冷镦成型工艺

紧固件冷镦成型工艺紧固件成型工艺中，冷镦（挤）技术是一种主要加工工艺。冷镦（挤）属于金属压力加工范围。在生产中，在常温状态下，对金属施加外力，使金属在预定的模具内成形，这类方法平时叫冷镦。实质上，任何紧固件的成形，不只是冷镦一种变形方式能实现的，它在冷镦过程中，除了镦粗变形外，还陪同有正、反挤压、复合挤压、冲切、辗压等多种变形方式。所以，生产中对冷镦的叫法，可是一种习惯性叫法，更的确地说，应该叫做冷镦（挤）。冷镦（挤）的优点很多，它适用于紧固件的大批量生产。它的主要优点概括为以下几个方面：a．钢材利用率高。冷镦（挤）是一种少、无切削加工方法，如加工杆类的六角头螺栓、圆柱头内六角螺钉，采用切削加工方法，钢材利用率仅在25%～35%，而用冷镦（挤）方法，它的利用率可高达85%～95%，仅是料头、料尾及切六角头边的一些工艺耗资。b．生产率高。与通用的切削加工对照，冷镦（挤）成型效率要高出几十倍以上。c．机械性能好。冷镦（挤）方法加工的零件，由于金属纤维未被切断，所以强度要比切削加工的优越得多。d．适于自动化生产。合适冷镦（挤）方法生产的紧固件（也含一部分异形件），基本属于对称性零件，合适采用高速自动冷镦机生产，也是大批量生产的主要方法。总之，冷镦（挤）方法加工紧固件、异形件是一种综合经济效益相当高的加工方法，是紧固件行业中宽泛采用的加工方法，也是一种在国内、外广为利用、很有发展的先进加工方法。所以，如何充分利用、提高金属的塑性、掌握金属塑性变形的机理、研制出科学合理的紧固件冷镦（挤）加工工艺，是本章的目的和要旨所在。金属变形的基本看法1.1变形变形是指金属受力（外力、内力）时，在保持自己完满性的条件下，组成自己的微小微粒的相对位移的总和。变形的种类a.弹性变形金属受外力作用发生了变形，当外力去掉后，恢还原来形状和尺寸的能力，这类变形称为弹性变形。弹性的利害是经过弹性极限、比率极限来衡量的。b.塑性变形金属在外力作用下，产生永久变形（指去掉外力后不能够恢复原状的变形）的完满性又不会被损坏的变形，称为塑性变形。塑性的利害经过伸长率、断面缩短率、信服极限来表示。

