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緊固件成型工藝中，冷鐓（擠）技術是一種主要加工工藝。冷鐓（擠）屬于金屬壓力加工范疇。在生產中，在常溫狀態下，對金屬施加外力，使金屬在預定的模具內成形，這種方法通常叫冷鐓。今天我們來全面了解一下緊固件冷鐓成型工藝。

任何緊固件的成形，不單是冷鐓一種變形方式能實現的，它在冷鐓過程中，除了鐓粗變形外，還伴隨有正、反擠壓、復合擠壓、沖切、輾壓等多種變形方式。

因此，生產中對冷鐓的叫法，只是一種習慣性叫法，更確切地說，應該叫做冷鐓（擠）。

冷鐓（擠）的優點很多，它適用于緊固件的大批量生產。它的主要優點概括為以下幾個方面：

a．鋼材利用率高。冷鐓（擠）是一種少、無切削加工方法，如加工桿類的六角頭螺栓、圓柱頭內六角螺釘，采用切削加工方法，鋼材利用率僅在25%～35%，而用冷鐓（擠）方法，它的利用率可高達85%～95%，僅是料頭、料尾及切六角頭邊的一些工藝消耗。

b．生產率高。與通用的切削加工相比，冷鐓（擠）成型效率要高出幾十倍以上。

c．機械性能好。冷鐓（擠）方法加工的零件，由于金屬纖維未被切斷，因此強度要比切削加工的優越得多。

d．適于自動化生產。適宜冷鐓（擠）方法生產的緊固件（也含一部分異形件），基本屬于對稱性零件，適合采用高速自動冷鐓機生產，也是大批量生產的主要方法。

總之，冷鐓（擠）方法加工緊固件、異形件是一種綜合經濟效益相當高的加工方法，是緊固件行業中普遍采用的加工方法，也是一種在國內、外廣為利用、很有發展的先進加工方法。

因此，如何充分利用、提高金屬的塑性、掌握金屬塑性變形的機理、研制出科學合理的緊固件冷鐓（擠）加工工藝，是研究的目的和宗旨所在。

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。

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。

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。

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：

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：

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：

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。

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。

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。

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。

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6～8kg/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。

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。

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。

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。

表示金屬受力狀態的主應力圖共有九種，其中四個為三向主應力圖，三個為平面主應力圖，兩個為單向主應力圖，如圖36-1所示。

主應力由拉應力引起的為正號，主應力由壓應力引起的為負號。

在金屬壓力加工中，最常遇到的是同號及異號的三向主應力圖。在異號三向主應力圖中，又以具有兩個壓應力和一個拉應力的主應力圖為最普遍。

同號的三向壓應力圖中，各方向的壓應力均相等時（б1=б2=б3），并且，金屬內部沒有疏松及其它缺陷的條件下，理論上是不可產生塑性變形的，只有彈性變形產生。

不等的三向壓應力圖包括的變形工藝有：體積模鍛、鐓粗、閉式沖孔、正反擠壓、板材及型材軋制等。

在生產實際中很少迂到三向拉伸應力圖，僅在拉伸試驗中，當產生縮頸時，在縮頸處的應力線，是三向拉伸的主應力圖，如圖36-2所示。

在鐓粗時，由于摩擦的作用，也呈現出三向壓應力圖，如圖36-3所示。

總之，受力金屬的應力狀態中，壓應力有利于塑性的增加，拉應力將降低金屬的塑性。

在鐓粗時，由于摩擦的作用，也呈現出三向壓應力圖，如圖36-3所示。

總之，受力金屬的應力狀態中，壓應力有利于塑性的增加，拉應力將降低金屬的塑性。

金屬經過冷塑性變形，引起金屬的機械性能、物理性能及化學性能的改變。

隨著變形程度的增加，所有的強度指標（彈性極限、比例極限、流動極限及強度極限）都有所提高，硬度亦有所提高；塑性指標（伸長率、斷面收縮率及沖擊韌性）則有所降低；電阻增加；抗腐蝕性及導熱性能降低，并改變了金屬的磁性等等，在塑性變形中，金屬的這些性質變化的總和稱作冷變形硬化，簡稱硬化。

在變形金屬中應力分布是不均勻的，在應力分布較多的地方希望獲得較大的變形，在應力分布較少的地方希望獲得較小的變形。

由于承受變形金屬本身的完整性，就在其內部產生相互平衡的內力，即所謂附加應力。當變形終止后，這些彼此平衡的應力便存在變形體內部，構成殘余應力，影響以后變形工序中變形金屬的塑性和變形抗力。

