冷镦（挤压）基础知识和工艺分析.pdf

冷徼（挤压）成型工艺主讲人：程从志 紧固件成型工艺中，冷锻（挤）技术是一种主要加工工艺。冷徽（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，这种方法通常叫冷锻。实际上，任何紧 固件的成形，不单是冷徽一种变形方式能实现的，它在冷徽过程中，除了做粗变形外，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，生产中对冷徼的叫法，只是一种习惯性叫法，更 确切地说，应该叫做冷徼（挤）。冷傲（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。冷徼（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%,而用冷傲（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，冷徽（挤）成型效率要高出 几十倍以上。c.机械性能好。冷徽（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。适宜冷傲（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徼机生产，也是大批量生产的主要方法。总之，冷徽（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 件冷傲（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。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。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b和断面收缩率中来表示。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。5和甲的 数值由以下公式确定：L _L 3 二*一-X100%（公式361）O（P 二工 一4 X100%（公式362）工 式中：LO、Lk拉伸试样原始标距、破坏后标距的长度。FO、Fk拉伸试样原始、破断处的截面积。(2)傲粗试验又称压扁试验 它是将试样制成高度H。为试样原始直径D。的1.5倍的圆柱形，然后在 压力机上进行压扁，直到试样表面出现第1条肉眼可观察到的裂纹为 止，这时的压缩程度ec为塑性指标。其数值按下式可计算出：X100%（公式363）式中Ho圆柱形试样的原始高度。Hk试样在压扁中，在侧表 面出现第1条肉眼可见裂纹时的试样高度。(3)扭转试验 扭转试验是以试样在扭断机上扭断时的扭转角或扭转圈数来表示的。生产中最常用的是拉伸试验和傲粗试验。不管哪种试验方法，都是相 对于某种特定的受力状态和变形条件的。由此所得出的塑性指标，只 是相对比较而言，仅说明某种金属在什么样的变形条件下塑性的好坏。14.3影响金属塑性及变形抗力的主要因素 金属的塑性及变形抗力的概念：金属的塑性可理解为在外力作用下，金属能稳定地改变自己的形状而质点间的联系又不被破坏的能力。并 将金属在变形时反作用于施加外力的工模具的力称为变形抗力。影响金属塑性及变形抗力的主要因素包括以下几个方面：a.金属组织及化学成分对塑性及变形抗力的影响 金属组织决定于组成金属的化学成分，其主要元素的晶格类别，杂质 的性质、数量及分布情况。组成元素越少，塑性越好。例如纯铁具有 很高的塑性。碳在铁中呈固熔体也具有很好的塑性，而呈化合物，则 塑性就降低。