冷镦打头课培训

制作：祝华均日期：2011冷镦课培训教材祝华均

螺丝为日常生活中不可缺的工业必需品，如照相机、眼镜、钟表、电子等使用的精密螺丝；电视机、电气制品、乐器、家俱等使用的一般螺丝；至于工程、建筑、桥梁则使用大型的螺丝、螺帽；交通工具、飞机、火车、汽车等则为大小螺丝并用。螺丝在工业上负有重要的任务，只要地球上存在着的工业，螺丝起到的连接功能也就永远重要。不论是眼镜用精密小螺丝或大型工程用大螺丝，其种类很多。主要的目的就是使各种工业制品连接组成为一体，但在使用中常常出现牙与牙之间无法配合，锁紧后出现头与杆部断裂，或牙纹不良造成滑牙，难锁等现象，皆为品质或精度问题。螺丝是“量产品”，不是手工精心制作的艺术品，在大量的生产中为达到精度稳定的品质及大众价格，以供应商消费者为主要目的。螺丝之精度通常为6级(2级：美国规格“IFI”为IA牙)，建设工程用的粗制螺丝为8级(3级：美国规格“IFI”为IA牙)，本培训内容针对一般头型小螺丝(铁板螺丝、木螺丝、机械螺丝)六角头螺丝等制造过程的技术重点提供给大家以作参考。★螺丝的价值1.1材料

国内的钢铁厂由于其冶炼工艺等问题，而造成炼钢中成份控制困难、杂质过多而使制造螺丝用材料无法达到优良品质。在制造过程中也会出现模具消耗高废料多、品质不良等，致使一段时间需要依赖进口螺丝线材，其后在上海宝钢和国内标准件龙头企业(深圳航空标准有限公司)的共同努力操作后，改善了冶炼工艺，终于解决了制造螺丝用钢材长期依赖进口的局面，增强了国家地位。以下所述为螺丝制造常用材料：⑴一般螺丝用料，普遍使用AISI1010(线材盘圆代号，最后两位代表含碳量，如附表1-1、1-2)。⑵头型比例大，六角头、木螺丝、马车螺丝使用AISI1006为准。⑶铁板自攻螺丝需要表面渗碳加硬处理，使用AIAI1018～1022。⑷不锈钢螺丝一般使用SWS304、SWS305，但大平头、T型头(锅头)等压造比较大头型时采用SWSXM-7(AISI302HQ)最佳。⑸高强度螺丝视用途而定C碳钢、SCM铬钼钢、SNC镍铬钢、SNCM镍铬钼等(JIS规格)。⑹非铁材料铜螺丝为C2700级C2600，可冷镦头型及辗选螺纹(JIS规格)。表1-1钢铁代号及化学成份表

AISI美国钢铁协会，SAE美国自动工程协(学)会表1-2冷锻铁压造线材成份表2.1线材加工2.1.1一般的小螺丝使用线材质为1006～1022的范围之间，由Φ5.5盘圆逐渐抽拉而成各种规格的线径，其抽拉加工的过程如下：酸洗

→

水洗

→中和→水洗

→表面润滑→｛一般使用碳混合肥皂（不碱）1/20（现在有专门的拉丝机）｝→干燥→完成抽丝过程。此处理方法中，如后面的处理不当，不到一周时间线材就有表面生锈的现象产生，从而直接影响冷镦打头的工作及增加模具消耗。由于科技的突飞猛进，金属工业界对金属塑性加工速度要求的提升，为配合其发展需要，出现了在金属表面处理一层磷酸盐薄膜，处理之后的线材在冷镦加工过程中，可防止工具、模具等金属直接磨擦而减少擦伤，并且可以提高生产品质及维持调整生产的稳定性，磷酸盐处理过程如下：酸洗→水洗→中和→化学处理→水洗→润滑处理→抽线

2.1.2一般盘圆钢需要经过数次抽线模的抽拉才能达到所需要的线径，其断面积可减去70%左右，但抽线率超过60%线材会产生加工硬化。此现象在生产一般圆头、平头、半圆头等螺丝时并不影响其加工作业，但是在大偏头、六角头、大垫头、头型螺丝时会因压造比例较大，使生产加工非常困难，也会出现模具使用寿命缩短，压造时的不稳定及组织变化、断头等现象，因为在使用抽线率60%的线径时，中间必须经过软化处理过程（退火），但经过退火处理的线材，其抽线断面也会比退火前有所减少，最好在比所要求线径加大1%左右的比率来退火处理，以保持其退火后的需要，抽线后的抽线减少率的算法：抽线前线径断面积A＝兀/4D2抽线后线径断面积A1＝兀/4d2