針對影響金屬塑性及變形抗力的主要因素，結合生產實際，采取有效的工藝措施，是完全可以提高金屬塑性及降低其變形抗力的，生產中，常采取的工藝措施有：

冷鐓用原材料，除了要求化學成份、組織均勻，不要有金屬夾雜等以外，一般要對原材料進行軟化退火處理，目的在于消除金屬軋制時殘留在金屬內部的殘余應力，使組織均勻，降低硬度，要求冷鐓前金屬的硬度HRB≤80。

對中碳鋼，合金鋼一般采取球化退火，目的是除消除應力、使組織均勻外，還可改善金屬的冷變形塑性。

這兩項措施都是為了降低變形體與模具工作表面的摩擦力，盡可能降低變形中由于摩擦而產生的拉應力。

在冷鐓（擠）工藝中，一次就鐓擊成形的產品很少，一般都要經過兩次及兩次以上的鐓擊。

因此必須做到每次變形量的合理分配，這不僅有利于充分利用金屬的冷變形塑性，也有利于金屬的成形。

如生產中采用冷鐓、冷擠復合成形、螺栓的兩次縮徑、螺母的大料小變形等。

金屬在變形中，變形體的質點有向各方向移動的可能，變形體質點的移動是沿其最小阻力方向移動，稱為最小阻力定律。

在六角頭螺栓多工位冷鐓中，第二工位精鐓時，金屬向上、下模開口處流動并形成飛邊是最小阻力定律起作用的體現。

圖36-4表明坯件在模具中鐓鍛時，它在充滿上、下模腔的同時還向上、下模構成的間隙向四周流，只有當往飛邊流動的阻力大于在模腔其它部分的阻力時，金屬充滿模腔才有可能。

在上模向下運動中，飛邊上金屬流動阻力隨飛邊厚度的減小而增加，這時才能保證最后充滿上、下模腔。

金屬塑性變形中，其密度改變極為微小，可以忽略。塑性變形的物體之體積保持不變，金屬坯件在塑性變形以前的體積等于變形后的體積。

體積不變定律是根據產品形狀尺寸、計算出體積，據此再確定所需坯件的具體尺寸。

最小阻力定律則是金屬變形次數如何確定，每次變形量如何分配、工模具結構形狀確定的設計最主要的依據。

在變形中模具和坯件間的接觸面上不可避免的有摩擦力存在，由于摩擦力的作用，改變了金屬流動的特征。

如圖36-5所示，在平板間鐓粗矩形壞料時，由于摩擦力的作用，使各向阻力不同，變形中，斷面不能繼續保持矩形。

按最小阻力定律，它會逐漸趨于圓形。若無摩擦力作用，則坯件處于理想的均勻變形狀態，變形前后在幾何形狀上仍然相似。

當無摩擦時，環形件在高度上被壓縮，根據體積不變條件，不論是外層還是內層，金屬的直徑都有所增加，即所有金屬都沿徑向輻射狀向外流動。由于有摩擦的存在，流動受到阻礙。

越接近內層金屬向外流動的阻力越大，比向內流動時還要大，因而改變了流動的方向，如圖所示，在環形件中出現了流動的分界面（dN）。

由于工模具形狀不同，所施加給坯件的作用力，以及模具與坯件接觸的摩擦力也不一樣，引致金屬在各方向流動阻力的差異，從而金屬在各方向流動體積的分配也有所差異。

金屬本身的性質不均，反映出金屬成份的不均、組織不均、以及在變形中內部溫度的不均等。

這些性質的不均勻性，在金屬內部出現互相平衡的附加應力，由于內力的存在，使金屬在各自流動的阻力有所差異，變形首先發生在阻力最小的部分。

在室溫狀態下，將坯料置于自動冷鐓機或壓力機的模具中，對模具施加壓力，利用上、下模的相對運動，使坯件在模腔里變形，高度縮小，橫截面增加，這樣的壓力加工方法，對自動冷鐓機而言叫冷鐓，對壓力機而言叫冷壓。

