螺栓冷镦加工工艺及检测
冷镦成型工艺
冷镦成型工艺 Document number：PBGCG-0857-BTDO-0089-PTT1998紧固件冷镦成型工艺紧固件成型工艺中，冷镦（挤）技术是一种主要加工工艺。
冷镦（挤）属于金属压力加工范畴。
在生产中，在常温状态下，对金属施加外力，使金属在预定的模具内成形，这种方法通常叫冷镦。
实际上，任何紧固件的成形，不单是冷镦一种变形方式能实现的，它在冷镦过程中，除了镦粗变形外，还伴随有正、反挤压、复合挤压、冲切、辗压等多种变形方式。
因此，生产中对冷镦的叫法，只是一种习惯性叫法，更确切地说，应该叫做冷镦（挤）。
冷镦（挤）的优点很多，它适用于紧固件的大批量生产。
它的主要优点概括为以下几个方面：a．钢材利用率高。
冷镦（挤）是一种少、无切削加工方法，如加工杆类的六角头螺栓、圆柱头内六角螺钉，采用切削加工方法，钢材利用率仅在25%～35%，而用冷镦（挤）方法，它的利用率可高达85%～95%，仅是料头、料尾及切六角头边的一些工艺消耗。
b．生产率高。
与通用的切削加工相比，冷镦（挤）成型效率要高出几十倍以上。
c．机械性能好。
冷镦（挤）方法加工的零件，由于金属纤维未被切断，因此强度要比切削加工的优越得多。
d．适于自动化生产。
适宜冷镦（挤）方法生产的紧固件（也含一部分异形件），基本属于对称性零件，适合采用高速自动冷镦机生产，也是大批量生产的主要方法。
总之，冷镦（挤）方法加工紧固件、异形件是一种综合经济效益相当高的加工方法，是紧固件行业中普遍采用的加工方法，也是一种在国内、外广为利用、很有发展的先进加工方法。
因此，如何充分利用、提高金属的塑性、掌握金属塑性变形的机理、研制出科学合理的紧固件冷镦（挤）加工工艺，是本章的目的和宗旨所在。
1 金属变形的基本概念1.1变形变形是指金属受力（外力、内力）时，在保持自己完整性的条件下，组成本身的细小微粒的相对位移的总和。
1.1.1 变形的种类a.弹性变形金属受外力作用发生了变形，当外力去掉后，恢复原来形状和尺寸的能力，这种变形称为弹性变形。
冷镦技术知识和工艺分析
冷镦技术知识和工艺分析冷镦技术是一种将金属条材或线材通过冷镦机器进行冷变形加工的技术。
它是一种高效节能的金属成形方法，被广泛应用于汽车、机械、建筑等领域。
冷镦技术的工艺分析主要包括材料的选取、工艺参数的确定和工艺流程的设计。
首先，材料的选取十分重要。
通常情况下，冷镦的材料主要有碳素钢、合金钢和不锈钢等。
在选取材料时需要考虑材料的力学性能、加工硬化性和切削性能等指标。
一般来说，材料的强度越高，可冷变形的量就越大，但也会增加机器的负荷。
因此，在实际应用中需要综合考虑材料的各项性能指标，选择最适合的材料。
其次，确定工艺参数是冷镦技术的关键。
工艺参数一般包括冷镦机的运转速度、冷镦模具的几何参数和冷镦压力等。
冷镦机的运转速度需要根据材料的硬度和尺寸确定，一般来说，材料越硬、尺寸越大，运转速度就需要降低。
冷镦模具的几何参数需要根据所需成形的形状确定，一般来说，成形形状越复杂，模具参数也需要相应增加。
冷镦压力需要根据材料的硬度和尺寸以及成形形状等因素来确定，过大的压力容易导致材料开裂，过小的压力则会影响成形效果。
因此，在确定工艺参数时需要综合考虑材料的物理性能和成形要求，通过实验和经验总结，找到最佳的工艺参数。
最后，工艺流程的设计对冷镦技术的成功应用至关重要。
冷镦工艺流程一般包括预制备、锻造、校验和修整几个步骤。
预制备阶段主要是对原料进行切割、去皮和热处理等预处理工作。
锻造阶段是冷镦技术的核心步骤，通过连续多次进行锤击冲击，使材料发生塑性变形，并逐步接近所需尺寸和形状。
