冷镦成型工艺处理设计,螺栓

目录
1.形状、尺寸
2. 坯料准备
3. 自动锻压机的型号
4. 凹模孔的直径
5. 滚压螺纹坯径尺寸的确定
6. 送料滚轮设计
7. 切料模
8. 送料与切料时常见的缺陷、产生的原因
9. 初镦
10. 终镦冲模
11. 镦锻凹模
12. 减径模
13. 切边
14. 常用模具材料及硬度要求
15. 冷成形工艺对原材料的要求
16. 切边时容易出现的缺陷、产生原因
17. 化学成份对材料冷成形性能的影响
18. SP.360设备参数
19. 台湾设备参数
20. 台湾搓丝机参数
21. 国内搓丝机、滚丝机参数
22. YC－420、YC－530滚丝机参数
23. 磨床参数
24. 单位换算
25. 钻床参数
形状、尺寸：
1.圆角半径――取直径的1/20～1/5。

冷锻时圆角过大反而难锻造。

2.镦粗头部和法兰部尺寸――头部或法兰部体积V在2D3（D为坯料直径）以下时用单击镦锻机，
3.5D3以下时可用双击镦锻机加工，而不会产生纵向弯曲。

如V为
4.7D3必须经三道镦粗工序。

这部分的直径D1，（镦粗后直径）对于C<0.2％的碳素钢，不经中间退火能够镦粗到2.5D。

超过上述范围必须中间退火。

侧面尺寸由于难以控制，公差要尽可能放宽。

3.镦粗部分的形状――头部或头下部的高度比直径大时，侧壁上向上和向下设置2°左右的锥度，使材料填充良好。

球形头部顶上允
许设计成小平面。

4.挤压件坯料和挤出部分断面积之比A0/A1，即挤压比R，对S10C、BSW1的实心、空心正挤压件，如在5～10以下，对反挤压杯形件，如在1.3～4间，能够一次成形。

自由挤压件的R如在1.25～1.4以下，能经一道工序加工。

杯形件反挤压时的冲头压力，当R 约为1.7时最小。

5.挤压件断面变化部分的锥度如图1，但对于变形抗力高的材料，从模具强度上考虑，α（度）要取较大值。

挤压比
制件形状
1.25 2 4 50
棒、管正挤压件
反挤压杯形件
10～20
60～90
30～45
60～90
45～60
75～90
75～90
75～90
6.反挤压杯形件的侧壁高度――侧壁高度H和冲头直径d的比H/d，对S10C、BSW1如在2～3以下，对更硬的材料如在1～2以下，均可一次成形。

7.凹穴的尺寸和位置――在材料的集中部分附加的凹穴深度取小于直径，只有一个凹穴时，必须布置在制件的对称中心。

8.底、法兰、幅板的厚度――厚度和直径之比T/D对S10C、BSW1如在1/10以上，可一次加工成形。

比上述界限薄时，沿材料流动方向设置3°～5°斜度使厚度逐渐增加。

9.尺寸公差――虽尽可能松些为好，如需标注，选取与一般能够得到的精度相符合的公差。

10.一次缩径的极限变形为0.36，凹模导入角为2a≤30°，多次缩径时，总极限压缩为0.96～1.36。

第一次和第二次缩径的极限压缩为0.29～0.35，第三次和第四次可提高到0.36～0.40。

（ε＝（D2－d2）/D2），D－材料直径；d－缩径后直径。

11.Φ22搓花t＝1.5可增大0.44mm。

12.如果一序凹模圆角半径大而二序凹模圆角半径小，会造成根部折叠；
13.减径挤压时，由于断面减缩率较小，此时中心层金属的流动速度反而慢于表层金属，中心层产生附加拉应力，可能会造成内部裂纹；
14.减径挤压时，凹模工作带厚度不均匀会造成杆部弯曲；
15.由于摩擦的影响而导致附加应力和残余应力，当它们的值超过挤压材料的许可值时，就可能产生环形鱼鳞状裂纹；（材料润滑不良）
16.头部的文字对头部变形有影响（受力不均产生）；
17.冷挤压零件的结构工艺性
1.对称性：最好是轴对称旋转体，其次是对称的非旋转体；
2.断面积差：在零件不同断面上，特别是在相邻断面上的断面积
差设计的越小越有利；
3.断面过渡及圆角过渡：冷挤压件断面有差别时，应设计从一个
断面缓慢的过渡到另一个断面，避免急剧变化。

