白皮書whitepaper冷鐓?緊固件?模具商舟科技有限公司ShanazhouTechnoloavCo?Ltd一、冷鐓工藝簡(jiǎn)介冷鐓工藝是少無切削金屬壓力加工新工藝之一。它是一種利用金屬在外力作用下所產(chǎn)生的塑性變形，并借助于模具，使金屬體積作重新分布及轉(zhuǎn)移，從而形成所需要的零件或毛坯的加工方法。冷鐓工藝最適于用來生產(chǎn)螺栓、螺釘、螺母、鉚釘、銷釘?shù)葮?biāo)準(zhǔn)緊固件。鍛坯材料可以是銅、鋁、碳鋼、合金鋼、不銹鋼和鈦合金等，材料利用率可達(dá)80?90%。冷鐓多在專用的冷鐓機(jī)上進(jìn)行，便于實(shí)現(xiàn)連續(xù)、多工位、自動(dòng)化生產(chǎn)。在冷鐓機(jī)上能順序完成切料、鐓頭、聚積、成形、倒角、搓絲、縮徑和切邊等工序。生產(chǎn)效率高，可達(dá)300件/分以上，最大冷鐓工件的直徑為48毫米。棒料由送料機(jī)構(gòu)自動(dòng)送進(jìn)一定度，切斷機(jī)構(gòu)將其切斷成坯料，然后由夾鉗傳送機(jī)構(gòu)依次送至聚積壓形和沖孔工位進(jìn)行冷鐓成形。這門技術(shù)屬于冷成型的一個(gè)種類，就是在不進(jìn)行加熱的情況下對(duì)材料進(jìn)行沖剪、彎曲、拉伸等的加工方式。冷鐓工藝的主要優(yōu)點(diǎn)：冷鐓是在常溫條件下進(jìn)行的。冷鐓可使金屬零件的機(jī)械性能得到改善。冷鐓螺栓和切削加工螺栓的機(jī)械強(qiáng)度、無論是何種規(guī)格的螺栓，冷鐓加工后的抗拉強(qiáng)度比切削加工的提高約10%左右，有的甚至可提高20%。這是因?yàn)槔溏吋庸ぎa(chǎn)品的金屬纖維不會(huì)被切斷，金屬內(nèi)部結(jié)構(gòu)被壓實(shí)，以及伴隨加工硬化現(xiàn)象的存在，所以金屬機(jī)械性能得到了改善。冷鐓工藝可以提高材料利用率。以冷鐓螺栓為例，新工藝“凹穴”六角頭螺栓，材料利用率可達(dá)99%以上。除了‘料頭料尾的損失外，達(dá)到了完全無切削加工。如用切削加工，材料利用率則僅為40%。冷鐓螺母的材料利用率也可達(dá)80%左右，而切削加工螺母，其材料利用率只有54%。冷鐓工藝可大大提高生產(chǎn)率。如冷鐓螺母與原切削工藝相比，生產(chǎn)率約提高25?30倍。由于采用了多工位冷鐓機(jī)，實(shí)現(xiàn)了各道工序在一臺(tái)機(jī)床上同時(shí)加工，從而減少了設(shè)備投資，減少了設(shè)備所占用的生產(chǎn)場(chǎng)地，減少了半制品在各工序之間的運(yùn)輸，特別是減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，改善了勞動(dòng)條件。冷鐓工藝能提高產(chǎn)品表面光潔度和保證產(chǎn)品精度。一般光潔度可達(dá)V5,特殊要求可達(dá)V6。對(duì)于大批生產(chǎn)螺栓，螺母等來說，完全可以保證其精度。冷鐓工藝由于具有高的生產(chǎn)率，良好的產(chǎn)品質(zhì)量，并大大減少材料消耗，降低生產(chǎn)成本，改善勞動(dòng)條件，因此愈來愈廣泛地應(yīng)用在機(jī)械制造特別是標(biāo)準(zhǔn)緊固件的生產(chǎn)中，其中應(yīng)用多工位冷鐓機(jī)生產(chǎn)的最有代表性的產(chǎn)品，是螺栓、螺釘和螺母。