校验阶段是对成形后的工件进行尺寸和形状的检查，以保证其质量和精度。
修整阶段是对工件进行去毛刺、抛光等表面处理工作。
通过合理的工艺流程设计，可以提高生产效率和产品质量。
总之，冷镦技术是一种重要的金属加工技术，可以高效地将金属材料加工成所需尺寸和形状。
在应用冷镦技术时，需要合理选择材料、确定工艺参数和设计工艺流程，以提高生产效率和产品质量。
冷镦知识和工艺讲解
由于工模具形状不同，所施加给坯件的作用力，以及模具与坯件接触 的摩擦力也不一样，引致金属在各方向流动阻力的差异，从而金属在 各方向流动体积的分配也有所差异。
c．金属本身性质不均的影响
金属本身的性质不均，反映出金属成份的不均、组织不均、以及在变 形中内部温度的不均等。这些性质的不均匀性，在金属内部出现互相 平衡的附加应力，由于内力的存在，使金属在各自流动的阻力有所差 异，变形首先发生在阻力最小的部分。
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1 金属变形的基本概念
1.1 变形 变形是指金属受力（外力、内力）时，在保持自己完整性的条件下，
组成本身的细小微粒的相对位移的总和。 1.1.1 变形的种类 a.弹性变形 金属受外力作用发生了变形，当外力去掉后，恢复原来形状和尺寸的
能力，这种变形称为弹性变形。 弹性的好坏是通过弹性极限、比例极限来衡量的。 b.塑性变形 金属在外力作用下，产生永久变形（指去掉外力后不能恢复原状的变
形），但金属本身的完整性又不会被破坏的变形，称为塑性变形。 塑性的好坏通过伸长率、断面收缩率、屈服极限来表示。
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1.1.2 塑性的评定方法 为了评定金属塑性的好坏，常用一种数值上的指标，称为塑性指标。
塑性指标是以钢材试样开始破坏瞬间的塑性变形量来表示，生产实际 中，通常用以下几种方法： (1)拉伸试验 拉伸试验用伸长率δ和断面收缩率ψ来表示。表示钢材试样在单向拉 伸时的塑性变形能力，是金属材料标准中常用的塑性指标。δ和ψ的 数值由以下公式确定：
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1.1.4 提高金属塑性及降低变形抗力的工艺措施
针对影响金属塑性及变形抗力的主要因素，结合生产实际，采取有效 的工艺措施，是完全可以提高金属塑性及降低其变形抗力的，生产中， 常采取的工艺措施有：
螺丝冷镦工艺流程
螺丝冷镦工艺流程
螺丝冷镦工艺流程如下：
1．选择合适的原材料：一般螺丝的原材料是金属丝材，常用的材料包括碳钢、不锈钢等。
2．切割：将选定的原材料根据螺丝的长度要求进行切割。
3．镦头：将切割好的金属丝材的一端加热至高温，然后用压力将其压成预定的形状，形成螺丝的头部。
4．冷镦成型：将加热镦头后的金属丝材放入冷镦机中进行冷镦成型。
冷镦机通过冷挤压的方式，将金属材料逐渐塑性变形成螺纹状。
5．剪断：将冷镦成型后的金属材料切割成螺丝的长度。
6．清洗和去毛刺：清洗螺丝并去除表面的毛刺，确保产品质量。
7．表面处理：根据需要对螺丝进行镀锌、镀镍等表面处理，提高其耐腐蚀性能。
8．检验和包装：对螺丝进行质量检验，包装成成品。
冷镦成型工艺
冷镦成型工艺一、概述冷镦成型是指利用专用机器设备对金属材料进行成型加工的一种方法，通常用于生产螺栓、螺母、轴承等零部件。
冷镦成型工艺具有高效、高质量、低能耗等优点，广泛应用于制造业。
二、材料准备1. 原材料：冷镦成型通常使用的原材料为钢丝或钢棒，要求表面光洁度高，无裂纹、疵点等缺陷。
2. 材料处理：在进行冷镦成型前，需要对原材料进行一些预处理工作。
