緊固件冷鐓成型工藝，一文搞懂！

twq19810302

4 T" H/ g7 G/ Q" |9 M3 X3 }

緊固件成型工藝中，冷鐓（擠）技術(shù)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(chǎn)中，在常溫狀態(tài)下，對(duì)金屬施加外力，使金屬在預(yù)定的模具內(nèi)成形，這種方法通常叫冷鐓。今天我們來(lái)全面了解一下緊固件冷鐓成型工藝。

---

- t6 d. `2 g! E- I

任何緊固件的成形，不單是冷鐓一種變形方式能實(shí)現(xiàn)的，它在冷鐓過(guò)程中，除了鐓粗變形外，還伴隨有正、反擠壓、復(fù)合擠壓、沖切、輾壓等多種變形方式。

9 }( \8 l( C) Q" M9 S8 J

因此，生產(chǎn)中對(duì)冷鐓的叫法，只是一種習(xí)慣性叫法，更確切地說(shuō)，應(yīng)該叫做冷鐓（擠）。

5 ]! Z6 `4 ~5 g! ~; P. Y

冷鐓（擠）的優(yōu)點(diǎn)很多，它適用于緊固件的大批量生產(chǎn)。它的主要優(yōu)點(diǎn)概括為以下幾個(gè)方面：

5 t6 }3 U1 A. \5 O! W

a．鋼材利用率高。冷鐓（擠）是一種少、無(wú)切削加工方法，如加工桿類(lèi)的六角頭螺栓、圓柱頭內(nèi)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(dá)85%～95%，僅是料頭、料尾及切六角頭邊的一些工藝消耗。

b．生產(chǎn)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。

& q7 n7 z  r3 b6 E3 [- ?

c．機(jī)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(qiáng)度要比切削加工的優(yōu)越得多。

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

% G* k' K, @; z+ y7 V& g9 @+ I

總之，冷鐓（擠）方法加工緊固件、異形件是一種綜合經(jīng)濟(jì)效益相當(dāng)高的加工方法，是緊固件行業(yè)中普遍采用的加工方法，也是一種在國(guó)內(nèi)、外廣為利用、很有發(fā)展的先進(jìn)加工方法。

: w# n  z) I  w* W# }' `5 J  p" E

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(jī)理、研制出科學(xué)合理的緊固件冷鐓（擠）加工工藝，是研究的目的和宗旨所在。

/ h/ f$ [/ \8 T" F9 r

一、金屬變形的基本概念

變 形

% d1 s+ m7 {$ q5 G  s% o" k

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

1 變形的種類(lèi)

! |" S& F' k8 i+ o( @* t
" D0 l, M, ?) C+ x2 {

a.彈性變形

. x" A0 b, n7 m

金屬受外力作用發(fā)生了變形，當(dāng)外力去掉后，恢復(fù)原來(lái)形狀和尺寸的能力，這種變形稱(chēng)為彈性變形。

彈性的好壞是通過(guò)彈性極限、比例極限來(lái)衡量的。

2 }! k; X) Q( ~, D7 [

b.塑性變形

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

塑性的好壞通過(guò)伸長(zhǎng)率、斷面收縮率、屈服極限來(lái)表示。

2 塑性的評(píng)定方法

, o* X/ {$ k2 I) H  \( ~7 n9 l

塑性的好壞通過(guò)伸長(zhǎng)率、斷面收縮率、屈服極限來(lái)表示。

為了評(píng)定金屬塑性的好壞，常用一種數(shù)值上的指標(biāo)，稱(chēng)為塑性指標(biāo)。

( f% Z: K7 |+ n, w$ \0 l. ~

塑性指標(biāo)是以鋼材試樣開(kāi)始破壞瞬間的塑性變形量來(lái)表示，生產(chǎn)實(shí)際中，通常用以下幾種方法：

2 R: c: s& I% K

(1)拉伸試驗(yàn)

拉伸試驗(yàn)用伸長(zhǎng)率δ和斷面收縮率ψ來(lái)表示。表示鋼材試樣在單向拉伸時(shí)的塑性變形能力，是金屬材料標(biāo)準(zhǔn)中常用的塑性指標(biāo)。δ和ψ的數(shù)值由以下公式確定：

式中：L0、Lk——拉伸試樣原始標(biāo)距、破壞后標(biāo)距的長(zhǎng)度。

F0、Fk——拉伸試樣原始、破斷處的截面積。

7 z. n; A. M& s% V

(2)鐓粗試驗(yàn)又稱(chēng)壓扁試驗(yàn)

' G4 d* ^/ C$ o, ?- w

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(jī)上進(jìn)行壓扁，直到試樣表面出現(xiàn)第1條肉眼可觀察到的裂紋為止，這時(shí)的壓縮程度εc為塑性指標(biāo)。其數(shù)值按下式可計(jì)算出：

& I6 ?+ x! Q% q

式中Ho——圓柱形試樣的原始高度。Hk——試樣在壓扁中，在側(cè)表面出現(xiàn)第1條肉眼可見(jiàn)裂紋時(shí)的試樣高度。

扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)是以試樣在扭斷機(jī)上扭斷時(shí)的扭轉(zhuǎn)角或扭轉(zhuǎn)圈數(shù)來(lái)表示的。生產(chǎn)中最常用的是拉伸試驗(yàn)和鐓粗試驗(yàn)。

$ F  {" C7 _/ y

不管哪種試驗(yàn)方法，都是相對(duì)于某種特定的受力狀態(tài)和變形條件的。

3 \3 E7 b5 t: N' V4 N7 a# R

由此所得出的塑性指標(biāo)，只是相對(duì)比較而言，僅說(shuō)明某種金屬在什么樣的變形條件下塑性的好壞。

1 b, X) }/ }: n- G: X

3 影響金屬塑性及變形抗力主要因素

* F9 s) I* r6 N5 m8 P

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(wěn)定地改變自己的形狀而質(zhì)點(diǎn)間的聯(lián)系又不被破壞的能力。并將金屬在變形時(shí)反作用于施加外力的工模具的力稱(chēng)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(gè)方面：

0 V, W, S( K# s

a．金屬組織及化學(xué)成分對(duì)塑性及變形抗力的影響

  i. R+ ~# j2 U4 Z9 O+ j

金屬組織決定于組成金屬的化學(xué)成分，其主要元素的晶格類(lèi)別，雜質(zhì)的性質(zhì)、數(shù)量及分布情況。組成元素越少，塑性越好。

( r1 G$ y; m" y4 M9 X

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。

2 E6 V( G& L" H& I/ \

如化合物Fe3C實(shí)際上是很脆的。一般在鋼中其他元素成分的增加也會(huì)降低鋼的塑性。

" T* M* \2 @" L% J. ?