，但金属自己

塑性的评定方法为了评定金属塑性的利害，常用一种数值上的指标，称为塑性指标。塑性指标是以钢材试样开始损坏刹时的塑性变形量来表示，生产实质中，平时用以下几种方法：(1)拉伸试验拉伸试验用伸长率δ和断面缩短率ψ来表示。表示钢材试样在单向拉伸时的塑性变形能力，是金属资料标准中常用的塑性指标。δ和ψ的数值由以下公式确定：LkLo100%（公式36-1）Lo（公式36-2）式中：L0、Lk——拉伸试样原始标距、损坏后标距的长度。F0、Fk——拉伸试样原始、破断处的截面积。(2)镦粗试验又称压扁试验它是将试样制成高度Ho为试样原始直径Do的1.5倍的圆柱形，尔后在压力机进步行压扁，直到试样表面出现第1条肉眼可观察到的裂纹为止，这时的压缩程度εc为塑性指标。其数值按下式可计算出：（公式36-3）式中Ho——圆柱形试样的原始高度。Hk——试样在压扁中，在侧表面出现第1条肉眼可见裂纹时的试样高度。(3)扭转试验扭转试验是以试样在扭断机上扭断时的扭转角或扭转圈数来表示的。生产中最常用的是拉伸试验和镦粗试验。无论哪一种试验方法，都是相对于某种特定的受力状态和变形条件的。由此所得出的塑性指标，可是相比较较而言，仅说明某种金属在什么样的变形条件下塑性的利害。影响金属塑性及变形抗力的主要因素金属的塑性及变形抗力的看法：金属的塑性可理解为在外力作用下，金属能坚固地改变自己的形状而质点间的联系又不被损坏的能力。并将金属在变形时反作用于施加外力的工模具的力称为变形抗力。影响金属塑性及变形抗力的主要因素包括以下几个方面：a．金属组织及化学成分对塑性及变形抗力的影响金属组织决定于组成金属的化学成分，其主要元素的晶格种类，杂质的性质、数量及分布情况。组成元素越少，塑性越好。比方纯铁拥有很高的塑性。碳在铁中呈固熔体也拥有很好的塑性，而呈化合物，则塑性就降低。如化合物Fe3C实际上是很脆的。一般在钢中其他元素成分的增加也会降低钢的塑性。钢中随含碳量的增加，则钢的抗力指标（бb、бp、бs等）均增高，而塑性指标（ε、ψ等）均降低。在冷变形时，钢中含碳量每增加0.1%，其强度极限бs大体增加6～8kg/mm2。硫在钢中以硫化铁、硫化锰存在。硫化铁拥有脆性，硫化锰在压力加工过程中变成丝状获取拉长，所以使在与纤维垂直的横向上的机械指数降低。所以硫在钢中是有害的杂质，含量愈少愈好。磷在钢中使变形抗力提高，塑性降低。含磷高于0.1%～0.2%的钢拥有冷脆性。一般钢的含磷量控制在百分之零点零几。其他如低熔点杂质在金属基体的分布状态对塑性有很大影响。总之，钢中的化学成分愈复杂，含量愈多，则对钢的抗力及塑性的影响也就愈大。这正说明某些高合金钢难于进行冷镦（压）加工的原因。b．变形速度对塑性及变形抗力的影响变形速度是单位时间内的相对位移体积：d（公式36-4）Wdt不应将变形速度与变形工具的运动速度混作一谈，也应将变形速度与变形体中质点的搬动速度在看法上差异开来。一般说来，随着变形速度增加，变形抗力增加，塑性降低。冷变形时，变形速度的影响不如热变形时显着，这是由于无硬化除掉的过程。但当变形速度特别大时，塑性变形产生的热（即热效应）不得失散自己温度高升会提高塑性、减少变形抗力。c．应力状态对塑性及变形抗力的影响在外力作用下，金属内部产生内力，其单位面积之强度称之为应力。受力金属处于应力状态下。从变形体内分别出一个微小基元正方体，在所取的正方体上，作用有未知大小但已知方向的应力，把这类表示点上主应力个数及其符号的简图叫主应力求。表示金属受力状态的主应力求共有九种，其中四个为三向主应力求，三个为平面主应力求，两个为单向主应力求，如图36-1所示。主应力由拉应力引起的为正号，主应力由压应力引起的为负号。在金属压力加工中，最常碰到的是同号及异号的三向主应力求。在异号三向主应力求中，又以拥有两个压应力和一个拉应力的主应力求为最宽泛。同号的三向压应力求中，各方向的压应力均相等时（б1=б2=б3），并且，金属内部没有松懈及其他弊端的条件下，理论上是不能产生塑性变形的，只有弹性变形产生。不等的三向压应力求包括的变形工艺有：体积模锻、镦粗、闭式冲孔、正反挤压、板材及型材轧制等。在生产实质中很少迂到三向拉伸应力求，仅在拉伸试验中，当产生缩颈时，在缩颈处的应力线，是三向拉伸的主应力求，如图36-2所示在镦粗时，由于摩擦的作用，也表现出三向压应力求，如图36-3所示。总之，受力金属的应力状态中，压应力有利于塑性的增加，拉应力将降低金属的塑性。d．冷变形硬化对金属塑性及变形抗力的影响金属经过冷塑性变形，引起金属的机械性能、物理性能及化学性能的改变。随着变形程度的增加，所有的强度指标（弹性极限、比率极限、流动极限及强度极限）都有所提高，硬度亦有所提高；塑性指标（伸长率、断面缩短率及冲击韧性）则有所降低；电阻增加；抗腐化性及导热性能降低，并改变了金属的磁性等等，在塑性变形中，金属的这些性质变化的总和称作冷变形硬化，简称硬化。e．附加应力及节余应力的影响在变形金属中应力分布是不均匀的，在应力分布很多的地方希望获取较大的变形，在应力分布较少的地方希望获取较小的变形。由于承受变形金属自己的完满性，就在其内部产生互相平衡的内力，即所谓附加应力。当变形停止后，这些互相平衡的应力便存在变形体内部，组成节余应力，影响今后变形工序中变形金属的塑性和变形抗力提高金属塑性及降低变形抗力的工艺措施针对影响金属塑性及变形抗力的主要因素，结合生产实质，采用有效的工艺措施，是完全能够提高金属塑性及降低其变形抗力的，生产中，常采用的工艺措施有：a．坯料情况冷镦用原资料，除了要求化学成份、组织均匀，不要有金属夹杂等以外，一般要对原资料进行消融退火办理，目的在于除掉金属轧制时残留在金属内部的节余应力，使组织均匀，降低硬度，要求冷镦前金属的硬度HRB≤80。对中碳钢，合金钢一般采用球化退火，目的是除除掉应力、使组织均匀外，还可改进金属的冷变形塑性。b．提高模具圆滑度及改进金属表面润滑条件这两项措施都是为了降低变形体与模具工作表面的摩擦力，尽可能降低变形中由于摩擦而产生的拉应力。c．选择合适的变形规范在冷镦（挤）工艺中，一次就镦击成形的产品很少，一般都要经过两次及两次以上的镦击。所以必定做到每次变形量的合理分配，这不只有利于充分利用金属的冷变形塑性，也有利于金属的成形。如生产中采用冷镦、冷挤复合成形、螺栓的两次缩径、螺母的大料小变形等。1.2金属塑性变形的基本规律最小阻力定律金属在变形中，变形体的质点有向各方向搬动的可能，变形体质点的搬动是沿其最小阻力方向搬动，称为最小阻力定律。在六角头螺栓多工位冷镦中，第二工位精镦时，金属向上、下模张口处流动并形成飞边是最小阻力定律起作用的表现。图36-4表示坯件在模具中镦锻时，它在充满上、下模腔的同时还向上、下模组成的缝隙向四周流，只有当往飞边流动的阻力大于在模腔其他部分的阻力时，金属充满模腔才有可能。在上模向下运动中，飞边上金属流动阻力随飞边厚度的减小而增加，这时才能保证最后充满上、下模腔。体积不变定律金属塑性变形中，其密度改变极为微小，能够忽略。塑性变形的物体之体积保持不变，金属坯件在塑性变形以前的体积等于变形后的体积。体积不变定律是依照产品形状尺寸、计算出体积，据此再确定所需坯件的详尽尺寸。最小阻力定律则是金属变形次数如何确定，每次变形量如何分配、工模具结构形状确定的设计最主要的依照。