可用锥形面或中间台阶来逐步过渡，且过渡处要有足够大的圆角。

4.断面形状：锥形问题，锥形件冷挤压会产生一个有害的水平分
力，故应先冷挤加工成圆筒形，然后单独镦出外部锥体或车削加工出内锥体。

18.
19.各种镦粗方式的加工界限；
20.在上下固定的凹模间隙内，将材料镦出凸缘的加工界限；
21.反挤压杯形件时，形状畸变的形式主要有孔口断面坡口和底棱缺肉；如果要获得口端平整的杯形件，可以先在毛坯上预成形一个凹窝，使凹窝的深度大于出现坡口时的深度，然后对端面实行封闭，将端面挤平；
22.杆长100mm及以下螺栓采用搓丝工艺。

23.圆头不切边零件的三序上模外圆尺寸要比零件头部外圆尺寸大0.4mm左右，因为外圆充不满。

坯料准备
A．热处理
球化退火――钢材，特别是含碳量0.3％以上的钢材，需作
珠光体细球化处理（珠光体4～6级）。

预先经过冷加工（拉拔、镦粗）的材料，珠光体球化最容易。

热轧材料的球化，要预先
经正火或淬火－回火处理。

（使钢中碳化物球状化而进行的退火工艺。

1.完全退火――用于含碳量0.2％以下的钢及非铁金属。

2.正火――为使钢材组织均匀化、晶粒细化而进行正火。

可作为退火的前处理，低碳钢只要作此处理就可锻造。

3.淬火――除可用来作为球化处理的前处理外，为使SUS27等奥氏体不锈钢软化，可加热到约1100℃再水冷。

4.软化退火――用来作为冷锻工序的中间退火处理。

B．润滑处理
1.磷酸盐被膜处理――脱脂－水洗－酸洗－水洗－中和－水洗－薄膜处理－水洗－中和－水洗－润滑处理
被膜处理过的坯料，一般用被膜润滑剂润滑。

被膜润滑剂是以脂肪酸钠肥皂为主要成分，和磷酸盐起反应会产生金属皂而起润滑效果。

精压印时，被膜处理后，薄薄地涂上一层低粘度的动植物油（蓖麻油、羊毛脂、棕榈油）。

在长行程的正挤压和齿形挤压时，用被膜润滑剂大多不能满足要求，这时可按要求的二硫化钼和石墨的微粒粉末厚度计算出能涂敷的量，将其溶于四铅化碳、酒精等挥发性溶剂中，用滚筒涂敷，可以获得良好的结果。

C．坯料制备
1.坯料切断法――锯断、剪断、冲裁。

2.坯料的体积、尺寸、形状――坯料体积的计算，以制件体积为基础。

再加上由于锻后的切边、冲裁、切削加工等引起损失的体积（5～50％）。

锻造后即使不再加工，也要考虑因中间退火、酸洗造成的损失。

而且，还需考虑坯料体积的误差，要求即使在最小体积的情况下也不产生缺肉，必须预留体积余量。

多余的体积由横向或纵向挤出或
形成飞边来调节。

但是，特别是出现横向飞边时，飞边大小会引起变形力的变化，从而使制件本身产生尺寸误差，因此体积公差，一般希望在0.5％左右。

采用不同直径的坯料能够制造同样的制件。

选取坯料直径的原则是，所选直径使在完成终锻件前材料的移动量或变形量、加工工序数尽量少，制件内部的变形分布尽量均一。

考虑坯料装入模具时，比模具内径过小的坯料定心困难，另一方面，和模具内径过于接近的坯料装入时，不仅特别是自动装入困难，而且还担心坯料的润滑坯膜被擦落。

因此，坯料直径一般比模具内径小0.1～0.2mm。

3.整形――坯料切断时产生的毛刺，是制件出现缺陷、工具磨损的原因，应利用滚筒清理等除去。

并且，即使没有毛刺，尖角也是锻造时产生折叠或引起润滑膜中断的原因，因此，要尽可能取大圆角或进行倒角。

为制作深杯形件用带压出凹穴的坯料，用模具预成形中心孔，可防止冲头偏心。

自动锻压机的型号
Z47－12B
Z――自动镦压机类
4――多工位自动冷镦机
7――多工位螺栓联合自动冷镦机
12――主要参数：最大镦制规格12mm
B――结构改进次序－第二次改进
自动镦锻机别组划分表。