二、冷傲常用原材料的及工藝特性要求.要求有較高的塑性和較低的硬度。由于冷鐓時(shí)毛坯的側(cè)表面存在切向拉應(yīng)力，客易產(chǎn)生縱向表面裂紋，因此，冷鐓工藝應(yīng)采用專用的高塑性、低硬度的材料。對(duì)于鋼材一般要求表面硬度為75-85HRB。.表面質(zhì)量要求很高，由于冷鍛工藝主要用于標(biāo)準(zhǔn)件生產(chǎn)，這些產(chǎn)品一般不再進(jìn)行切削加工，尤其是螺釘，螺栓等標(biāo)準(zhǔn)件，其桿部在冷鎖過程中變形極少，仍保持毛坯的原有表面，因此，必須要求冷鎖用原材料具有較低的表面粗糙度，不允許有劃傷，麻斑、9.782oo4銹跡等表面缺陷。.尺寸精度要求高，為保證坯料的體積準(zhǔn)確，必須要求坯料直徑公差很小。.材料的供應(yīng)形式有冷拔盤料和冷拔棒料兩種。冷拔盤料的直徑規(guī)格普遍為2*16mm,每盤重量為100?2000kg；一般直徑大于16mm的冷拔料以棒料的形式供應(yīng)。.示列公差帶，以M10X1.5螺栓為例（圖一），原材料公稱尺寸公差（”）圖一0.00±0.00尺寸精確到后2位數(shù)即可，M5以下桿徑公差建議為±0.015.冷鎖變形程度取決于冷鎖次數(shù)，冷鎖變形程度的表示方法及許用變形程度，在冷鎖加工時(shí)，由于金屬產(chǎn)生加工硬化作用，冷鎖變形程度越大，變形抗力也將越大。當(dāng)冷鎖變形程度超過金屬材料本身最大許用變形程度時(shí)，在零件側(cè)表面就會(huì)形成裂紋；當(dāng)冷鎖的單位壓力超過模具所允許的壓力時(shí)，就會(huì)引起模具的損壞。因此，對(duì)各種不同尺寸形狀、不同冷鎖材料，應(yīng)當(dāng)選擇合理的變形程度。一般冷鎖變形程度常用下式表示（圖二）：￡=（圖二）式中,丑0-￡=（圖二）式中,丑0-hi

Hox100%￡冷鍛變形程度；H0鐓粗前毛坯原始高度；hl鐓粗后零件的高度。如果冷鐓前毛坯長(zhǎng)度過高，冷鐓時(shí)則會(huì)產(chǎn)生側(cè)向彎曲，造成折疊、夾灰等缺陷。因此，冷鐓時(shí)的變形程度要選得合適。據(jù)一些工廠的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得知，不同金屬材料，在冷鐓時(shí)側(cè)表面出現(xiàn)裂紋的最大許用變形程度如下表（圖三）：序材質(zhì)牌號(hào)變形程度￡11080%210沸87%33573%440Cr74%530CrMnSiA87%665Mn50%7GCr1555-65%8鋁>95%9紫>95%10銅>95%11其他/圖三，變形程度值參考表冷鐓變形程度超過上列數(shù)據(jù)時(shí)（圖三），為防止產(chǎn)生裂紋，應(yīng)進(jìn)行中間退火，以消除冷鐓變形中產(chǎn)生的硬化現(xiàn)象，然后再繼續(xù)鐓鍛。除了考慮最大許用變形程度外，對(duì)于幾何形狀過分復(fù)雜的冷鐓產(chǎn)品，也必須考慮中間退火。如采用中間退火工藝，則只能分工序進(jìn)行冷鐓。冷鐓工藝除受上述變形程度影響外，還必須考慮鋤鍛時(shí)材料的彎曲。