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

; [' r6 s+ _) l9 N, B% {, E

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(guò)程中變成絲狀得到拉長(zhǎng)，因而使在與纖維垂直的橫向上的機(jī)械指數(shù)降低。所以硫在鋼中是有害的雜質(zhì)，含量愈少愈好。

9 B( n& D7 w, Z. U& u* G5 \

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(diǎn)零幾。其他如低熔點(diǎn)雜質(zhì)在金屬基體的分布狀態(tài)對(duì)塑性有很大影響。

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

9 u! J* Y/ E1 ~, X6 `

b．變形速度對(duì)塑性及變形抗力的影響

變形速度是單位時(shí)間內(nèi)的相對(duì)位移體積：

; C6 w# v& g6 t3 m3 p- S! W/ W
6 x; e. t5 z3 Y  v7 E

不應(yīng)將變形速度與變形工具的運(yùn)動(dòng)速度混為一談，也應(yīng)將變形速度與變形體中質(zhì)點(diǎn)的移動(dòng)速度在概念上區(qū)別開(kāi)來(lái)。

0 }) ?3 F( b, h: R2 E  C

一般說(shuō)來(lái)，隨著變形速度增加，變形抗力增加，塑性降低。

冷變形時(shí)，變形速度的影響不如熱變形時(shí)顯著，這是由于無(wú)硬化消除的過(guò)程。

4 R: p6 E7 |2 h& W* G  I4 ]# k, P

但當(dāng)變形速度特別大時(shí)，塑性變形產(chǎn)生的熱（即熱效應(yīng)）不得失散本身溫度升高會(huì)提高塑性、減少變形抗力。

& _" U. x' B! q1 m* p% y

c．應(yīng)力狀態(tài)對(duì)塑性及變形抗力的影響

5 b, [$ F6 a0 G1 N" V

在外力作用下，金屬內(nèi)部產(chǎn)生內(nèi)力，其單位面積之強(qiáng)度稱(chēng)之為應(yīng)力。受力金屬處于應(yīng)力狀態(tài)下。

從變形體內(nèi)分離出一個(gè)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(yīng)力，把這種表示點(diǎn)上主應(yīng)力個(gè)數(shù)及其符號(hào)的簡(jiǎn)圖叫主應(yīng)力圖。

# O9 s) r4 V  D1 q' c2 u5 z: I, }

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

6 H% c* ^5 o: n6 ^. F0 z: K

主應(yīng)力由拉應(yīng)力引起的為正號(hào)，主應(yīng)力由壓應(yīng)力引起的為負(fù)號(hào)。

" h. B0 W) e4 }3 }0 p5 P

在金屬壓力加工中，最常遇到的是同號(hào)及異號(hào)的三向主應(yīng)力圖。在異號(hào)三向主應(yīng)力圖中，又以具有兩個(gè)壓應(yīng)力和一個(gè)拉應(yīng)力的主應(yīng)力圖為最普遍。

6 X/ O) b, ?, u

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

3 r4 W/ [6 A3 `4 @

不等的三向壓應(yīng)力圖包括的變形工藝有：體積模鍛、鐓粗、閉式?jīng)_孔、正反擠壓、板材及型材軋制等。

在生產(chǎn)實(shí)際中很少迂到三向拉伸應(yīng)力圖，僅在拉伸試驗(yàn)中，當(dāng)產(chǎn)生縮頸時(shí)，在縮頸處的應(yīng)力線(xiàn)，是三向拉伸的主應(yīng)力圖，如圖36-2所示。

+ h& y; Q) y" s8 h) i

在鐓粗時(shí)，由于摩擦的作用，也呈現(xiàn)出三向壓應(yīng)力圖，如圖36-3所示。

8 t0 \) n4 j$ V6 [2 s

總之，受力金屬的應(yīng)力狀態(tài)中，壓應(yīng)力有利于塑性的增加，拉應(yīng)力將降低金屬的塑性。

9 p. {0 O. }& P, }* l$ I# M2 ?

在鐓粗時(shí)，由于摩擦的作用，也呈現(xiàn)出三向壓應(yīng)力圖，如圖36-3所示。

: {$ z6 |4 j8 t/ U. i

總之，受力金屬的應(yīng)力狀態(tài)中，壓應(yīng)力有利于塑性的增加，拉應(yīng)力將降低金屬的塑性。

/ Y; y0 V3 w4 F- k- d) [

d．冷變形硬化對(duì)金屬塑性及變形抗力的影響

金屬經(jīng)過(guò)冷塑性變形，引起金屬的機(jī)械性能、物理性能及化學(xué)性能的改變。

* ~9 G; ^0 R2 |0 T  Z+ _

隨著變形程度的增加，所有的強(qiáng)度指標(biāo)（彈性極限、比例極限、流動(dòng)極限及強(qiáng)度極限）都有所提高，硬度亦有所提高；塑性指標(biāo)（伸長(zhǎng)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(dǎo)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(zhì)變化的總和稱(chēng)作冷變形硬化，簡(jiǎn)稱(chēng)硬化。

e．附加應(yīng)力及殘余應(yīng)力的影響

1 d1 X( h; ~" `

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

9 ]( j8 H. Y* @' @+ T/ l

由于承受變形金屬本身的完整性，就在其內(nèi)部產(chǎn)生相互平衡的內(nèi)力，即所謂附加應(yīng)力。當(dāng)變形終止后，這些彼此平衡的應(yīng)力便存在變形體內(nèi)部，構(gòu)成殘余應(yīng)力，影響以后變形工序中變形金屬的塑性和變形抗力。

$ X$ z( X. @" Z+ d

4 提高金屬塑性及降低變形抗力的措施

3 C" `0 p- F! Q  c. b% q

針對(duì)影響金屬塑性及變形抗力的主要因素，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)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(chǎn)中，常采取的工藝措施有：

a．坯料狀況

% o4 C: y1 E7 M" o2 Z6 N

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

3 D' _5 h! h! K# z' {# S0 h

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

b．提高模具光滑度及改善金屬表面潤(rùn)滑條件

這兩項(xiàng)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(chǎn)生的拉應(yīng)力。

c．選擇合適的變形規(guī)范

在冷鐓（擠）工藝中，一次就鐓擊成形的產(chǎn)品很少，一般都要經(jīng)過(guò)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。

5 O3 a/ q3 _( V; z

如生產(chǎn)中采用冷鐓、冷擠復(fù)合成形、螺栓的兩次縮徑、螺母的大料小變形等。

% ~6 T; f% p& L; d' k

金屬塑性變形的基本規(guī)律

- Q9 e* ?, h& \1 o) ~/ c

1 最小阻力定律

) V2 Z" r9 j) }2 V: b

金屬在變形中，變形體的質(zhì)點(diǎn)有向各方向移動(dòng)的可能，變形體質(zhì)點(diǎn)的移動(dòng)是沿其最小阻力方向移動(dòng)，稱(chēng)為最小阻力定律。

