冷鐓成型工藝

冷鍛成型工藝Documentnumber:PBGCG-0857-BTDO-0089-PTT1998緊固件冷鐓成型工藝緊固件成型工藝中，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。實際上，任何緊固件的成形，不單是冷鐓一種變形方式能實現(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）。冷鐓（擠）的優(yōu)點很多，它適用于緊固件的大批量生產(chǎn)。它的主要優(yōu)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(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。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(yōu)越得多。d.適于自動化生產(chǎn)。適宜冷鐓（擠）方法生產(chǎn)的緊固件（也含一部分異形件），基本屬于對稱性零件，適合采用高速自動冷鐓機生產(chǎn)，也是大批量生產(chǎn)的主要方法?？傊?，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，也是一種在國內(nèi)、外廣為利用、很有發(fā)展的先進(jìn)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(xué)合理的緊固件冷鐓（擠）加工工藝，是本章的目的和宗旨所在。1 金屬變形的基本概念1.1變形變形是指金屬受力（外力、內(nèi)力）時，在保持自己完整性的條件下，組成本身的細(xì)小微粒的相對位移的總和。1.1.1變形的種類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)原來形狀和尺寸的能力，這種變形稱為彈性變形。彈性的好壞是通過彈性極限、比例極限來衡量的。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被破壞的變形，稱為塑性變形。塑性的好壞通過伸長率、斷面收縮率、屈服極限來表示。1.1.2塑性的評定方法為了評定金屬塑性的好壞，常用一種數(shù)值上的指標(biāo)，稱為塑性指標(biāo)。塑性指標(biāo)是以鋼材試樣開始破壞瞬間的塑性變形量來表示，生產(chǎn)實際中，通常用以下幾種方法：⑴拉伸試驗

拉伸試驗用伸長率。和斷面收縮率中來表示。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(biāo)準(zhǔn)中常用的塑性指標(biāo)。。和中的數(shù)值由以下公式確定：L—L（公式36-1）5=—k（公式36-1）Lo（公式36-2）式中：L0、Lk——拉伸試樣原始標(biāo)距、破壞后標(biāo)距的長度。F0、Fk——拉伸試樣原始、破斷處的截面積。（2） 鐓粗試驗又稱壓扁試驗它是將試樣制成高度Ho為試樣原始直徑Do的倍的圓柱形，然后在壓力機上進(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，這時的壓縮程度況為塑性指標(biāo)。其數(shù)值按下式可計算出：（公式36-3）式中Ho——圓柱形試樣的原始高度。Hk一試樣在壓扁中，在側(cè)表面出現(xiàn)第1條肉眼可見裂紋時的試樣高度。（3） 扭轉(zhuǎn)試驗扭轉(zhuǎn)試驗是以試樣在扭斷機上扭斷時的扭轉(zhuǎn)角或扭轉(zhuǎn)圈數(shù)來表示的。生產(chǎn)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(tài)和變形條件的。由此所得出的塑性指標(biāo)，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。1.1.3影響金屬塑性及變形抗力的主要因素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)點間的聯(lián)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。影響金屬塑性及變形抗力的主要因素包括以下幾個方面：金屬組織及化學(xué)成分對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。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(biāo)（6b、6p、6s等）均增高，而塑性指標(biāo)（￡、中等）均降低。在冷變形時，鋼中含碳量每增加％，其強度極限6s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(shù)降低。所以硫在鋼中是有害的雜質(zhì)，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％~%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(zhì)在金屬基體的分布狀態(tài)對塑性有很大影響?？傊?，鋼中的化學(xué)成分愈復(fù)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(jìn)行冷鐓（壓）加工的原因。變形速度對塑性及變形抗力的影響變形速度是單位時間內(nèi)的相對位移體積：d6_（公窗36-4）不應(yīng)將變形速度與變形工具的運動速度混為一談，也應(yīng)將變形速度與變形體中質(zhì)點的移動速度在概念上區(qū)別開來。一般說來，隨著變形速度增加，變形抗力增加，塑性降低。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(dāng)變形速度特別大時，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提高塑性、減少變形抗力。應(yīng)力狀態(tài)對塑性及變形抗力的影響在外力作用下，金屬內(nèi)部產(chǎn)生內(nèi)力，其單位面積之強度稱之為應(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，把這種表示點上主應(yīng)力個數(shù)及其符號的簡圖叫主應(yīng)力圖。表示金屬受力狀態(tài)的主應(yīng)力圖共有九種，其中四個為三向主應(yīng)力圖，三個為平面主應(yīng)力圖，兩個為單向主應(yīng)力圖，如圖36-1所示。主應(yīng)力由拉應(yīng)力引起的為正號，主應(yīng)力由壓應(yīng)力引起的為負(fù)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(yīng)力圖。在異號三向主應(yīng)力圖中，又以具有兩個壓應(yīng)力和一個拉應(yīng)力的主應(yīng)力圖為最普遍。同號的三向壓應(yīng)力圖中，各方向的壓應(yīng)力均相等時（61=62=63），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。