.
带搓丝的叫螺栓联合自动冷镦机。

螺栓联合自动冷镦机能完成线材的送进、切断、初镦、缩径或挤压、终镦、切边、倒角、搓丝等工序。

凹模孔的直径
为了使切下的毛坯能顺利进入凹模孔内，要求线材直径与凹模孔径之间有一定的间隙，此时所需要的最小间隙（单边）为0.01～0.10mm ，这个数值的大小与线材直径、与线材进入凹模的长度成正比，即线材直径越大，则所需要的最小间隙也越大。

制造全螺纹用的凹模孔的直径，可以根据滚丝或搓丝前所要的螺坯的最小尺寸来确定。

制造粗杆半螺纹用的模孔直径，根据产品光杆直径的最小尺寸来确定。

前者凹模孔的最小尺寸应当等于或略小于螺坯最小尺寸，后者的模孔最小尺寸应当等于或略小于光杆部分的最小尺寸。

对于全螺纹用的线材尺寸要求比半螺纹用的线材尺寸公差小；长杆工件用线材直径公差较短杆工件要小些。

滚压螺纹坯径尺寸的确定
坯径的公差为0.02～0.03mm 。

理论滚轧直径：（日本）
滚压螺纹的精度基本上取决于螺坯尺寸及其表面粗糙度。

二级精度（老标准） d 坯min ＝d 2min+T/3mm
d 坯max ＝d 2min+3T/4mm （d 2min+4T/5mm ） d 坯min ＝d 2min+0.3Tmm
纹内侧牙顶宽度。

外螺纹牙根宽度或内螺螺纹牙型半角；
螺距；
内螺纹内径；外螺纹内径（底径）或径（底径）；外螺纹外径或内螺纹外；
；
；
式中：=====-=--==+
--=W p R R R R c R R R R b R a p W R bc W p a p R αα21212
22121212
2'
2223}tan 2)({31
2
d坯max＝d2min+0.7Tmm
式中d2min――二级精度螺纹中径最小值
T――二级精度螺纹中径公差值mm
对于电镀螺纹，d2min为该螺纹电镀前中径最小值，即d2min －4δ
δ――电镀层厚度的最小值mm。

送料滚轮设计
切料模
切料模的直径d1＝d0max+（0.1～0.25）mm，式中d0max为线材的最大直径。

切料模孔的工作部分长度L＝（2.5～3）d1，引入孔的直径d2≥1.2d1，压装镶块的过盈量为0.08～0.10mm。

切断凹模与割料刀之间间隙的大小，对切断的质量是有影响的。

如果刀板与切断凹模的间隙太小，则上下裂缝不会相遇而产生新的裂缝，这样切料端面就会有缺陷，如果间隙太大，就有很大的压缩并有毛刺。

最合理的间隙和毛坯直径d0有关，一般间隙z＝（5～
15％）d0。

刀板上的刃口直径d的尺寸，是以线材的最大直径作公
送料与切料时常见的缺陷、产生的原因：
1.拉毛：由于刀板刃口中心与割料模中心不重合而产生摩擦；
原材料不直，原材料直径大，模孔不光，原材料本身有条痕
等。

2.毛刺：由于割料模与刀板的刃口不锋利或料软而产生的，有
时刀板与割料模之间间隙太大也会产生毛刺。

3.压印大：切刀刃口不锋利或刃口已磨损产生的。

4.铁屑：由于线材端面与刀板摩擦或刀板不锋利造成的。

初镦
对坯料的自由端进行镦锻时，镦锻质量及所需要的镦锻次数与坯料自由端的长径比有很大的关系，当长径比小于2.25时，一次可把头部镦成所需要的形状，当超过这个数值以后，就应进行预镦或初镦，把坯料先镦成圆锥形，然后进行第二次或更多次数的镦锻，其目的是要避免杆部金属产生纵向弯曲。