實際生產中，緊固件冷成型工藝，在冷鐓的過程中，常常伴隨有擠壓的方式。因此，單就緊固件產品的冷鐓工藝，實際是既有冷鐓，也有擠壓的一種復合工藝的加工方法。

a．沖裁使坯件的一部分與主體分割開。如線材的切斷、螺母的沖孔、六角頭螺栓的頭部切邊等。

b．鐓粗使坯件高度縮短、橫截面增加的加工方法，如螺母的鐓球、螺栓頭部成型的預鐓、精鐓等。

c．正擠壓坯件在冷鐓壓中，坯件在下模中變形時，金屬的流動方向與上模的運動方向一致。冷鐓螺栓、圓柱頭內六角螺釘中的粗桿縮徑就是一種正擠壓。

d．反擠壓坯件在變形中，金屬的流動方向與上模的運動方向相反。圓柱頭內六角螺釘頭部成形就屬反擠壓。

e．復合擠壓坯件在變形中金屬的流動方向一部分與上模的運動方向相同，一部分又相反。

即變形中既存在正擠壓，也存在反擠壓。如圓柱頭內六角螺釘在同一工位變形中既有桿部縮徑（正擠壓）又有頭部成型（反擠壓）。

是指坯料被鐓鍛部分長度在鐓鍛終了的壓縮量與原始高度的比值，或者坯料截面積在鐓鍛終了截面積的增加量與原始橫截面的比值。

鐓鍛比可以確定鐓鍛的難易，鐓鍛比愈小，變形量愈小，變形更容易。鐓鍛比愈大，變形愈難，金屬纖維流動不規則，有的纖維被折曲，形成縱向彎曲現象。如圖36-8所示。

當冷鐓變形程度超過金屬本身的變形限度時，變形的工件側面會出現裂紋，而造成不良品，其模具使用強度也會受到影響，降低使用壽命，嚴重時可使模具開裂而損壞。

金屬的許用變形程度與金屬本身的塑性有關,塑性好的金屬,許用變形程度要高于塑性較差的金屬。碳鋼含碳量愈高，它的塑性愈低，許用變形程度也會愈小。

在生產中，對于塑性較差的金屬，如中碳鋼、合金鋼的冷鐓常采取對鋼材進行退火軟化處理、增加模具的強韌性、金屬表面潤滑等，目的就在于使金屬的許用變形程度得到提高。

產品在冷鐓中，通常都要經過兩次以上的鐓鍛才能成型。鐓鍛次數確定合理，將充分利用金屬的許用變形程度，提高模具的使用壽命，保證產品的質量。確定鐓鍛次數，考慮下列因素：

即坯料需要變形部分的長度與直徑的比，比值過大，一次鐓鍛就會出現縱彎現象，壓扁后，會出現夾層，如圖36-9所示。要避免鐓鍛中出現這些缺陷，必須增加鐓鍛次數。

即首先將坯料預鐓成錐形，之后再精鐓，直至達到需要形狀。

如圖36-10所示，是頭部直徑較大、高度較小的大直徑薄扁頭細桿零件，所需坯料h0/d0在2以上大頭細桿零件，若采用一次鐓鍛成形，就會在頭部邊緣處產生裂紋。類似的工件，只有增加鐓鍛次數，采用逐步成形的方法。

如半圓頭、圓柱頭等形狀的機螺釘，雖然頭部所需坯料的ho/do值一般都小于2.5，但為了頭部在變形中能充滿，達到標準要求，一般都采用兩次鐓擊。預鐓錐形頭部為精鐓頭部成形創造良好的金屬流動條件。

又如用大直徑小變形的線材鐓制螺母，采用線材直徑為0.9s（s為六角螺母對邊尺寸），一般產品的變形程度為25%左右，但由于六角螺母形狀比較復雜，鐓制中變形方式較多，它既有冷鐓又有復合擠壓和沖孔，為了有利于變形中金屬流動，因此選用3～4次鐓擊成形。

值得強調的，不是對所有形狀比較復雜的產品都靠增加鐓鍛次數來解決。往往有的產品，鐓鍛次數增加了，在第一次、第二次鐓鍛中很容易成型，但由于冷作硬化的原因，使產品在以后的鐓鍛中難以進行。表現在工件在鐓鍛中出現開裂或者損壞模具。

解決這類問題的關鍵在于減少變形量，增加鋼材的塑性，采取更加有效的潤滑。螺栓、螺釘在冷鐓工藝中選用大直徑線材、小變形工藝。一般線材直徑與螺釘螺紋直徑D相接近，用一次或兩次桿部縮徑達到螺坯尺寸。