一般實(shí)跋經(jīng)驗(yàn)是根據(jù)線材，未夾持幫分的自由高度h與其直徑dm之比，來決定鐓鍛次h乙2時(shí)，鐓鍛一次h瓦丁三 時(shí)，鐓鍛兩次h丁三6a，n, 時(shí)，鐓鍛三次在實(shí)際生產(chǎn)中，還要考慮產(chǎn)品的幾何形狀，按照上列數(shù)據(jù)多增加一次鐓鍛。如螺栓、螺釘、螺母的冷鐓次數(shù)，就要比上列計(jì)算數(shù)據(jù)多鐓一次。這是一方面為了考慮模具的使用壽命，另外也是為了保證產(chǎn)品質(zhì)量。. 冷成型鋼結(jié)構(gòu)的主要優(yōu)點(diǎn)：與較厚的熱軋型鋼相比，冷成型鋼可加工成適用較小的荷載和較短的跨度。通過冷成型加工可以經(jīng)濟(jì)地得到不同尋常的截面形狀，獲得

令人滿意的強(qiáng)度重量比?？紤]包裝和運(yùn)輸?shù)木o密型，可生產(chǎn)可嵌套的截面。環(huán)境重力作用下無伸縮無形變。圖四，長(zhǎng)度計(jì)算公式冷鐓時(shí)坯料長(zhǎng)度的計(jì)算：冷鐓時(shí)的坯料長(zhǎng)度，可根據(jù)體積不變?cè)瓌t來決定，即塑性變形前坯料的體積，等于冷鐓后零件的體積。如冷鐓后還要進(jìn)行切邊或切削加工，那么坯料的體積還應(yīng)加上相應(yīng)的切削量。坯料體積決定后，它的頭部所需毛坯長(zhǎng)度，可按圖4所示進(jìn)行計(jì)算：圖四，長(zhǎng)度計(jì)算公式冷鐓時(shí)坯料長(zhǎng)度的計(jì)算：冷鐓時(shí)的坯料長(zhǎng)度，可根據(jù)體積不變?cè)瓌t來決定，即塑性變形前坯料的體積，等于冷鐓后零件的體積。如冷鐓后還要進(jìn)行切邊或切削加工，那么坯料的體積還應(yīng)加上相應(yīng)的切削量。坯料體積決定后，它的頭部所需毛坯長(zhǎng)度，可按圖4所示進(jìn)行計(jì)算：三、冷鐓模具很多緊固件是采用冷鐓模具成形的。冷鐓模具承受劇烈的沖壓載荷，其凹模表面承受很高的壓應(yīng)力。要求模具材料具有較高的強(qiáng)度、韌性和耐磨性。冷鐓模具在熱處理后，表面必須具有高的硬度而心部必須具有良好的韌性，這樣，表面有一定的壓應(yīng)力可以抵消在冷鐓過程中承受的應(yīng)力。很多緊固件是冷采用鐓模具形成的。冷鐓模具承受劇烈的沖壓載荷，其凹模表面承受很高的壓應(yīng)力。要求模具材料具有較高的強(qiáng)度、韌性和耐磨性。冷鐓模具在熱處理后，表面必須具有高的硬度而心部必須具有良好的韌性，這樣，表面有一定的壓應(yīng)力可以抵消在冷鐓過程中承受的應(yīng)力。用于生產(chǎn)工件批量不大的冷鐓模具，一般選擇碳素工具鋼或低合金冷作模具鋼，對(duì)模具型腔表面進(jìn)行局部淬火，使型腔表面硬度達(dá)到HRC60左右，而模具心5硬度為HRC35?45左右。應(yīng)根據(jù)模具的截面尺寸，選擇具有一定淬透性的模具鋼，以得到比較理想的淬硬層深度。淬硬層過淺，可能造成使用中型腔塌陷；硬化層過深，可能使模具在使用過程中出現(xiàn)開裂現(xiàn)象。對(duì)于要求使用壽命長(zhǎng)的冷鐓模具，則采用高合金模具鋼(如Cr5Mo1V,Cr12,Cr12MoV,7CrMo2V2Si等)、高速鋼(如W6Mo5Cr4V2,W18Cr4V,粉末高速鋼等)、鋼結(jié)硬質(zhì)合金或鉆含量較高韌性好的硬質(zhì)合金制造。為了使模具能承受較高的沖擊載荷，一般采用鑲塊式模具結(jié)構(gòu)。模具外套采用高韌性的合金結(jié)構(gòu)鋼或4Cr5MoSiV1等熱作模具鋼制造，熱處理后的硬度為HRC45左右。高硬度冷鐓模具鑲塊采用高合金模具材料制造，用冷壓或熱壓法鑲?cè)胪馓?，使之緊密接觸，外套對(duì)內(nèi)套造成一定的壓應(yīng)力，以改善模具的服役條件，延長(zhǎng)模具的使用壽命。

