interior do metal durante a laminação, uniformizar a estrutura e reduzir a dureza. A dureza HRB do metal antes da decapagem a frio deve ser menor ou igual a 80. Para aço de médio carbono e aço-liga, o recozimento esferoidizante é geralmente adotado para melhorar a plasticidade da deformação a frio do metal, além de alívio de tensões e microestrutura uniforme. .
b. Melhorar a suavidade dos moldes e melhorar as condições de lubrificação das superfícies metálicas
Ambas as medidas visam reduzir o atrito entre o corpo deformável e a superfície de trabalho do molde e minimizar a tensão de tração causada pelo atrito durante a deformação.
c. Escolha especificações de deformação apropriadas
No processo de encabeçamento a frio (extrusão), existem poucos produtos formados por um forjamento e geralmente requerem dois ou mais processos de forjamento. Portanto, é necessário obter uma alocação razoável da quantidade de deformação a cada vez, o que não só conduz à utilização plena da plasticidade da deformação a frio dos metais, mas também conduz à formação de metais. Por exemplo, na produção, são utilizados encabeçamento a frio, conformação de compósito por extrusão a frio, redução dupla de parafusos e pequena deformação de porcas.
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