冷鐓加工金屬變形的基本概念

　　1.1 變形

　　變形是指金屬受力（外力、內力）時，在保持自己完整性的條件下，組成本身的細小微粒的相對位移的總和。

　　1.1.1 變形的種類

　　a.彈性變形

　　金屬受外力作用發生了變形，當外力去掉后，恢復原來形狀和尺寸的能力，這種變形稱為彈性變形。

　　彈性的好壞是通過彈性極限、比例極限來衡量的。

　　b.塑性變形

　　金屬在外力作用下，產生永久變形（指去掉外力后不能恢復原狀的變形），但金屬本身的完整性又不會被破壞的變形，稱為塑性變形。

　　塑性的好壞通過伸長率、斷面收縮率、屈服極限來表示。

　　1.1.2 塑性的評定方法

　　為了評定金屬塑性的好壞，常用一種數值上的指標，稱為塑性指標。塑性指標是以鋼材試樣開始破壞瞬間的塑性變形量來表示，生產實際中，通常用以下幾種方法：

　　(1)拉伸試驗

　　拉伸試驗用伸長率δ和斷面收縮率ψ來表示。表示鋼材試樣在單向拉伸時的塑性變形能力，是金屬材料標準中常用的塑性指標。δ和ψ的數值由以下公式確定：

　　（公式36-1）

　　（公式36-2）

　　式中：  L0、Lk——拉伸試樣原始標距、破壞后標距的長度。

　　F0、Fk——拉伸試樣原始、破斷處的截面積。

　　(2)鐓粗試驗  又稱壓扁試驗

　　它是將試樣制成高度Ho為試樣原始直徑Do的1.5倍的圓柱形，然后在壓力機上進行壓扁，直到試樣表面出現第1條肉眼可觀察到的裂紋為止，這時的壓縮程度εc為塑性指標。其數值按下式可計算出：

　　（公式36-3）

　　式中  Ho——圓柱形試樣的原始高度。Hk——試樣在壓扁中，在側表面出現第1條肉眼可見裂紋時的試樣高度。

　　(3)扭轉試驗

　　扭轉試驗是以試樣在扭斷機上扭斷時的扭轉角或扭轉圈數來表示的。生產中最常用的是拉伸試驗和鐓粗試驗。不管哪種試驗方法，都是相對于某種特定的受力狀態和變形條件的。由此所得出的塑性指標，只是相對比較而言，僅說明某種金屬在什么樣的變形條件下塑性的好壞。

　　1.1.3 影響金屬塑性及變形抗力的主要因素

　　金屬的塑性及變形抗力的概念：金屬的塑性可理解為在外力作用下，金屬能穩定地改變自己的形狀而質點間的聯系又不被破壞的能力。并將金屬在變形時反作用于施加外力的工模具的力稱為變形抗力。

　　影響金屬塑性及變形抗力的主要因素包括以下幾個方面：

　　a．金屬組織及化學成分對塑性及變形抗力的影響金屬組織決定于組成金屬的化學成分，其主要元素的晶格類別，雜質的性質、數量及分布情況。組成元素越少，塑性越好。例如純鐵具有很高的塑性。碳在鐵中呈固熔體也具有很好的塑性，而呈化合物，則塑性就降低。如化合物Fe3C實際上是很脆的。一般在鋼中其他元素成分的增加也會降低鋼的塑性。

　　鋼中隨含碳量的增加，則鋼的抗力指標（бb、бp、бs等）均增高，而塑性指標（ε、ψ等）均降低。在冷變形時，鋼中含碳量每增加0.1%，其強度極限бs大約增加6～8 kg/mm2。

　　硫在鋼中以硫化鐵、硫化錳存在。硫化鐵具有脆性，硫化錳在壓力加工過程中變成絲狀得到拉長，因而使在與纖維垂直的橫向上的機械指數降低。所以硫在鋼中是有害的雜質，含量愈少愈好。

　　磷在鋼中使變形抗力提高，塑性降低。含磷高于0.1%～0.2%的鋼具有冷脆性。一般鋼的含磷量控制在百分之零點零幾。

　　其他如低熔點雜質在金屬基體的分布狀態對塑性有很大影響。

　　總之，鋼中的化學成分愈復雜，含量愈多，則對鋼的抗力及塑性的影響也就愈大。這正說明某些高合金鋼難于進行冷鐓（壓）加工的原因。

　　b．變形速度對塑性及變形抗力的影響

　　變形速度是單位時間內的相對位移體積：

　　（公式36-4）

　　不應將變形速度與變形工具的運動速度混為一談，也應將變形速度與變形體中質點的移動速度在概念上區別開來。

　　一般說來，隨著變形速度增加，變形抗力增加，塑性降低。冷變形時，變形速度的影響不如熱變形時顯著，這是由于無硬化消除的過程。但當變形速度特別大時，塑性變形產生的熱（即熱效應）不得失散本身溫度升高會提高塑性、減少變形抗力。

　　c．應力狀態對塑性及變形抗力的影響

　　在外力作用下，金屬內部產生內力，其單位面積之強度稱之為應力。受力金屬處于應力狀態下。

　　從變形體內分離出一個微小基元正方體，在所取的正方體上，作用有未知大小但已知方向的應力，把這種表示點上主應力個數及其符號的簡圖叫主應力圖。