序模具名稱模具外套材質(zhì)內(nèi)鑲材質(zhì)備注1主模高韌性合金結(jié)構(gòu)鋼、4Cr5MoSiV1、熱作模具鋼：H13、45#、（鎢鋼）ST10等高合金模具鋼（如Cr5Mo1V，Cr12，Cr12MoV，7CrM02V2Si等）、高速鋼（如W6Mo5Cr4V2,W18Cr4V，粉末高速鋼2一沖3二沖4線模5剪刀板6一沖鎢（鎢鋼）ST10等7頂桿SKH-51-55.SKD11等注：鑲塊模具外套可采用中碳合金結(jié)構(gòu)鋼或4Cr4MoSiV,4Cr5MoSiV1鋼制造。.使用異常不合理壽命的表現(xiàn)：過載失效指材料本身承載能力不足以抵抗工作載荷（包括約10%的隨機(jī)波動(dòng)載荷）作用引起的失效，包括韌度不足和強(qiáng)度不足兩類失效。對(duì)韌度不足出現(xiàn)的脆斷失效應(yīng)予以重視。材料韌度不足失效。此類失效前無宏觀征兆和斷裂突發(fā)性，是冷作模具失效中最危險(xiǎn)的事故，此類失效曾出現(xiàn)過人身事故，給生產(chǎn)安全和經(jīng)濟(jì)建設(shè)造成很大的損失。這種失穩(wěn)態(tài)下的斷裂失效在冷擠壓和冷鐓模具中容易出現(xiàn)，如沖頭折斷、開裂，甚至產(chǎn)生爆裂，其特征是失效產(chǎn)生前無明顯塑性變形，宏觀斷口無剪切唇，且比較平坦，造成模具不可修復(fù)的永久失效。這種失效與模具材料韌度不足、承受過高應(yīng)力有關(guān)。對(duì)冷擠壓模具實(shí)際承載能力分析計(jì)算可知，沖頭失效前承受的工作應(yīng)變能力是材料斷裂消耗能的上千倍，說明了工作時(shí)沖頭承受高潛在動(dòng)能和低的斷裂抗力。根據(jù)能量守恒原理，沖頭斷裂勢(shì)能大部分轉(zhuǎn)變?yōu)閿U(kuò)展動(dòng)能，其擴(kuò)展的極限速度可達(dá)103m/s。當(dāng)模具結(jié)構(gòu)存在應(yīng)力集中，如六方冷鐓沖頭尾部過渡區(qū)rW1mm時(shí)，應(yīng)力集中系數(shù)K=2;冷擠壓沖頭臺(tái)階處r=3mm時(shí)，K=1.3；甚至機(jī)械加工刀痕、磨削粗痕跡等均可成為薄弱環(huán)節(jié)，產(chǎn)生失穩(wěn)斷裂。高碳、高合金的冷作模具鋼，使用狀態(tài)為回火馬氏體和二次量、松弛應(yīng)力一應(yīng)變的能力低，一次碳化物的不均勻性分布又嚴(yán)重降低了材料韌度。因此，這類失效斷口看不到宏觀變形，微觀變形的尺寸大致與碳化物間距相當(dāng)。強(qiáng)度不足失效。在冷鐓、冷擠壓沖頭中，材料抗壓、彎曲抗力不足，易出現(xiàn)鐓頭下凹、彎曲變形失效。在新產(chǎn)品開發(fā)中容易產(chǎn)生此類失效，這與工作載荷過大，模具硬度偏低有關(guān)。實(shí)際經(jīng)驗(yàn)表明，黑色金屬冷鐓沖頭硬度小于HRC56、冷擠壓沖頭硬度小于HRC62時(shí)易出現(xiàn)這類失效，同時(shí)說明材料強(qiáng)度不足，塑性有余，有韌度潛力可以發(fā)揮。