以GB5786-M8六角頭螺栓為例來(lái)說(shuō)明...冷鐓工藝是一種少無(wú)切削金屬壓力加工工藝。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。
冷鐓工藝的特點(diǎn)：
1．冷鐓然是在常溫條件進(jìn)行的。冷鐓可使金屬零件的機(jī)械性能得到改善。
2．冷鐓工藝可以提高材料利率。它是以塑性變形為基礎(chǔ)的壓力加工方法，可實(shí)現(xiàn)少切削或者無(wú)切削加工。一般材料利用率都在85%以上，最高可達(dá)99%以上。
3．可提高生產(chǎn)效率。金屬產(chǎn)品變形的時(shí)間和過(guò)程都比較短，特別是在多工位成形機(jī)上加工零件，可大大提高生產(chǎn)率。
4．冷鐓工藝能提高產(chǎn)品表面粗糙度、保證產(chǎn)品精度。
二、冷鐓工藝對(duì)原材料的要求
1．原材料的化學(xué)成份及機(jī)械性能應(yīng)符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。
2．原材料必須進(jìn)行球化退火處理，其材料金相組織為球狀珠光體4-6級(jí)。
3．原材料的硬度，為了盡可能減少材料的開(kāi)裂傾向，提高模具使用壽命還要求冷拔料有盡可能低的硬度，以提高塑性。一般要求原材料的硬度在HB110~170（HRB62-88）。
4．冷拔料的盡寸精度一般應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品的具體要求及工藝情況而定，一般來(lái)說(shuō)，對(duì)于縮徑和強(qiáng)縮尺寸精度要求低一些。
5．冷拔料的表面質(zhì)量要求有潤(rùn)滑薄膜呈無(wú)光澤的暗色，同時(shí)表面不得有劃痕、折疊、裂紋、拉毛、銹蝕、氧化皮及凹坑麻點(diǎn)等缺陷。
6．要求冷拔料半徑方向脫碳層總厚度不超過(guò)原材料直徑的1-1.5%(具體情況隨各制造廠家的要求而定）。
7．為了保證冷成形時(shí)的切斷質(zhì)量，要求冷拔料具有表面較硬，而心部較軟的狀態(tài)。
8．冷拔料應(yīng)進(jìn)行冷頂鍛試驗(yàn)，同時(shí)要求材料對(duì)冷作硬化的敏感性越低越好，以減少變形過(guò)程中，由于冷作硬化使變形抗力增加。
三、緊固件加工工藝簡(jiǎn)述
緊固件主要分兩大糞：一類(lèi)是螺紋類(lèi)緊固件；另一類(lèi)是非螺紋類(lèi)緊固件或聯(lián)接件。這里僅針對(duì)螺紋類(lèi)緊固件進(jìn)行簡(jiǎn)述。
1. 螺紋類(lèi)緊固件加工流程一般都是由剪斷、冷鐓、或者冷擠壓、切削、螺紋加工、熱處理、表面處理等生產(chǎn)工序組成的。
材料改制工藝流程一般為：
酸洗→拉絲→退火→磷化皂化→拉絲→(球化磷化)
螺紋類(lèi)緊固件冷加工藝流程訂要有以下幾種情況:
8.8級(jí)以下的螺紋緊固件產(chǎn)品加工流程
打頭→清洗 →搓螺紋→清洗→表面處理→包裝
8.8級(jí)以下的螺紋緊固件產(chǎn)品加工流程
打頭→清洗 →切削→熱處理→穿墊搓螺紋→清洗→表面處理→包裝
8.8-10.9級(jí)螺紋緊固件產(chǎn)品加工流程
打頭→清洗 →切削→搓螺紋→熱處理→清洗→表面處理→包裝
10.9-12.9級(jí)螺紋緊固件產(chǎn)品加工流程
打頭→清洗 →熱處理→切削→滾螺紋→清洗→無(wú)損檢測(cè)→清洗→表面處理→包裝
2. 螺紋類(lèi)緊固件常用材料
螺紋類(lèi)緊固件常用材料如下表1(含國(guó)內(nèi)外材料對(duì)比)
四、冷鐓工藝設(shè)計(jì)的基本方法
