2026-06-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 (2026-06-No-2)：
#技術主題 : #球面六角螺栓多道次鍛造成形CAE分析案例
一、什麼是球面六角螺栓？
球面六角螺栓（Spherical Head Hex Bolt）是頭部呈圓弧球面、外形具六角扳手施力面的特殊扣件，兼具高鎖付扭矩、良好外觀與降低尖角刮傷等特性。此類扣件常用於汽機車零件、機械設備、金屬結構、外露固定件及裝飾性五金等應用場合。
本案例分析對象為 M24×3 規格球面六角螺栓，材質採用中鋼線材 10B38 球化材，主要尺寸包括球面半徑 26 mm、頭部六角凸緣對邊長度 41 mm、頭部凸緣高度 15 mm、桿身長度 110 mm。
二、多道次鍛造製程如何設計？
本案例製程設計為 3 個成形道次與 1 個沖切加工道次。成形道次模具尺寸參考鍛胚設計尺寸；沖切加工模具主要設計參數包括：剪切寬度 1 mm、剪切刃口圓角 0.1 mm、剪切內孔斜度 5 度、剪切模具斜度 25 度、固定模具斜度 30 度。各道次設計如下：
第零道次（S0）：線材剪切下料。
第一道次（S1）：前向擠製，桿身成形。
第二道次（S2）：鍛壓，頭部預成形。
第三道次（S3）：鍛壓，球面頭部成形。
第四道次（S4）：沖切，完成六角頭部。
三、CAE 分析結果：
1. 成形負荷是多少？
依有限元素分析（CAE）結果，第一至第三道次成形負荷分別為 18 噸、52 噸、130 噸，三道次合計 200 噸；第四道次剪切負荷為 39 噸。負荷由第一道次至第三道次呈遞增趨勢，顯示球面頭部成形階段為材料變形最集中、模具負擔最大的關鍵道次。
2. 多道次鍛造的應變分佈如何變化？
CAE 分析顯示，整體塑性應變由初期的全域變形，逐漸轉為後期的局部應變集中，過程中未見明顯成形缺陷：
第一道次（S1）：前向擠製成形，應變集中於鍛胚前端。
第二道次（S2）：頭部預成形，應變轉移至頭部與桿身過渡段。
第三道次（S3）：球面鍛壓成形，應變集中於球面頭部。
第四道次（S4）：六角剪切，應變集中於六角剪切處。
四、CAE 分析對模具設計與生產有何幫助？
利用 CAE 分析軟體進行球面六角螺栓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、成形與剪切負荷等資訊。鍛胚高應變區（如材料主要變形區的頭部、剪切區域的六角頭形）對模具磨損及破壞影響甚大。未來可針對鍛胚預成形及模具設計進行改善優化，以減少開模試錯次數、降低材料浪費，並提升模具壽命與成品品質穩定性。
CAE 分析動畫
1. 球面六角螺栓多道次鍛造成形（含沖切）— 模具及鍛胚等效應變分佈影片：https://youtu.be/-pNZeFuywyo
2. 球面六角螺栓多道次鍛造成形（含沖切）— 鍛胚等效應變分佈影片：https://youtu.be/vMPvA9kcbJw
應用該技術，可協助產業透過『球面六角螺栓多道次鍛造成形CAE分析案例』，建立『CAE成形分析』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：春澤企業股份有限公司、長宏工廠股份有限公司、萬乘實業股份有限公司、智富機械有限公司、忠鍵工業股份有限公司 ... 等公司。
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#參考資料：
[1] 台灣扣件產業服務雲, 扣件技術新訊, Vol. 2026-06-No2, 球面六角螺栓多道次鍛造成形CAE分析案例, https://www.tw-fastener.com/tfsc/knowledge/BLP_49d4f194-bcc6-44a4-a5ba-d7022b99cbff
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Tag: #Fastener, #Bolt, #Forging, #CAE, #Screw.
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#Further Information :
#Article Type : CAE Case Study.
#Title : A CAE Case Study of a Spherical Head Hex Bolt Forging Process
#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.
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