對中碳鋼、合金鋼而言，在材料改制中用球化退火來改善鋼材的冷鐓塑性，用磷化、皂化處理來保證鋼材的表面潤滑，使之變形中盡可能減少摩擦。另外在模具上增加強韌性，使它承受復雜的變形中有剛性，又有足夠的韌性和耐磨性。

冷鐓力是確定工藝參數、設計模具、設計冷鐓機和專用設備選型的主要依據。

由于模具和工件間的接觸面有摩擦力，不同程度地改變了作用力的方向和大小，從而產生對冷鐓力的影響。

工模具形狀的不同，造成金屬在各方向流動阻力的差異，從而影響冷鐓力。

在考慮影響冷鐓力大小的主要因素的基礎上，并根據經驗進行修正，得出如下的冷鐓力計算公式：

就計算的精確度而言，第二個公式比第一個公式計算結果要精確一些，但計算不如經驗公式簡單，一般常采用經驗公式計算，最后預以修正。

冷鐓過程中，坯料的切斷、頭部切邊、螺母沖孔等，都是使一部分材料從基體中沖、切開來。影響剪切力大小的主要因素有鋼材機械性能、剪切面面積。

其它如上、下切刀板的間隙、切刀刃口的鋒利程度等對剪切也發生影響，但計算中忽略不計。實際生產中，由于刀板刃口的磨損、刀板間間隙大小，都會引致剪切力增加。

（注：沖孔連皮是指螺母坯料沖孔時，需要沖出的鐵豆厚度，它小于螺母的高度。）

冷鐓螺栓一般都采用粗徑線材縮徑工藝，即將大于螺紋外徑的線材，經過一次或兩次縮徑，達到搓制螺紋坯料的尺寸。就縮徑而言，實際是一個正擠壓，可應用正擠壓實心件的計算公式：

P可根據含碳量不同，變形程度ε不超過30%時，可取P=600～900N/mm2。

螺栓在冷鐓成形中的預鐓、精鐓、縮徑、切邊，螺母在鐓球、壓型等過程中，都需要將所鐓鍛的坯件從凹模中推出，需要一定的頂料力。

影響頂料力大小的主要因素有：鋼材種類、工件輪廓形狀、尺寸大小、模腔接觸表面的粗糙度、潤滑等。

在正常情況下，一般頂料力不大，當工件與凹模接觸面產生“粘滯”，摩擦力將大大增加，還有螺母球在凹模中產生重料（兩個螺母球坯），頂料力就會成倍增加，嚴重時還會損壞模具，影響機器運轉。

所以自動冷鐓機的頂料機構一般都有與主機聯鎖的保險裝置，一旦頂料出現故障，能自動停車。頂料力的計算主要用于校核頂料機械中頂料桿、頂料凸輪的強度。

F——冷鐓工件桿部斷面積mm2，冷鐓螺母取相應的坯件的投影面積mm2

桿狀緊固件冷鐓（壓）加工，應考慮各工序（工位）的有關參數。主要參數有鐓鍛比，Lo、do分別為毛坯鐓鍛部分的原始長度和原始直徑；D、H分別表示鐓鍛后工件的直徑和高度，參見圖36-7。

Lo/do是衡量毛坯鐓粗變形的縱向穩定性，即毛坯鐓粗部分在鐓粗時的抗縱向彎曲能力。Lo/do的值越小，越有利于頭部的鐓鍛成形；Lo/do的值過大時，毛坯鐓鍛部分產生縱向彎曲。

影響坯件鐓粗變形的縱向穩定性除Lo/do的值以外，還有其他因素。無論是自動冷鐓機，還是切料機，無論是刀板切料，還是套筒刀切料，坯件的切斷面都不能與其軸心線垂直，應有一個1°～5°角的傾斜。

這樣在冷鐓（壓）時，初沖對坯件的著力點不在中心，而會出現偏心，使坯件受力不均，從而產生變形不均，導致頭部成形時因縱向彎曲而出現折迭。

對于切斷面傾斜角小的，變形中產生的縱向彎曲不明顯，不至于達到影響頭部質量的程度。

在冷鐓（壓）工藝中，在切斷以后，安排一個坯件整形，其主要目的就在于此。

此外，初沖型腔的底端是對坯件施加鐓鍛力的傳遞面，如果中心偏移，合力的作用中心勢必產生偏移，同樣道理，也是影響產生縱向彎曲的因素。

在初沖中采取帶彈簧的頂桿（參見圖36-13），就可緩解這種影響。其它如機床的運行精度、操作者對工裝安裝調整水平也對初沖成形有影響。

為了使初沖變形中，改變坯件的穩定性，尤其對于低碳鋼這類切斷性較差的鋼種，為了增加坯件在變形中的穩定性,在初沖小端工作型腔中除了錐形外，還要有高為1.5～2mm的圓柱形型腔,如圖36-12所示。