首先是去除表面的油污和锈蚀物，可以采用酸洗或机械清洗等方法；其次是对材料进行调质处理，以提高其硬度和强度。
三、设备选择1. 冷镦机：冷镦机是进行冷镦成型的主要设备。
根据不同的生产需求和产品要求，可以选择单颗头或多颗头的冷镦机。
2. 辅助设备：除了冷镦机外，还需要配备一些辅助设备，如切断机、抛光机等。
四、工艺流程1. 切断：将原材料按照一定长度进行切断。
2. 镦头制作：根据产品要求，对冷镦机上的模具进行设计和制作。
3. 冷镦成型：将经过处理的原材料放入冷镦机中，通过模具的挤压和拉伸，使其逐渐变形成为所需形状。
4. 抛光：对成型后的零部件进行抛光处理，以提高表面光洁度和质量。
5. 检验：对成品进行检验，包括外观质量、尺寸精度、硬度等方面。
五、工艺参数1. 冷镦机调整：根据不同的产品要求和工艺流程，需要调整冷镦机的参数，如挤压力、旋转速度等。
2. 模具设计：模具设计是影响产品质量和生产效率的关键因素。
需要根据不同的产品要求和材料特性进行合理设计。
3. 加工工艺：加工工艺包括冷镦成型过程中各个环节的操作流程和参数设置。
需要根据实际情况进行合理调整。
六、常见问题及解决方法1. 产品出现裂纹或变形：可能是由于材料硬度不足或冷镦机参数设置不当造成的。
可以采用调整冷镦机参数、更换模具等方法解决。
2. 产品表面质量差：可能是由于原材料表面处理不当或抛光工艺不到位造成的。
可以采用改进原材料处理、加强抛光工艺等方法解决。
3. 生产效率低：可能是由于设备老化、工艺流程不合理等原因造成的。
冷镦工艺简介
多工 位冷 镦模 具装 配图
切料刀总成
合金 切料 刀
剪料模
用活动型预冲可以将长径比加大到 4.5
普通成形下模
组合冷镦底模
凹穴型六角头螺栓
切边六角头螺栓
产品成形后切边模
双击用底模、切边用切边模
滚丝轮
② 关于产品用料径
• 产品用料径与产品结构、设备、工艺方 法是紧密结合在一起的。
• A、首先要任务是要算准头用料； • B、确定杆部成形方式： • a、缩杆 • b、胀杆 • c、杆部不变形
• 当 ho ≤2.5时，可一次镦锻或用普通预冲就可完成预形；
do
• 当2.5< ho ≤4.5时，两次镦锻或用活动预冲完成预形；
do
• 当4.5< ho ≤6.5时，镦锻三次需要两次以上的预形。
do
• b．考虑工件头部直径D与高度H的比值。
• 如果长径比并不大但是头部直径较大、高度 较小的大直径薄扁头细杆零件，也需要2次以 上的变形，若采用一次镦锻成形，就会在头 部边缘处产生裂纹而且头部并不圆。类似的 工件，只有增加镦锻次数，采用逐步成形的 方法。
冷镦工艺简介
2、冷成形工艺
第一部分：下面我们通过一些较简单的例子说明一个原理 ①是双击冷镦成形
认识一下几个常用的模具
预冲、初冲、上冲模具
Байду номын сангаас这也是预冲或死冲
下冲或是光冲模具在工作位置
用料
双击模具结构
头部用料如果不合理将会发生如下 的情况，怎样的高度为合理，变形 量大了用什么办法使它不发生弯曲
• 一般按下列数据来决定镦锻次数：
螺丝的冷热镦压工艺
小批量的专用或特殊螺栓的六角头是车削后铣成的。
丝又是怎样制出的？
单件小批量可以用板牙套丝、车床挑丝、旋风铣铣制等方法。
大批量生产中常采用搓丝机搓丝、滚丝机滚丝的方法，效率很高。因为螺栓杆成形方法有冷拔和缩径，所以这种螺栓的没有螺纹的部分直径不一定略小（楼上有误）。采用冷拔时，略小；采用缩径时，可以与螺纹等径或稍大。
螺栓整个是压铸造的吗？
如果螺栓材料为铝合金、锌合金、铜合金等低熔点的合金或金属，也可以采用压铸成型的方法。钢制的不采用压铸制造。螺栓的六角头的成形不能一概而论，有冷墩的、有热墩的、有镦后直接出成品的，也有镦后再机加工的，也有全部机加工的。