变形中影响金属流动的主要因素a．摩擦的影响在变形中模具和坯件间的接触面上不能防范的有摩擦力存在，由于摩擦力的作用，改变了金属流动的特色。如图36-5所示，在平板间镦粗矩形坏料时，由于摩擦力的作用，使各向阻力不一样，变形中，断面不能够连续保持矩形。按最小阻力定律，它会逐渐趋于圆形。若无摩擦力作用，则坯件处于理想的均匀变形状态，变形前后在几何形状上依旧相似。图36-6为环形坯件的镦粗表示图。当无摩擦时，环形件在高度上被压缩，依照体积不变条件，无论是外层还是内层，金属的直径都有所增加，即所有金属都沿径向辐射状向外流动。由于有摩擦的存在，流动碰到阻拦。越凑近内层金属向外流动的阻力越大，比向内流动时还要大，所以改变了流动的方向，以下列图，在环形件中出现了流动的分界面（dN）。b．工模具形状的影响由于工模具形状不一样，所施加给坯件的作用力，以及模具与坯件接触的摩擦力也不同样，引致金属在各方向流动阻力的差异，从而金属在各方向流动体积的分配也有所差异。c．金属自己性质不均的影响金属自己的性质不均，反响出金属成份的不均、组织不均、以及在变形中内部温度的不均等。这些性质的不均匀性，在金属内部出现互相平衡的附加应力，由于内力的存在，使金属在各自流动的阻力有所差异，变形第一发生在阻力最小的部分。金属冷镦（挤）工艺2.1冷镦（挤）工艺基本看法冷镦、冷压在室温状态下，将坯料置于自动冷镦机或压力机的模具中，对模具施加压力，利用上、下模的相对运动，使坯件在模腔里变形，高度减小，横截面增加，这样的压力加工方法，对自动冷镦机而言叫冷镦，对压力机而言叫冷压。实质生产中，紧固件冷成型工艺，在冷镦的过程中，常常陪同有挤压的方式。所以，单就紧固件产品的冷镦工艺，实质是既有冷镦，也有挤压的一种复合工艺的加工方法。冷镦（挤）的变形方式a．冲裁使坯件的一部分与主体切割开。如线材的切断、螺母的冲孔、六角头螺栓的头部切边等。b．镦粗使坯件高度缩短、横截面增加的加工方法，如螺母的镦球、螺栓头部成型的预镦、精镦等。c．正挤压

坯件在冷镦压中，坯件在下模中变形时，

金属的流动方向与上模的运动方向一致。冷镦螺栓、圆柱头内六角螺钉中的粗杆缩径就是一种正挤压。d．反挤压

坯件在变形中，金属的流动方向与上模的运动方向相反。

圆柱头内六角螺钉头部成形就属反挤压。e．复合挤压坯件在变形中金属的流动方向一部分与上模的运动方向同样，一部分又相反。即变形中既存在正挤压，也存在反挤压。如圆柱头内六角螺钉在同一工位变形中既有杆部缩径（正挤压）又有头部成型（反挤压）。冷镦（挤）变形程度a．变形程度是指坯料被镦锻部分长度在镦锻终了的压缩量与原始高度的比值，锻终了截面积的增加量与原始横截面的比值。b．变形程度的表示方法

也许坯料截面积在镦第一种方法用镦锻比

(S),如图

36-7所示。：即（公式36-5）式中：h0——被镦锻部分的原始高度d0——被镦锻部分的原始直径镦锻比能够确定镦锻的难易，镦锻比愈小，变形量愈小，变形更简单。镦锻比愈大，变形愈难，金属纤维流动不规则，有的纤维被折曲，形成纵向波折现象。如图36-8所示。第二种方法用镦锻率（ε）即：（公式36-6）（公式36-7）式中ho、Fo——镦锻前头部资料的原始高度、横截面积h、F——镦锻后工件的高度、横截面积c．许用变形程度当冷镦变形程度高出金属自己的变形限度时，变形的工件侧面会出现裂纹，而造成不良品，其模具使用强度也会碰到影响，降低使用寿命，严重时可使模具开裂而损坏。金属的许用变形程度与金属自己的塑性有关,塑性好的金属,许用变形程度要高于塑性较差的金属。碳钢含碳量愈高，它的塑性愈低，许用变形程度也会愈小。在生产中，对于塑性较差的金属，如中碳钢、合金钢的冷镦常采用对钢材进行退火消融办理、增加模具的强韧性、金属表面润滑等，目的就在于使金属的许用变形程度获取提高。表36-1列出了部分钢材的许用变形程度。ε%钢材牌号ε%钢材牌号30T10、T1270～7515Cr、Y1235～5050、60Mn、40CrNiMo75～8030、35、40Cr55～6040、45、30MnSi、GCr1580～9010（0.03%Si）、10F、1565～7020（0.17～0.37%Si）镦锻次数的确定产品在冷镦中，平时都要经过两次以上的镦锻才能成型。镦锻次数确定合理，将充分利用金属的许用变形程度，提高模具的使用寿命，保证产品的质量。确定镦锻次数，考虑以下因素：a．镦锻比即坯料需要变形部分的长度与直径的比，比值过大，一次镦锻就会出现纵弯现象，后，会出现夹层，如图36-9所示。要防范镦锻中出现这些弊端，必定增加镦锻次数。即首先将坯料预镦成锥形，此后再精镦，直至达到需要形状。一般按以下数据来决定镦锻次数：当≤2.5时，可一次镦锻；当2.5<ho≤4.5时，镦锻两次；当4.5<do≤6.5时，镦锻三次。