如化合物Fe3c实际上是很脆的。一般在钢中其他元素 成分的增加也会降低钢的塑性。钢中随含碳量的增加，则钢的抗力指标（6b、6p、6s等）均增高，而塑性指标（8、等）均降低。在冷变形时，钢中含碳量每增加 0.1%,其强度极限6s大约增加68 kg/mm2。硫在钢中以硫化铁、硫化镒存在。硫化铁具有脆性，硫化镒在压力加 工过程中变成丝状得到拉长，因而使在与纤维垂直的横向上的机械指 数降低。所以硫在钢中是有害的杂质，含量愈少愈好。磷在钢中使变形抗力提高，塑性降低。含磷高于0.1%0.2%的钢具 有冷脆性。一般钢的含磷量控制在百分之零点零几。其他如低熔点杂质在金属基体的分布状态对塑性有很大影响。总之，钢中的化学成分愈复杂，含量愈多，则对钢的抗力及塑性的影 响也就愈大。这正说明某些高合金钢难于进行冷傲（压）加工的原因。b.变形速度对塑性及变形抗力的影响 变形速度是单位时间内的相对位移体积：dS（公式364）松蒋素形速度与变形工具的运动速度混为一谈，也应将变形速度与 变形体中质点的移动速度在概念上区别开来。一般说来，随着变形速度增加，变形抗力增加，塑性降低。冷变形时,变形速度的影响不如热变形时显著，这是由于无硬化消除的过程。但 当变形速度特别大时，塑性变形产生的热（即热效应）不得失散本身 温度升高会提高塑性、减少变形抗力。C.应力状态对塑性及变形抗力的影响 在外力作用下，金属内部产生内力，其单位面积之强度称之为应力。受力金属处于应力状态下。从变形体内分离出一个微小基元正方体，在所取的正方体上，作用有 未知大小但已知方向的应力，把这种表示点上主应力个数及其符号的 简图叫主应力图。表示金属受力状态的主应力图共有九种，其中四个为三向主应力图，三个为平面主应力图，两个为单向主应力图，如图36所示。图36T主应力图 主应力由拉应力引起的为正号，主应力由压应力引起的为负号。在金属压力加工中，最常遇到的是同号及异号的三向主应力图。在异 号三向主应力图中，又以具有两个压应力和一个拉应力的主应力图为 最普遍。同号的三向压应力图中，各方向的压应力均相等时（61=62=63）,并 且，金属内部没有疏松及其它缺陷的条件下，理论上是不可产生塑性 变形的，只有弹性变形产生。不等的三向压应力图包括的变形工艺有：体积模锻、锻粗、闭式冲孔、正反挤压、板材及型材轧制等。在生产实际中很少迂到三向拉伸应力图，仅在拉伸试验中，当产生缩 颈时，在缩颈处的应力线，是三向拉伸的主应力图，如图362所示图36-2拉伸时三向主应力图解 图36-3 塑压时三向主应力图解在徼粗时，由于摩擦的作用，也呈现出三向压应力图，如图363所示。总之，受力金属的应力状态中，压应力有利于塑性的增加，拉应力将 降低金属的塑性。d.冷变形硬化对金属塑性及变形抗力的影响 金属经过冷塑性变形，引起金属的机械性能、物理性能及化学性能的 改变。随着变形程度的增加，所有的强度指标（弹性极限、比例极限、流动极限及强度极限）都有所提高，硬度亦有所提高；塑性指标（伸 长率、断面收缩率及冲击韧性）则有所降低；电阻增加；抗腐蚀性及 导热性能降低，并改变了金属的磁性等等，在塑性变形中，金属的这 些性质变化的总和称作冷变形硬化，简称硬化。e.附加应力及残余应力的影响 在变形金属中应力分布是不均匀的，在应力分布较多的地方希望获得 较大的变形，在应力分布较少的地方希望获得较小的变形。由于承受 变形金属本身的完整性，就在其内部产生相互平衡的内力，即所谓附 加应力。当变形终止后，这些彼此平衡的应力便存在变形体内部，构 成残余应力，影响以后变形工序中变形金属的塑性和变形抗力。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：a.