2026-07-No2-扣件技術新訊
余征諴博士 / 國立高雄科技大學 鍛造輥軋工程研究中心
各位【台灣扣件產業服務雲】會員先進們大家好，與您分享本期 #扣件技術新訊 (2026-07-No-2)：
#技術主題 : #鎖片六角法蘭面鎖緊螺帽鍛造成形CAE分析案例
鎖片六角法蘭面鎖緊螺帽（Flange Metal Insert Self Locking Nut）採10B33球化材，規格M10x1.5，經3道次冷鍛成形與1道次沖切，CAE模擬總成形負荷170噸，應變分佈均勻無流動缺陷，可降低試模成本並延長模具壽命。
鎖片六角法蘭面鎖緊螺帽（Flange Metal Insert Self Locking Nut）是一種在螺帽上端嵌裝一片內徑略小於螺紋小徑之金屬鎖片的防鬆扣件；當螺栓與螺帽旋合時，鎖片與螺栓螺紋產生干涉配合而形成摩擦阻力，可有效阻止扣件在振動或負載變化下鬆脫，廣泛應用於汽車與機械組裝等對防鬆性能要求較高之場合。本案以中鋼線材 10B33球化材、規格 M10x1.5 為對象，採 3 道次成形加 1 道次沖切之多道次冷鍛製程，並透過 CAE 有限元素分析完成成形驗證。
#鎖片六角法蘭面鎖緊螺帽的主要尺寸規格為何？
本案分析對象之主要幾何尺寸如下：
螺帽高度：10.6 mm、法蘭外徑：18.4 mm、法蘭高度：2 mm、六角對邊長度：13.5 mm、管壁外徑：12 mm、管壁高度：2 mm、壁厚：0.5 mm
#多道次鍛造製程如何設計？
製程設計為 3 個成形道次加 1 個沖切加工道次，各道次成形內容如下：
第零道次 (S0)：線材剪切下料，將 10B33 球化材線材依成形所需體積裁切為胚料。
第一道次 (S1)：鍛胚鍛壓整形，胚料進行初步鐓粗與整形定寸，為後續反擠製程提供均勻的胚料狀態。
第二道次 (S2)：反向擠製，管壁成形，材料進行管壁部位之反向擠伸，形成初步筒形結構。
第三道次 (S3)：反向擠製，加深盲孔，並利用模具肩部鍛壓成形六角與法蘭特徵，材料同步完成內孔深度與外部幾何輪廓成形。
第四道次 (S4)：沖孔加工，移除腹板，形成貫通孔，完成最終螺帽通孔結構。
#CAE 模擬結果顯示哪些關鍵數據？
成形負荷方面，第一至第三道次之成形負荷分別為 10 噸、35 噸、125 噸，三道次合計 170 噸；第四道次沖孔剪切負荷為 3 噸。負荷隨道次遞增，反映材料變形量與模穴填充複雜度逐步提高，屬多道次冷鍛之典型負荷分佈特徵。
應變分佈方面，整體應變由初期的整體變形，逐漸轉為後段道次的局部應變集中，全程未見明顯成形流動缺陷：
第一道次 (S1)：鐓粗成形，鍛胚進行整形定寸，應變集中在模具接觸的圓角處。
第二道次 (S2)：反向擠製成形，應變集中在管壁處，反映材料於管壁部位之延展變形歷程。
第三道次 (S3)：反向擠製內孔成形，並利用模具肩部鍛壓成形凸緣，主要應變集中在內側盲孔與六角特徵轉角處，此為材料被擠入模穴轉角所產生的高剪切應變。
#此 CAE 分析對模具設計與量產有何實質效益？
透過 CAE 分析軟體進行鎖片六角法蘭面鎖緊螺帽多道次鍛造成形與剪切加工分析，可在不實際試模的情況下，預測材料流動、塑性應變分佈、成形與剪切負荷等關鍵資訊。分析結果顯示，鍛胚高應變區（如材料主要變形區的盲孔部位，以及剪切區域的六角部位）對模具磨損及破壞之影響甚大；未來可針對鍛胚預成形及模具設計進行改善優化，藉此減少開模試錯次數、降低材料浪費、提升模具壽命與成品品質穩定性。
#CAE分析動畫
(1) 鎖片六角法蘭面鎖緊螺帽多道次鍛造成形－模具及鍛胚等效應變分佈影片：https://youtu.be/i_VFfReFd6s
(2) 鎖片六角法蘭面鎖緊螺帽多道次鍛造成形－鍛胚等效應變分佈影片：https://youtu.be/PRSSlHoJvzA
----
#FAQ區塊
Q1：鎖片六角法蘭面鎖緊螺帽的防鬆原理是什麼？
A1：螺帽上端嵌裝的金屬鎖片內徑略小於螺紋小徑，旋合時鎖片與螺栓螺紋產生干涉配合，形成持續摩擦阻力，防止振動或負載變化造成鬆脫。
Q2：本案螺帽的成形共需要幾道次鍛造？
A2：共需 4 道次，包含 3 個成形道次（鐓粗、反擠管壁、反擠內孔與六角法蘭成形）與 1 個沖孔道次，移除腹板形成貫通孔。
Q3：CAE 模擬顯示總成形負荷為多少？
A3：第一至第三成形道次負荷分別為 10、35、125 噸，合計 170 噸；第四道次沖孔剪切負荷為 3 噸。
Q4：哪個區域的應變集中程度最高，對模具影響最大？
A4：第三道次的內側盲孔與六角特徵轉角處應變集中最明顯，屬材料被擠入模穴轉角所產生的高剪切應變區，對模具磨損與壽命影響甚大。
Q5：CAE 分析對量產有什麼實際幫助？
A5：可在不實際試模的情況下預測材料流動與應變分佈，協助優化鍛胚預成形與模具設計，減少試模次數、降低材料浪費並提升模具壽命與品質穩定性。
----
應用該技術，可協助產業透過『鎖片六角法蘭面鎖緊螺帽鍛造成形CAE分析案例』，建立『螺帽鍛造成形方法』之技術能量及相關研究開發之參考資料。
根據公開的網頁及專利資訊，可提供相關類似技術與產品之公司，如：長麒金屬工業股份有限公司、春澤企業股份有限公司、立侑螺絲工業有限公司、三星科技股份有限公司、阡福實業有限公司 ... 等公司。
----
#參考資料：
[1] 台灣扣件產業服務雲, 扣件技術新訊, Vol. 2026-07-No2, 鎖片六角法蘭面鎖緊螺帽鍛造成形CAE分析案例, https://www.tw-fastener.com/tfsc/knowledge/BLP_16488403-3996-487f-aba7-d44c71f7d4e6
----
Tag: #Fastener, #Nut, #Forging, #CAE, #Screw.
----
#Further Information :
#Article Type : CAE Case Study.
#Title : A CAE Case Study of a Flange Metal Insert Self Locking Nut
#Product : Fastener, Bolt, Nut, Screw.
#Technology : Multi-Stage Forging, Process design, Die design,
#Process Design : Coil cutting, Heading, Upsetting, Forward extrusion, Backward extrusion.
#Benefit : High production efficiency, Low material waste, High material usage.
----