在生產(chǎn)實際中很少遷到三向拉伸應(yīng)力圖，僅在拉伸試驗中，當(dāng)產(chǎn)生縮頸時，在縮頸處的應(yīng)力線，是三向拉伸的主應(yīng)力圖，如圖36-2所示在鐓粗時，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。冷變形硬化對金屬塑性及變形抗力的影響金屬經(jīng)過冷塑性變形，引起金屬的機械性能、物理性能及化學(xué)性能的改變。隨著變形程度的增加，所有的強度指標(biāo)（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(biāo)（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(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，簡稱硬化。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1.1.4提高金屬塑性及降低變形抗力的工藝措施針對影響金屬塑性及變形抗力的主要因素，結(jié)合生產(chǎn)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(chǎn)中，常采取的工藝措施有：坯料狀況冷鐓用原材料，除了要求化學(xué)成份、組織均勻，不要有金屬夾雜等以外，一般要對原材料進(jìn)行軟化退火處理，目的在于消除金屬軋制時殘留在金屬內(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HRBW80。對中碳鋼，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。提高模具光滑度及改善金屬表面潤滑條件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(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。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。1.2金屬塑性變形的基本規(guī)律1.2.1最小阻力定律金屬在變形中，變形體的質(zhì)點有向各方向移動的可能，變形體質(zhì)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(xiàn)。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(gòu)成的間隙向四周流，只有當(dāng)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。1.2.2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。體積不變定律是根據(jù)產(chǎn)品形狀尺寸、計算出體積，據(jù)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(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)計最主要的依據(jù)。1.2.3變形中影響金屬流動的主要因素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(xù)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(tài)，變形前后在幾何形狀上仍然相似。圖36-6為環(huán)形坯件的鐓粗示意圖。當(dāng)無摩擦?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。由于有摩擦的存在，流動受到阻礙。越接近內(nèi)層金屬向外流動的阻力越大，比向內(nèi)流動時還要大，因而改變了流動的方向，如圖所示，在環(huán)形件中出現(xiàn)了流動的分界面（dN）。工模具形狀的影響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，使金屬在各自流動的阻力有所差異，變形首先發(fā)生在阻力最小的部分。2 金屬冷鐓（擠）工藝?yán)溏叄〝D）工藝基本概念2.1.1冷鐓、冷壓在室溫狀態(tài)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(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，實際是既有冷鐓，也有擠壓的一種復(fù)合工藝的加工方法。2.1.2冷鐓（擠）的變形方式a.沖裁使坯件的一部分與主體分割開。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(yù)鐓、精鐓等。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(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，金屬的流動方向與上模的運動方向相反。圓柱頭內(nèi)六角螺釘頭部成形就屬反擠壓。e.復(fù)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(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）。2.1.3冷鐓（擠）變形程度變形程度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。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。任"-'"許.心*項"二廠芝*:即（公式36-5）式中：h0——被鐓鍛部分的原始高度d0一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。第二種方法用鐓鍛率（￡）即：（公式36-6）（公式36-7）式中ho、Fo——鐓鍛前頭部材料的原始高度、橫截面積h、F一鐓鍛后工件的高度、橫截面積許用變形程度當(dāng)冷鐓變形程度超過金屬本身的變形限度時，變形的工件側(cè)面會出現(xiàn)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(yán)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(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，許用變形程度也會愈小。在生產(chǎn)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(jìn)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。表36-1列出了部分鋼材的許用變形程度?！?鋼材牌號￡%鋼材牌號30T10、T1270-7515Cr、Y1235-5050、60Mn、40CrNiMo75-8030、35、40Cr55-6040、45、30MnSi、GCr1580-9010(%Si)、10F、1565-7020(-%Si)2.1.4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：a.