緊固件冷鐓成型工藝,，一文搞懂！

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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,。

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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,。

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，應(yīng)該叫做冷鐓（擠）,。

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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：

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,。

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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。

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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,。

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,。

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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,。

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一、金屬變形的基本概念

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變 形

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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

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a.彈性變形

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，這種變形稱為彈性變形,。

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彈性的好壞是通過彈性極限、比例極限來(lái)衡量的。

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,，稱為塑性變形,。

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

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2 塑性的評(píng)定方法

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

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

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塑性指標(biāo)是以鋼材試樣開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：

(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。

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(2)鐓粗試驗(yàn)又稱壓扁試驗(yàn)

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：

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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條肉眼可見裂紋時(shí)的試樣高度,。

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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)。

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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,。

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由此所得出的塑性指標(biāo)，只是相對(duì)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,。

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3 影響金屬塑性及變形抗力主要因素

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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：

a．金屬組織及化學(xué)成分對(duì)塑性及變形抗力的影響

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,。

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。

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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,。

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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,。

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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(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,。

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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,。

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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,。這正說明某些高合金鋼難于進(jìn)行冷鐓（壓）加工的原因,。

b．變形速度對(duì)塑性及變形抗力的影響

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變形速度是單位時(shí)間內(nèi)的相對(duì)位移體積：

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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)別開來(lái)。

一般說來(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)硬化消除的過程,。

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,。

c．應(yīng)力狀態(tài)對(duì)塑性及變形抗力的影響

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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)度稱之為應(yīng)力。受力金屬處于應(yīng)力狀態(tài)下,。

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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,。

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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,。

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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)。

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,。

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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,。

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。

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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,，是三向拉伸的主應(yīng)力圖,，如圖36-2所示。

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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,。

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,。

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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,。

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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。

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。

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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)變化的總和稱作冷變形硬化，簡(jiǎn)稱硬化,。

e．附加應(yīng)力及殘余應(yīng)力的影響

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,。

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。

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4 提高金屬塑性及降低變形抗力的措施

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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

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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,。

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。

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b．提高模具光滑度及改善金屬表面潤(rùn)滑條件

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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)過兩次及兩次以上的鐓擊,。

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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(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。

金屬塑性變形的基本規(guī)律

1 最小阻力定律

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)，稱為最小阻力定律,。

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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)，金屬充滿模腔才有可能,。

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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)才能保證最后充滿上,、下模腔,。

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2 體積不變定律

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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(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,。

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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,。

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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。

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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,。

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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）,。

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b．工模具形狀的影響

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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。

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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,。

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。

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二,、金屬冷鐓（擠）工藝

冷鐓（擠）工藝基本概念

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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,。

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實(shí)際生產(chǎn)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(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

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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。

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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,。

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,。

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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。

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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

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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,。

b．變形程度的表示方法

第一種方法用鐓鍛比(S)，如圖36-7所示,。

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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,。

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: F9 ^! J# z: `4 g2 C; t0 a9 Z7 G

第二種方法用鐓鍛率（ε）

即：

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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

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c．許用變形程度

當(dāng)冷鐓變形程度超過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)可使模具開裂而損壞。

0 D9 J8 B- q% ?7 A. B$ z

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

5 M5 I0 C; i1 @. N8 Z- ^0 {$ g

4 鐓鍛次數(shù)的確定

產(chǎn)品在冷鐓中，通常都要經(jīng)過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：

5 _4 ?: M( ]- @1 Q/ P6 O# G0 a4 W

a．鐓鍛比

! U* _( S) f& P0 q4 J6 U1 L

即坯料需要變形部分的長(zhǎng)度與直徑的比,，比值過大,，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),。

: |! t/ F0 A; ]# a& Q5 k( i- c/ @

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,。

. v1 ?  q* q! _; u; l3 X9 f9 V

一般按下列數(shù)據(jù)來(lái)決定鐓鍛次數(shù)：

b．考慮工件頭部直徑D與高度H的比值,。

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

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，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。

7 P0 ]' h. n* B+ I* g

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(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,。

- x" O* p2 ^. x$ ~6 [' `4 C
# a! M! P% t8 B  A: f9 z

圖 36-10

4 J1 v9 p% V! J) U9 y& U

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)開裂或者損壞模具,。

解決這類問題的關(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(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。

5 冷鐓工藝中力的計(jì)算方法

# ~3 {5 ?$ U7 W  Z- M

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)和專用設(shè)備選型的主要依據(jù),。

  b( }4 n1 O* [- Z

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,。

* i" Y! [/ z$ Z, h

b．工件形狀,、變形程度

冷鐓力隨工件變形量的增加而增加。

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。

5 O: }8 T. c0 G6 J* Y* q

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

( i1 P- d3 I, l  o

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）

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）

7 m* A! \& r2 h- I* C2 f( F; `" `
9 h1 {5 h, K2 o* M/ g

b．近似理論推導(dǎo)的計(jì)算公式

3 L$ a3 D- v6 t8 _

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

$ H$ F- Y  q5 V" l

表36--2 冷鐓力計(jì)算系數(shù)