冷鐓工藝設(shè)計(jì)實(shí)際上就是冷鐓模具的設(shè)計(jì),我們所設(shè)計(jì)的每一個(gè)工藝方案最終都是要通過(guò)模具設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
冷鐓工藝設(shè)計(jì)：
首先,根據(jù)產(chǎn)品具體的相關(guān)參數(shù)計(jì)算坯長(zhǎng)度，此時(shí)計(jì)算的重量實(shí)際是零件的凈重，冷鐓時(shí)的坯料長(zhǎng)度可根據(jù)體積不變?cè)瓌t來(lái)確定，即塑性變形坯料的體積等于塑性變形后的零件的體積。如果還要進(jìn)行切削加工，那么坯料的體積還應(yīng)加上相應(yīng)的切削量。加上相應(yīng)的切削余量后計(jì)算的重量實(shí)際上是零件的毛重。
其次，變形程度及鐓鍛次數(shù)的確定。
如圖，當(dāng)長(zhǎng)徑比≤2.5時(shí)，鐓鍛一次：
當(dāng)2.5≤長(zhǎng)徑比≤4.5時(shí)，鐓鍛二次：
當(dāng)4.5≤長(zhǎng)徑比≤6.5時(shí)，鐓鍛三次。
以上數(shù)據(jù)是在比較理想的條件下才能實(shí)現(xiàn)，在實(shí)際生產(chǎn)中，還要考慮到產(chǎn)品的幾何形狀，同時(shí)也為了保證質(zhì)量需要按照上述數(shù)據(jù)增加一次鐓鍛變形。
第三，確定加工工藝方案。根據(jù)產(chǎn)品的具體要求確定該產(chǎn)品是采用無(wú)切削加工工藝還是采用少切削加工工藝以及采用哪一種生產(chǎn)設(shè)備，并設(shè)計(jì)加工工步圖即確定加工工藝方案。
第四，根據(jù)以上三個(gè)因素確定所有材料的坯徑尺寸。需要說(shuō)明的是原材料尺寸與產(chǎn)品頭部尺寸、產(chǎn)品的桿部尺寸、生產(chǎn)設(shè)備以及螺紋精度和表面處理方式都是緊固件密相關(guān)的。例如：以GB5786-M8六角頭螺栓為例來(lái)說(shuō)明，這里以表格的形式表達(dá)更清楚直觀，具體見(jiàn)表2。
第五，根據(jù)產(chǎn)品的相關(guān)參數(shù)計(jì)算零件凈重，根據(jù)不同的加工方式、方法計(jì)算零件消耗定額。
第六，根據(jù)產(chǎn)品要求確定滾壓螺紋坯徑尺寸，不同的螺紋標(biāo)準(zhǔn)所要求的滾壓螺坯徑尺寸是不一樣的。在國(guó)家新螺紋標(biāo)準(zhǔn)GB192-81-GB2516-M8中，外螺紋主要有6e、6f、6g、6h四種。相關(guān)螺紋資料介紹請(qǐng)參看TFS-Threads文檔。
以GB5786-M8六角頭螺栓為例來(lái)說(shuō)明，具體見(jiàn)表3。
第七，冷鐓加工工藝及模具設(shè)計(jì)
下面以六角頭螺栓切削加工工藝工步圖：
K=頭部高度
k,=頭部扳擰高度
剪料→預(yù)成形→終鐓→剪切六角→（搓螺紋）
圖3六角頭螺栓無(wú)切削加工工藝工步圖：
剪料→預(yù)成形→整形→鐓六角→（搓螺紋）
1. 送料滾輪的設(shè)計(jì)
送料輪的外型尺寸、孔徑尺寸是冷鐓設(shè)備生產(chǎn)廠家確定的，不需重新設(shè)計(jì)的。我們僅需對(duì)送料輪工作溝槽尺寸進(jìn)行設(shè)計(jì)，溝槽尺寸決于取原材料線直徑最大尺寸，其公差取H110-H11即可。
2．切刀刃中直徑一般為原材料直徑最大尺寸，其公差取H9-H10。
3．切模的直徑一般為原材料直徑：最大尺寸+(0.05-0.10），其公差取H9-H10。
4．預(yù)成形沖模設(shè)計(jì)
一沖的設(shè)計(jì)原則是：要求一沖有盡可能大的變形比，為第二次鐓鍛成形做準(zhǔn)備，其次要避免金屬纖維產(chǎn)生縱向彎曲。