鐓鍛比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(xiàn)縱彎現(xiàn)象，壓扁后，會出現(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。一般按下列數(shù)據(jù)來決定鐓鍛次數(shù)：當(dāng)W時，可一次鐓鍛；當(dāng)＜w時，鐓鍛兩次；°當(dāng)＜W時，鐓鍛三次。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、圓柱頭等形狀的機螺釘，雖然頭部所需坯料的ho/do值一般都小于，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（S為六角螺母對邊尺寸），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，因此選用3~4次鐓擊成形。值得強調(diào)的，不是對所有形狀比較復(fù)雜的產(chǎn)品都靠增加鐓鍛次數(shù)來解決。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(fù)雜的變形中有剛性，又有足夠的韌性和耐磨性。2.1.5冷鐓工藝中力的計算方法2.1.5.1冷鐓力冷鐓力是確定工藝參數(shù)、設(shè)計模具、設(shè)計冷鐓機和專用設(shè)備選型的主要依據(jù)。決定冷鐓力大小的因素較多，主要有以下幾個方面：金屬的機械性能冷鐓力隨材料強度、硬度的增加而增加。工件形狀、變形程度冷鐓力隨工件變形量的增加而增加。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)生對冷鐓力的影響。工模具形狀工模具形狀的不同，造成金屬在各方向流動阻力的差異，從而影響冷鐓力。2.1.5.2冷鐓力的計算方法常用的冷鐓力的計算公式有：經(jīng)驗公式P=K6t?F（公斤） （公式36⑻式中F——工件鐓鍛終止時的投影面積（mm2）K一頭部形狀復(fù)雜系數(shù)，按圖36-11選擇。對六角頭螺栓一般選K=~6t一考慮冷作硬化后的變形阻力，可由下式計算：=bl bnF6t ° （kg/mm2） （公式36-9）式中6b 鋼材抗拉強度極限（kg/mm2）Fo 鐓鍛前坯料斷面積（mm2）近似理論推導(dǎo)的計算公式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)驗進(jìn)行修正，得出如下的冷鐓力計算公式：（公式36-10）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一工件頭部投影面積(mm2)Z一變形系數(shù)n 工具形狀系數(shù)a——工件變形部分形狀系數(shù)R——摩擦系數(shù)Z、n、a、R可按表36-2選取表36--2冷鐓力計算系數(shù)?商/ ，、Z變形系數(shù) n工具形狀系數(shù)0冷鐓部分形狀r摩擦系數(shù)b(N/mm2) 系數(shù)牌號數(shù)值工序形狀系數(shù)凹陷棱角系數(shù)條件系數(shù)面潤滑系數(shù)10340預(yù)簡單~2無無圓柱形研磨石墨~20420精簡單?有無~正方形六角形研磨無~25460精復(fù)雜~有有矩形精加工~30500非對稱形復(fù)雜形~粗加工~就計算的精確度而言，第二個公式比第一個公式計算結(jié)果要精確一些，但計算不如經(jīng)驗公式簡單，一般常采用經(jīng)驗公式計算，最后預(yù)以修正。2.1.5.3輔助工藝力的計算方法1.剪切力的計算冷鐓過程中，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。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(fā)生影響，但計算中忽略不計。實際生產(chǎn)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。a.毛坯切斷力的計算P剪=F?t（N）（公式36-11）式中F 坯料剪切面面積（mm2）t——鋼材抗剪強度表36-3列出了常用鋼材的抗剪強度。表36-3常用材料剪切加工一般所采用的間隙和t值材料間隙（%）抗剪強度T（N/mm2）材料材料間隙（%）抗剪強度T軟鋼6~9t320~400軟220~300硬鋼8~12t550~900硬350~400硅鋼7~11t450~560鋁軟5~8t70~110不銹鋼420~560硬6~10t130~180銅軟6~10t180~220鋁合金軟6~10t220硬250~300硬380注：t一坯料截面（剪切面）厚度,mm切邊力的計算公式P切=LHt（N） （公式36-12）式中L——切邊周長（mm）H——切邊高度（mm）螺母沖孔力的計算公式式中：d沖孔直徑（mm）h一沖孔連皮厚度（mm）（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。）2.縮徑力的計算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，實際是一個正擠壓，可應(yīng)用正擠壓實心件的計算公式：P=p?F（N） （公式36-14）式中：P 單位擠壓力（N/mm2）F一縮徑前桿部截面積（mm2）P可根據(jù)含碳量不同，變形程度￡不超過30%時，可取P=600~900N/mm2。2.1.5.4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(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（兩個螺母球坯），頂料力就會成倍增加，嚴(yán)重時還會損壞模具，影響機器運轉(zhuǎn)。所以自動冷鐓機的頂料機構(gòu)一般都有與主機聯(lián)鎖的保險裝置，一旦頂料出現(xiàn)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。a凹模頂料力

PT=6PT=6t?F(N)(公式36-15)式中6t 單位面積上的頂料力。經(jīng)驗數(shù)據(jù)6t=500~600N/mm2F一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mm2b切邊頂料力PT=PKt（N） （公式36-16）式中P——切邊力（N）Kt一系數(shù)頭部高度＜5,Kt=~頭部高度N5,Kt=~冷鐓工藝中工序、工位變形形狀的分析緊固件產(chǎn)品的冷鐓（壓），由壓力機、自動冷鐓機來完成。分序冷壓、單工位、多工位冷鐓中，上序或上工位鐓（壓）的半成品形狀，直接影響著下序或下一工位的成形。因此，在合理分配變形比的基礎(chǔ)上如何確定正確的變形形狀，對以后的變形以及產(chǎn)品質(zhì)量都有著直接關(guān)系。2.2.1桿狀緊固件的冷鐓（壓）工藝桿狀緊固件冷鐓（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(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(yīng)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(xiàn)偏心，使坯件受力不均，從而產(chǎn)生變形不均，導(dǎo)致頭部成形時因縱向彎曲而出現(xiàn)折迭。