初冲模的设计
1.初冲模具的设计原则：
要求初冲有尽可能大的变形比，其次要避免金属纤维纵向弯曲。

2.初冲模具的设计方法：
a.以美国为代表，这种方法是从塑性变形核理论，先决定锥体
大端直径Dk值，来确定初冲孔形尺寸的。

根据塑性变形核理论，假设锥体大端直径为小端直径的1.4倍，锥体的α角定为12°，金属体积不足部分，由圆柱体Ⅱ部分调节加以补充。

tan6°＝0.2dm/y
y＝1.903dm
图中dm＝d0（线材直径）
b.以苏联为代表，我国也采用此法。

由长径比来选择α角，然
后再确定其它尺寸。

L/d 1.6～2 2～2.4 2.4～
2.8
2.8～3 3～
3.3
3.3～
3.5
3.5～
3.8
3.8～
4.2
α10°8°6°5°4°3°30′3°15′3°
头
锥）
（＝）
（＝）
（＝V dk Dk dk Dkdk Dk dk Dk dk Dkdk D H V =-++-++3
32
22
2tan 24 tan 212 k 12
α
π
αππ
所以3
3tan 24
dk V Dk +•=头απ
式中V 头――产品头部体积
六角头螺栓初镦冲头主要尺寸mm
终镦冲模
我厂的终镦冲模在多工位冷镦机上，制件头部高度的2/3在冲模内成形，1/3在冲模与凹模之间成形。

特点：镦制凹模采用硬质合金制造，可以不制出模膛，给模具制造带来方便。

镦制六角头或方头螺栓时的终镦冲模如下所示：
螺纹规格M3 M4 M5 M6 M8 M10 M12 M14 M16 M18 M20
d 基本尺
寸
5.23
6.65
7.60 9.50
12.3
5
15.20
17.1
19.9
5
22.80
25.6
5
28.5
0 极限偏
差
12
.0
+15
.0
+18
.0
+21
.0
+
d 1 基本尺
寸
5.52 7.02 8.07 10.06
13.1
16.13
18.2
2
21.2
6
24.29
27.3
3
30.3
7 极限偏
差
15
.0
+18
.0
+21
.0
+25
.0
+
H 基本尺
寸
0.7 0.9 1.1 1.3 1.8 2.1 2.5 3.0 3.3 3.8 4.2 极限偏
差
10
.0
-
12
.0
-
当镦制半圆头制件时，冲模工作腔的尺寸等于成品的最后尺寸，因冲模端面与凹模间有间隙，故其高度应略小于制件头部高度。

冲模内的文字对头部成形有很大影响。

（受力不均，容易造成头偏）
镦锻凹模
在整式凹模中镦制的制件不宜太长，否则会造成进料不顺利，镦锻后杆部直径大小不一致，推出制件时顶针易折断，一般镦制的制件杆部长度不宜超过直径的9.5～10倍。

采用多层（镶一层或镶两层套）式组合凹模是解决凹模切向开裂行之有效的方法，这对于采用硬质合金为模芯的组合凹模特别有效。

三层组合凹模的强度是整体凹模强度的1.8倍，两层组合凹模的强度是整体凹模强度的1.3倍。

减径模见下图：
其主要几何参数为定径带直径d，定径带宽度h，定径带导入角α。

1.定径带直径d：
工件杆部直径大小是由d控制的，镦制后杆部直径要比定径
带直径d大0.01～0.02mm，这主要是金属塑性变形后的弹
性恢复。

2.定径带宽度h：
定径带宽度h影响到缩径力的大小和模具的寿命。

h小则缩
径力下降，但模具寿命不高，否则反之。

其大小由杆部直径
来确定，一般为0.5～2.5mm。

3.导入角α：
导入角α的大小对于杆部直径缩细影响很大，当导入角α增大，则所需作用力增加，导入角α减小则所需作用力下降，当α减
小以后，则毛坯与模孔之间的作用面积增加，摩擦阻力增加，因而作用力也提高了，同时缩径后锥度增长而不能符合标准
的要求，根据实际经验，导入角α＝12°～30°，我厂α＝18°～
24°最常用。