* o6 d" D: k8 _2 q( V% ~

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

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

在上模向下運(yùn)動(dòng)中，飛邊上金屬流動(dòng)阻力隨飛邊厚度的減小而增加，這時(shí)才能保證最后充滿(mǎn)上、下模腔。

2 體積不變定律

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。

- S8 Z4 D, g) Y$ s6 ]3 l

體積不變定律是根據(jù)產(chǎn)品形狀尺寸、計(jì)算出體積，據(jù)此再確定所需坯件的具體尺寸。

. Q: B7 |8 R. K5 b4 f

最小阻力定律則是金屬變形次數(shù)如何確定，每次變形量如何分配、工模具結(jié)構(gòu)形狀確定的設(shè)計(jì)最主要的依據(jù)。

3 變形中影響金屬流動(dòng)的主要因素

a．摩擦的影響

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(dòng)的特征。

  I# N1 J- ~) G7 l8 w

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

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

0 _; {- k7 B2 t3 A
, l" R+ o: v1 s1 g: S. t& e* X

當(dāng)無(wú)摩擦?xí)r，環(huán)形件在高度上被壓縮，根據(jù)體積不變條件，不論是外層還是內(nèi)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(dòng)。由于有摩擦的存在，流動(dòng)受到阻礙。

% ^4 }9 y. |9 b

越接近內(nèi)層金屬向外流動(dòng)的阻力越大，比向內(nèi)流動(dòng)時(shí)還要大，因而改變了流動(dòng)的方向，如圖所示，在環(huán)形件中出現(xiàn)了流動(dòng)的分界面（dN）。

b．工模具形狀的影響

, U, ?  j1 v! L

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(dòng)阻力的差異，從而金屬在各方向流動(dòng)體積的分配也有所差異。

( ?* ?# B9 Y1 y" i3 h  B  Q( A

c．金屬本身性質(zhì)不均的影響

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

' V% P% q- S5 q: t+ _

這些性質(zhì)的不均勻性，在金屬內(nèi)部出現(xiàn)互相平衡的附加應(yīng)力，由于內(nèi)力的存在，使金屬在各自流動(dòng)的阻力有所差異，變形首先發(fā)生在阻力最小的部分。

- L+ t1 v& S8 b* W- [2 K: v

二、金屬冷鐓（擠）工藝

冷鐓（擠）工藝基本概念

1 冷鐓、冷壓

在室溫狀態(tài)下，將坯料置于自動(dòng)冷鐓機(jī)或壓力機(jī)的模具中，對(duì)模具施加壓力，利用上、下模的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，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(duì)自動(dòng)冷鐓機(jī)而言叫冷鐓，對(duì)壓力機(jī)而言叫冷壓。

; T+ B8 m( W7 j* U" H& g

實(shí)際生產(chǎn)中，緊固件冷成型工藝，在冷鐓的過(guò)程中，常常伴隨有擠壓的方式。因此，單就緊固件產(chǎn)品的冷鐓工藝，實(shí)際是既有冷鐓，也有擠壓的一種復(fù)合工藝的加工方法。

2 冷鐓（擠）的變形方式

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

) Y7 Z. D: G" ^6 ^

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(yù)鐓、精鐓等。

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

, E+ W$ e8 e! O) z) B9 e

d．反擠壓 坯件在變形中，金屬的流動(dòng)方向與上模的運(yùn)動(dòng)方向相反。圓柱頭內(nèi)六角螺釘頭部成形就屬反擠壓。

5 r4 N. y( i; E* ^6 Y, y7 h# s. j- r+ Q

e．復(fù)合擠壓坯件在變形中金屬的流動(dòng)方向一部分與上模的運(yùn)動(dòng)方向相同，一部分又相反。

4 N6 l' E* s' A1 R, S8 D

即變形中既存在正擠壓，也存在反擠壓。如圓柱頭內(nèi)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）。

3 冷鐓（擠）變形程度

; f! {% N4 Z- y/ C

a．變形程度

是指坯料被鐓鍛部分長(zhǎng)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。

9 [7 A1 f" ?6 r9 Y; w

b．變形程度的表示方法

6 E" ?* E# s2 ]2 \8 j; f. r

第一種方法用鐓鍛比(S)，如圖36-7所示。

& m% @3 l' l; N$ c. \

式中：h0——被鐓鍛部分的原始高度

d0——被鐓鍛部分的原始直徑

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(dòng)不規(guī)則，有的纖維被折曲，形成縱向彎曲現(xiàn)象。如圖36-8所示。

; f9 c5 F& P& H$ h  n
# a6 n: A" x9 P9 i' z
. F; s. l! T  A% H" n* W8 Y

第二種方法用鐓鍛率（ε）

即：

式中 ho、Fo——鐓鍛前頭部材料的原始高度、橫截面積

h、F——鐓鍛后工件的高度、橫截面積

8 d8 V+ R  ^* n8 ]8 o8 u- q) X

c．許用變形程度

當(dāng)冷鐓變形程度超過(guò)金屬本身的變形限度時(shí)，變形的工件側(cè)面會(huì)出現(xiàn)裂紋，而造成不良品，其模具使用強(qiáng)度也會(huì)受到影響，降低使用壽命，嚴(yán)重時(shí)可使模具開(kāi)裂而損壞。

. e6 t8 y3 n, |" f  }8 N' L

金屬的許用變形程度與金屬本身的塑性有關(guān),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(huì)愈小。

在生產(chǎn)中，對(duì)于塑性較差的金屬，如中碳鋼、合金鋼的冷鐓常采取對(duì)鋼材進(jìn)行退火軟化處理、增加模具的強(qiáng)韌性、金屬表面潤(rùn)滑等，目的就在于使金屬的許用變形程度得到提高。

表36-1列出了部分鋼材的許用變形程度

. N0 Q- {- J- }* w) v' F4 V1 F7 a( {* m

4 鐓鍛次數(shù)的確定

產(chǎn)品在冷鐓中，通常都要經(jīng)過(guò)兩次以上的鐓鍛才能成型。鐓鍛次數(shù)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(chǎn)品的質(zhì)量。確定鐓鍛次數(shù)，考慮下列因素：

1 |' `3 m9 p! j$ F' j& `# {; a

a．鐓鍛比

* Z: h+ s( i) b& \" G. V0 g. X7 ^1 V

即坯料需要變形部分的長(zhǎng)度與直徑的比，比值過(guò)大，一次鐓鍛就會(huì)出現(xiàn)縱彎現(xiàn)象，壓扁后，會(huì)出現(xiàn)夾層，如圖36-9所示。要避免鐓鍛中出現(xiàn)這些缺陷，必須增加鐓鍛次數(shù)。

即首先將坯料預(yù)鐓成錐形，之后再精鐓，直至達(dá)到需要形狀。

! t& S3 [  A8 J$ z3 E1 G4 F' G5 v# Q% Z

0 K( s( @5 E0 g5 p/ ]

一般按下列數(shù)據(jù)來(lái)決定鐓鍛次數(shù)：

8 P  O; C; P' r2 t0 R$ r" w

b．考慮工件頭部直徑D與高度H的比值。

, k) I9 ~+ [% h6 t4 G1 r

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(xì)桿零件，所需坯料h0/d0在2以上大頭細(xì)桿零件，若采用一次鐓鍛成形，就會(huì)在頭部邊緣處產(chǎn)生裂紋。類(lèi)似的工件，只有增加鐓鍛次數(shù)，采用逐步成形的方法。

c．考慮工件的表面粗糙度要求及外部幾何形狀的復(fù)雜程度

4 ~& B% t9 q* y& w$ q9 d! q4 x+ d6 G

如半圓頭、圓柱頭等形狀的機(jī)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(mǎn)，達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，一般都采用兩次鐓擊。預(yù)鐓錐形頭部為精鐓頭部成形創(chuàng)造良好的金屬流動(dòng)條件。

