冷镦锻工艺设计与最常用的基本方法
冷镦锻工艺设计实际上就是冷镦模具的设计,我们所设计的每一个工艺方案最
终都是要通过模具设计来实现的。
冷镦锻工艺设计：
首先,根据产品具体的相关参数计算坯长度，此时计算的重量实际是零件的净
重，冷镦锻时的坯料长度可根据体积不变原则来确定，即塑性变形坯料的体积等于
塑性变形后的零件的体积。如果还要进行切削加工，那么坯料的体积还应加上相应
的切削量。加上相应的切削余量后计算的重量实际上是零件的毛重。
其次，变形程度及镦锻次数的确定。
如图1：变形程度及镦锻次数
当长径比≤2.5时，镦锻一次：
当2.5≤长径比≤4.5时，镦锻二次：
当4.5≤长径比≤6.5时，镦锻三次。
以上数据是在比较理想的条件下才能实现，在实际生产中，还要考虑到产品的
几何形状，同时也为了保证质量需要按照上述数据增加一次镦锻变形。
第三，确定加工工艺方案。根据产品的具体要求确定该产品是采用无切削加工
工艺还是采用少切削加工工艺以及采用哪一种生产设备，并设计加工工步图即确定
加工工艺方案。
第四，根据以上三个因素确定所有材料的坯径尺寸。需要说明的是原材料尺寸
与产品头部尺寸、产品的杆部尺寸、生产设备以及螺纹精度和表面处理方式都是紧
固件密相关的。例如：以GB5786-M8六角头螺栓为例来说明，这里以表格的形式表
达更清楚直观，具体见表2。
第五，根据产品的相关参数计算零件净重，根据不同的加工方式、方法计算零件消
耗定额。
第六，根据产品要求确定滚压螺纹坯径尺寸，不同的螺纹标准所要求的滚压螺坯径
尺寸是不一样的。在国家新螺纹标准GB192-81-GB2516-M8中，外螺纹主要有6e、6f、
6g、6h四种。相关螺纹资料介绍请参看TFS-Threads文档。
以GB5786-M8六角头螺栓为例来说明，具体见表3。
第七，冷镦锻加工工艺及模具设计
下面以六角头螺栓切削加工工艺工步图：如图2
K=头部高度
k,=头部扳拧高度
剪料→预成形→终镦→剪切六角→（搓螺纹）
图3六角头螺栓无切削加工工艺工步图：
剪料→预成形→整形→镦六角→（搓螺纹）
1. 送料滚轮的设计
送料轮的外型尺寸、孔径尺寸是冷镦锻设备生产厂家确定的，不需重新设计的。我
们仅需对送料轮工作沟槽尺寸进行设计，沟槽尺寸决于取原材料线直径最大尺寸，
其公差取H110-H11即可。
2．切刀刃中直径一般为原材料直径最大尺寸，其公差取H9-H10。
3．切模的直径一般为原材料直径：最大尺寸+(0.05-0.10），其公差取H9-H10。
4．预成形冲模设计
一冲的设计原则是：要求一冲有尽可能大的变形比，为第二次镦锻成形做准备，其
次要避免金属纤维产生纵向弯曲。
一冲模具设计的方法很多，目前主要有两种典型的方法。
一种方法是以美国为代表：
这种方法是依据塑性变形核理论，先确定锥体大端直径Dk值，然后再确定一冲型腔
尺寸。根据塑性变形核理论，如图4，假设锥体大端直径Dk为小端直径dm的1.4倍，
锥体角度的α角度定位12°,金属体积不足部分,由圆柱体h部分调节加以补充。
圆中dm=材线直径
这种设计方法也并非完全一成不变的，它是随材料的硬度变化而有所变化。这种方
法锥角 α值仅对螺栓的而言，对于其它头部形状来说，α值是有变化的。
另一种方法是以苏联为代表。
这种方法就是由长径比来选择α角，然后再确定其它尺寸。长径比决定α角大小见
表4。
如图5，dm=线材直径
5．终镦锻冲模及主模设计
该冲模设计相对来说较为简单，如图5，其设计原则是以所加工的产品头部形状和
尺寸为依据来设计的。如需切削加工，则要考虑相应的切削加工余量。
如图6：D0=(1.04-1.1）emax，式中emax为六角头螺栓最大的对角尺寸
D=(0.9-0.95)S，式中S为六角头螺栓对边尺寸
H=螺栓头部高度，
h=2H/3，式中 h为模具型腔深度。
主模主要依据各工步零件加工工艺要求来设计的，这里仅讲述多层预应力主模
的设计方法。实践证明，多层预应力结构主模是一种解决主模径向开裂比较有效的
方法，对于采用硬质合金为模芯的预应力组合主模尤为有效。
多层预应力结构层的数目确定，主要是根据冷镦锻过程中单位压力的大小，内腔尺
寸和所用的材料强度来考虑确定的。
这里有两种情况：
一种情况主模模芯允许在拉应力状态下工作，即采用高强度模具钢制作，这时按内
压力Pimax的大小来确定：
当Pimax≤kg/mm2时，为整模；
当110kg/mm2≤Pimax≤160kg/ mm2，采用一层预应力套；
当160kg/mm2≤Pimax≤200kg/ mm2，采用两层预应力套；
主模内压力一般按冲模单位压力计算。
另一种情况是主模模芯不允许在拉应力状态下工作，采用硬质合金（俗称钨钢）制
作的主模就属此类型，这时按下列Pimax的大小来选取：
当Pimax≤110kg/mm2时，采用一层预应力套；
当110kg/mm2≤Pimax≤190kg/ mm2，采用两层预应力套；
预应力套的外圈直径与主模内腔直径之比取4-6即可。如图7，如有中间预应力套，
其相关尺寸可根据有关冷挤压资料计算得到。
6．切边冲模（Trimming Die）设计
该模具的设计如图8，在这时就一一介绍了。
五、冷镦锻工艺的发展
图7-11是几种典型零件的成形工步图，这些图表了冷镦锻工艺的发展过程。