紧固件冷镦要点

紧固件冷镦工艺知 识讲义
江苏泰强不锈钢制品有限公司
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目录
一、冷成型基础知识 （一）冷成型工艺特点 （二）基本概念 （三）变形程度及镦锻比 （四）冷镦工艺中力的计算 （五）冷镦工艺主要模具介 绍
二、紧固件金属材料知识 （一）钢的分类及表示方法 （二）我公司常用金属材料 （三）冷成型工艺对材料的 要求 （四）化学成分对产品性能 的影响
七、紧固件螺纹知识
（一）基本术语
（二）螺纹的常用配合等级
（三）螺纹标记方法
（四）螺纹加工
（五）螺纹质量要求
（六）影响搓丝板（滚丝轮）寿命的因素
（七）螺纹检测
八、公差与配合及形位公差知识
九、表面粗糙度符号及意义
十、机械识图知识
十一、产品知识
（一）图线的意义
（一）公司产品类别
（二）视图
（二）产品性能等级
HRC45-48
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8、模具装配结构
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二、紧固件金属材料知识
❖ （一）钢的分类及表示方法：
❖ 钢是一种合金，其主要成份为铁元素，另外还有锰、铬、 钼、 镍 、铜 等金属元素及碳、硅、磷、硫等非金属元素。 其中碳是最重要的，它决定铁是否具有延展性，是否易熔化。 一般通称碳 、硅、 锰、 磷、硫 为钢铁五大元素。
圆柱头螺栓，头部冲孔，为反挤压。
正挤压
反挤压
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3、复合挤压：坯件在变形中，金属沿着凹模内壁流动，一部 分流动方向与冲模运动方向一致，一部分流动方向与冲模运 动方向相反，即既有正挤压又有反挤压。如内六角圆柱头螺 栓，在同一工位头部冲孔、杆部缩径，即为复合挤压。
4、体积不变原理：金属变形前的体积等于变形后的体积。
（三）剖视图
十二、热处理知识
（四）三视图举例 十三、表面处理知识
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一、冷成型基础知识
（一）冷成型工艺特点 1.产品机械性能好.保持了金属纤维组织的完整性； 2.产品表面粗糙度好，一般表面粗糙度可达Ra3.2—
Ra1.6； 3.生产效率高，冷镦机生产效率80-250件/分钟。 4.材料利用率高，一般材料利用率可达85%-95%； 5.减轻了工人的劳动强度低； 6.可以加工较复杂的零件。
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❖ 2、镦锻次数的确定 ❖ a、当ho/do≤2.5时，镦锻1次； ❖ b、当2.5≤ ho/do≤4.5时，镦锻2次； ❖ c、当4.5≤ ho/do≤6.5时，镦锻3次；
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（四）、冷镦工艺中力的计算
❖ 1、镦锻力的计算
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2、剪切力的计算
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3、缩径力的计算
产品类别
可选用的材质
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6.8级六角螺栓
35ACR、 40ACR、 SWRCH35K、10B33、 ML40Cr
35ACR、 40ACR、 SWRCH35K、10B21 （M12以
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8.8级六角螺栓
下）、10B33、ML40Cr （M12-M24）、
ML35CrMo（大规格）
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8.8级内六角螺栓
SWRCH35K、10B21（M12以下）10B33（M16）、 SCM435
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5、光冲模
❖ 光冲模设计主要是按产品的头型尺寸进行。结构型式 如图：
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6、切边模
❖ 切边模设计主要是按产品的头型尺寸进行。结构型式如图：
切边模材料为SKH-9、 SKH-59、M42、M2；硬度
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HRC61-65
7、减径模
结构型式如图：
减径模春保钨钢KG5硬度HRA88.3，模套SKD61硬度
10 B 21
SCM 4 40 H
表平均含碳量 表硼钢 表碳素钢
代保证淬透性钢 表碳含量约略成份
主要合金元素含量数字代号
表铬钼钢
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国标 ML 20 Mn Ti B
美标 41 40
分别为锰钛硼的化学元 素表示平均碳含量0.20%
表冷镦钢、铆螺钢
表碳含量的约略成份0.4% 表铬钼钢
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（二）常用金属材料