據經驗，當Lo/do≤2.3時，只需要一次鐓鍛就可成形，不會出現縱向彎曲，當Lo/do≤4.5時，要經過兩次鐓鍛完成頭部成形；當Lo/do≤8時，則要通過三次鐓鍛完成頭部成形。總之，Lo/do的值愈大，需要鐓鍛的次數愈多。

D/H的比值愈大，鐓鍛成形難度就愈大。實際上，可將表示D、H的產品變形終了尺寸算成體積，再算出所需毛坯的長度Lo和直徑do，用Lo/do的值來確定鐓鍛次數。

初鐓的形狀確定合理，將有利于金屬在型腔里的流動，使金屬纖維流動不紊亂，有利于下一工位的變形。

初鐓的形狀為錐形，初鐓錐形模腔有兩種形式，一為不帶彈簧頂桿（針），一為帶彈簧頂桿（針）,見圖36-13。

不帶彈簧頂桿的錐形沖模用于長桿工件的鐓制；帶彈簧頂桿的沖模用于桿部較短的工件。不帶彈簧頂桿初沖的錐形型腔錐角適當大一些，使工件容易脫離初鐓模，一般α取8°～16°，初鐓沖頭的內腔形狀,見圖36-14。

在三擊鐓鍛時，需要鐓兩次錐形，第一次錐形，錐角特別小，α為2°～3°，基本起著整形作用，使它在第二次初鐓變形中，有一個良好的對中性和穩固性。錐形沖模工作型腔的尺寸，可根據要鐓制頭形的體積、線材直徑、沖模與凹模之間的距離來計算出來。

由圖36-15可見，整個錐形頭部的體積由體積V1和V2兩部分組成，即V錐=V1+V2，而V錐等于產品頭部精鐓后的體積即V。V可由產品尺寸計算出，則V1=V-V2。

從圖36-15可看出，V2的制約因素較多，如沖模與凹模的間隙距離、凹模工作凹穴的深度，以及金屬在里面的充填形狀、形成V2的桶形直徑等，所以一般都采用經驗公式：

錐形體的小端直徑dM等于原材料的最小尺寸或略小于最小尺寸，錐形體的大端直徑DK取1.2～1.3dM。

機器螺釘種類很多，主要區別于頭部的幾何形狀。總的說，機器螺釘頭部成形的鐓鍛比（S=Lo/do和D/h），值比較小，比較容易鐓鍛。

對于簡單頭形的機器螺釘，單擊冷鐓生產的工件,如圖36-16，可采用一次鐓鍛。但是，不少品種的機器螺釘，頭部槽型比較復雜。

為十字槽型等，頭部成形則需要兩次及以上的鐓制。要按標準鐓制符合槽型要求的產品，初沖的造型起著決定性的作用。

在精鐓頭部成形時，同時對槽型產生鐓擠，這時產品頭部的變形，除了金屬因鐓粗而流動充滿頭部大端以外，還會伴隨槽型的擠壓而有一個反受力方向流動的趨勢，從而影響大端邊緣金屬的充滿。

為了解決這個局部不充滿的缺陷，將初沖的頂端做成圓弧形，對于平圓頭十字槽螺釘的初沖做成圓錐形的頂端,并帶一個120°～150°的錐角體,見圖36-17。其目的是為了減少變形中金屬的反向流動，有利于頭部大端的充滿。

冷鐓內六角圓柱頭螺釘(頭部鐓鍛比小于1.5)，由于頭部帶較深的內六方孔，幾何形狀復雜，產品性能要求高，為8.8、10.9、12.9級，使用的鋼材為中碳鋼、合金鋼、冷成形性能差，頭部變形復雜，鐓粗、正擠壓、反擠壓都有。因此，這類產品初沖成形，一般應經過初鐓和第二次預鐓。圖36-18列出了幾種生產中常用的初鐓形狀。

在二序預鐓中，頭部鐓出內六角預成形凹穴，是為下一工位精制內六方孔時，減少變形量，金屬在反擠壓變形中流動阻力小一些，使六角沖頭承受的載荷盡可能減小，并且使金屬流動比較均勻地充滿頭部上、下端的邊緣。

