紧固件冷成型工艺知识讲义(完整版)

1紧固件冷成型工艺知识讲义编写人：2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三、冷成型工艺使用的主要设备及特点四、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3六、冷成型易出现的质量问题及解决措施七、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（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4一、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。（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。如螺栓粗杆缩径即为正挤压。53、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。如内六角圆柱头螺栓，头部冲孔，为反挤压。正挤压反挤压63、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。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76、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。9、冷镦工艺基本工序：切料—头部预镦—终镦—切边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。镦粗8（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。（一）镦粗率的计算镦粗率=（ho-H）/hox100%ho—镦粗前毛坯原始高度，H—镦粗后工件高度或镦粗率=（D–do）/Dx100%2229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）断面收缩率的计算正挤压断面收缩率=（Fo-F1）/Fox100%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）/Dx100%开式挤压断面收缩率最大为30-35%封闭式挤压断面收缩率最大为70-75%222102、反挤压变形量变形量=F1/Fox100%Fo—毛坯的截面积，F1—挤出孔的截面积或变形量=d/Dx100%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。2211（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。12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；13（四）、冷镦工艺中力的计算1、镦锻力的计算141516172、剪切力的计算18193、缩径力的计算203、顶出力的计算21（五）冷镦工艺主要模具介绍1、送料滚轮设计：222、切料模2、切料模模套材料SKD61，HRC43-48233、切料刀如图：24切料刀样式254、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26275、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：2829306、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HRC61-65317、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HRC45-48328、模具装配结构33二、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。低碳钢C≤0.25%钢碳素钢合金钢中碳钢0.25C≤0.60%高碳钢C0.60%低合金钢合金元素总量≤5%中合金钢合金元素总量5-10%高合金钢合金元素总量＞10%34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。SWRCH22AAl脱氧冷锻钢线材碳素钢平均含碳量0.22%35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。平均含碳量0.35%SWRCH35K镇静钢冷锻线材碳素钢363、合金钢：常用的有JIS日标SWRCH18A、SWRCH22A、SCR440SCM435、SCM440；SAE美标10B21、10B33、10B38、4135、4140、4144；GB国标ML20MnTiB、ML40Cr、ML42CrMoA、ML35CrMoA。表示方法如：10B21表平均含碳量表硼钢表碳素钢SCM440H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37ML20MnTiB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4140表碳含量的约略成份0.4%表铬钼钢美标国标38产品类别可选用的材质16.8级六角螺栓35ACR、40ACR、SWRCH35K、10B33、ML40Cr28.8级六角螺栓35ACR、40ACR、SWRCH35K、10B21（M12以下）、10B33、ML40Cr（M12-M24）、ML35CrMo（大规格）38.8级内六角螺栓SWRCH35K、10B21（M12以下）10B33（M16）、SCM43549.8、10.9级六角(内六角)螺栓10B33、ML40Cr、SCM435、ML42CrMo、ML35CrMo、ML20MnTiB512.9级六角(内六角)螺栓SCM435、SCM440、ML42CrMo、ML35CrMo6马车螺丝SWRCH6A、SWRCH8A、SWRCH10A、SWRCH22A7六角凸缘螺栓10B21、10B33、SWRCH35K、SWRCH22A8自攻钉夹板钉等SWRCH18A、SWRCH22A、1022A、10B21（二）常用金属材料39（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≤200HB，生产槽形产品硬度≤160HB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40（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响。416、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。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。42三、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。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。43四、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44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45（二）六角发蓝面螺栓成型工艺1、挤切工艺：下料—头部预成型—光冲成型及下模倒角—挤切六角发蓝面—切飞边—搓螺纹462、缩挤工艺：下料—头部预成型—光冲外接圆成型—缩挤六角头—镦挤六角头发蓝面—搓螺纹47（三）十字槽发蓝螺栓成型工艺下料—头部预成型—光冲成型—搓丝48（四）内六角圆柱头螺栓成型工艺下料—头部预成型—头部成型—冲内六角孔/杆部缩径49（五）异型件成型工艺下料—杆部封闭挤压缩径—杆部镦台阶—光冲成型(50（六）六角双头螺栓成工艺下料—头部预成型—头部成型—切六角头51五、常用模具材料及性能类别材料牌号标准硬度特点与应用耐磨模具钢Cr12MoV（GB）HRC58-61良好硬度和耐磨性，变形小。可制造较大冲击负荷的各种模具和工具。如：顶锻模、挤压模、垫模、冲模、剪刀、搓丝板、滚丝轮等。SKD11（JIS）HRC5