冷間圧造成形工程（2）

1.2 金属の塑性変形の基本法則

1.2.1 最小抵抗の法則

金属の変形中、変形体の粒子はあらゆる方向に移動する可能性があり、変形体の点の移動は最小抵抗則と呼ばれる最小抵抗方向に沿って行われます。

六角ボルトの多ステーション冷間圧造では、第 2 ステーションの精密圧造中に金属が上方に流れ、下型の開口部にバリが形成されます。これは最小抵抗則の現れです。 図36-4は、ビレットが金型内でひっくり返されると、上下の金型キャビティを満たすだけでなく、上部と下部の金型によって形成される隙間を通って全方向に流れることを示しています。 フラッシュ フローに対する抵抗が金型キャビティの他の部分の抵抗よりも大きい場合にのみ、金属が金型キャビティを満たすことができます。 上型の下方移動では、上型と下型キャビティの最終的な充填を確実にするために、バリの厚みが減少するにつれてバリ上のメタル フロー抵抗が増加します。

図36-4 据え込み時の最小抵抗則に基づく金属の流れの模式図

1.2.2 体積の不変の法則

金属の塑性変形では、密度変化は極めて小さいため無視できます。 塑性変形を受ける物体の体積は一定であり、塑性変形前の金属ブランクの体積は変形後の体積と等しくなります。

体積不変の法則は、製品の形状とサイズに基づいて体積を計算し、必要なブランクの特定のサイズを決定することです。

最小抵抗の法則は、設計において金属の変形回数、各回の変形量の配分、金型構造の形状を決定する最も重要な基礎となります。

1.2.3 変形時の金属流動に影響を与える主な要因

ａ． 摩擦の影響

変形時の金型とブランクの接触面には必然的に摩擦力が発生し、その摩擦力の影響によりメタルフローの特性が変化します。 図36-5に示すように、平板同士で長方形の不良材を据え込む場合、摩擦の影響により各方向の抵抗が異なり、変形中は断面が長方形を保ち続けることができません。 最小抵抗の法則に従って、徐々に円形に近づく傾向があります。 摩擦力がなければ、ビレットは理想的な均一変形状態にあり、変形前後の幾何学的形状は依然として類似しています。

図36-5 平板間で角断面ビレットを鍛造する際のメタルフローの模式図

図36-6は、円形ビレットの据え込み加工の概略図です。 摩擦がない場合、環状部品は高さで圧縮され、体積一定の条件に従って、金属の直径は外層と内層の両方で増加します。つまり、すべての金属が半径方向外側に流れます。 摩擦が存在するため、流れが妨げられます。 内層の金属が近づくほど、外向きの流れに対する抵抗が大きくなり、内向きの流れよりもさらに大きくなり、流れの方向が変わります。 図に示すように、環状部品には流れ界面（dN）が現れます。

b. 金型形状の影響

金型の形状の違いにより、ビレットにかかる力や金型とビレットの間の摩擦力も異なり、金属の各方向の流動抵抗が異なり、その分布が異なります。さまざまな方向への金属の流量。

c. 金属自体の性質の不均一による影響

金属自体の不均一な特性は、不均一な組成、不均一な構造、変形中の不均一な内部温度を反映します。 これらの特性が不均一であるため、金属内部で相互にバランスをとる追加の応力が発生します。 内部力の存在により、金属の流れに対する抵抗が変化し、抵抗が最も低い部分から最初に変形が発生します。

2.金属冷間圧造（押出）工程

2.1 冷間圧造（押出）加工の基本概念

2.1.1 冷間圧造と冷間プレス

室温で、自動冷間圧造機またはプレス機の金型にビレットを配置し、金型に圧力を加え、上型と下型の相対運動を利用して金型キャビティ内でビレットを変形させ、高さを下げます。そして断面積を増やします。 この加圧加工方法を自動冷間圧造機では冷間圧造、プレス機では冷間プレスと呼びます。

実際の生産では、ファスナーの冷間成形プロセスでは、冷間圧造プロセス中に押し出し加工が行われることがよくあります。 したがって、ファスナー製品の冷間圧造加工だけでも、実際には冷間圧造と押出成形の両方を含む複合加工法となります。

2.1.2 冷間圧造（押出）の変形方法

ａ． パンチングによりブランクの一部を本体から切り離します。 ワイヤーの切断、ナットの穴あけ、六角ボルトの頭のトリミングなど。

b. アプセットとは、ナットの圧造、ボルト頭の事前圧造、精密圧造など、ビレットの高さを低くし、断面積を増やす加工方法です。

c. 冷間圧造中にビレットが下型で変形すると、金属の流れの方向は上型の運動方向と一致します。 冷間頭ボルトや円筒頭六角穴付きねじの並目ロッドの径を小さくするのは、前方押し出し加工の一種です。

d. 変形中、後方押出ビレット内の金属の流れ方向は上型の移動方向と逆になります。 頭部が円筒状の六角穴付ねじの頭部の成形は逆押出成形に属します。

e. 複合押出ブランクの変形時の金属の流れ方向は、一部は上型の移動方向と同じ方向ですが、一部は逆方向です。 変形には前方圧縮と後方圧縮の両方があります。 たとえば、円筒頭の六角ネジでは、同じワークステーションでの変形中にロッド縮小 (前方押し出し) とヘッド成形 (逆押し出し) の両方が行われます。

2.1.3 冷間圧造（押出）変形度

ａ． 変形度

鍛造終了時のビレットの鍛造部分の長さの元の高さに対する圧縮率、または鍛造終了時のビレットの断面積の増加に対する比率を指します。元の断面積。

b. 変形度の表現方法

最初の方法では、図 36-7 に示すように、鍛造比 (S) を使用します。

図36-7 鉄筋据え込み時の変形度の模式図

h0 - 鍛造部品の元の高さ

d0 - 鍛造部品の元の直径

鍛造の難易度は鍛造比によって決まります。 鍛造比が小さいほど変形量が小さくなり、変形しやすくなります。 鍛造比が大きいほど変形しにくくなります。 金属繊維が不規則に流れ、一部の繊維が折れ曲がり、縦方向に曲がる現象が発生します。 図36-8に示すように。

図36-8 据え込み時の丸材の変形による縦方向の曲げと折りの模式図

2 番目の方法では、鍛造速度 (ε) を使用します。

ho、Fo - 鍛造前のヘッド素材の元の高さと断面積

H、F - 鍛造後のワークの高さと断面積

c. 許容変形度

冷間圧造の変形量が金属自体の変形限界を超えると、変形したワークの側面に亀裂が発生し、製品不良の原因となります。 金型の強度も影響を受け、寿命が短くなります。 ひどい場合は金型に亀裂が入ったり、破損する恐れがあります。 金属の許容変形度は、その可塑性と関係します。 可塑性の良い金属は、可塑性の悪い金属よりも許容変形度が高くなります。 炭素鋼の炭素含有量が高くなるほど、その塑性は低下し、許容される変形は小さくなります。

中炭素鋼や合金鋼などの塑性の悪い金属の製造において、冷間鍛造では鋼に焼鈍や軟化処理を施し、金型の強度や靱性の向上、金属表面の潤滑などを目的とすることがよくあります。金属の許容変形度を向上させます。 表 36-1 には、一部の鋼の許容変形レベルがリストされています。

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