4 p, d9 Y9 q( E: u/ l

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

圖 36-10

, `) w* X# h6 N6 ?* Z4 i# W

值得強(qiáng)調(diào)的，不是對(duì)所有形狀比較復(fù)雜的產(chǎn)品都靠增加鐓鍛次數(shù)來(lái)解決。往往有的產(chǎn)品，鐓鍛次數(shù)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(chǎn)品在以后的鐓鍛中難以進(jìn)行。表現(xiàn)在工件在鐓鍛中出現(xiàn)開(kāi)裂或者損壞模具。

3 O* N) p! P5 I( A* ~5 |0 ]

解決這類(lèi)問(wèn)題的關(guān)鍵在于減少變形量，增加鋼材的塑性，采取更加有效的潤(rùn)滑。螺栓、螺釘在冷鐓工藝中選用大直徑線(xiàn)材、小變形工藝。一般線(xiàn)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(dá)到螺坯尺寸。

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

8 _$ ]* `* v6 b3 K' Q+ C3 d  ?

5 冷鐓工藝中力的計(jì)算方法

冷鐓力是確定工藝參數(shù)、設(shè)計(jì)模具、設(shè)計(jì)冷鐓機(jī)和專(zhuān)用設(shè)備選型的主要依據(jù)。

  q& N% _. u+ f. c) i

決定冷鐓力大小的因素較多，主要有以下幾個(gè)方面：

a．金屬的機(jī)械性能

冷鐓力隨材料強(qiáng)度、硬度的增加而增加。

. V' s, H8 r) u# @

b．工件形狀、變形程度

冷鐓力隨工件變形量的增加而增加。

4 M* B, s0 X8 Q& [, u. O

c．摩擦

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(chǎn)生對(duì)冷鐓力的影響。

d．工模具形狀

工模具形狀的不同，造成金屬在各方向流動(dòng)阻力的差異，從而影響冷鐓力。

6 冷鐓力的計(jì)算方法

1 p3 n/ }- P5 K

常用的冷鐓力的計(jì)算公式有：

a．經(jīng)驗(yàn)公式

P=Kбt·F（公斤）（公式36-8）

" c8 _6 v1 @7 ^1 u; ~3 O

式中

F——工件鐓鍛終止時(shí)的投影面積（mm2）

K——頭部形狀復(fù)雜系數(shù)，按圖36-11選擇。

對(duì)六角頭螺栓一般選K=2.0～2.4

бt——考慮冷作硬化后的變形阻力，可由下式計(jì)算：

бt （kg/mm2）(公式36-9)

式中 бb——鋼材抗拉強(qiáng)度極限（kg/mm2）

Fo——鐓鍛前坯料斷面積（mm2）

8 e( s% I3 c# u+ _

b．近似理論推導(dǎo)的計(jì)算公式

) m9 `$ N' y1 R& z  Q; |7 n

在考慮影響冷鐓力大小的主要因素的基礎(chǔ)上，并根據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行修正，得出如下的冷鐓力計(jì)算公式：

式中

d——鐓鍛后工件頭部最大直徑（mm）

h——鐓鍛后工件頭部高度（mm）

F——工件頭部投影面積（mm2）

Z——變形系數(shù)

n——工具形狀系數(shù)

α——工件變形部分形狀系數(shù)

μ——摩擦系數(shù)

Z、n、α、μ可按表36-2選取

表36--2 冷鐓力計(jì)算系數(shù)

" ?( e9 F, A" d, c

就計(jì)算的精確度而言，第二個(gè)公式比第一個(gè)公式計(jì)算結(jié)果要精確一些，但計(jì)算不如經(jīng)驗(yàn)公式簡(jiǎn)單，一般常采用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算，最后預(yù)以修正。

7 輔助工藝力的計(jì)算方法

$ x6 f$ k1 a6 S8 ?1 \+ r

1．剪切力的計(jì)算

. o$ x0 b; M& q6 S; s

冷鐓過(guò)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(kāi)來(lái)。影響剪切力大小的主要因素有鋼材機(jī)械性能、剪切面面積。

, M( H2 I) D$ U( k, v" F% S$ {5 @8 Q, e

其它如上、下切刀板的間隙、切刀刃口的鋒利程度等對(duì)剪切也發(fā)生影響，但計(jì)算中忽略不計(jì)。實(shí)際生產(chǎn)中，由于刀板刃口的磨損、刀板間間隙大小，都會(huì)引致剪切力增加。

( b6 \0 M2 U$ i5 }& [

a．毛坯切斷力的計(jì)算

P剪=F·τ（N）（公式36-11）

式中 F——坯料剪切面面積（mm2）

τ——鋼材抗剪強(qiáng)度

2 X+ f6 T! ~6 x* l

表36-3列出了常用鋼材的抗剪強(qiáng)度。

  A! [- v8 w6 j9 W

表36-3 常用材料剪切加工一般所采用的間隙和τ值

b．切邊力的計(jì)算公式

P切=LHτ（N）（公式36-12）

式中

L——切邊周長(zhǎng)（mm）

H——切邊高度（mm）

* ^# A9 f: b& N7 J$ D# e1 i

c．螺母沖孔力的計(jì)算公式

式中：

d——沖孔直徑（mm）

h——沖孔連皮厚度（mm）

（注：沖孔連皮是指螺母坯料沖孔時(shí)，需要沖出的鐵豆厚度，它小于螺母的高度。）

2．縮徑力的計(jì)算

冷鐓螺栓一般都采用粗徑線(xiàn)材縮徑工藝，即將大于螺紋外徑的線(xiàn)材，經(jīng)過(guò)一次或兩次縮徑，達(dá)到搓制螺紋坯料的尺寸。就縮徑而言，實(shí)際是一個(gè)正擠壓，可應(yīng)用正擠壓實(shí)心件的計(jì)算公式：

P=p·F（N）（公式36-14）

式中：

P——單位擠壓力（N/mm2）

F——縮徑前桿部截面積（mm2）

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

* s2 K) |+ \# z

8 頂料力

螺栓在冷鐓成形中的預(yù)鐓、精鐓、縮徑、切邊，螺母在鐓球、壓型等過(guò)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(lèi)、工件輪廓形狀、尺寸大小、模腔接觸表面的粗糙度、潤(rùn)滑等。

$ W( j3 @- U0 y- w" H* {

在正常情況下，一般頂料力不大，當(dāng)工件與凹模接觸面產(chǎn)生“粘滯”，摩擦力將大大增加，還有螺母球在凹模中產(chǎn)生重料（兩個(gè)螺母球坯），頂料力就會(huì)成倍增加，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)損壞模具，影響機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)。