一沖模具設(shè)計(jì)的方法很多，目前主要有兩種典型的方法。
一種方法是以美國(guó)為代表：
這種方法是依據(jù)塑性變形核理論，先確定錐體大端直徑Dk值，然后再確定一沖型腔尺寸。
根據(jù)塑性變形核理論，如圖4，假設(shè)錐體大端直徑Dk為小端直徑dm的1.4倍，錐體角度的α角度定位12°,金屬體積不足部分,由圓柱體h部分調(diào)節(jié)加以補(bǔ)充。
圓中dm=材線直徑
這種設(shè)計(jì)方法也并非完全一成不變的，它是隨材料的硬度變化而有所變化。這種方法錐角 α值僅對(duì)螺栓的而言，對(duì)于其它頭部形狀來(lái)說(shuō)，α值是有變化的。
另一種方法是以蘇聯(lián)為代表。
這種方法就是由長(zhǎng)徑比來(lái)選擇α角，然后再確定其它尺寸。長(zhǎng)徑比決定α角大小見(jiàn)表4。
如圖5，dm=線材直徑
5．終鐓鍛沖模及主模設(shè)計(jì)
該沖模設(shè)計(jì)相對(duì)來(lái)說(shuō)較為簡(jiǎn)單，如圖5，其設(shè)計(jì)原則是以所加工的產(chǎn)品頭部形狀和尺寸為依據(jù)來(lái)設(shè)計(jì)的。如需切削加工，則要考慮相應(yīng)的切削加工余量。
如圖6：D0=(1.04-1.1）emax，式中emax為六角頭螺栓最大的對(duì)角尺寸
D=(0.9-0.95)S，式中S為六角頭螺栓對(duì)邊尺寸
H=螺栓頭部高度，
h=2H/3，式中 h為模具型腔深度。
主模主要依據(jù)各工步零件加工工藝要求來(lái)設(shè)計(jì)的，這里僅講述多層預(yù)應(yīng)力主模的設(shè)計(jì)方法。實(shí)踐證明，多層預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)主模是一種解決主模徑向開(kāi)裂比較有效的方法，對(duì)于采用硬質(zhì)合金為模芯的預(yù)應(yīng)力組合主模尤為有效。
多層預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)層的數(shù)目確定，主要是根據(jù)冷鐓過(guò)程中單位壓力的大小，內(nèi)腔尺寸和所用的材料強(qiáng)度來(lái)考慮確定的。
這里有兩種情況：
一種情況主模模芯允許在拉應(yīng)力狀態(tài)下工作，即采用高強(qiáng)度模具鋼制作，這時(shí)按內(nèi)壓力Pimax的大小來(lái)確定：
當(dāng)Pimax≤kg/mm2時(shí)，為整模；
當(dāng)110kg/mm2≤Pimax≤160kg/ mm2，采用一層預(yù)應(yīng)力套；
當(dāng)160kg/mm2≤Pimax≤200kg/ mm2，采用兩層預(yù)應(yīng)力套；
主模內(nèi)壓力一般按沖模單位壓力計(jì)算。
另一種情況是主模模芯不允許在拉應(yīng)力狀態(tài)下工作，采用硬質(zhì)合金（俗稱(chēng)鎢鋼）制作的主模就屬此類(lèi)型，這時(shí)按下列Pimax的大小來(lái)選?。?/span>
當(dāng)Pimax≤110kg/mm2時(shí)，采用一層預(yù)應(yīng)力套；
當(dāng)110kg/mm2≤Pimax≤190kg/ mm2，采用兩層預(yù)應(yīng)力套；
預(yù)應(yīng)力套的外圈直徑與主模內(nèi)腔直徑之比取4-6即可。如圖7，如有中間預(yù)應(yīng)力套，其相關(guān)尺寸可根據(jù)有關(guān)冷擠壓資料計(jì)算得到。
6．切邊沖模（Trimming Die）設(shè)計(jì)
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