4. d2直径比d大0.05～0.12，其目的是为了减小摩擦阻力。

切边
1.切边冲模：
1）尺寸b的确定：
切边冲模的刃口厚度b（即定径带宽度）的大小对切边性能影响很大。

当b太大时则切边时易咬模，模具易断裂，切边阻力大，顶针顶料时也易折断，工件杆部易弯曲。

当b太小时，模具容易磨损，使产品的S面切不平，呈波浪形。

一般b＝0.4～1.5。

2）尺寸S模、D模：
S模＝S0min＋0.03mm
式中S0min－－产品对边最小尺寸，其制造公差为H7。

3）尺寸h：
h＝h0＋（1～2）mm
式中h0――产品头部高度公称尺寸
4）尺寸D、H：
产品对边宽度S＝7 ～10 D=22 H=16
S=11～17 D=37 H=20
S=18～24 D=48 H=30
S>24 D=60 H=30
2.切边凹模：
制件杆部直径与切边凹模的间隙不宜太大，一般可控制在
0.05～0.10mm范围内，否则会造成切边后工件单边，不对称。

螺纹规格M3 M4 M5 M6 M8 M10 M12 M14 M16 M18 M20 d
基
本
尺
寸
GB578
2
GB578
5
3.02
4.03
5.03
6.03 8.04 10.05
12.0
5
14.0
6
16.0
6
18.0
7
20.0
7
切边时容易出现的缺陷、产生原因
常用模具材料及硬度要求
冷成形工艺对原材料的要求
1.原材料必须进行球化退火处理，使钢材有尽可能均匀的、球形的晶粒结构。

珠光体颗粒的分布应尽可能均匀，成堆的珠光体分布对冷成形不利，会形成裂纹。

金相组织为珠状珠光体4～6级。

2.冷拔料的硬度：为了减少材料开裂倾向，提高模具寿命还要求冷拔料有尽可能低的硬度，以提高塑性。

十字槽螺钉用料：HB110～135（HRB62～74）
15MnVB、15MnB：HB170～207
10(ML10)：HB143～178
15(ML15)：HB156～197
20(ML20)：HB156～197
35/45(ML35/45)：HB170～197
40Cr(ML40Cr)：HB170～207
15Cr(ML15Cr)：HB170～207
对于分序加工的冷挤压用毛坯尚需进行专门的软化热处理。

冷拔料的尺寸精度：
4.冷拔料的表面质量：
冷拔料表面应有润滑薄膜存在，同时呈暗色，并且是无光泽的，同时不得有痕迹、划痕、折叠、裂纹、方向性分层、拉毛、锈蚀、氧化皮及凹坑麻点等缺陷。