4 F( i4 K9 [3 B% y+ L

所以自動(dòng)冷鐓機(jī)的頂料機(jī)構(gòu)一般都有與主機(jī)聯(lián)鎖的保險(xiǎn)裝置，一旦頂料出現(xiàn)故障，能自動(dòng)停車(chē)。頂料力的計(jì)算主要用于校核頂料機(jī)械中頂料桿、頂料凸輪的強(qiáng)度。

  o# {* _: t4 i0 Q7 }

a 凹模頂料力

PT=бt·F（N）（公式36-15）

式中бt——單位面積上的頂料力。經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)бt=500～600N/mm2

F——冷鐓工件桿部斷面積mm2，冷鐓螺母取相應(yīng)的坯件的投影面積mm2

b 切邊頂料力

PT=P·Kt（N）（公式36-16）

式中P——切邊力（N）

Kt——系數(shù)

頭部高度<5，Kt=0.1～0.12

% E4 M4 }- C, o8 }) ?3 v0 A

冷鐓工藝的工序

1 桿狀緊固件的冷鐓（壓）工藝

5 {9 c7 \" w4 c& U- }% B, a

桿狀緊固件冷鐓（壓）加工，應(yīng)考慮各工序（工位）的有關(guān)參數(shù)。主要參數(shù)有鐓鍛比，Lo、do分別為毛坯鐓鍛部分的原始長(zhǎng)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(jiàn)圖36-7。

Lo/do是衡量毛坯鐓粗變形的縱向穩(wěn)定性，即毛坯鐓粗部分在鐓粗時(shí)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(guò)大時(shí)，毛坯鐓鍛部分產(chǎn)生縱向彎曲。

影響坯件鐓粗變形的縱向穩(wěn)定性除Lo/do的值以外，還有其他因素。無(wú)論是自動(dòng)冷鐓機(jī)，還是切料機(jī)，無(wú)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(xiàn)垂直，應(yīng)有一個(gè)1°～5°角的傾斜。

這樣在冷鐓（壓）時(shí)，初沖對(duì)坯件的著力點(diǎn)不在中心，而會(huì)出現(xiàn)偏心，使坯件受力不均，從而產(chǎn)生變形不均，導(dǎo)致頭部成形時(shí)因縱向彎曲而出現(xiàn)折迭。

) O. M) k- O3 O3 k$ R

對(duì)于切斷面傾斜角小的，變形中產(chǎn)生的縱向彎曲不明顯，不至于達(dá)到影響頭部質(zhì)量的程度。

. H: v3 W$ I8 W

在冷鐓（壓）工藝中，在切斷以后，安排一個(gè)坯件整形，其主要目的就在于此。

+ g' i# T) w. }  u# O5 m+ [

此外，初沖型腔的底端是對(duì)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(shì)必產(chǎn)生偏移，同樣道理，也是影響產(chǎn)生縱向彎曲的因素。

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

為了使初沖變形中，改變坯件的穩(wěn)定性，尤其對(duì)于低碳鋼這類(lèi)切斷性較差的鋼種，為了增加坯件在變形中的穩(wěn)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。

) }; f6 E9 h" ]+ {# u' d$ s$ ]1 \' ]

據(jù)經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)Lo/do≤2.3時(shí)，只需要一次鐓鍛就可成形，不會(huì)出現(xiàn)縱向彎曲，當(dāng)Lo/do≤4.5時(shí)，要經(jīng)過(guò)兩次鐓鍛完成頭部成形；當(dāng)Lo/do≤8時(shí)，則要通過(guò)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(shù)愈多。

/ U8 n( g: j- G" U9 G$ W

D/H的比值愈大，鐓鍛成形難度就愈大。實(shí)際上，可將表示D、H的產(chǎn)品變形終了尺寸算成體積，再算出所需毛坯的長(zhǎng)度Lo和直徑do，用Lo/do的值來(lái)確定鐓鍛次數(shù)。

3 T* x5 H) E. ~; q$ |# q! p

二 六角頭螺栓頭部的確定

(1) 六角頭螺栓頭部初鐓形狀的確定

初鐓的形狀確定合理，將有利于金屬在型腔里的流動(dòng)，使金屬纖維流動(dòng)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(jiàn)圖36-13。

2 f1 W8 B7 y* p" k' m- o

! n1 d- n2 _' V; W5 F3 Y( D6 O; S

不帶彈簧頂桿的錐形沖模用于長(zhǎng)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(dāng)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(nèi)腔形狀,見(jiàn)圖36-14。

6 z" V- [9 _" ]7 M' r4 F3 a! A

在三擊鐓鍛時(shí)，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(gè)良好的對(duì)中性和穩(wěn)固性。錐形沖模工作型腔的尺寸，可根據(jù)要鐓制頭形的體積、線(xiàn)材直徑、沖模與凹模之間的距離來(lái)計(jì)算出來(lái)。

由圖36-15可見(jiàn)，整個(gè)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(chǎn)品頭部精鐓后的體積即V。V可由產(chǎn)品尺寸計(jì)算出，則V1=V-V2。

+ O% Y! u9 i4 _5 J0 d3 J

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(jīng)驗(yàn)公式：

V1=KV（mm3）（公式36-17）

式中 V——形成產(chǎn)品頭部的體積

K——產(chǎn)品形狀系數(shù)

對(duì)于六角頭螺栓及六角頭導(dǎo)頸螺栓，K=0.75～0.85；

對(duì)于半圓頭螺釘，K=0.7～0.8；

對(duì)于沉頭螺釘，K=0.5～0.6。

7 [7 b! n5 G" Y

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。

4 u( H# q2 T5 A% a' b

當(dāng)DK=1.2dM時(shí)，錐形體的體積V1為：

$ ]4 `! b* W& X, Z

(2)機(jī)器螺釘初鐓形狀的確定

機(jī)器螺釘種類(lèi)很多，主要區(qū)別于頭部的幾何形狀。總的說(shuō)，機(jī)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。

4 i: \0 P# \$ `

對(duì)于簡(jiǎn)單頭形的機(jī)器螺釘，單擊冷鐓生產(chǎn)的工件,如圖36-16，可采用一次鐓鍛。但是，不少品種的機(jī)器螺釘，頭部槽型比較復(fù)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(biāo)準(zhǔn)鐓制符合槽型要求的產(chǎn)品，初沖的造型起著決定性的作用。

  t8 F/ q$ P0 D. Y7 n( E6 y
6 Z: `2 ^+ T: Z  }! b( Z8 @$ r% \
% Y* K9 @& [/ Q& ^  b

在精鐓頭部成形時(shí)，同時(shí)對(duì)槽型產(chǎn)生鐓擠，這時(shí)產(chǎn)品頭部的變形，除了金屬因鐓粗而流動(dòng)充滿(mǎn)頭部大端以外，還會(huì)伴隨槽型的擠壓而有一個(gè)反受力方向流動(dòng)的趨勢(shì)，從而影響大端邊緣金屬的充滿(mǎn)。