對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。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(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(diào)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(wěn)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(wěn)定性，在初沖小端工作型腔中除了錐形外，還要有高為~2mm的圓柱形型腔，如圖36-12所示。據(jù)經(jīng)驗，當(dāng)Lo/doW時，只需要一次鐓鍛就可成形，不會出現(xiàn)縱向彎曲，當(dāng)Lo/doW時，要經(jīng)過兩次鐓鍛完成頭部成形；當(dāng)Lo/doW8時，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。對于中碳鋼、合金鋼而言，由于鐓鍛帶給的冷作硬化，使以后的變形工序難以進(jìn)行，這時需要將連續(xù)冷鐓（壓）改成分序冷壓，在工序間的半成品經(jīng)過軟化退火處理，使半序品硬度降低，并去除工序變形中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。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(chǎn)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(shù)。（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，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(dāng)大一些，使工件容易脫離初鐓模，一般a取8。~16。，初鐓沖頭的內(nèi)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，a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(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(chǎn)品頭部精鐓后的體積即V。V可由產(chǎn)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(jīng)驗公式：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)對于六角頭螺栓及六角頭導(dǎo)頸螺栓，K=對于半圓頭螺釘，K=對于沉頭螺釘，K=~。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~。當(dāng)DK=時，錐形體的體積V1為：（公式36-18）則 （公式36-19）如取DK=時 （公式36-20）模腔錐角a （公式36-21）（2）機器螺釘初鐓形狀的確定機器螺釘種類很多，主要區(qū)別于頭部的幾何形狀?？偟恼f，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(chǎn)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(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。在精鐓頭部成形時，同時對槽型產(chǎn)生鐓擠，這時產(chǎn)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。尤其在槽型方向有明顯“缺肉”的現(xiàn)象。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?shù)某鯖_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。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，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、、級，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。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，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。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、四方頭的螺栓圖36-19所示成形區(qū)有三個區(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、凹穴六角頭螺栓類產(chǎn)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(chǎn)品頭部尺寸的要求。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，它的強度級別范圍大，從~級都有生產(chǎn)。對于中、低強度級別的六角頭螺栓，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，使螺紋長度部分的桿部達(dá)到螺坯尺寸。內(nèi)六角圓柱頭螺釘按國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定是級及其以上級別的高強度產(chǎn)品，盡管頭部變形程度不大，但使用線材強度較高，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，使螺紋長度的桿部直徑達(dá)到螺坯尺寸。六角頭螺栓采用細(xì)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(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：頭部變形程度大，容易產(chǎn)生裂口，有時切六方邊裂口也不能完全去除。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。頭部與桿部結(jié)合強度較差，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。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，對線材的表面潤滑、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?？偟恼f來，粗桿縮徑工藝雖然對線材、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)品的強度要求，綜合經(jīng)濟(jì)效率還是好的。（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。