桿狀緊固件的精鐓是將預鐓成形的坯件頭部在上、下模間的工作型腔里進行鐓制，獲得產品頭部的最終形狀和尺寸。

頭部的變形因產品頭部幾何尺寸不同而不一樣，大體有以下幾種形式：

圖36-19所示成形區有三個區域，頭部高度的1/3在上模型腔成型，1/3～2/5在下模型腔成形，其余在上、下模間的間隙形成飛邊，最后由切邊工藝完成六角頭、四方頭的切邊。

b 半圓頭、平圓頭類型的機器螺釘，頭部完全在上模（光沖）型腔成形。

c 內六角圓柱頭螺釘、凹穴六角頭螺栓類產品，頭部在下模型腔里成形。因為是精鐓，上、下模的工作型腔皆要滿足產品頭部尺寸的要求。

六角頭螺栓是應用很普遍的緊固件，它的強度級別范圍大，從3.6～12.9級都有生產。

對于中、低強度級別的六角頭螺栓，一般采用兩種工藝生產，一為細桿工藝，一為粗桿縮徑工藝。

所謂細桿，是用相當于螺紋坯徑尺寸的線材進行冷鐓，線材尺寸變化很小，桿部可以直接搓制螺紋；粗桿是用大于螺紋外徑尺寸的線材，冷鐓工藝中安排一次、二次或二次以上的縮徑，使螺紋長度部分的桿部達到螺坯尺寸。

內六角圓柱頭螺釘按國家標準規定是8.8級及其以上級別的高強度產品，盡管頭部變形程度不大，但使用線材強度較高，塑性相應要小，因此普遍采用粗桿縮徑工藝，冷鐓中經過一次及以上次數的縮徑，使螺紋長度的桿部直徑達到螺坯尺寸。

六角頭螺栓采用細桿工藝，冷鐓時頭部變形程度相對于粗桿來說有所增加，它適用于短規格全螺紋產品的生產。細桿工藝生產螺栓，常存在以下問題：

a.頭部變形程度大，容易產生裂口，有時切六方邊裂口也不能完全去除。

b.頭部在鐓粗中，常因變形程度大而產生縱向彎曲，在距支承面1/3處出現折迭，見圖36-20，并導致螺栓掉頭。

c.頭部與桿部結合強度較差，成為細桿螺栓掉頭的隱患。采用粗桿縮徑工藝，避免了以上問題。但是，由于需要縮徑，它不僅增加了縮徑力，使模具結構也相應復雜了。

此外，對線材的表面潤滑、材料硬度也有特殊要求。生產中采用的線材大部分都經過磷化、皂化處理。線材經過球化退火,硬度應為75～85HRB。

總的說來，粗桿縮徑工藝雖然對線材、模具要求高，增加了生產成本，但是就產品質量而言，它可減少由于材料塑性不好而產生的產品開裂。提高了材料利用率，保證了產品的強度要求，綜合經濟效率還是好的。

從生產和使用角度看，頭部平頂的六角頭螺栓，要占總量的90%以上。頭部帶凹穴的螺栓，由于頭部直接冷鐓（壓）成形，對線材塑性要求高，六角棱邊充滿差，常呈禿角，在扳擰使用中容易打滑，這點在設備自動裝配線上反映更敏感，客觀上限制了這種頭型螺栓的生產。

頭部平頂的螺栓，六方是由切邊形成的，切邊可安排在多工位自動冷鐓機按多工位生產工藝完成，也可由專用的切邊機上來完成。

六角螺母也是一種使用面很廣的緊固件，它的生產方法較多，M24以下規格的螺母普遍采用冷鐓（壓）方法生產。常用的螺母冷鐓工藝有以下幾種：

這是一種冷鐓生產螺母中用得最多的生產方法。使用線材直徑do=0.60s～0.70s，s—螺母對方尺寸。采用切料、整形、鐓球、壓六方、沖孔的工位（工序），見圖36-23。