抽线减少率＝*100%A-A1A表2-1抽线过程比率表单位：mm2.1.31018线材含碳量销微高一点，在抽拉过程中，组织变化易生成脆性，因此，要先抽到比所需线径大0.3mm，经过退火处理后，重新酸洗，再抽到所需要的线径（注意：这个比率大约为0.3mm最佳，例如：需要线径为Φ3.5mm先抽到Φ3.8mm直径，退火处理后，经酸洗再抽到Φ0.2mm至0.3mm之间为最佳，比率太大会影响材质变硬抽出后线径不圆，影响所需线材的品质，所以最后一抽拉应特别小心。1018抽线过程组织变化，其处理过程称为球状化处理，因为这个加工过程不是简单过程，对所需设备有严格要求，所以抽线厂都使用直立式，带动热风循环的电气炉作退火软化处理。退火温度：680。C～720。C保持时间：4小时在500。C以下时，可拿出放置在保温箱内至冷却为止，原退火炉继续处理另一批，以保证产量退火注意事项：⑴温度不可过高，不然会导致脱碳及产生氧化层表面不光滑而出现皱纹。⑵温度太低，失去软化作用会影响模具寿命比组织还厚。2.2冷镦机的传动原因2.2.1前后运动过程冷镦机由主电机经三角皮带，带动大飞轮之中曲轴，曲轴经连接臂带动至中心滑块完成前后的冲击运动（也就是完成主要的冷镦运动）。

2.2.2送料运动过程送料运动有2种：1种是:经主轴齿轮带动二轴齿轮，再经二轴带动送料连杆，送料连杆传到送料棘爪，棘爪拉动送料轮，送料轮压紧线材，送入线模口，完成线材送入机内的运动。2种是:经大齿轮摇臂带动曲线板，曲线板拉动刀杆，刀杆后拉剪断压料轮送入线模外的线材，并送到主模孔中心位置，完成线村剪断后的二次送料状态。2.2.3上下送动过程因为螺丝钉的头型需要两次变形才能完成，因此冷镦机有两个冲模，为配合两个冲模完成工作，冷镦机设计了上下运动过程，上下运动原理为：大齿轮内凸轮，带动预压弹簧框架，弹簧框架带动动臂，举动臂经连接使阳模滑块上下运动而完成。

2.2.4打头的运动过程当剪断刀把线材剪断，而送到主模孔，第一冲把线材打入主模孔内，成形螺丝杆部尺寸，同时第一冲挤压线材为初步头型，然后第二冲经上下运动过程后对准主模孔，冲压第一冲挤压成形的初步头型（第二冲装有十字、一字、十一槽等冲模）而形成所需头型，完成打头运动过程。2.2.5退出料运动过程当第一打头运动过程完成后，接着就要进行第二次打头过程，此时就要主模孔内的第一次完成的螺钉退出来，这就需要退出料运动过程的配合，退出料过程是经二轴上凸轮顶动退料连杆。退料连杆顶动拐动板，拐动板再顶动主模后座上的大顶针，大顶针顶动主模内的小顶针，完成整个退出料的运动过程。2.3打头模具的选用及注意事项2.3.1剪刀、线咀1.剪刀口径比线径大0.02～0.04mm为宜（例如使用Φ1.69的线材，剪刀口径为1.71mm，大的线材时可选用适当加大剪刀口径）。★注意：⑴如果剪刀口径小于线径，会出现不进线材和把线材夹伤等不良现象。⑵如果剪刀口径大于线径太多，剪口夹送线材至主模孔时很难保证在同一直线上，此时第一冲模的冲压工作就很难正常完成，会出现烂钉、撞钉冲模等不良现象。

2.线咀内径比线径大Φ0.03～0.06为宜（例如使用Φ1.69线材，线咀内孔径为Φ1.75，大的线材使用时可选用较大的内口径）。★注意：如果线咀内径太小，会出现不进线材或进线材不顺，出现短钉等不良现象。如果线咀内径太大，剪出的线材切口会出现弯曲等不良现象，如图2-1（a）

图2-1OKNO3.剪刀与线咀装上后，必须把线咀紧贴于切刀背面，不能有间隙，如有间隙剪出的线材商品会出现毛刺，如图2-1(b)，出现毛刺会导致第一冲不能顺利打入主模，此时会出现烂钉、光杆划伤等不良现象。4.剪刀口和线咀刀口不利时，剪出的线材端口就会出现斜面（马蹄状）如图2-1(c)，打头机快速运动时就会夹不住料，无法把线材送至主模口，即使打入主模内，打出的螺钉光杆尾部也有斜面出现（马蹄状），如生产实尾自攻螺丝还不会受影响，但当时生产机牙螺丝时，会出现第一、二甚至第三扣牙纹不完整等不良现象。★注意：出现以上不良现象时，就要必须更换剪刀及线咀并适当做出合理的调校。2.3.2主模1.一般打头主模都为直孔内镶超硬钨钢（如图2-2）Φd为搓牙的辗造径，要根据工艺要求选用。