坯料状况 冷傲用原材料，除了要求化学成份、组织均匀，不要有金属夹杂等以 夕卜，一般要对原材料进行软化退火处理，目的在于消除金属轧制时残 留在金属内部的残余应力，使组织均匀，降低硬度，要求冷傲前金属 的硬度HRB08O。对中碳钢，合金钢一般采取球化退火，目的是除消 除应力、使组织均匀外，还可改善金属的冷变形塑性。b.提高模具光滑度及改善金属表面润滑条件 这两项措施都是为了降低变形体与模具工作表面的摩擦力，尽可能降 低变形中由于摩擦而产生的拉应力。c.选择合适的变形规范 在冷徽（挤）工艺中，一次就傲击成形的产品很少，一般都要经过两 次及两次以上的锻击。因此必须做到每次变形量的合理分配，这不仅 有利于充分利用金属的冷变形塑性，也有利于金属的成形。如生产中 采用冷徽、冷挤复合成形、螺栓的两次缩径、螺母的大料小变形等。1.2金属塑性变形的基本规律1.2.1最小阻力定律 金属在变形中，变形体的质点有向 各方向移动的可能，变形体质点的 移动是沿其最小阻力方向移动，称 为最小阻力定律。在六角头螺栓多工位冷傲中，第二 工位精微时，金属向上、下模开口 处流动并形成飞边是最小阻力定律 起作用的体现。图364表明坯件在 模具中微锻时，它在充满上、下模 腔的同时还向上、下模构成的间隙 向四周流，只有当往飞边流动的阻 力大于在模腔其它部分的阻力时，金属充满模腔才有可能。在上模向 下运动中，飞边上金属流动阻力随 飞边厚度的减小而增加，这时才能 保证最后充满上、下模腔。图36-4锻粗时金属按最小阻力 定律流动示意图 1.2.2体积不变定律 金属塑性变形中，其密度改变极为微小，可以忽略。塑性变形的物体 之体积保持不变，金属坯件在塑性变形以前的体积等于变形后的体积。体积不变定律是根据产品形状尺寸、计算出体积，据此再确定所需坯 件的具体尺寸。最小阻力定律则是金属变形次数如何确定，每次变形量如何分配、工 模具结构形状确定的设计最主要的依据。1.2.3变形中影响金属流动的主要因素 a摩擦的影响 在变形中模具和坯件间的接触面上不可避免的有摩擦力存在，由于摩 擦力的作用，改变了金属流动的特征。如图365所示，在平板间做粗 矩形坏料时，由于摩擦力的作用，使各向阻力不同，变形中，断面不 能继续保持矩形。按最小阻力定律，它会逐渐趋于圆形。若无摩擦力 作用，则坯件处于理想的均匀变形状态，变形前后在几何形状上仍然 相似。白MT”、X/图36-5矩形断面坯件在平板间徽粗时金属流动示意图图36-6环形断面坯件锻粗时 金属流动示意图 图366为环形坯件的徼粗示意图。当无摩擦时，环形件在高度上被压 缩，根据体积不变条件，不论是外层还是内层，金属的直径都有所增 力口，即所有金属都沿径向辐射状向外流动。由于有摩擦的存在，流动 受到阻碍。越接近内层金属向外流动的阻力越大，比向内流动时还要 大，因而改变了流动的方向，如图所示，在环形件中出现了流动的分 界面(dN)o b.工模具形状的影响 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。2 金属冷傲（挤）工艺 2.1冷傲（挤）工艺基本概念 2.1.1冷徼、冷压 在室温状态下，将坯料置于自动冷缴机或压力机的模具中，对模具施 加压力，利用上、下模的相对运动，使坯件在模腔里变形，高度缩小,横截面增加，这样的压力加工方法，对自动冷徼机而言叫冷傲，对压 力机而言叫冷压。实际生产中，紧固件冷成型工艺，在冷傲的过程中，常常伴随有挤压 的方式。因此，单就紧固件产品的冷锻工艺，实际是既有冷徽，也有 挤压的一种复合工艺的加工方法。2.1.2冷徽（挤）的变形方式 a.冲裁 使坯件的一部分与主体分割开。如线材的切断、螺母的冲孔、六角头螺栓的头部切边等。