在三工位、四工位自動冷鐓機生產，也可在壓力機上分序生產。在三工位冷鐓機上生產可省去整形，但大于M12以上規格的螺母，不經整形，端面質量及禿角的均勻性都不好控制。

這種工藝使用線材直徑do≈0.9s，經切斷、整形、初鐓、預成形、精成形、沖孔而成，一般在五工位自動冷鐓機上生產，夾鉗帶翻轉機構,見圖36-24。

這種工藝方法用的較少，一般用于M20以上大規格螺母的生產，在壓力機上用分序冷壓的方法完成。工藝流程按切料、初壓、精壓、沖孔進行生產。

在自動冷鐓機多工位生產或壓力機上分序生產，切斷都是第一道工序，也是較關鍵的工序。

因為切料斷口的平整性、切刀板壓下所形成的馬蹄印大小(見圖36-25)，都對下序的整形、鐓球有直接的影響。

這僅是一個計算值，實際生產中還要通過調整檔料柱來修正切斷長度。

有時還用稱重法來衡量切料是否準確，即坯料重相當于切斷的料柱重。

切斷模的孔徑應比料的最大直徑大0.05～0.1mm，刀板與切斷模之間的間隙為0.1mm左右。

如圖36-26所示，整形是把料柱的端面鐓平，在下端鐓（壓）出1～2×45°的倒角，目的是將切料的缺陷進行修整，保證下一壓球工序的質量。

鐓球是將整形后的料柱鐓（壓）成鼓形球狀,見圖36-27，它的質量影響螺母的端面、禿角、棱邊的清晰和質量。在確定鼓形球幾何尺寸時，按經驗，在倒角40°確定的情況下，dM、h尺寸應盡可能小。

這樣，在壓六方時，相應部位的摩擦力要小，金屬在壓型力的作用下，金屬流動性好，容易充滿六方。如果dM、h偏大，則在壓六方時，不易充滿六角。如果為了使六方充滿而增加壓型力，則螺母端面就會產生飛邊。

根據dM、D的尺寸和螺母坯料體積，鼓形球的其它尺寸可通過計算得出：

壓型,即鐓壓成型螺母的六方，使之滿足六方螺母外形尺寸的要求。

壓六方的尺寸要考慮的主要因素有：六方坯在六方凹模里的脫模及下序沖孔的脹方。

因此，要求螺母側面要有一個傾斜角γ（見圖36-28），其大小隨規格的增加而偏大，如M10以上的螺母，γ一般取0°.30′～1°，如γ角過大，六方凹模上、下端口尺寸相差較多，會使六方下沖（又稱壓型下模）在套模內定位不穩，容易造成鐓壓螺母坯料偏心，使螺母的垂直度（β）超差，同時經沖孔脹方后s尺寸也達不到標準要求。γ取0°.30′～1°實際是由生產實際經驗摸索而定的。

壓型除這個尺寸以外，還有很多尺寸與螺母的外形尺寸及產品的外觀等有直接關系（見圖36-29）,表示出了螺母壓型坯件的尺寸。

其中，兩端凹穴的幾何形狀尺寸很重要。d1是一個關鍵尺寸，偏小，沖孔容易產生毛刺;偏大，沖孔容易出現喇叭口，影響內螺紋的完整。

d尺寸過小，不利于螺母鐓壓成型，不利于金屬流動，六棱角不清晰；d尺寸過大，螺母支承面減小，影響外觀及緊固強度。

d1和d尺寸確定后，按標準螺母內倒角≈120°，一般取為106°，其原因是內倒角取小一點，按公式計算，h尺寸就可大一些，這樣既可節省鋼材，螺母壓型時變形有利，又可縮小沖孔連皮（即沖孔沖出的鐵豆）厚度，有利于沖孔。