压扁b．考虑工件头部直径D与高度H的比值。如图36-10所示，是头部直径较大、高度较小的大直径薄扁头细杆零件，所需坯料

h0/d0在2以上大头细杆零件，若采用一次镦锻成形，就会在头部边缘处产生裂纹。近似的工件，只有增加镦锻次数，采用逐渐成形的方法。c．考虑工件的表面粗糙度要求及外面几何形状的复杂程度如半圆头、圆柱优等形状的机螺钉，诚然头部所需坯料的ho/do值一般都小于2.5，但为了头部在变形中能充满，达到标准要求，一般都采用两次镦击。预镦锥形头部为精镦头部成形创立优异的金属流动条件。又如用大直径小变形的线材镦制螺母，采用线材直径为0.9s（s为六角螺母对边尺寸），一般产品的变形程度为25%左右，但由于六角螺母形状比较复杂，镦制中变形方式很多，它既有冷镦又有复合挤压和冲孔，为了有利于变形中金属流动，所以采用3～4次镦击成形。值得重申的，不是对所有形状比较复杂的产品都靠增加镦锻次数来解决。常常有的产品，镦锻次数增加了，在第一次、第二次镦锻中很简单成型，但由于冷作硬化的原因，使产品在今后的镦锻中难以进行。表现在工件在镦锻中出现开裂也许损坏模具。解决这类问题的要点在于减少变形量，增加钢材的塑性，采用更加有效的润滑。螺栓、螺钉在冷镦工艺中采用大直径线材、小变形工艺。一般线材直径与螺钉螺纹直径D相凑近，用一次或两次杆部缩径达到螺坯尺寸。对中碳钢、合金钢而言，在资料改制中用球化退火来改进钢材的冷镦塑性，用磷化、皂化办理来保证钢材的表面润滑，使之变形中尽可能减少摩擦。别的在模具上增加强韧性，使它承受复杂的变形中有刚性，又有足够的韧性和耐磨性。冷镦工艺中力的计算方法冷镦力冷镦力是确定工艺参数、设计模具、设计冷镦机和专用设备选型的主要依照。决定冷镦力大小的因素很多，主要有以下几个方面：a．金属的机械性能冷镦力随资料强度、硬度的增加而增加。b．工件形状、变形程度冷镦力随工件变形量的增加而增加。c．摩擦由于模具和工件间的接触面有摩擦力，不一样程度地改变了作用力的方向和大小，从而产生对冷镦力的影响。d．工模具形状工模具形状的不一样，造成金属在各方向流动阻力的差异，从而影响冷镦力。冷镦力的计算方法常用的冷镦力的计算公式有：a．经验公式P=Kбt·F（公斤）（公式36-8）式中F——工件镦锻停止时的投影面积（mm2）K——头部形状复杂系数，按图36-11选择。对六角头螺栓一般选K=2.0～2.4бt——考虑冷作硬化后的变形阻力，可由下式计算：бtblnF（kg/mm2）(公式36-9)式中Fokg/mm2）бb——钢材抗拉强度极限（Fo——镦锻前坯料断面积（mm2）b．近似理论推导的计算公式在考虑影响冷镦力大小的主要因素的基础上，并依照经验进行修正，得出以下的冷镦力计算公式：（公式36-10）式中d——镦锻后工件头部最大直径（mm）h——镦锻后工件头部高度（mm）F——工件头部投影面积（mm2）Z——变形系数n——工具形状系数α——工件变形部分形状系数μ——摩擦系数Z、n、α、μ可按表36-2采用бZ变形系数b(N/mm2)工牌号数值形状序10340预简单20420精简单25460精复杂