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（二）六角发蓝面螺栓成型工艺
（二）基本概念 1、冷镦：金属在常温下，借助模具进行镦锻完成金
属塑性变形，达到规定的几何形状、尺寸及质量要 求的工艺方法。 2、正挤压：坯件在变形中，金属沿着凹模内壁流动， 其流动方向与冲模运动方向一致。如螺栓粗杆缩径 4 即为正挤压。
3、反挤压：坯件在变形中，金属沿着凹模内壁流 动，其流动方向与冲模运动方向相反。如内六角
❖ （一）镦粗率的计算 镦粗率=（ho-H）/ho x100%
ho—镦粗前毛坯原始高度， H—镦粗后工件高度 或镦粗率=（D2 –do2 ）/ D2 x100%
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❖ 冷镦的变形程度越大，变形抗力也越大， 当变形程度超过金属材料本身的最大允 许变形程度，在零件的边缘就会产生开 裂。
（二）断面收缩率的计算
S WR CH 22 A
Al脱氧
平均含碳量0.22%
冷锻钢 线材 碳素钢
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Байду номын сангаас
❖ 2、中碳钢：常用的JIS日标SWRCH35K、 SWRCH40K、SWRCH45K 、 SAE美标1035 、 1040 、1045、GB国标ML35、ML40、ML45。
S WR
CH 35
K
镇静钢
平均含碳量0.35%
或变形量=d2 /D2 x 100%
❖ 反挤压变最小形量为20-25%
❖ 反挤压变最大形量为70-75%
❖ 挤孔的最大深度为2-3孔径
❖ 3.影响冷镦的变形程度的因素：a、线材直径及表 面质量；b、润滑状态；c、线材的塑性及硬度；d、 成型零件的几何形状及尺寸精度；e、模具质量。
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❖ （二）镦锻比的计算 ❖ 1、镦锻比（长径比）： ❖ 就是毛坯变形部分的长度（ho） ❖ 与其直径（do）的比值。∮=ho/do ❖ 当长径比过大（≥3.5），在镦锻时 ❖ 毛坯会产生失稳，开始出现纵向弯曲 ❖ 折叠，变形后出现头部偏心。
6、硼（B）：能提高可淬性，并且有助于使低碳钢 对热处理产生预期的反应。
7、矾（V）：细化奥氏体晶粒，改善韧性。
8、硅（Si）：保证钢件的强度，适当的含量可以改 善钢件塑性和韧性。
❖ 9、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。
❖ 五模五冲冷镦机：主要用于头部变形量较大，较复杂的异型 件产品。
❖ 六模六冲冷镦机：主要用于头部变形量较大，较复杂的异型 管件产品。
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四、我公司紧固件产品典型工艺介绍
（一）六角头螺栓成型工艺 ❖ 1、四模四冲：下料—头部预成型— 光冲成型及
下模倒角—杆部缩径—切六角—搓螺纹
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❖ 2、三模三冲：下料—头部预成型— 光冲成型及下模缩径倒 角—切六角—搓螺纹
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9.8、10.9级六角(内 六角)螺栓
10B33 、 ML40Cr 、SCM435、ML42CrMo、 ML35CrMo、ML20MnTiB
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12.9级六角(内六角) 螺栓
SCM435、SCM440、ML42CrMo、 ML35CrMo
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马车螺丝
SWRCH6A、SWRCH8A、SWRCH10A、 SWRCH22A
冷锻 线材 碳素钢
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❖ 3、合金钢：常用的有JIS日标SWRCH18A、SWRCH22A、 SCR440 SCM435、SCM440 ；SAE美标10B21、10B33、 10B38、 4135、4140 、4144；GB国标ML20MnTiB、 ML40Cr、ML42CrMoA、ML35CrMoA。表示方法如：
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3、顶出力的计算
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（五）冷镦工艺主要模具介绍
❖ 1、送料滚轮设计：
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2、切料模
2、切料模
模套材料SKD61，HRC4348
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3、切料刀
如图：
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切料刀样式
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4、初冲模