. t; M' h4 D! p+ R
* `: H$ \8 C/ q. M2 e$ Z" c4 g( S! u' \

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

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1．剪切力的計(jì)算

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(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,。

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,。

7 g3 |) e8 a0 O

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

1 q0 L4 [2 d3 A" O$ v' N$ i

表36-3列出了常用鋼材的抗剪強(qiáng)度,。

# Q% [. B3 Y) M

表36-3 常用材料剪切加工一般所采用的間隙和τ值

1 I) P6 A- }4 L) Y) C

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）

; l5 T$ V7 Q$ n* e! b1 g

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,。）

, _4 X0 r& h: `. d. G7 p" U

2．縮徑力的計(jì)算

3 O  w1 i( m7 s3 m: {, b% }

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(jīng)過一次或兩次縮徑,，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30%時(shí),，可取P=600～900N/mm2,。

8 N- D, a2 p4 X! N6 T2 D

8 頂料力

9 B/ J: d6 J) Z8 i. L' L9 y

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,。

2 \' c6 i4 Y  O0 m! d* x

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(rùn)滑等,。

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),。

2 V; |) i6 R1 [% u

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,。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。

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

冷鐓工藝的工序

1 桿狀緊固件的冷鐓（壓）工藝

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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的值過大時(shí),，毛坯鐓鍛部分產(chǎn)生縱向彎曲。

* `( @. a- s, n# \) \9 Z

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垂直,，應(yīng)有一個(gè)1°～5°角的傾斜,。

3 U, Z3 C% R* j5 w" ?

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,。

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,。

& Y2 t# a; O( u% k- U

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,。

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,。

/ U. L( b; x8 i: ]! {- A

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(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,。

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)過兩次鐓鍛完成頭部成形,；當(dāng)Lo/do≤8時(shí)，則要通過三次鐓鍛完成頭部成形,�,？傊�，Lo/do的值愈大，需要鐓鍛的次數(shù)愈多,。

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),。

二 六角頭螺栓頭部的確定

* r/ k) E; f9 _2 o/ Z- @4 P

(1) 六角頭螺栓頭部初鐓形狀的確定

6 C& t; v0 x- C0 d& i. v

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。

0 a6 V$ a6 R+ S+ m

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,。

) Y6 r+ j9 r$ u( |1 g$ Y, O$ w

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,見圖36-14,。

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，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,。

% v' R! L+ B$ [/ J+ x0 Y! a

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：

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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,。

1 V+ _. g* n# n: X! {# w

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。

當(dāng)DK=1.2dM時(shí),，錐形體的體積V1為：

7 P" E" S2 _& a* d  i4 M" J, T* w, p% F

(2)機(jī)器螺釘初鐓形狀的確定

機(jī)器螺釘種類很多,，主要區(qū)別于頭部的幾何形狀�,？偟恼f,，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,。

8 s/ \: A. f: l, o0 w( n6 n

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。

% W* h1 q1 z1 \) f( ]1 i; H" I+ p# p
0 L1 e5 T+ `$ M8 v" W
  k+ z2 t/ Z4 P

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,。

  D) D  |! l$ p& v4 ^1 x

尤其在槽型方向有明顯“缺肉”的現(xiàn)象。

為了解決這個(gè)局部不充滿的缺陷,，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,。

(3)內(nèi)六角圓柱頭螺釘初鐓形狀的確定

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,，這類產(chǎn)品初沖成形，一般應(yīng)經(jīng)過初鐓和第二次預(yù)鐓,。圖36-18列出了幾種生產(chǎn)中常用的初鐓形狀,。

4 \9 t% I1 X/ Z! @9 T) y; G7 P

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)比較均勻地充滿頭部上、下端的邊緣,。

2 s1 N* \% E! o+ w
3 d+ e& H) L: @8 ]! C
3 i$ y; ~, R9 z9 C# c( ]. G% Z

(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,。

; G8 [7 ~7 T0 U2 d; S' k

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：

a 六角頭,、四方頭的螺栓

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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,、平圓頭類型的機(jī)器螺釘，頭部完全在上模（光沖）型腔成形,。

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c 內(nèi)六角圓柱頭螺釘,、凹穴六角頭螺栓類產(chǎn)品，頭部在下模型腔里成形,。因?yàn)槭蔷���,，上、下模的工作型腔皆要滿足產(chǎn)品頭部尺寸的要求,。

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(5)桿狀緊固件的縮徑工藝

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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),。

9 k% S* x% P4 B2 H# N. |% U! v  @& L

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材進(jìn)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(zhǎng)度部分的桿部達(dá)到螺坯尺寸,。

) r  z2 x- D) Q

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。

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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，常存在以下問題：