表36--2冷镦力计算系数n工具形状系数α冷镦部分形状系μ摩擦系数数系数凹陷棱角系数条件系数面润滑系数1.0～2无无1.0圆柱形1.3研磨石墨0.05～0.101.2～有无1.75～2.0正方形2.0研磨无0.1～0.151.5六角形1.5～有有2.5矩形2.5精加工0.15～0.21.830500非对称形2.5～3.0粗加工0.20～0.30复杂形就计算的精确度而言，第二个公式比第一个公式计算结果要精确一些，但计算不如经验公式简单，一般常采用经验公式计算，最后预以修正。辅助工艺力的计算方法1．剪切力的计算冷镦过程中，坯料的切断、头部切边、螺母冲孔等，都是使一部分资料从基体中冲、切开来。影响剪切力大小的主要因素有钢材机械性能、剪切面面积。其他如上、下切刀板的间隙、切刀刃口的尖锐程度等对剪切也发生影响，但计算中忽略不计。实质生产中，由于刀板刃口的磨损、刀板间缝隙大小，都会引致剪切力增加。a．毛坯切断力的计算P剪=F·τ（N）（公式36-11）式中F——坯料剪切面面积（mm2）τ——钢材抗剪强度表36-3列出了常用钢材的抗剪强度。表36-3常用资料剪切加工一般所采用的缝隙和τ值资料缝隙（%）抗剪强度τ（料软钢6～9t320～400硬钢8～12t550～900硅钢450～5607～11t420～560不锈钢软180～220铜6～10t硬250～300注：t——坯料截面（剪切面）厚度b．切边力的计算公式P切=LHτ（N）式中L——切边周长（mm）H——切边高度（mm）c．螺母冲孔力的计算公式式中：d——冲孔直径（mm）

N/mm2）材资料缝隙（%）抗剪强度τ软220～300黄铜6～10t350～400硬软5～8t70～110铝硬6～10t130～180软220铝合金6～10t硬380,mm（公式36-12）h——冲孔连皮厚度（mm）（注：冲孔连皮是指螺母坯料冲孔时，需要冲出的铁豆厚度，它小于螺母的高度。）2．缩径力的计算冷镦螺栓一般都采用粗径线材缩径工艺，立刻大于螺纹外径的线材，经过一次或两次缩径，达到搓制螺纹坯料的尺寸。就缩径而言，实质是一个正挤压，可应用正挤压实心件的计算公式：式中：

P=p·F（N）P——单位挤压力（

N/mm2）

（公式

36-14）F——缩径前杆部截面积（

mm2）P可依照含碳量不一样，变形程度ε不高出

30%时，可取

P=600～900N/mm2。顶料力螺栓在冷镦成形中的预镦、精镦、缩径、切边，螺母在镦球、压型等过程中，都需要将所镦锻的坯件从凹模中推出，需要必然的顶料力。影响顶料力大小的主要因素有：钢材种类、工件轮廓形状、尺寸大小、模腔接触表面的粗糙度、润滑等。在正常情况下，一般顶料力不大，当工件与凹模接触面产生“粘滞”，摩擦力将大大增加，还有螺母球在凹模中产生重料（两个螺母球坯），顶料力就会成倍增加，严重时还会损坏模具，影响机器运转。所以自动冷镦机的顶料机构一般都有与主机联锁的保险装置，一旦顶料出现故障，能自动停车。顶料力的计算主要用于校核顶料机械中顶料杆、顶料凸轮的强度。a凹模顶料力PT=бt·F（N）（公式36-15）式中бt——单位面积上的顶料力。经验数据бt=500～600N/mm2F——冷镦工件杆部断面积mm2，冷镦螺母取相应的坯件的投影面积b切边顶料力PT=P·Kt（N）（公式36-16）

mm2式中P——切边力（N）Kt——系数头部高度<5，Kt=0.1～0.12头部高度≥5，Kt=0.12～0.152.2冷镦工艺中工序、工位变形形状的解析紧固件产品的冷镦（压），由压力机、自动冷镦机来完成。分序冷压、单工位、多工位冷镦中，上序或上工位镦（压）的半成品形状，直接影响着下序或下一工位的成形。所以,在合理分配变形比的基础上如何确定正确的变形形状，对今后的变形以及产质量量都有着直接关系。杆状紧固件的冷镦（压）工艺杆状紧固件冷镦（压）加工，应试虑各工序（工位）的有关参数。主要参数有镦锻比，Lo、do分别为毛坯镦锻部分的原始长度和原始直径

;D、H

分别表示镦锻后工件的直径和高度，拜会图36-7。Lo/do是衡量毛坯镦粗变形的纵向坚固性，即毛坯镦粗部分在镦粗时的抗纵向波折能力。Lo/do的值越小，越有利于头部的镦锻成形；Lo/do的值过大时，毛坯镦锻部分产生纵向弯曲。影响坯件镦粗变形的纵向坚固性除Lo/do的值以外，还有其他因素。无论是自动冷镦机，还是切料机，无论是刀板切料，还是套筒刀切料，坯件的切断面都不能够与其轴心线垂直，应有一个1°～5°角的倾斜。这样在冷镦（压）时，初冲对坯件的着力点不在中心，而会出现独爱，使坯件受力不均，从而产生变形不均，以致头部成形时因纵向波折而出现折迭。对于切断面倾斜角小的，变形中产生的纵向波折不显然，不至于达到影响头部质量的程度。在冷镦（压）工艺中，在切断今后，安排一个坯件整形，其主要目的就在于此。其他，初冲型腔的底端是对坯件施加镦锻力的传达面，若是中心偏移，合力的作用中心必然产生偏移，同样道理，也是影响产生纵向波折的因素。在初冲中采用带弹簧的顶杆（参见图36-13），即可缓解这类影响。其他如机床的运转精度、操作者对工装安装调整水平也对初冲成形有影响。为了使初冲变形中，改变坯件的坚固性，特别对于低碳钢这类切断性较差的钢种，为了增加坯件在变形中的坚固性，在初冲小端工作型腔中除了锥形外，还要有高为1.5～2mm的圆柱形型腔,如图36-12所示。据经验，当Lo/do≤2.3时，只要要一次镦锻即可成形，不会出现纵向波折，当Lo/do≤4.5时，要经过两次镦锻完成头部成形；当Lo/do≤8时，则要经过三次镦锻完成头部成形。总之，Lo/do的值愈大，需要镦锻的次数愈多。对于中碳钢、合金钢而言，由于镦锻带给的冷作硬化，使今后的变形工序难以进行，这时需要将连续冷镦（压）改成分序冷压，在工序间的半成品经过消融退火办理，使半序品硬度降低，并去除工序变形中产生的内应力。D/H的比值愈大，镦锻成形难度就愈大。实质上，可将表示体积，再算出所需毛坯的长度Lo和直径do，用Lo/do