冷拔料在拉拔之前应经磷化皂化处理。

5.要求冷拔料半径方向脱碳层总厚度不超过原材料直径的1.5％。

6.为了保证冷成形时的切断质量，要求冷拔料具有表面较硬，心部较软的状态，为此最后一道拉拔之前应进行一次球化退火，同时最后一次拉拔的压缩比不应超过10％。

7.冷拔料应进行冷顶锻试验，根据要求将试件压至原高度的1/2、1/3或1/4，试件周围不开裂。

化学成份对材料冷成形性能的影响
含碳量：碳的含量增加，则冷成形时金属材料塑性降低，屈服极限、硬度及变形抗力增加，加工时所需单位压力也增加。

一般，碳的含量每增加0.1％，则强度极限提高6-8kg/mm2。

通常含碳量在0.35％
以下的碳钢，其冷成形工艺性较好。

含锰量：锰在钢中会使屈服极限和强度极限提高。

但含锰量对变形抗力的影响比碳要小，仅为碳影响的四分之一。

含硅量：如果钢中的含硅量过大，会使钢材变得又硬又脆，使变形抗力增加，塑性降低。

含硫量：它在钢中与铁、锰化合形成硫化物，使钢出现热脆性。

同时促使带状组织的产生而使变形抗力增加，塑性下降，一般要求钢材的含硫量在0.06％以下。

含磷量：磷易溶于钢中的铁素体，显著地降低塑性，提高其强度及硬度，使变形抗力增加，当含磷量超过0.1％时影响更为显著。

磷还促使钢材产生强烈的冷作硬化。

一般应在0.06％以下。

铬、镍、钨、钼等合金元素对变形抗力的影响比碳元素小。

一般是合金元素含量增加，变形抗力相应增大。

SP.360设备参数
. 台湾设备参数
台湾搓丝机参数
国内搓丝机、滚丝机参数
YC－420、YC－530滚丝机参数
For HYD. pump 5HP For coolant pump 1/8HP
Machine body Floor space 2000x1560 mm Net weight (approx.) 2800kg Gross weight (approx.) 3300kg Shipping measurement (LxWxH) 2200x1720x1700 mm
YC A B
X=d/2+0.20
d：公称外径
Y=A-B-X
ZS4-120冷镦机参数：最大切断直径：Φ14
杆部长度：25～100
冲头顶出行程：15
M12、4工位
Z19-8冷镦机参数：
最大切断直径：Φ9
切料长度：22～70
Ⅰ模推出行程：70
Ⅱ模推出行程：60
Z465-800A冷镦机参数：
冲头顶出行程：45
杆部直径：Φ30
最大切断直径：Φ36
凹模推出行程：120
5工位
磨床参数无心磨砂轮，也叫凹型砂轮，分为单面凹（PDA）砂轮，双面凹（PSA）砂轮。

机床型号MT1040A M1050A M1080D
图样
磨削直径
通磨（mm）2-40 5-50 5-80
切入磨（mm）7-40 7-50 5-80
最大磨削长度通磨（mm）140 120 180 切入磨（mm）120 120 145
磨削砂轮规格PSA350*125*127 P400*150*203 P500*150*305 导轮规格PSA250*125*75 PSA300*150*127 PSA300*150*127 砂轮转速（r/min）1870 1668 1300
导轮转速（r/min）20-180 20-200
磨削时3-94
修整时300
导轮四转角度垂直面内-2度~+4度-2度~+5度-2度~+5度水平面内0度~+3度-1度~+3度0度~+3度
进给手轮每格进给量
mm
0.002 0.002 0.005 修整器格进给量mm 0.01 0.01 0.01 砂轮中心连线至托架底
面距离mm
190 220 210 砂轮与导轮中心连线至985 1000 1000
.
第9章磨工
磨削加工是用砂轮以较高的线速度对工件表面进加工的方法，其实质是用砂轮上的磨料自工件表面层切除细微切屑的过程。

根据工件被加工表面的性质，磨削分为外圆磨削、内圆磨削、平面磨削等几种。

由于磨削加工容易得到高的加工精度和好的表面质量，所以磨削主要应用于零件精加工。

它不仅能加工一般材料（如碳钢、铸铁和有色金属等），还可以加工用一般金属刀具难以加工的硬材料（如淬火钢、硬质合金等）。

磨削精度一般可达IT6 ～IT5 ，表面粗糙度一般为Ra0.8 ～0.08um 。

9. 1 砂轮
9.1.1 砂轮的特性及种类
砂轮是磨削的主要工具，它是由磨料和结合剂构成的多孔物体。

其中磨料、结合剂和孔隙是砂轮的三个基本组成要素。

随着磨料、结合剂及砂轮制造工艺等的不同，砂轮特性可能差别很大，对磨削加工的精度、粗糙度和生产效率有着重要的影响。

因此，必须根据具体条件选用合适的砂轮。

砂轮的特性由磨料、粒度、硬度、结合剂、形状及尺寸等因素来决定，现分别介绍如下。

（1 ）磨料及其选择磨料是制造砂轮的主要原料，它担负着切削工作。

因此，磨料必须锋利，并具备高的硬度、良好的耐热性和一定的韧性。

常用磨料的名称、代号、特性和用途见表9-1 。

表9-1 常用磨料。