" P& k& G% x; J4 `7 @

尤其在槽型方向有明顯“缺肉”的現(xiàn)象。

2 x' c$ a/ w0 O5 z- s$ T# E

為了解決這個(gè)局部不充滿(mǎn)的缺陷，將初沖的頂端做成圓弧形，對(duì)于平圓頭十字槽螺釘?shù)某鯖_做成圓錐形的頂端,并帶一個(gè)120°～150°的錐角體,見(jiàn)圖36-17。其目的是為了減少變形中金屬的反向流動(dòng)，有利于頭部大端的充滿(mǎn)。

(3)內(nèi)六角圓柱頭螺釘初鐓形狀的確定

4 d4 n. S1 [% k0 n1 w" I

冷鐓內(nèi)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(nèi)六方孔，幾何形狀復(fù)雜，產(chǎn)品性能要求高，為8.8、10.9、12.9級(jí)，使用的鋼材為中碳鋼、合金鋼、冷成形性能差，頭部變形復(fù)雜，鐓粗、正擠壓、反擠壓都有。因此，這類(lèi)產(chǎn)品初沖成形，一般應(yīng)經(jīng)過(guò)初鐓和第二次預(yù)鐓。圖36-18列出了幾種生產(chǎn)中常用的初鐓形狀。

  q+ \; G+ T. Z% m

在二序預(yù)鐓中，頭部鐓出內(nèi)六角預(yù)成形凹穴，是為下一工位精制內(nèi)六方孔時(shí)，減少變形量，金屬在反擠壓變形中流動(dòng)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(dòng)比較均勻地充滿(mǎn)頭部上、下端的邊緣。

: X- D. M; b/ }  w7 X! M+ ]. N3 A
4 b1 Q' U; g' I* A+ w. K; v# Y) q

(4)桿狀緊固件的精鐓

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

' r7 z! [3 r+ R6 C7 {

頭部的變形因產(chǎn)品頭部幾何尺寸不同而不一樣，大體有以下幾種形式：

: B6 l; r6 ]: z) W$ H

a 六角頭、四方頭的螺栓

圖36-19所示成形區(qū)有三個(gè)區(qū)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(lèi)型的機(jī)器螺釘，頭部完全在上模（光沖）型腔成形。

c 內(nèi)六角圓柱頭螺釘、凹穴六角頭螺栓類(lèi)產(chǎn)品，頭部在下模型腔里成形。因?yàn)槭蔷叄稀⑾履５墓ぷ餍颓唤砸獫M(mǎn)足產(chǎn)品頭部尺寸的要求。

  o: ?  R2 l7 Z! N4 `# B3 v

(5)桿狀緊固件的縮徑工藝

六角頭螺栓是應(yīng)用很普遍的緊固件，它的強(qiáng)度級(jí)別范圍大，從3.6～12.9級(jí)都有生產(chǎn)。

對(duì)于中、低強(qiáng)度級(jí)別的六角頭螺栓，一般采用兩種工藝生產(chǎn)，一為細(xì)桿工藝，一為粗桿縮徑工藝。

所謂細(xì)桿，是用相當(dāng)于螺紋坯徑尺寸的線(xiàn)材進(jìn)行冷鐓，線(xiàn)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(xiàn)材，冷鐓工藝中安排一次、二次或二次以上的縮徑，使螺紋長(zhǎng)度部分的桿部達(dá)到螺坯尺寸。

內(nèi)六角圓柱頭螺釘按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定是8.8級(jí)及其以上級(jí)別的高強(qiáng)度產(chǎn)品，盡管頭部變形程度不大，但使用線(xiàn)材強(qiáng)度較高，塑性相應(yīng)要小，因此普遍采用粗桿縮徑工藝，冷鐓中經(jīng)過(guò)一次及以上次數(shù)的縮徑，使螺紋長(zhǎng)度的桿部直徑達(dá)到螺坯尺寸。

% x7 J9 ]) J5 Y% T

六角頭螺栓采用細(xì)桿工藝，冷鐓時(shí)頭部變形程度相對(duì)于粗桿來(lái)說(shuō)有所增加，它適用于短規(guī)格全螺紋產(chǎn)品的生產(chǎn)。細(xì)桿工藝生產(chǎn)螺栓，常存在以下問(wèn)題：

* _& H0 k) A" S  t$ R* u6 l- g

a.頭部變形程度大，容易產(chǎn)生裂口，有時(shí)切六方邊裂口也不能完全去除。

( J$ O8 ^: \  |

b.頭部在鐓粗中，常因變形程度大而產(chǎn)生縱向彎曲，在距支承面1/3處出現(xiàn)折迭，見(jiàn)圖36-20，并導(dǎo)致螺栓掉頭。

c.頭部與桿部結(jié)合強(qiáng)度較差，成為細(xì)桿螺栓掉頭的隱患。采用粗桿縮徑工藝，避免了以上問(wèn)題。但是，由于需要縮徑，它不僅增加了縮徑力，使模具結(jié)構(gòu)也相應(yīng)復(fù)雜了。

" |) Y5 q! x" \; I9 B; Y. q+ B/ m
( c4 O/ x& t+ F+ {6 \
+ u9 Y$ x. g% E, l# ^$ S( q

它必須有縮徑模，一般用硬質(zhì)合金加工，增加了模具成本。

! z& l, B$ H: C6 M

此外，對(duì)線(xiàn)材的表面潤(rùn)滑、材料硬度也有特殊要求。生產(chǎn)中采用的線(xiàn)材大部分都經(jīng)過(guò)磷化、皂化處理。線(xiàn)材經(jīng)過(guò)球化退火,硬度應(yīng)為75～85HRB。

總的說(shuō)來(lái)，粗桿縮徑工藝雖然對(duì)線(xiàn)材、模具要求高，增加了生產(chǎn)成本，但是就產(chǎn)品質(zhì)量而言，它可減少由于材料塑性不好而產(chǎn)生的產(chǎn)品開(kāi)裂。提高了材料利用率，保證了產(chǎn)品的強(qiáng)度要求，綜合經(jīng)濟(jì)效率還是好的。

3 F4 i# {9 I+ \: H% U. S9 m

(6)螺栓頭部切邊

六角頭螺栓有頭部帶凹穴的及頭部平頂?shù)膬煞N型式。

9 C* K" \, u' z- a

從生產(chǎn)和使用角度看，頭部平頂?shù)牧穷^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(duì)線(xiàn)材塑性要求高，六角棱邊充滿(mǎn)差，常呈禿角，在扳擰使用中容易打滑，這點(diǎn)在設(shè)備自動(dòng)裝配線(xiàn)上反映更敏感，客觀上限制了這種頭型螺栓的生產(chǎn)。

$ D! ]1 o5 j5 s6 o7 B

頭部平頂?shù)穆菟ǎ绞怯汕羞呅纬傻模羞吙砂才旁诙喙の蛔詣?dòng)冷鐓機(jī)按多工位生產(chǎn)工藝完成，也可由專(zhuān)用的切邊機(jī)上來(lái)完成。

2 B% P& }$ K% s" X# q4 t+ p

螺母冷鐓（壓）工藝

7 h% M5 o1 A2 H$ ?* L/ w

1.常用螺母冷鐓工藝分類(lèi)