b.微粗 使坯件高度缩短、横截面增加的加工方法，如螺母的徽球、螺栓头部成型的预缴、精傲等。c.正挤压 坯件在冷徼压中，坯件在下模中变形时，金属的流动方 向与上模的运动方向一致。冷傲螺栓、圆柱头内六角螺钉中的粗杆缩 径就是一种正挤压。d.反挤压 坯件在变形中，金属的流动方向与上模的运动方向相反。圆柱头内六角螺钉头部成形就属反挤压。e.复合挤压 坯件在变形中金属的流动方向一部分与上模的运动方向相同，一部分 又相反。即变形中既存在正挤压，也存在反挤压。如圆柱头内六角螺 钉在同一工位变形中既有杆部缩径（正挤压）又有头部成型（反挤 压）。213冷傲（挤）变形程度 a.变形程度是指坯料被徼锻部分长度在徼锻终了的压缩量与原始高度的比值，或 者坯料截面积在锻锻终了截面积的增加量与原始横截面的比值。b.变形程度的表示方法 弓a。第一种方选步锻锻比（S）,如图367所示。二即：S=（公式365）；式中：h0被徼锻部分的原始高度 d0被徽锻部分的原始直径 锻锻比可以确定锻锻的难易，锻锻比 愈小，变形量愈小，变形更容易。徼 锻比愈大，变形愈难，金属纤维流动 不规则，有的纤维被折曲，形成纵向 弯曲现象。如图368所示。图36-7棒料锻粗时变形程度示意图图36-8徽粗时圆料变形产生纵向弯曲及折叠示意图 第二种方法用徼锻率（E）即：h h 77 _ 17 二节厂（公式36-6）”一xl。（公式367）式中ho、Fo微锻前头部材料的原始高度、横截面积 h、F锻锻后工件的高度、横截面积 C.许用变形程度 当冷徽变形程度超过金属本身的变形限度时，变形的工件侧面会出现 裂纹，而造成不良品，其模具使用强度也会受到影响，降低使用寿命,严重时可使模具开裂而损坏。金属的许用变形程度与金属本身的塑性有关,塑性好的金属，许用变形 程度要高于塑性较差的金属。碳钢含碳量愈高，它的塑性愈低，许用 变形程度也会愈小。在生产中，对于塑性较差的金属，如中碳钢、合金钢的冷徼常采取对 钢材进行退火软化处理、增加模具的强韧性、金属表面润滑等，目的 就在于使金属的许用变形程度得到提高。表361列出了部分钢材的许用变形程度。%钢材牌号%钢材牌号30T10、T1270 7515Cr Y1235 5050、60Mn、40CrNiMo75 8030、35、40Cr55 6040、45、30MnSi、GCr1580 9010(0.03%Si)、10F、1565 7020(0.170.37%Si)2.1.4傲锻次数的确定 产品在冷傲中，通常都要经过两次以上的檄锻才能成型。徽锻次数确 定合理，将充分利用金属的许用变形程度，提高模具的使用寿命，保 证产品的质量。确定微锻次数，考虑下列因素：a.锻锻比 即坯料需要变形部分的长度与直径的比，比值过大，一次傲锻就会出 现纵弯现象，压扁后，会出现夹层，如图369所示。要避免傲锻中出 现这些缺陷，必须增加锻锻次数。即首先将坯料预傲成锥形，之后再 精傲，直至达到需要形状。图36-9由于纵向弯曲而产生夹层示意图 一般按下列数据来决定微锻次数：当国 02.5时，可一次徼锻；do 当2.5V 304.5时，徼锻两次；doh 当4,5,06.5时，徼锻三次。do b.考虑工件头部直径D与高度H的比值。如图3610所示，是头部直径较大、高度较小的大直径薄扁头细杆零 件，所需坯料%/do在2以上大头细杆零件，若采用一次锻锻成形，就 会在头部边缘处产生裂纹。类似的工件，只有增加锻锻次数，采用逐 步成形的方法。C65以上012图36-10九。%。2的大3 细杆零件示意图 c.考虑工件的表面粗糙度要 求及外部几何形状的复杂程度 如半圆头、圆柱头等形状的机 螺钉，虽然头部所需坯料的 hjd。