初冲模设计原则：尽可能得到大的变形比，避免金属纤维 纵向弯曲，从而得到优良零件。 初冲模口门尺寸一般取dk=1.25-1.4的线材直径。底径 d=do线材最大值。一般初冲模结构分为固定式、浮动式， 如图
❖ 3.冷顶锻：1/2 ❖ 4.金相组织：为珠状珠光体 4—6级 ❖ 5.化学成分:符合标准要求; ❖ 6.脱碳层：总脱碳层不大于1.0%，直径小于7mm，总
脱碳层不大于0.1mm。 ❖ 7.尺寸:符合工艺要求
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（四）化学成分对产品性能的影响
1、碳（C）：提高钢件强度，尤其是其热处理性能， 但随着含碳量的增加，塑性和韧性下降，硬度、变 形抗力增加，并会影响到钢件的冷镦性能及焊接性 能。 2、锰（Mn）：提高钢件强度，并在一定程度上提 高可淬性。即在淬火时增加了淬硬渗入的强度，锰 还能改进表面质量，但是太多的锰对延展性和可焊 性不利。 3、镍（Ni）：提高钢件强度，改善低温下的韧性， 提高耐大气腐蚀能力，并可保证稳定的热处理效果， 减小氢脆的作用。 4、铬（Cr）：能提高可淬性，改善耐磨性，提高 耐腐蚀能力，并有利于高温下保持强度。 5、钼（Mo）：能帮助控制可淬性，降低钢对回火 脆性的敏感性，对提高高温下的抗拉强度有很大影 40 响。
❖ 10、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。
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三、冷成型工艺使用的主要设备及特点
❖ 一模两冲冷镦机：主要用于头部变形量小，简单产品，成本 低，生产效率高。如：铆钉、销轴、沉头螺钉、槽形螺钉。
❖ 两模三冲冷镦机：主要用于头部变形量较大，杆部较短，多 台阶异型件。
❖ 三模三冲冷镦机：主要用于六角头螺栓、圆柱头内六角螺栓、 较简单的产品。
❖ 两模四冲冷镦机：主要用于头部变形量较大，杆部较短，多 台阶异型件。
❖ 四模四冲冷镦机:主要用于头部变形量较大，较复杂的产品， 如六角（十二角）发蓝面螺栓等。
5、最小阻力定律：金属的每个质点在变形过程中，
是沿着最小阻力方向移动。
复合挤压
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6、镦粗：是使毛坯长度缩短，同时又
使其截面积增大的一种压力加工方法。
7、缩径:是使毛坯在施加端面力的作
用小，减小其截面积的一种压力加工
方法。
8、切边：去除产品头部多余金属或使产
品得到所需的几何形状的加工方法。
镦粗
9、冷镦工艺基本工序：切料—头部预镦—终镦—切边
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六角凸缘螺栓
10B21、10B33、 SWRCH35K、 SWRCH22A
8 自攻钉 夹板钉等
SWRCH18A、SWRCH22A、1022A、 10B21 38
（三）冷成型工艺对材料的要求
❖ 1.表面质量：表面应光滑、不得有拉毛、划痕、氧 化皮、麻点、磷化膜细密、牢固、均匀。
❖ 2.硬度：低碳钢≤180HB，中低碳钢≤200 HB ，生 产槽形产品硬度≤160HB
10、镦锻工艺基本方法：冷镦、温镦（温度600-800℃）、热 镦（温度1000-1200 ℃）
11、冷作硬化：金属在常温下的塑性变形过程中，随着变形程
度的增加，其变形抗力也不断增高，使强度和硬度提高，而
塑性则下降，这种现象，叫冷作硬化。
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（三）变形程度及镦锻比
❖ 冷镦的变形程度：是指坯料镦锻部分的原始高度和 镦锻后的高度之差与原始高度的比值，或者坯料镦 锻后截面积的增加量与镦锻后截面积的比值。包含 着镦粗与挤压两方面的变形。镦粗时轴向变形程度 用镦粗率表示，挤压时的径向变形程度用断面收缩 率表示。
四、我公司紧固件产品典型工 艺介绍
（一）六角头螺栓成型工艺 （二）六角发蓝面螺栓成型 工艺 （三）十字槽发蓝螺栓成型 工艺 （四）内六角圆柱头螺栓成 型工艺 （五）异型件成型工艺 （六）六角双头螺栓成工艺 五、常用模具材料及性能
三、冷成型工艺使用的主要设
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备及特点
六、冷成型易出现的质量问题及解决措施
正挤压断面收缩率=（Fo-F1）/Fo x 100% ❖ Fo—毛坯的截面积，F1—工件的截面积， 或正挤压断面收缩率=（D –d ）/D x100% ❖ 开式挤压断面收缩率最大2 为230-352%
❖ 封闭式挤压断面收缩率最大为70-75%
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2、反挤压变形量
变形量=F1/Fo x 100% ❖ Fo—毛坯的截面积， ❖ F1—挤出孔的截面积
低碳钢 C≤0.25%
碳素钢 中碳钢0.25< C ≤ 0.60%
高碳钢 C >0.60%
钢
低合金钢 合金元素总量≤5%
合金钢 中合金钢 合金元素总量5-10%
高合金钢 合金元素总量＞10%
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钢的表示方法
❖ 1、低碳钢：目前常用的有JIS日标SWRCH6A、 SWRCH8A、SWRCH10A、SWRCH22A；SAE 美标1008、1010、1018、1022 ；国标ML10、 ML15、ML20 。