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(shè)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(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動冷鐓機按多工位生產(chǎn)工藝完成，也可由專用的切邊機上來完成。2.2.2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：用較小直徑的線材冷鐓生產(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。使用線材直徑do=~,s一螺母對方尺寸。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(chǎn)，也可在壓力機上分序生產(chǎn)。在三工位冷鐓機上生產(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。用較大直徑的線材冷鐓生產(chǎn)螺母這種工藝使用線材直徑do-，經(jīng)切斷、整形、初鐓、預(yù)成形、精成形、沖孔而成，一般在五工位自動冷鐓機上生產(chǎn)，夾鉗帶翻轉(zhuǎn)機構(gòu)，見。C.六方鋼成形工藝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)。2.螺母冷鐓（壓）工藝分析及工藝參數(shù)切斷在自動冷鐓機多工位生產(chǎn)或壓力機上分序生產(chǎn)，切斷都是第一道工序，也是較關(guān)鍵的工序。因為切料斷口的平整性、切刀板壓下所形成的馬蹄印大?。ㄒ妶D36-25）,都對下序的整形、鐓球有直接的影響。由公式36-22可計算出切料長度馬朋I 壓扃區(qū)E36-25驟母治柱馬康印示意.圖（公式36-22）式中Lo 切料長度mmV型 螺母沖孔前坯料體積（mm3）Fo 線材截面積mm2這僅是一個計算值，實際生產(chǎn)中還要通過調(diào)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(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~0.1mm，刀板與切斷模之間的間隙為0.1mm左右。整形如圖36-26所示，整形是把料柱的端面鐓平，在下端鐓（壓）出1~2x45°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。整形的尺寸d=do+~（mm）式中do 線材直徑mm。鐓球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，按經(jīng)驗，在倒角40°確定的情況下，dM、h尺寸應(yīng)盡可能小。這樣，在壓六方時，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(chǎn)生飛邊。鼓形球尺寸按經(jīng)驗數(shù)據(jù)如下：dM=~d徑DmaxWSmin式中d徑 螺母公稱直徑mmDmax 鼓形球最大直徑mmsmin 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計算得出：（公式36-23）H=h+（D--dM）tg40° （公式36-24）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。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，要求螺母側(cè)面要有一個傾斜角Y（見圖36-28），其大小隨規(guī)格的增加而偏大，如M10以上的螺母，y一般取0。.30'~1。，如Y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(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（6）超差，同時經(jīng)沖孔脹方后s尺寸也達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)要求。Y取0。.30'~1。實際是由生產(chǎn)實際經(jīng)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(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。dl是一個關(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)驗數(shù)據(jù)為：<M8:d1=d小max+~mmM8~M14:d1=d小max+~mmM14-M18:d1=d小max+（010~mmM18~M24:d1=d小max+~mm式中：d小max——螺母內(nèi)螺紋小徑最大尺寸（mm）d=~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，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。

dl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，按公式計算，h尺寸就可大一些，這樣既可節(jié)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。h=(d--d1)tg37° (公式36-25)凹穴中另一重要尺寸為hl和a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。hl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(jìn)入凹模，從而引起重帽，而產(chǎn)生故障。經(jīng)驗數(shù)據(jù)為：<M6: h1<0.30mmM8~M10:h1=(~)mmM10~M16:h1=(~)mmM18~M24:h1=(~)mm對M20以上螺母，壓型上模的h1可比下模高(~)mm,更有利于冷鐓變形。a一般取10°~15°。h1、a確定后，d2尺寸可按下式計算d2=d1-2h1tana (公式36-26)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:h2=h+h1+tg15°h2=h+h1+tg15°（公式36-27）凹穴尺寸一般不作為檢驗依據(jù)，由模具的尺寸來保證。上述數(shù)據(jù)依據(jù)為GB/T6170-2000標(biāo)準(zhǔn)螺母。對于其他型式的螺母不完全適用。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。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。沖孔必須注意以下兩方面的問題：（1）螺母沖孔后s方脹方問題沖孔實際上是對坯料進(jìn)行沖切。內(nèi)孔沖裁表面有沖切面還有撕裂面（圖36-30）?？讻_對內(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