解決此類模具早期失效的經(jīng)驗(yàn)方法是脆斷失效減硬度，變形失效增硬度。.正常磨損使用壽命：磨損失效是指模具工作部位與被加工材料之間的摩擦損耗，使工作部位（刃口、沖頭）的形狀和尺寸發(fā)生變化引起的失效。它又包括正常磨損失效和非正常磨損失效兩類。（1）正常磨損失效。對(duì)表面尺寸要求嚴(yán)格的冷沖壓、冷擠壓模具，在保證材料不斷裂的前提下，模具壽命取決于表面抗磨損能力。通常模具使用壽命較長(zhǎng)，表面質(zhì)量要求高的沖裁模、擠壓模易產(chǎn)生此類失效。（2）非正常磨損失效。在局部高壓力作用下，模具工作部位與被加工材料間發(fā)生咬合，被加工材料“冷焊”到模具表面（或模具材料“冷焊”到加工材料表面），引起被加工產(chǎn)品（或模具材料）表面形狀和尺寸發(fā)生突變，或在被加工產(chǎn)品表面出現(xiàn)嚴(yán)重劃痕等導(dǎo)致失效。在拉伸、彎曲模具及冷擠壓模具中易發(fā)生此類失效。.超負(fù)荷疲勞使用（多沖疲勞失效）冷作模具載荷都是以一定沖擊速度、一定能量作用下周期性施加的，這種狀態(tài)與小能量多沖疲勞試驗(yàn)（以一定能量周期性加載和卸載）相似。由于模具材料多沖疲勞的斷裂壽命多在1000?5000次，通常，裂紋疲勞源和裂紋擴(kuò)散區(qū)無明顯界限。模具鋼的疲勞性能和特征與結(jié)構(gòu)鋼有很大差異。因?yàn)榇嘈圆牧掀诹鸭y的萌生期占大部分壽命，多數(shù)情況下，裂紋萌生與擴(kuò)展難于區(qū)分。仔細(xì)分析疲勞條紋微觀形態(tài)可以看出，裂紋萌生多在材料表面的薄弱環(huán)節(jié)，如晶界、碳化物和應(yīng)力集中部位。試驗(yàn)表明，沖擊疲勞裂紋萌生約200um微裂紋時(shí)，壽命占總壽命的90%以上，從斷口上很難觀察到結(jié)構(gòu)鋼穩(wěn)態(tài)擴(kuò)展區(qū)和疲勞條帶。

四、螺絲模具、冷鐓模具圖樣

M3主模545*50*甲M3主模545*50*甲2.61”15*30束尾（倒角）23H*甲L5M3剪刀板70^5*10^2,61M吐臉津5*50*業(yè)陽(yáng)“方”劉—；中鋁(p3O*40*<p5常用螺絲規(guī)格表類規(guī)格牙匹HU成品沖稅類規(guī)格牙匹HU成品沖稅城徑別最丈ferh1:上ML4H30L3B13414?M1.70-i51.副l.&l142。加L%1.A9L6SM2.3O.flIO3.282.15陋M5M3.50.45/錦230M3.DDM2.9B/股2.60國(guó)H3,5Q.￡CJR3.3SM10OJO3.9E*35S.4Q標(biāo)"?1.Ea44.474.35K8BM5.00.604用4.S3V30粗M6.0i.oo5.5JSB25.1BMZOT.Oti6.576.826.13牙M8.Dt257.957,?97-Q2膽口L258-96爾州B.01M10].5O9.驪9,77白田mii.5010.471◎霽汽由4H121J511月511.76］仇？M14J-CD13.7412.SMl?2.00115.7414.5MIE1.50I7,?E17.711B.2mm2.5015.9519.71M4.Das丸w3陰3.53M4.50.5**7%加七口7國(guó)MS_00.545（韓4.57:花.二0.755.975.35區(qū)Y標(biāo)mzd0.75居,力&8S6.41M&,(5LM7.97?