镦制的螺栓头部是有加工痕迹的，在根部有模具的夹具痕迹。
冷镦：就是利用金属的塑性，采用冷态力学进行施压或冷拔，达到金属固态变形的目的。（基本定义）
在室温下把棒材或线材的顶部加粗的锻造成形方法。冷镦主要用於制造螺栓、螺母、铁钉、铆钉和钢球等零件。锻坯材料可以是铜、铝、碳钢、合金钢、不锈钢和钛合金等，材料利用率可达80～90％。冷镦多在专用的冷镦机上进行，便於实现连续、多工位、自动化生产。在冷镦机上能顺序完成切料、镦头、聚积、成形、倒角、搓丝、缩径和切边等工序。生产效率高，可达300件/分以上，最大冷镦工件的直径为48毫米。冷镦螺栓工序示意图为冷镦螺栓的典型工序。多工位螺母自动冷镦机为多工位螺母自动冷镦机。棒料由送料机构自动送进一定长度，切断机构将其切断成坯料，然后由夹钳传送机构依次送至聚积压形和冲孔工位进行成形。
用的设备，和他们的工序名称是一致的就是：冲头机和搓丝机。目前国内大部分公司使用的都是台湾机器。
至于技术上面，主要就是冲头部分模具的选择要符合使用标准，比如T10等等，切断的时候，要考虑螺纹部分的长度。还有搓丝用的搓刀要考虑螺纹的螺距，螺纹的外径是通过两把锉刀之间的距离来进行调整的。这些基本上就包含了螺丝的几何尺寸上的要求了
螺栓加工工艺
螺栓加工工艺为：热轧盘条-(冷拨)-球化(软化)退火-机械除鳞-酸洗-冷拨-冷锻成形-螺纹加工-热处理-检验一，钢材设计在紧固件制造中，正确选用紧固件材料是重要一环，因为紧固件的性能和其材料有着密切的关系。
如材料选择不当或不正确，可能造成性能达不到要求，使用寿命缩短，甚至发生意外或加工困难，制造成本高等，因此紧固件材料的选用是非常重要的环节。
冷镦钢是采用冷镦成型工艺生产的互换性较高的紧固件用钢。
由于它是常温下利用金属塑性加工成型，每个零件的变形量很大，承受的变形速度也高，因此，对冷镦钢原料的性能要求十分严格。
在长期生产实践和用户使用调研的基础上，结合GB/T6478-2001《冷镦和冷挤压用钢技术条件》GB/T699-1999《优质碳素结构钢》及目标JISG3507-1991《冷镦钢用碳素钢盘条》的特点，以8.8级，9.8级螺栓螺钉的材料要求为例，各种化学元素的确定。
C含量过高，冷成形性能将降低；太低则无法满足零件机械性能的要求，因此定为0.25%-0.55%。
Mn能提高钢的渗透性，但添加过多则会强化基体组织而影响冷成形性能；在零件调质时有促进奥氏体晶粒长大的倾向，故在国际的基础上适当提高，定为0.45%-0.80%。
Si能强化铁素体，促使冷成形性能降低，材料延伸率下降定为Si小于等于0.30%。
S.P.为杂质元素，它们的存在会沿晶界产生偏析，导致晶界脆化，损害钢材的机械性能，应尽可能降低，定为P小于等于0.030%，S小于等于0.035%。
B.含硼量最大值均为0.005%，因为硼元素虽然具有显著提高钢材渗透性等作用，但同时会导致钢材脆性增加。
含硼量过高，对螺栓，螺钉和螺柱这类需要良好综合机械性能的工件是十分不利的。
二，球化(软化)退火沉头螺钉，内六角圆柱头螺栓采用冷镦工艺生产时，钢材的原始组织会直接影响着冷镦加工时的成形能力。
冷镦过程中局部区域的塑性变形可达60%-80%，为此要求钢材必须具有良好的塑性。
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0.75
2.8
5.6
0.8
5.6
11.2
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三． 表 面 粗 糙 度
1.