D、H的产品变形终了尺寸算成的值来确定镦锻次数。六角头螺栓头部初镦形状的确定初镦的形状确定合理，将有利于金属在型腔里的流动，使金属纤维流动不凌乱，有利于下一工位的变形。初镦的形状为锥形，初镦锥形模腔有两种形式，一为不带弹簧顶杆（针），一为带弹簧顶杆（针）,见图36-13。不带弹簧顶杆的锥形冲模用于长杆工件的镦制；带弹簧顶杆的冲模用于杆部较短的工件。不带弹簧顶杆初冲的锥形型腔锥角合适大一些，使工件简单走开初镦模，一般α取8°～16°，初镦冲头的内腔形状,见图36-14。在三击镦锻时，需要镦两次锥形，第一次锥形，锥角特别小，α为2°～3°，基本起着整形作用，使它在第二次初镦变形中，有一个优异的对中性和坚固性。锥形冲模工作型腔的尺寸，可依照要镦制头形的体积、线材直径、冲模与凹模之间的距离来计算出来。由图36-15可见，整个锥形头部的体积由体积V1和V2两部分组成，即V锥=V1+V2，而V锥等于产品头部精镦后的体积即V。V可由产品尺寸计算出，则V1=V-V2。从图36-15可看出，V2的限制因素很多，如冲模与凹模的缝隙距离、凹模工作凹穴的深度，以及金属在里面的充填形状、形成V2的桶形直径等，所以一般都采用经验公式：V1=KV式中

（mm3）（公式36-17）V——形成产品头部的体积K——产品形状系数对于六角头螺栓及六角头导颈螺栓，K=0.75～0.85；对于半圆头螺钉，K=0.7～0.8；对于沉头螺钉，K=0.5～0.6。锥形体的小端直径dM等于原资料的最小尺寸或略小于最小尺寸，锥形体的大端直径DK取1.2～1.3dM。当DK=1.2dM时，锥形体的体积V1为：（公式36-18）则（公式36-19）如取DK=1.3dM时（公式36-20）模腔锥角α（公式36-21）机器螺钉初镦形状的确定机器螺钉种类很多，主要差异于头部的几何形状。总的说，机器螺钉头部成形的镦锻比（S=Lo/do和D/h），值比较小，比较简单镦锻。对于简单头形的机器螺钉，单击冷镦生产的工件,如图36-16，可采用一次镦锻。但是，很多品种的机器螺钉，头部槽型比较复杂。为十字槽型等，头部成形则需要两次及以上的镦制。要按标准镦制吻合槽型要求的产品，初冲的造型起着决定性的作用。在精镦头部成形时，同时对槽型产生镦挤，这时产品头部的变形，除了金属因镦粗而流动充满头部大端以外，还会陪同槽型的挤压而有一个反受力方向流动的趋势，从而影响大端边缘金属的充满。特别在槽型方向有显然“缺肉”的现象。为认识决这个局部不充满的弊端，将初冲的顶端做成圆弧形，对于平圆头十字槽螺钉的初冲做成圆锥形的顶端,并带一个120°～150°的锥角体,见图36-17。其目的是为了减少变形中金属的反向流动，有利于头部大端的充满。(3)内六角圆柱头螺钉初镦形状的确定冷镦内六角圆柱头螺钉(头部镦锻比小于1.5)，由于头部带较深的内六方孔，几何形状复杂，产品性能要求高，为8.8、10.9、12.9级，使用的钢材为中碳钢、合金钢、冷成形性能差，头部变形复杂，镦粗、正挤压、反挤压都有。因此，这类产品初冲成形，一般应经过初镦和第二次预镦。图36-18列出了几种生产中常用的初镦形状。在二序预镦中，头部镦出内六角预成形凹穴，是为下一工位精制内六方孔时，减少变形量，金属在反挤压变形中流动阻力小一些，使六角冲头承受的载荷尽可能减小，并且使金属流动比较均匀地充满头部上、下端的边缘。杆状紧固件的精镦杆状紧固件的精镦是将预镦成形的坯件头部在上、下模间的工作型腔里进行镦制，获取产品头部的最后形状和尺寸。头部的变形因产品头部几何尺寸不一样而不同样，大体有以下几种形式：六角头、四方头的螺栓图36-19所示成形区有三个地域，头部高度的1/3在上模型腔成型，1/3～2/5在下模型腔成形，其他在上、下模间的缝隙形成飞边，最后由切边工艺完成六角头、四方头的切边。半圆头、平圆头种类的机器螺钉，头部完幸亏上模（光冲）型腔成形。内六角圆柱头螺钉、凹穴六角头螺栓类产品，头部在下模型腔里成形。由于是精镦，上、下模的工作型腔皆要满足产品头部尺寸的要求。杆状紧固件的缩径工艺六角头螺栓是应用很宽泛的紧固件，它的强度级别范围大，从3.6～12.9级都有生产。对于中、低强度级其他六角头螺栓，一般采用两种工艺生产，一为细杆工艺，一为粗杆缩径工艺。所谓细杆，是用相当于螺纹坯径尺寸的线材进行冷镦，线材尺寸变化很小，杆部能够直接搓制螺纹；粗杆是用大于螺纹外径尺寸的线材，冷镦工艺中安排一次、二次或二次以上的缩径，使螺纹长度部分的杆部达到螺坯尺寸。内六角圆柱头螺钉按国家标准规定是8.8级及其以上级其他高强度产品，尽管头部变形程度不大，但使用线材强度较高，塑性相应要小，所以宽泛采用粗杆缩径工艺，冷镦中经过一次及以前一次数的缩径，使螺纹长度的杆部直径达到螺坯尺寸。六角头螺栓采用细杆工艺，冷镦时头部变形程度相对于粗杆来说有所增加，它适用于短规格全螺纹产品的生产。细杆工艺生产螺栓，常存在以下问题：头部变形程度大，简单产生裂口，有时切六方边裂口也不能够完满去除。b.头部在镦粗中，常因变形程度大而产生纵向波折，在距支承面1/3处出现折迭,见图36-20，并以致螺栓掉头。头部与杆部结合强度较差，成为细杆螺栓掉头的隐患。采用粗杆缩径工艺，防范了以上问题。但是，由于需要缩径，它不只增加了缩径力，使模具结构也相应复杂了。它必定有缩径模，一般用硬质合金加工，增加了模具成本。其他，对线材的表面润滑、资料硬度也有特别要求。生产中采用的线材大部分都经过磷化、皂化办理。线材经过球化退火,硬度应为75～85HRB。总的说来，粗杆缩径工艺诚然对线材、模具要求高，增加了生产成本，但是就产质量量而言，它可减少由于资料塑性不好而产生的产品开裂。度要求，综合经济效率还是好的。图36-21螺栓两次缩径工艺图示例图36-22是圆柱头内六角螺钉工艺图示例