$57.21細(xì)MS.DL-OQ自招隼骷亂24MIO上加9.97軋鴕9.23牙MIOtJ59廊9.B19.07MJZL2511.9711.7613.07Ml2L5011.561179ID.89M141.11業(yè)L3J91Z.S9肚Z:,FJ1；*5：1￡雨14翻1.50-，[，，--17.951Z7816.86M2OJSO1M519.S5至提格彳敵成品臥法睦SE別便立■小1州3.1452JD英333.945工即3.38%1624*7324.5924.00制L&翔上知EJ刖，耙5/1?7M57.737瓦EH粗3/816g.4so02B4口牙7.Lb10.￡6g回為-212.6&12.4611.2Z55。和工n：4；'514g包機(jī)S/8it有，的14.2?4#硼工忠事2.69S2J7美54力03.154?調(diào)359評(píng)3Z3.例工配32J1制8#<).14239913.5710#2T4用加4.6】84,05粗12A涸4.70中206.117工書牙147.9077.M7t.933傅d?9.4料9.254町邛161411.00inHJ9.S3茂趨13r1L.32WI&111425]34?12.S01115.^315.5314.2$4#A&2.827i.?n144美3944M5?3.M62-73**40J翎43.n63.02制6*驪…工出3南40#324.9034651細(xì)1"285Nbl5.Z汴-1,6]V*卬46/6P5.68牙5與5147.9097J277.163,''8242的9-315a.74即7/14201LOS10.47&】占收20L2.6712』&H7i1*14；514M門.上3加1S1￡田4>;?14穌差別規(guī)格始產(chǎn)成品坤役戰(zhàn)徑同敷■大餐小IMil國(guó)標(biāo)76郎H3.C1.13,Q乙料工，沖M3.51.4玷3.352.75Ha1101-4%。 J.85)45齡4-5i-s4.5 4.35儲(chǔ)了怖5.02.05.0 4.853,90merIS6G5.8S467日制A牙鐵鐵釘3M2,0算2.152.041.70M?-3JJ2.407301.箝M2.E產(chǎn)2.702.602.10M川243,L0，心M3.51A3.65S,5D2.S3M4.0壇4.154?？?.25和1.5141.65軋5口L60M12工而5.004.00M5Q卻4u2D?.00工器MB.0*a.id1岫6.4S日割煙牙鈦鐵旬ErlLK2.04口Z.ODLSDL.65M23亶LSD2,2DLH5Mi2.6北工制工5。2.10H3.0243.0D2.并2.40M5.52?3.503.40Z-S3M4.0呼4.0D]L953.25H4,5在5口435W60MS.O141.004由543幡6.0H6,005,S5%學(xué)5MJB-0123.007.8S&J0M271.12.772.G12.1Q日制木螺蛀標(biāo)MJ.l1,33.L7卻2.4QM玷1.4L6D1402.75MIB】不工鐘工制3.W1H420<.003.20q』露Q4.6B軋40M印M，f.L*-9Z|4.6B3J0MS.l225.221.93工站M，.反5.3&4J0L82.65闋 「威4然-類別規(guī)格詈星力成靛勢(shì)注線:謊大假小叫【20加z.ziZ431.?美3S232.5￡2.462.0制羽2.S92-75Z-ZS