符号
— — —
2.
用任何方法获得的表面。 用去除材料的方法获得的表面。 用不去除材料的方法获得的表面。
参数与其数值系列 参数： a)轮廓算术平均偏差 Y
Ra
X
L
定义：在取样长度 L 内轮廓偏距绝对值得算术平均值。
普通螺纹主坯直径 6 10 1 1.5 螺坯直径 d0 max do min d0 max do min 5.329 5.272 8.995 8.939 5.344 5.312 9.016 8.986 5.303 5.246 8.963 8.907 5.269 5.212 8.928 8.872 5.289 5.232 8.950 8
a)
二轮 a) b)
三轮
行呈式滚丝机
滚压外螺纹精度高可达 1.6mm 以上 一台机床上能加工多种规格的螺纹，如：M2~M42，还能加工锥管螺纹，梯形螺纹，螺杆 等。 3) 毛坯直径尺寸的确定
do=
tan（α/2） 3P
[3d2
’
max(d
´²
’ ² ´³ ’³ ’² ’² min-d 1 min)-2(d min-d1 min)]+1/2（d min+d1 min）
用于计算应 力的偏差
-108 -108 -130 -108 -108 -164 -146 -130 -108 -164 -130 -108 — — -115 -115 -140 -115 -115 -176 -153 -140 -115 -176 -140 -115 -140 -140 -108 -108 -130 -108 -108 -164 -146 -130 -108 -164 -130 -108 — —
加工方法 研磨 磨 镀孔 钻孔 车 粉末冶金 （模锻） 奔螺纹 攻螺纹 车螺纹 搓螺纹 磨螺纹
5. 配余的种类
A B E F G + 基本尺寸
孔 0
H M js P S T …共 27 种
t s p + f e b a
基本尺寸
…共 27 种
轴 0
h g js
m
6.
基孔制轴的各种基本偏差的应用 1) 间隙配余：a、b、c、d、e、f、g、h; 2) 过渡配余：j、s、k、m、n; 3) 过盈配余：p、r、s、t、u、v、x、y、z
2. 公差等级的选择及适用范围 M5 — 6g
公差等级的范围使用 应用 块规 量规 配合尺寸
特别精密零件
公差等级（IT） 01 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
非配合尺寸
原材料
3. 标准公差数值
基本尺寸
公
IT IT 0 IT 1 IT 2 IT 3 2 01 4 3 4 4 5 4 5 6 6 6 8 9
螺
纹
小径 小径
中径 ES
— +75 +117 +95 — — — +140 +118 — +172 +150 — — — +80 +124 +100 — — — +149 +125 — +184 +160 +224 +200 — +85 +128 +106 — — — +154 +132 — +192 170 — —
-5 -9
10
14
-6 -11
8.未注公差尺寸 基本尺寸 大于 至
H13 H14 H15 H16 H17 H18 h12 +0.14 +0.25 +0.40 +0.60 +1.0 +1.4 0
公 差
h13 0 h14 0
带
h15 0 h16 0 h17 0
mm
h18 0
±0.05 ±0.07 ±0.125 ±0.20 ±0.30 ±0.5
多工位冷镦 1) 切断 2) 3) 4) 成型一工位 成型二工位 成型三工位
d
3.