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

a.用較小直徑的線(xiàn)材冷鐓生產(chǎn)螺母

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

. `: N" n  A" l% g' ~# c8 O/ T7 n8 J

在三工位、四工位自動(dòng)冷鐓機(jī)生產(chǎn)，也可在壓力機(jī)上分序生產(chǎn)。在三工位冷鐓機(jī)上生產(chǎn)可省去整形，但大于M12以上規(guī)格的螺母，不經(jīng)整形，端面質(zhì)量及禿角的均勻性都不好控制。

5 t1 A, U6 `( W2 g2 h

b.用較大直徑的線(xiàn)材冷鐓生產(chǎn)螺母

! g8 c$ E% Y% j$ M  B4 I" }

這種工藝使用線(xiàn)材直徑do≈0.9s，經(jīng)切斷、整形、初鐓、預(yù)成形、精成形、沖孔而成，一般在五工位自動(dòng)冷鐓機(jī)上生產(chǎn)，夾鉗帶翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu),見(jiàn)圖36-24。

. ]/ g. n' v# P7 A; Z3 `

c.六方鋼成形工藝

; P/ [+ `! X, c& E  c

這種工藝方法用的較少，一般用于M20以上大規(guī)格螺母的生產(chǎn)，在壓力機(jī)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(jìn)行生產(chǎn)。

' ^6 t) A" P. z7 V( ^: W5 O! b

2.螺母冷鐓（壓）工藝分析

a.切斷

在自動(dòng)冷鐓機(jī)多工位生產(chǎn)或壓力機(jī)上分序生產(chǎn)，切斷都是第一道工序，也是較關(guān)鍵的工序。

4 O& Z7 m, d( f- V/ X% T* w

因?yàn)榍辛蠑嗫诘钠秸浴⑶械栋鍓合滤纬傻鸟R蹄印大小(見(jiàn)圖36-25)，都對(duì)下序的整形、鐓球有直接的影響。

由公式36-22可計(jì)算出切料長(zhǎng)度

1 d; y3 Z( s! }

式中

Lo——切料長(zhǎng)度mm

V型——螺母沖孔前坯料體積（mm3）

Fo——線(xiàn)

* ?+ L' P( J$ W" ~5 E$ ?0 D

材截面積m㎡

# R# a* E7 r8 @" E+ z

這僅是一個(gè)計(jì)算值，實(shí)際生產(chǎn)中還要通過(guò)調(diào)整檔料柱來(lái)修正切斷長(zhǎng)度。

有時(shí)還用稱(chēng)重法來(lái)衡量切料是否準(zhǔn)確，即坯料重相當(dāng)于切斷的料柱重。

切斷模的孔徑應(yīng)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。

5 a0 O8 ^' e1 f$ F( x

b.整形

! ?) Y- h# U5 L2 V5 M7 E

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(jìn)行修整，保證下一壓球工序的質(zhì)量。

" u2 t) ?2 ~2 ?4 k4 e

整形的尺寸d=do+(0.1～0.25)(mm)

/ L) |+ p$ K/ ?3 @6 O( X

式中 do——線(xiàn)材直徑mm。

c.鐓球

! y* g$ M$ O5 T

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

, G$ ?4 K5 O$ u1 k" s9 N

這樣，在壓六方時(shí)，相應(yīng)部位的摩擦力要小，金屬在壓型力的作用下，金屬流動(dòng)性好，容易充滿(mǎn)六方。如果dM、h偏大，則在壓六方時(shí)，不易充滿(mǎn)六角。如果為了使六方充滿(mǎn)而增加壓型力，則螺母端面就會(huì)產(chǎn)生飛邊。

# h' U/ B1 c& |

鼓形球尺寸按經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下：

dM=(0.7～0.8)d徑

Dmax≤Smin

式中 d徑——螺母公稱(chēng)直徑mm

Dmax——鼓形球最大直徑mm

smin——螺母s方最小尺寸mm

根據(jù)dM、D的尺寸和螺母坯料體積，鼓形球的其它尺寸可通過(guò)計(jì)算得出：

4 q4 J0 T; j- b' q3 d/ n2 h

6 E9 [/ J" n0 \; p

d.壓型

5 Q3 G, `! f* q, y

壓型,即鐓壓成型螺母的六方，使之滿(mǎn)足六方螺母外形尺寸的要求。

變形尺寸是否合理，直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量和模具的壽命。

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?jìng)?cè)面要有一個(gè)傾斜角γ（見(jiàn)圖36-28），其大小隨規(guī)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(guò)大，六方凹模上、下端口尺寸相差較多，會(huì)使六方下沖（又稱(chēng)壓型下模）在套模內(nèi)定位不穩(wěn)，容易造成鐓壓螺母坯料偏心，使螺母的垂直度（β）超差，同時(shí)經(jīng)沖孔脹方后s尺寸也達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)要求。γ取0°.30′～1°實(shí)際是由生產(chǎn)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)摸索而定的。

# g! C/ B7 k& f! e' L) z6 p

壓型除這個(gè)尺寸以外，還有很多尺寸與螺母的外形尺寸及產(chǎn)品的外觀等有直接關(guān)系（見(jiàn)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(gè)關(guān)鍵尺寸，偏小，沖孔容易產(chǎn)生毛刺;偏大，沖孔容易出現(xiàn)喇叭口，影響內(nèi)螺紋的完整。

經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)為：

＜M8：d1=d小max+(0.02～0.04)mm

M8～M14：d1=d小max+(0.05～0.10)mm

M14～M18：d1=d小max+(010～0.15)mm

M18～M24：d1=d小max+(0.15～0.30)mm

式中：

d小max——螺母內(nèi)螺紋小徑最大尺寸（mm）

d=(1.05～1.1)d徑

式中 d徑——螺母公稱(chēng)直徑（mm）

0 y5 R1 E5 X( G4 r% p5 B! I/ F
# r" Q" o) P7 n2 v, r, y4 ^& w! {

d尺寸過(guò)小，不利于螺母鐓壓成型，不利于金屬流動(dòng)，六棱角不清晰；d尺寸過(guò)大，螺母支承面減小，影響外觀及緊固強(qiáng)度。

d1和d尺寸確定后，按標(biāo)準(zhǔn)螺母內(nèi)倒角≈120°，一般取為106°，其原因是內(nèi)倒角取小一點(diǎn)，按公式計(jì)算，h尺寸就可大一些，這樣既可節(jié)省鋼材，螺母壓型時(shí)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。

h=(d--d1)tg37° （公式36-25）

' o% o( |/ }2 T' Q8 M

凹穴中另一重要尺寸為h1和α角，它們對(duì)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(guò)高，過(guò)高將影響螺母六方型坯及時(shí)從六方下模沖脫開(kāi)，接著下一個(gè)型坯又進(jìn)入凹模，從而引起重帽，而產(chǎn)生故障。