提高了资料利用率，保证了产品的强(6)螺栓头部切边六角头螺栓有头部带凹穴的及头部平顶的两种型式。从生产和使用角度看，头部平顶的六角头螺栓，要占总量的90%以上。头部带凹穴的螺栓，由于头部直接冷镦（压）成形，对线材塑性要求高，六角棱边充满差，常呈秃角，在扳拧使用中简单打滑，这点在设备自动装置线上反响更敏感，客观上限制了这类头型螺栓的生产。头部平顶的螺栓，六方是由切边形成的，切边可安排在多工位自动冷镦机按多工位生产工艺完成，也可由专用的切边机上来完成。螺母冷镦（压）工艺1．常用螺母冷镦工艺分类六角螺母也是一种使用面很广的紧固件，它的生产方法很多，遍采用冷镦（压）方法生产。常用的螺母冷镦工艺有以下几种：

M24

以下规格的螺母普a.用较小直径的线材冷镦生产螺母这是一种冷镦生产螺母中用得最多的生产方法。使用线材直径do=0.60s～0.70s，s—螺母对方尺寸。采用切料、整形、镦球、压六方、冲孔的工位（工序），见图36-23。在三工位、四工位自动冷镦机生产，也可在压力机上分序生产。在三工位冷镦机上生产可省去整形，但大于M12以上规格的螺母，不经整形，端面质量及秃角的均匀性都不好控制。用较大直径的线材冷镦生产螺母这类工艺使用线材直径do≈0.9s，经切断、整形、初镦、预成形、精成形、冲孔而成，一般在五工位自动冷镦机上生产，夹钳带翻转机构,见图36-24。六方钢成形工艺这类工艺方法用的较少，一般用于M20以上大规格螺母的生产，在压力机上用分序冷压的方法完成。工艺流程按切料、初压、精压、冲孔进行生产。2．螺母冷镦（压）工艺解析及工艺参数切断在自动冷镦机多工位生产或压力机上分序生产，切断都是第一道工序，也是较要点的工序。由于切料断口的平展性、切刀板压下所形成的马蹄印大小(见图36-25)，都对下序的整形、镦球有直接的影响。由公式36-22可计算出切料长度。式中

（公式36-22）Lo——切料长度mmV型——螺母冲孔前坯料体积（Fo——线材截面积mm2

mm3）这仅是一个计算值，实质生产中还要经过调整档料柱来修正切断长度。有时还用称重法来衡量切料可否正确，即坯料重相当于切断的料柱重。切断模的孔径应比料的最大直径大0.05～0.1mm，刀板与切断模之间的缝隙为0.1mm左右。b.整形如图36-26所示，整形是把料柱的端面镦平，在下端镦（压）出目的是将切料的弊端进行修整，保证下一压球工序的质量。整形的尺寸d=do+(0.1～0.25)(mm)式中do——线材直径mm。