双击冷镦 有二个上模，一个下模，分预冲和成型冲二步。 预冲
成型冲
二. 尺 寸 及 公 差 配 余
1. 木语 基本尺寸：设计者给定的尺寸 极限尺寸：允许尺寸变化的二个界限值 尺寸公差：允许尺寸变动的量称为尺寸公差；它等于最大极限公尺与最小极限尺寸代数差的绝对值；也 等于上偏差与下偏差代数差的绝对值，简称公差。 例： 10 — 基本尺寸 10.1 — 最大极限尺寸 9.9 — 最小极限尺寸 +0.1 — 上偏差 -0.1 — 下偏差 尺寸公差 = |10.1-9.9|=0.2 =|[+0.1-（–0.1）]| =0.2 φ10±0.1
例：
间隙配余 Φ10H+0.03 -0.00 过渡配余 过盈配余
7.基孔制轴的公差带
基本尺寸 mm 大于 至
g
4 -2 -5 5 -2 -6 -4 -9 -5 -11 -6 -14 6 -2 -8 -4 -12 -5 -14 -6 -17 7 -2 -12 -4 -16 -5 -20 -6 -24 8 -2 -16 -4 -22 -5 -27 -6 -33 3 0 -2 0 -2.5 0 -2.5 0 -3 4 0 -3 0 -4 0 -4 0 -5 5 0 -4 0 -5 0 -6 0 -8 6 0 -6 0 -8 0 -9 0 -11 7 0 -10 0 -12 0 -15 0 -18
es
0 0 -22 0 0 -56 -38 -22 0 -56 -22 0 — — 0 0 -24 0 0 -60 -38 -24 0 -60 -24 0 -24 -24 0 0 -22 0 0 -56 -38 -22 0 -56 -22 0 — —
ei
-90 -90 -162 -90 -140 -196 -178 -162 -140 -196 -162 -140 — — -95 -95 -174 -95 -150 -210 -188 -174 -150 -210 -174 -150 -260 -260 -90 -90 -162 -90 -140 -196 -178 -162 -140 -196 -162 -140 包
装
棒 热镦 钢
切
料
加 工 头 部
打 中 心 孔
头
角
花
入 库
退 火 中小规格大多采用冷镦，仅对大规格，超长规格或冷镦机不能生产的规格采用热镦后再车削加工的生 产方式。 (三) 工序 1. 碾压螺纹： 1) 搓丝机
活动搓丝板 推料器 固定搓丝板 工件
二块搓丝板，一块固定，一块活动，活动搓丝板比固定搓丝板长一些，往复一次便在一只 螺坯上滚压出螺纹； b) 搓丝板的长度等于 10~40 倍螺纹直径； c) 生产效率高，但一台搓丝机上只能加工 3~4 个直径规格的螺纹。 2) 滚丝机
es
0 0 -22 0 0 -56 -38 -22 0 -56 -22 0 — — 0 0 -24 0 0 -60 -38 -24 0 -60 -24 0 -24 -24 0 0 -22 0 0 -56 -38 -22 0 -56 -22 0 — —
ei
-45 -56 -93 -71 -71 -146 -128 -112 -90 -168 -134 -112 — — -48 -60 -99 -75 -75 -155 -133 -119 -96 -178 -142 -118 -174 -214 -50 -63 -102 -80 -80 -156 -138 -122 -100 -181 -147 -125 — —
mm
0.1 0.14 0.25 0.40 0.60 1.0 1.4 12 18 30 48 75 0.12 0.18 0.30 0.48 0.75 1.2 1.8 15 22 36 58 90 0.15 0.22 0.36 0.58 0.90 1.5 2.2
4. 各种加工方法所能达到的公差等级
公差等级 01 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 IT 12 13 14 15 16 17 18
中径
>
≤
/mm
EI
— 0 +22 0 — — — +22 0 — +22 0 — — — 0 +24 0 — — — +24 0 — +24 0 +24 0 — 0 +22 0 — — — +22 0 — +22 0 — —
EI
— 0 +22 0 — — — +22 0 — +22 0 — — — 0 +24 0 — — — +24 0 — +24 0 +24 0 — 0 +22 0 — — — +22 0 — +22 0 — —
外
公 差 带
3h4h 4h 5g6g 5h4h 5h6h 6e 6f 6g 6h 7e6e 7g6g 7h6h 8g 9g8g 3h4h 4h 5g6g 5h4h 5h6h 6e 6f 6g 6h 7e6e 7g6g 7h6h 8g 9g8g 3h4h 4h 5g6g 5h4h 5h6h 6e 6f 6g 6h 7e6e 7g6g 7h6h 8g 9g8g
±0.06 ±0.09
±0.15 ±0.24
±0.375 ±0.6
+0.22 +0.36 +0.58 +0.90 +1.5 +2.2
6
10
0 0 0 0 0 0 -0.15 -0.22 -0.36 -0.58 -0.90 -1.5 -2.2