模壳钨钢(图2-2)￠d注意：⑴主模选好后，就要根据工艺要求选用合适的线材，当打的钉太长时，应选小于主模Φd径Φ0.01～0.02mm的线径；当打的钉太短时应选用大于Φd径Φ0.01～0.02mm的线径，（例如：生产2×15的机牙螺丝时主模Φd径为Φ1.70mm，可选用Φ1.68mm的线材，生产2×2的机牙螺丝，主模Φd径为Φ1.72mm，此时要选用Φ1.74mm甚至更大一些的线材，防止出现拔模现象。）⑵主模口部要有适当的R角，适当的R角度为防止螺丝断头起到关键的作用（参照工艺的要求）。⑶有些不合格的主模，主模Φd不规范，口部比内孔部大很多，如在0.01～0.02mm之内还可以接受，但是如大再多些时，应更换此不合格主模。⑷主模装在机床主模内时，不能太松与太紧，太松时会出现同线咀不在同一直线上，无法完成第一冲模把料打入主模孔的现象，太紧时会出现无法卸出主模的现象。⑸主模装上主模座上一定要锁紧，如出现松会造成严重的机床事故。

2.为了解一些特殊头型，如外六角头型、内六角头型、台阶螺丝，我们通常会采用一些带有套片的组合模，才能完成这些特殊要求的制作如图2-3。

套片外套主模心注意：⑴套片可根据需要加工成为各种形状，如：生产外六角头型螺钉时可把套片内孔切割成六角形等。⑵使用组合模时，在做组合模前必须要求模具加工厂商注意其同心度。⑶套片与主模芯必须紧贴在一起，后锁紧盖要锁紧，不然会出现冲片的尺寸无法保证及冲片爆碎等不良现象。⑷套片材料必须选用较硬的材料，如：高速钢、钨钢等冲片材料硬度达不到会出现无法保证尺寸及无法脱模等不良现象。⑸套片的角度要有一定要求，一般Φ18以上冲片为9。左右，Φ15以下套片采用16。，因此来解决冲片与外套的配合，如冲片角度与外套配合不当，会出现冲片跑出和易爆碎等不良现象。⑹用组合模加工台阶螺丝时，一般不易加工超大头型的螺丝，加工超大头型的螺丝会增加冲片的冲击接受力，导致冲片爆碎。2.3.3一冲模1.一冲模在螺丝制造过程中，对品质外观的保证、使用的价值，起到决定性的作用，一冲对材料挤压成形的稳定性，直接影响二冲、十字槽、一字槽的成形及使用寿命，一冲选用与修配非常重要，所以说一冲是整个螺丝打头生产过程最关键的环节。2.固定的冲模（死模）只能生产一些压造较小，头部直径为线材直径之一3.5倍以下的平头小头螺丝。活动冲模的应用给打头操作者带来了可自由发挥的头部生产空间，使一些大的变形头型、大的垫片头型都可以一次挤压成形，因为活动冲模的工作原理是将头部变形所需要的线材全部包住，利活动冲模后弹簧将模头与主模面接触挤压后内成形，所以不必担心较多的头部变形所需线材提高弯曲，而无法变形，活动冲模头部挤压比例可以达到线径的8倍甚至更多。3.一冲的操作要点⑴一冲与一冲套配合一定要好，最好在0.01mm之内，太松加工中会出现不稳定，太紧会使弹簧无法把一冲完全弹出，而无法加工生产。⑵一冲内孔模空直径最好选用比使用的线材直径大约0.05mm左右，太大也会造成加工生产过程中的不稳性，太小使线材很难插入冲模，无法正常加工生产。⑶一冲后的弹簧的力量选用用手可挤压动为更合适，太紧或太松都会导致生产中的稳定性降低。⑷一冲内顶针必须比模腔小0.01mm的顶针，太大不能使用，太小会使顶针容易弯曲，或使一冲变形头部出现毛边等不良现象。⑸一冲缩回一冲套后，要保证一冲露在冲套外3mm以上才可以正常使用，如图2-4。⑹一冲模顶于主模内必须保证一冲与主模之间有1mm的间隙才能正常生产，如图2-5。图2-5一冲主模1.04.一冲模稳定性的设计及参数，附一冲模腔图2-6。注意：如模腔口太大，经二冲成形后会出现双层头部现象（我们常说的双眼皮）。如模腔口径太不，会出现中心不稳定时而左歪，时而右歪并且“十字“”一字“二冲头容易折断，很难调整，一冲模稳定模腔口径尺寸的定法如表2-7。头型P头型BTOFH.W六角带垫十六头稳定数DI76%78%75%77%70%95%H六角97%一字直接成形DIHI72%*80%72%*84%73%*78%不能直接成形不能直接成形六角头在主模内六角头在二模内2-7表附注：取头径小限×%，即是口径如R头8＃7.3×76%＝5.557.3×72%＝5.25DI7.3×80%＝5.84HI计算实例：23P十字型头径：4.6头厚：1.5线径：Φ1.65