1～2×45°的倒角，镦球镦球是将整形后的料柱镦（压）成鼓形球状,见图36-27，它的质量影响螺母的端面、秃角、棱边的清楚和质量。在确定鼓形球几何尺寸时，按经验，在倒角40°确定的情况下，dM、h尺寸应尽可能小。这样，在压六方时，相应部位的摩擦力要小，金属在压型力的作用下，金属流动性好，简单充满六方。若是dM、h偏大，则在压六方时，不易充满六角。若是为了使六方充满而增加压型力，则螺母端面就会产生飞边。鼓形球尺寸按经验数据以下：dM=(0.7～0.8)d

径式中

Dmax≤Smind径——螺母公称直径

mmDmax——鼓形球最大直径mmsmin——螺母s方最小尺寸mm依照dM、D的尺寸和螺母坯料体积，鼓形球的其他尺寸可经过计算得出：（公式36-23）H=h+(D--dM)tg40

°

(公式

36-24)d.压型压型,即镦压成型螺母的六方，使之满足六方螺母外形尺寸的要求。变形尺寸可否合理，直接影响产品的质量和模具的寿命。压六方的尺寸要考虑的主要因素有：六方坯在六方凹模里的脱模及下序冲孔的胀方。因此，要求螺母侧面要有一个倾斜角γ（见图36-28），其大小随规格的增加而偏大，如M10以上的螺母，γ一般取0°.30′～1°，如γ角过大，六方凹模上、下端口尺寸相差很多，会使六方下冲（又称压型下模）在套模内定位不稳，简单造成镦压螺母坯料独爱，使螺母的垂直度（β）超差，同时经冲孔胀方后s尺寸也达不到标准要求。γ取0°.30′～1°实质是由生产实质经验探究而定的。压型除这个尺寸以外，还有很多尺寸与螺母的外形尺寸及产品的外观等有直接关系（见图36-29）,表示出了螺母压型坯件的尺寸。其中，两端凹穴的几何形状尺寸很重要。d1是一个要点尺寸，偏小，冲孔简单产生毛刺;偏大，冲孔简单出现喇叭口，影响内螺纹的完满。经验数据为：M8：d1=d小max+(0.02～0.04)mmM8～M14：d1=d小max+(0.05～0.10)mmM14～M18：d1=d小max+(010～0.15)mmM18～M24：d1=d小max+(0.15～0.30)mm式中：

d小

max——螺母内螺纹小径最大尺寸（

mm）式中

d=(1.05～1.1)d径d径——螺母公称直径（

mm）d尺寸过小，不利于螺母镦压成型，不利于金属流动，六棱角不清楚；

d尺寸过大，螺母支承面减小，影响外观及紧固强度。d1和

d尺寸确定后，按标准螺母内倒角≈

120°，一般取为

106°，其原因是内倒角取小一点，按公式计算，h尺寸即可大一些，这样既可节约钢材，螺母压型时变形有利，又可减小冲孔连皮（即冲孔冲出的铁豆）厚度，有利于冲孔。h=(d--d1)tg37°（公式36-25）凹穴中另一重要尺寸为h1和α角，它们对螺母镦压成型后，从六角凹模顶出的六方下冲有影响。h1不宜过高，过高将影响螺母六方型坯及时从六方下模冲脱开，接着下一个型坯又进入凹模，从而引起重帽，而产生故障。经验数据为：<M6：h1<0.30mmM8～M10：h1=（0.4～0.5）mmM10～M16：h1=（0.6～1.0）mmM18～M24：h1=（1.2～1.6）mm对M20以上螺母，压型上模的h1可比下模高（0.30～0.50）mm，更有利于冷镦变形。α一般取10°～15°。h1、α确定后，d2尺寸可按下式计算：d2=d1-2h1tanα

(公式

36-26)凹穴顶部为一圆锥，锥角取为

150°，则圆锥的角度为

tg15°，整个凹穴的高度为：h2=h+h1+tg15°(公式36-27)凹穴尺寸一般不作为检验依照，由模具的尺寸来保证。

上述数据依照为

GB/T6170-2000标准螺母。对于其他型式的螺母不完满适用。冲孔冲孔尺寸大小、质量，都是为了满足下序攻螺纹的要求。螺母内孔直径一般按小径最大尺寸决定。考虑到钢材硬度要影响冲孔质量，孔径可定在螺母小径最小尺寸与最大尺寸之间，由操作者在其公差范围内灵便掌握。实质上考虑到攻丝的因素，冲孔尺寸的公差要小于小径的公差。冲孔必定注意以下两方面的问题：（1）螺母冲孔后s方胀方问题冲孔实际上是对坯料进行冲切。内孔冲裁表面有冲切面还有撕破面（图36-30）。孔冲对内孔产生的冲切力以致孔冲与内孔的接触面产生摩擦力，与孔冲向下冲切方向相反，这样形成的附加应力所以致径向张力，使s方径向扩大，即胀方。很显然，胀方的大小与孔冲刚度、刃部尖锐情况有关，还与螺坯的材质有关。低碳钢比中碳钢胀方要大，普碳钢比