凹穴中另一重要尺寸為h1和α角，它們對螺母鐓壓成型后，從六角凹模頂出的六方下沖有影響。

h1不宜過高，過高將影響螺母六方型坯及時從六方下模沖脫開，接著下一個型坯又進入凹模，從而引起重帽，而產生故障。

對M20以上螺母，壓型上模的h1可比下模高（0.30～0.50）mm，更有利于冷鐓變形。

凹穴頂部為一圓錐，錐角取為150°，則圓錐的角度為tg15°，整個凹穴的高度為：

凹穴尺寸一般不作為檢驗依據，由模具的尺寸來保證。上述數據依據為GB/T6170-2000標準螺母。對于其他型式的螺母不完全適用。

沖孔尺寸大小、質量，都是為了滿足下序攻螺紋的要求。螺母內孔直徑一般按小徑最大尺寸決定。

考慮到鋼材硬度要影響沖孔質量，孔徑可定在螺母小徑最小尺寸與最大尺寸之間，由操作者在其公差范圍內靈活掌握。實際上考慮到攻絲的因素，沖孔尺寸的公差要小于小徑的公差。

沖孔實際上是對坯料進行沖切。內孔沖裁表面有沖切面還有撕裂面（圖36-30）。

孔沖對內孔產生的沖切力導致孔沖與內孔的接觸面產生摩擦力，與孔沖向下沖切方向相反，這樣形成的附加應力所導致徑向張力，使s方徑向擴張，即脹方。

很顯然，脹方的大小與孔沖剛度、刃部鋒利情況有關，還與螺坯的材質有關。

低碳鋼比中碳鋼脹方要大，普碳鋼比相同含碳量的優質鋼脹方要大。

這可從鋼材的切削性能隨含碳量的增加而提高,得到解釋。當然，由于鋼材含碳量增加，強度增加，它對孔沖的強韌性要求也更高。

此外，脹方與螺母對方尺寸（即對邊寬度）s與螺母高度m的比值有關，表36-4列出了部分規格螺母沖孔后的脹方值。

即使注意到了這些問題，但往往由于螺母材質發生變化(材質為中碳鋼或合金鋼)，一般也解決不了因脹方而使s方超差的問題，在M16及以上規格更突出。為了解決s方因沖孔脹方而超差的問題，可采取以下措施：

b.采用兩次沖孔，第二次沖孔余量在1毫米左右。第二次沖孔不存在脹方；

c.沖孔孔模前加一六方凹模片，可防止螺母s面脹方，六方凹模片厚度略高于螺母高度m，模口倒圓角，以利于坯料進入凹模。

模腔要有0°10′～0°15′的出模錐度。采用此種結構，即使是六角厚螺母（GB/T56D=16,m=25;D=20,m=32;D=24,m=38），也可用冷鐓生產。

鐓壓螺母的六方凹模要有錐度，一是使螺坯容易頂出脫模，一是補償沖孔的脹方值，使螺母s方尺寸不因脹方而超差。如圖36-31所示，M10以上γ角取0°30′～1°，隨著螺母規格的增大，γ角也增大，最大不宜超過1°

d.改進壓六方沖頭的凸臺尺寸，即螺母壓型后坯料兩端凹穴尺寸中的h1。

適當加高h1部位，即減少沖孔連皮厚度，可改善沖孔時的脹方情況，但h1不宜過高，過高對坯料脫離凸臺不利，容易產生重料（即第一個坯料沒脫離開，第二個坯料就來了）而造成事故。

為了使粗糙度達到最小及得到較圓整的內孔，冷鐓螺母沖孔凸凹模之間的間隙要求比一般沖裁模的間隙要小，希望孔內壁80%以上呈光亮帶（參見圖36-30），撕裂帶不超過孔壁的20%。

采用小間隙沖孔，有時會出現另一個質量問題：“槽孔”，見圖36-32。“槽孔”是由于沖孔時產生二次光亮帶引起的。

沖孔內孔的質量與采用沖孔凸凹模的幾何形狀及凸凹模間隙有關。生產中使用的冷鐓螺母沖孔凹模大體有三種型式：

這種凹模刃口部分有一凸臺，適用于M12以下的中、小規格螺母沖孔用，凸凹模間隙取（0.03～0.15）mm。

它的優點是沖孔時容易定位，沖出的孔斷裂帶少，“喇叭口”不嚴重。

缺點是，當沖孔速度較慢時會產生“槽孔”，當更換新孔沖，孔沖的刃口較鋒利時，也可能出現“槽孔”，這時，只要用砂紙將孔沖刃口砂成圓角，可在沖孔時起擠光沖切面的作用，可避免“槽孔”的出現。

采用這種凹模，壓六方的下沖頭凸臺h1不宜太高，過高，沖孔時容易產生鐵屑，粘在凹模面上，使螺母端面產生壓痕，影響外觀。

如圖36-34所示，這類凹模的間隙可稍大于上述凹模，壽命也較長。缺點是：在沖孔速度較慢時容易產生毛刺，或單面撕裂一塊，超過普通斷裂帶，有時一直延伸到螺母內倒角處，（參見圖36-30），造成攻絲時扣不完整。

如圖36-35所示，這類凹模內孔端口有一r=（2～3）mm的圓角，凸、凹模間隙可取得大一些，一般用于M14以上。缺點是沖出的孔斷裂帶較大，即“喇叭口”大，一般通過鉸孔，使孔圓整光潔，達到尺寸要求。對低強度螺母沖孔時，也會單面撕裂到內倒角處。優點是模具壽命較長。

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