經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)為：

<M6： h1<0.30mm

M8～M10：h1=（0.4～0.5）mm

M10～M16：h1=（0.6～1.0）mm

M18～M24：h1=（1.2～1.6）mm

' {* H* R7 m) [5 c4 I' L

對(duì)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。

α一般取10°～15°。h1、α確定后，d2尺寸可按下式計(jì)算

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

h2=h+h1+tg15° (公式36-27)

凹穴尺寸一般不作為檢驗(yàn)依據(jù)，由模具的尺寸來(lái)保證。上述數(shù)據(jù)依據(jù)為GB/T6170-2000標(biāo)準(zhǔn)螺母。對(duì)于其他型式的螺母不完全適用。

e.沖孔

% ?1 h; d6 O1 ~" s, u3 Q

沖孔尺寸大小、質(zhì)量，都是為了滿(mǎn)足下序攻螺紋的要求。螺母內(nèi)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(zhì)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(nèi)靈活掌握。實(shí)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。

" q  r: L: d1 _# v- O

沖孔必須注意的問(wèn)題

1 螺母沖孔后s方脹方問(wèn)題

1 V3 s6 Y& W' l9 K7 e

沖孔實(shí)際上是對(duì)坯料進(jìn)行沖切。內(nèi)孔沖裁表面有沖切面還有撕裂面（圖36-30）。

孔沖對(duì)內(nèi)孔產(chǎn)生的沖切力導(dǎo)致孔沖與內(nèi)孔的接觸面產(chǎn)生摩擦力，與孔沖向下沖切方向相反，這樣形成的附加應(yīng)力所導(dǎo)致徑向張力，使s方徑向擴(kuò)張，即脹方。

- n& R' t$ V. k0 F

很顯然，脹方的大小與孔沖剛度、刃部鋒利情況有關(guān)，還與螺坯的材質(zhì)有關(guān)。

' p) e/ z. J, N9 U; ~

低碳鋼比中碳鋼脹方要大，普碳鋼比相同含碳量的優(yōu)質(zhì)鋼脹方要大。

% Y: T- b, a* Q  |' _, I

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(dāng)然，由于鋼材含碳量增加，強(qiáng)度增加，它對(duì)孔沖的強(qiáng)韌性要求也更高。

4 v) E4 ]# ]7 C# t: s; \( T0 J

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

即使注意到了這些問(wèn)題，但往往由于螺母材質(zhì)發(fā)生變化(材質(zhì)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(wèn)題，在M16及以上規(guī)格更突出。為了解決s方因沖孔脹方而超差的問(wèn)題，可采取以下措施：

a.減小沖孔尺寸，增加鉸孔，鉸孔余量在0.5～1mm；

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；

4 l% R7 }  s5 ?5 ^$ I) _/ Q" _

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(jìn)入凹模。

模腔要有0°10′～0°15′的出模錐度。采用此種結(jié)構(gòu)，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(chǎn)。

& {' M1 y5 e4 |! ^6 O
2 m3 `/ Q. z" X# E2 S1 K# a2 y2 C
$ Q2 Z7 @! o3 i! ?

表36-4 部分規(guī)格螺母沖孔后的脹方值。

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(bǔ)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(guī)格的增大，γ角也增大，最大不宜超過(guò)1°

d.改進(jìn)壓六方?jīng)_頭的凸臺(tái)尺寸，即螺母壓型后坯料兩端凹穴尺寸中的h1。

適當(dāng)加高h(yuǎn)1部位，即減少?zèng)_孔連皮厚度，可改善沖孔時(shí)的脹方情況，但h1不宜過(guò)高，過(guò)高對(duì)坯料脫離凸臺(tái)不利，容易產(chǎn)生重料（即第一個(gè)坯料沒(méi)脫離開(kāi)，第二個(gè)坯料就來(lái)了）而造成事故。

, W& f' K4 n) H* @  }

e.采用反沖孔，可解決脹方問(wèn)題。

2 孔的粗糙度和圓整度

3 f0 x/ @. e1 o  n# X1 c: Q

為了使粗糙度達(dá)到最小及得到較圓整的內(nèi)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(nèi)壁80%以上呈光亮帶（參見(jiàn)圖36-30），撕裂帶不超過(guò)孔壁的20%。

. m/ N! {; q: ]  H+ `/ l. x

采用小間隙沖孔，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)另一個(gè)質(zhì)量問(wèn)題：“槽孔”，見(jiàn)圖36-32。“槽孔”是由于沖孔時(shí)產(chǎn)生二次光亮帶引起的。

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

a.凸臺(tái)式?jīng)_孔凹模

& T. K5 F' N9 }+ [* [  O' y

如圖36-33所示。

0 {0 X& D" r, U# C) Q' E& k( |

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

; y; f; D9 b; h% \$ V

它的優(yōu)點(diǎn)是沖孔時(shí)容易定位，沖出的孔斷裂帶少，“喇叭口”不嚴(yán)重。

缺點(diǎn)是，當(dāng)沖孔速度較慢時(shí)會(huì)產(chǎn)生“槽孔”，當(dāng)更換新孔沖，孔沖的刃口較鋒利時(shí)，也可能出現(xiàn)“槽孔”，這時(shí)，只要用砂紙將孔沖刃口砂成圓角，可在沖孔時(shí)起擠光沖切面的作用，可避免“槽孔”的出現(xiàn)。

采用這種凹模，壓六方的下沖頭凸臺(tái)h1不宜太高，過(guò)高，沖孔時(shí)容易產(chǎn)生鐵屑，粘在凹模面上，使螺母端面產(chǎn)生壓痕，影響外觀。

b.平直式?jīng)_孔凹模

如圖36-34所示，這類(lèi)凹模的間隙可稍大于上述凹模，壽命也較長(zhǎng)。缺點(diǎn)是：在沖孔速度較慢時(shí)容易產(chǎn)生毛刺，或單面撕裂一塊，超過(guò)普通斷裂帶，有時(shí)一直延伸到螺母內(nèi)倒角處，（參見(jiàn)圖36-30），造成攻絲時(shí)扣不完整。

這種現(xiàn)象在低強(qiáng)度螺母沖孔時(shí)容易發(fā)生，造成質(zhì)量不穩(wěn)。

7 j4 R% ~% i0 B

c.帶圓角的沖孔凹模

1 s8 D7 ^! g# s5 `9 g  }

如圖36-35所示，這類(lèi)凹模內(nèi)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(diǎn)是沖出的孔斷裂帶較大，即“喇叭口”大，一般通過(guò)鉸孔，使孔圓整光潔，達(dá)到尺寸要求。對(duì)低強(qiáng)度螺母沖孔時(shí)，也會(huì)單面撕裂到內(nèi)倒角處。優(yōu)點(diǎn)是模具壽命較長(zhǎng)。

328Feng_328

學(xué)習(xí)了

twzd333890501

資料相當(dāng)可以，點(diǎn)贊

洪澤江h(huán)zj

學(xué)習(xí)了，謝謝。

ydf4692

整理的到位，非常適合初學(xué)者的理論學(xué)習(xí)。

ydf4692

難得的冷鐓學(xué)習(xí)資料。