值一般都小于2.5,但为 了头部在变形中能充满，达到 标准要求，一般都采用两次锻 击。预微锥形头部为精锻头部 成形创造良好的金属流动条件。又如用大直径小变形的线材徼 制螺母，采用线材直径为0.9s（s为六角螺母对边尺寸），一般产品的变形程度为25%左 右，但由于六角螺母形状比较 复杂,锻制中变形方式较多，它既有冷锻又有复合挤压和冲 孔，为了有利于变形中金属流 动，因此选用34次徼击成形。值得强调的，不是对所有形状比较复杂的产品都靠增加徼锻次数来解 决。往往有的产品，徼锻次数增加了，在第一次、第二次锻锻中很容 易成型，但由于冷作硬化的原因，使产品在以后的锻锻中难以进行。表现在工件在锻锻中出现开裂或者损坏模具。解决这类问题的关键在 于减少变形量，增加钢材的塑性，采取更加有效的润滑。螺栓、螺钉 在冷锻工艺中选用大直径线材、小变形工艺。一般线材直径与螺钉螺 纹直径D相接近，用一次或两次杆部缩径达到螺坯尺寸。对中碳钢、合金钢而言，在材料改制中用球化退火来改善钢材的冷徼塑性，用磷 化、皂化处理来保证钢材的表面润滑，使之变形中尽可能减少摩擦。另外在模具上增加强韧性，使它承受复杂的变形中有刚性，又有足够 的韧性和耐磨性。2.1.5冷锻工艺中力的计算方法 2.151冷锻力 冷锻力是确定工艺参数、设计模具、设计冷锻机和专用设备选型的主 要依据。决定冷徼力大小的因素较多，主要有以下几个方面：a.金属的机械性能冷锻力随材料强度、硬度的增加而增加。b.工件形状、变形程度冷锻力随工件变形量的增加而增加。c.摩擦由于模具和工件间的接触面有摩擦力，不同程度地改变了作用力的方 向和大小，从而产生对冷锻力的影响。d.工模具形状 工模具形状的不同，造成金属在各方向流动阻力的差异，从而影响冷 徽另。2.152冷傲力的计算方法 常用的冷徽力的计算公式有：a.经验公式 P=K6t F（公斤）（公式368）式中F工件徼锻终止时的投影面积（mm2）K头部形状复杂系数，按图3611选择。对六角头螺栓,一 般选K=2,02.4 6t考虑冷作硬化后的变形阻力，可由下式计算：6t=（ybl 二（kg/mm2）（公式369）n F。式中6b钢材抗拉强度极限（kg/mm2）Fo锻锻前坯料断面积（mm2）当斤。0 当，WO.8/）o 当，2。当HW0.8D 当，W0.8 当H&0.4DK1QL2 3心1.52.7 后仁2.4 桁=35 Ki447 而269图36-11头部形状复杂系数参照图 b.近似理论推导的计算公式 在考虑影响冷徼力大小的主要因素的基础上，并根据经验进行修正，得出如下的冷锁力计算公式：h尺寸应尽可能小。这样，在压六方时，相应部位的摩擦力要小，金属在压型力的作用下，金属 流动性好，容易充满六方。如果dM、h偏大，则在压六方时，不易充 满六角。如果为了使六方充满而增加压型力，则螺母端面就会产生飞 边。图36-27螺母鼓形球坯 鼓形球尺寸按经验数据如下：c1m=(0.70.8)d径一 max-min式中d径螺母公称直径mmDmax-鼓形球最大直径mmsmin-螺母s方最小尺寸mm 根据dM、D的尺寸和螺母坯料体积，鼓形球的其它尺寸可通过计算得出：-4。、一、/dm.7 V-0.2618（+DdM+dy（D-dM）火40。（公式 3623）n=-小2H=h+（D-dM）tg40（公式 3624）d.压型 压型，即徼压成型螺母的六方，使之满足六方螺母外形尺寸的要求。变形尺寸是否合理，直接影响产品的质量和模具的寿命。压六方的尺寸要考虑的主要因素有：六方坯在六方凹模里的脱模及下 序冲孔的胀方。