1.求头部体积＝（321+322+51）

=×(3×2.32+3×1.52+1.52)=0.78(15.87+6.71+2.25)=19.5mm33.146兀6H2222.求部材料长：先求线径d之断面积公式0.785d2Φ1.65×1.65×0.785=2.13mm319.5÷2.13=9.15mm注意：因考虑到十字槽占用约1/3多一点头部体积，所以实际材料长=9.15-9.15×1/3≈6.0mm。3求压造比：(头部材料长÷线径)9.15÷1.65=5.5倍4.求一冲口径4.5×70%=3.51(口径)注意：以上计算办法为大体上的经验计算方法，因为求头型体积计算困难，以上仅提供相应的计算参照，要调优良的头型还要经过常年的经验积累。⑴一冲的斜度加工时必须为圆弧形。⑵一冲刮出的膜腔口径要比算出的口径相应小一点，因为一冲与主模之间有1mm的距离。⑶一冲不能刮的太深，太深会使二冲成形后头部不圆。⑷一冲的形状在任何地方都很难找到精确的算法，这里只提供精确到90%的算法，希望大家在刮上冲时，不要一次刮的太大，应先刮小一点，不合适的再相应刮大一点来操作。2.3.4二冲模二冲模为标准模件，市场上二冲模基本上都为统一标准，很容易购买，这样给打头生产带来很大的方便，加工生产时也可向二冲模具厂订购标准的冲头。随着科技的进步，二冲模在目前都经过镀钛表面处理，处理后冲头寿命明显长了2～3倍以上，也改善了十字尖的断头现象。2.3.5顶针的作用一般顶针都选用自钢针，硬度一般在59。～62。之间，加大变形量螺丝时也可选用H55的顶针。顶针有直身、台阶、多台阶可供选择。2.4头部偏心及处理方法2.4.1头部偏心的认识

打头工序的头部偏心主要分两部分：上冲偏心、下冲偏心。

上冲偏心：主要为一冲模中心与主模中心孔未在同一直线上而造成，其主要表现为下列四种情况：a、上偏b、下偏c、外偏d、内偏下冲偏心：主要为二冲模中心与主模中心孔未在同一直线上而造成，其主要表现为下列四种情况：a、上偏b、下偏c、外偏d、内偏螺丝的方向确定有两种方法，第一是看剪刀口，因剪刀剪断料后形成一马蹄口（如前图2-7）所示。第二种是由于剪刀夹料不稳定或机器生产速度较快而造成剪断斜面（马蹄口）不向看同一方位，此时靠着剪断斜面已无法判断其确切的方向，所以我们只好通过在螺丝的头部底面做记号来确定（在主模口的钨钢上用合金锉，轻轻锉一条线来加注标记）如图2-8所示。马蹄口注意：采用做记号方法判断方向时，一般都在主模口的正上方，用合金锉轻轻在主模面上划几下就OK了，切记不可划的太深，因划的太深会影响螺丝锁付后的效果，还会导致头部变形，给连接加工生产带来不稳定。图2-8记号在上面2.4.2头部偏心的调整

在调整头部偏心之前，我们先来看一下打头机调偏心的机构，如图2-9。

图2-9⑴当一冲外偏时，先松螺帽A，再松螺栓b1，然后拧紧螺栓b，最后锁紧螺帽A。⑵当一冲内偏时，先松螺帽A，再松螺栓b，然后拧紧螺栓b1，最后锁紧螺帽A。⑶当一冲下偏时，先松螺帽B，然后逆时针松螺栓e，最后锁紧螺帽B。⑷当一冲上偏时，先松螺帽A，然后顺时针松螺栓e，最后锁紧螺帽B。⑸当二冲外偏时，先松螺帽A，再松螺栓C，然后拧紧螺栓C1，最后锁紧螺帽A1。⑹当二冲内偏时，先松螺帽A，再松螺栓C1，然后拧紧螺栓C，最后锁紧螺帽A1。⑺当二冲上偏时，先松螺帽D，再顺时针调整螺帽F，最后锁紧螺帽D。⑻当二冲下偏时，先松螺帽D，再逆时针调整螺帽F，最后锁紧螺帽D。注意：调整前都先确定其方向，再以杆为中心观察其偏的方向，每次调整应少量多次调整为宜。2.4.3螺丝杆部长度的调整螺丝杆部长度的调整机构如图2-10

⑴如要使螺丝光杆部加长，先松锁紧螺帽A，再逆时针调整杆部螺栓b，最后锁紧螺帽A。⑵如要使螺丝光杆部变短，先松锁紧螺帽A，再顺时针调整杆