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。

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，見圖36-20,，并導(dǎo)致螺栓掉頭,。

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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,。

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它必須有縮徑模,，一般用硬質(zhì)合金加工，增加了模具成本,。

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

總的說來(lái),，粗桿縮徑工藝雖然對(duì)線材、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,。

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(6)螺栓頭部切邊

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六角頭螺栓有頭部帶凹穴的及頭部平頂?shù)膬煞N型式,。

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從生產(chǎn)和使用角度看，頭部平頂?shù)牧�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(duì)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(diǎn)在設(shè)備自動(dòng)裝配線上反映更敏感，客觀上限制了這種頭型螺栓的生產(chǎn),。

頭部平頂?shù)穆菟�,，六方是由切邊形成的，切邊可安排在多工位自�?dòng)冷鐓機(jī)按多工位生產(chǎn)工藝完成,，也可由專用的切邊機(jī)上來(lái)完成,。

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螺母冷鐓（壓）工藝

1.常用螺母冷鐓工藝分類

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.用較小直徑的線材冷鐓生產(chǎn)螺母

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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）,，見圖36-23,。

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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。

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b.用較大直徑的線材冷鐓生產(chǎn)螺母

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這種工藝使用線材直徑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),見圖36-24,。

c.六方鋼成形工藝

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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)。

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2.螺母冷鐓（壓）工藝分析

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a.切斷

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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。

因?yàn)榍辛蠑嗫诘钠秸���,、切刀板壓下所形成的馬蹄印大小(見圖36-25),，都對(duì)下序的整形、鐓球有直接的影響,。

1 ]& M3 u; R: K

由公式36-22可計(jì)算出切料長(zhǎng)度

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式中

Lo——切料長(zhǎng)度mm

V型——螺母沖孔前坯料體積（mm3）

Fo——線

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材截面積m㎡

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

1 w* Q  [! I+ p; x& v3 g" V

有時(shí)還用稱重法來(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,。

b.整形

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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。

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整形的尺寸d=do+(0.1～0.25)(mm)

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式中 do——線材直徑mm,。

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c.鐓球

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鐓球是將整形后的料柱鐓（壓）成鼓形球狀,見圖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,。

8 Q/ x5 J9 P. [3 M" f1 m6 f

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,，容易充滿六方。如果dM,、h偏大,，則在壓六方時(shí)，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(huì)產(chǎn)生飛邊。

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——螺母公稱直徑mm

Dmax——鼓形球最大直徑mm

smin——螺母s方最小尺寸mm

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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計(jì)算得出：

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d.壓型

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,。

5 t/ J* k& {" U3 D9 P2 }( J

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,。

9 K; r, A% ^+ @: E

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角過大,，六方凹模上、下端口尺寸相差較多,，會(huì)使六方下沖（又稱壓型下模）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。

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。

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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——螺母公稱直徑（mm）

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

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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）

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不宜過高,，過高將影響螺母六方型坯及時(shí)從六方下模沖脫開，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

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。

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α一般取10°～15°,。h1,、α確定后，d2尺寸可按下式計(jì)算

  I, W, h% A, x2 v

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：

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h2=h+h1+tg15° (公式36-27)

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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,。

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e.沖孔

沖孔尺寸大小,、質(zhì)量，都是為了滿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,。

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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。

沖孔必須注意的問題

1 螺母沖孔后s方脹方問題

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）,。

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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,。

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)。

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,。

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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,。

2 l  Q% n+ e/ o4 Y, x# d8 o

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,。

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即使注意到了這些問題,，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；

- z. @7 r2 m* N, @8 b

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(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)。

表36-4 部分規(guī)格螺母沖孔后的脹方值,。

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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1°

9 c" Z9 N9 d( w. W

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不宜過高，過高對(duì)坯料脫離凸臺(tái)不利,，容易產(chǎn)生重料（即第一個(gè)坯料沒脫離開,，第二個(gè)坯料就來(lái)了）而造成事故。

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e.采用反沖孔,，可解決脹方問題,。

2 孔的粗糙度和圓整度

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（參見圖36-30）,，撕裂帶不超過孔壁的20%。

采用小間隙沖孔,，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)另一個(gè)質(zhì)量問題：“槽孔”,，見圖36-32�,！安劭住笔怯捎跊_孔時(shí)產(chǎn)生二次光亮帶引起的,。

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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：

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a.凸臺(tái)式?jīng)_孔凹模

如圖36-33所示。

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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�,。�0.03～0.15）mm,。

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),。

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采用這種凹模，壓六方的下沖頭凸臺(tái)h1不宜太高,，過高,，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，超過普通斷裂帶,，有時(shí)一直延伸到螺母內(nèi)倒角處,，（參見圖36-30），造成攻絲時(shí)扣不完整,。

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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)。

c.帶圓角的沖孔凹模

如圖36-35所示,，這類凹模內(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)。

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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。