因此，要求螺母侧面要有一个倾斜角V（见图3628）,其大小随规格的增加而偏大，如M10以上的螺母，丫一般取30,1,如Y角过大，六方凹模上、下端口尺寸相差较多，会使六方下冲（又称压型下模）在套模内定位不稳，容易造成锻压螺母坯料偏心，使螺母的垂直度（B）超差，同时经冲孔胀方后s尺寸也达不到标准 要求。丫取0。.30,1。实际是由生产实际经验摸索而定的。压力方向压型除这个尺寸以外，还有很多尺寸与 螺母的外形尺寸及产品的外观等有直接 关系（见图3629），表示出了螺母压型坯 件的尺寸。其中，两端凹穴的几何形状 尺寸很重要。d1是一个关键尺寸，偏 小，冲孔容易产生毛刺;偏大，冲孔容易 出现喇叭口，影响内螺纹的完整。经验r=o*3o/-r 数据为：M8：d1=dmax+(0.020.04)mm图36-28螺母侧面倾斜角7 M8M14：d1=ctj、max+(0.05040)mm M14-M18：d1=cbj、max+(0100.15)mm M18-M24：d1=cbj、max+(0.15030)mm 式中：d小max螺母内螺纹小径最大尺寸(mm)d=(1.051.1)d径 式中d径螺母公称直径(mm)d尺寸过小，不利于螺母锻压成型，不利于金属流动，六棱角不清晰；d尺寸过大，螺母支承面减小，影响外观及紧固强度。d1和d尺寸确定后，按标准螺母内倒角切20。，一般取为106。，其 原因是内倒角取小一点，按公式计算，h尺寸就可大一些，这样既可 节省钢材，螺母压型时变形有利，又可缩小冲孔连皮（即冲孔冲出的 铁豆）厚度，有利于冲孔。h=（d-d1）tg37（公式 3625）凹穴中另一重要尺寸为hi和a角，它们对螺母锻压成型后，从六角凹 模顶出的六方下冲有影响。hi不宜过高，过高将影响螺母六方型坯 及时从六方下模冲脱开，接着下一个型坯又进入凹模，从而引起重帽,而产生故障。经验数据为：M6：儿0,30mm M8M10：h产（0.40.5）mm M10M16：h产（0.61.0）mm M18-M24：h产（1.21.6）mm 对M20以上螺母，压型上模的山可比下模高（0.300.50）mm,更 有利于冷锻变形。一般取 10 15 o h1。确定后，d2尺寸可按下式计算：d2=d1-2h1tana（公式 3626）凹穴顶部为一圆锥，锥角取为150。，则圆锥的角度为tg15,整个 凹穴的高度为：h2=h+h1+tg15（公式 36.27）凹穴尺寸一般不作为检验依据，由模具的尺寸来保证。上述数据依据为GB/T6170.2000标准螺母。对于其他型式的螺母不 完全适用。e.冲孔 冲孔尺寸大小、质量，都是为了满足下序攻螺纹的要求。螺母内孔直 径一般按小径最大尺寸决定。考虑到钢材硬度要影响冲孔质量，孔径 可定在螺母小径最小尺寸与最大尺寸之间，由操作者在其公差范围内 灵活掌握。实际上考虑到攻丝的因素，冲孔尺寸的公差要小于小径的 公差。冲孔必须注意以下两方面的问题：（1）螺母冲孔后s方胀方问题 冲孔实际上是对坯料进行冲切。内孔冲裁表面有冲切面还有撕裂面（图3630）。孔冲对内孔产生的冲切力导致孔冲与内孔的接触面产 生摩擦力，与孔冲向下冲切方向相反，这样形成的附加应力所导致径 向张力，使s方径向扩张，即胀方。很显然，胀方的大小与孔冲刚度、刃部锋利情况有关，还与螺坯的材质有关。低碳钢比中碳钢胀方要大,普碳钢比相同含碳量的优质钢胀方要大。这可从钢材的切削性能随含 碳量的增加而提高，得到解释。当然，由于钢材含碳量增加，强度增 力口，它对孔冲的强韧性要求也更高。此外，胀方与螺母对方尺寸（即对边 宽度）s与螺母高度m的比值有关，表36 4列出了部分规格螺母冲孔后的胀方值。图36-30冲孔单边撕裂 即使注意到了这些问题，但往往由于螺 母材质发生变化(材质为中碳钢或合金 钢)，一般也解决不了因胀方而使s方超 差的问题，在M16及以上规格更突出。为了解决s方因冲孔胀方而超差的问题，可采取以下措施：a,减小冲孔尺寸，增加钱孔，较孔余量 在0.51mm；b,采用两次冲孔，第二次冲孔余量在1 毫米左右。第二次冲孔不存在胀方；c.冲孔孔模前加一六方凹模片，可防止 螺母s面胀方，六方凹模片厚度略高于螺 母高度m,模口倒圆角，以利于坯料进 入凹模。模腔要有0 100 15,的出 模锥度。采用此种结构，即使是六角厚 螺母(GB/T56D=16,m=25;D=20,m=32;D=24,m=38),也可用冷徼生产。图36-31 M10以上螺母7角参照图表36-4部分规格螺母冲孔后的胀方值。规格(GB/T6170)s/m max冲孔连皮厚度(mm)冲孔膨胀值(mm)螺母材料硬度HBM610/4.92.50.06-0.23A3103107M813/6.443.560.01-0.06ML20152217M1016/8.045.10.01-0.06ML20200246M1218/10.376.330.35-0.40ML20M1421/12.17.850.23-0.33ML20180204M1624/14.17.850.28-0.40ML35175207M2030/16.910.10.70-0.80ML20锻压螺母的六方凹模要有锥度，一是使螺坯容易顶出脱模，一是补偿 冲孔的胀方值，使螺母s方尺寸不因胀方而超差。如图3631所示，M10以上丫角取0 30,1。,随着螺母规格的增大，Y角也增大，最 大不宜超过1。d.改进压六方冲头的凸台尺寸，即螺母压型后坯料两端凹穴尺寸中 的M（参见图3629）。适当加高M部位，即减少冲孔连皮厚度，可 改善冲孔时的胀方情况，但M不宜过高，过高对坯料脱离凸台不利，容易产生重料（即第一个坯料没脱离开，第二个坯料就来了）而造成 事故。e.采用反冲孔，可解决胀方问题。（2）孔的粗糙度和圆整度为了使粗糙度达到最小及得到较圆整 的内孔，冷傲螺母冲孔凸凹模之间的 间隙要求比一般冲裁模的间隙要小，希望孔内壁80%以上呈光亮带（参见 图3630）,撕裂带不超过孔壁的20%o采用小间隙冲孔，有时会出现另 一个质量问题：“槽孔”，见图363“槽孔”是由于冲孔时产生二次光亮引起的。图36-32 螺母冲孔产生“槽孔”示意图 冲孔内孔的质量与采用冲孔凸凹模的几何形状及凸凹模间隙有关。生 产中使用的冷徼螺母冲孔凹模大体有三种型式：a,凸台式冲孔凹模 如图3633所示，这种凹模刃口部分有一凸台，适用于M12以下的中、小规格螺母冲孔用，凸凹模间隙取(0.03-0.15)mm。它的优点是冲孔时容易定位，冲出的孔断 裂带少，“喇叭口”不严重。缺点是，当冲孔速度较慢时会产生“槽孔”，当更换新孔冲，孔冲的刃口较锋利时，也可能出现“槽孔”，这时，只要用砂身 将孔冲刃口砂成圆角，可在冲孔时起 挤光冲切面的作用，可避免“槽孔”的出现。采用这种凹模，压六方的下 冲头凸台M不宜太高，过高，冲孔时 容易产生铁屑，粘在凹模面上，使螺 图36-33 凸台式母端面产生压痕，影响外观。b.平直式冲孔凹模 如图3634所示，这类凹模的间隙可稍大 于上述凹模，寿命也较长。缺点是：在冲孔 速度较慢时容易产生毛刺，或单面撕裂一块,超过普通断裂带，有时一直延伸到螺母内 倒角处，(参见图3630),造成攻丝时扣 不完整。这种现象在低强度螺母冲孔时容易 发生，造成质量不稳。c,带圆角的冲孔凹模 如图3635所示，这类凹模内孔端口有一 r=(23)mm的圆角，凸、凹模间隙可取 得大一些，一般用于M14以上。缺点是冲出 的孔断裂带较大，即“喇叭口”大，一般通 过钱孔，使孔圆整光洁，达到尺寸要求。对低 强度螺母冲孔时，也会单面撕裂到内倒角处 O优点是模具寿命较长。图36-35带圆角的冲孔凹模