2026-04-No1-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 (2026-04-No-1)：

#技術主題 : #反向擠製沖頭壽命提升技術

在扣件鍛造成形中，反向擠製成形 (backward extrusion)，常用於螺絲螺栓頭部槽形與螺帽成形，能利用塑性變形提升擠製孔強度；但擠製時沖頭承受高壓，容易因疲勞與磨耗導致失效，限制量產與成本效益。

Petkar 等人[1]提出反向擠製沖頭壽命提升技術，包括(1)沖頭幾何改善設計(前端角度、承面長度)，與(2)沖頭製造參數研究(L9，包括材料、硬度、PVD鍍層)。提出2個應用案例，案例一為單道次反向擠製(圓杯)，鍛胚材質為 AISI-1010、案例二為兩道次反向擠製，鍛胚材質為 AISI-1018，第一道次反向擠製(圓杯)、第二道次複合反向擠製 (後端加深圓杯、前端內齒栓槽)。使用 CAE (AFDEX) 預測成形負荷與材料流動，並利用實驗評估模具壽命。

從CAE分析與實驗結果知：

(1) 沖頭最佳化幾何：提升高速鋼 (HSS M42) 沖頭壽命，案例1提升2倍；第二道次齒栓沖頭壽命提升3倍。

(2) 沖頭材質：粉末冶金工具鋼 (PM) 壽命皆優於高速鋼 (HSS)。S290 沖頭壽命最佳，具有較高的C、V、W、Co含量，具備較強的硬化能力、較佳高硬度保持能力與耐疲勞強度。熱膨脹係數較低，溫升低尺寸穩定性較好。

(3) 沖頭硬度：62-64 HRC 兼具耐磨與抗疲勞，溫升較低尺寸穩定。

(4) 沖頭鍍層：碳氮化鋁鈦 (TiAlCN) 磨耗表現最佳，鍍層較晚剝離，壽命最佳。

此技術論文研究冷間反向擠製中沖頭壽命問題，結合沖頭幾何最佳化、粉末冶金鋼材、硬度與PVD塗層實驗，評估磨耗、疲勞與溫升對性能影響。結果顯示S290、62–64 HRC與TiAlCN塗層沖頭壽命最佳、最適合量產，可明顯提升工具壽命與製程穩定性。

應用該技術，可協助產業透過『反向擠製沖頭壽命提升技術』，建立『鍛造模具設計』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：三星科技股份有限公司、恒耀工業股份有限公司、世德工業股份有限公司、傑螺工業股份有限公司、詮栩股份有限公司 ... 等公司。

----

詳細說明：

從分析及實驗結果得到以下結論：

1.導入沖頭最佳化幾何後，使用高速鋼 (HSS M42) 的沖頭壽命，案例1提升2倍 (角度170度、承面 2.5mm)、案例2第二道次齒栓沖頭壽命提升3倍(角度160度、承面 2.5mm)。

2.沖頭材質：粉末冶金工具鋼 (PM) 壽命皆優於高速鋼 (HSS)。PM 沖頭壽命為：S600 (28254件)、S590 (32540件)、S290 (35103件)。

3.沖頭硬度： 60-62 HRC 耐磨效果差、64-66 HRC 高硬度易脆裂、62-64 HRC 兼具耐磨與抗疲勞，溫升較低尺寸穩定。

4.沖頭鍍層：

(1) 氮化鈦(TiN)：溫升最低，鍍層較早剝離，壽命6000-10000件。
(2) 氮化鋁鈦 (AlTiN)：沖頭溫升最高，壽命10000-14000件。
(3) 碳氮化鋁鈦 (TiAlCN)：磨耗表現最佳，鍍層剝離較晚，壽命12000-20000件。

----

#參考資料：

[1] Petkar, P. M., Kulkarni, V. N., Sidalingeshwar, I. G., Umarfarooq, M. A., Khan, T., Junaedi, H., & Sebaey, T. A. (2026). Experimental Investigation of Die Performance in Cold Forging Backward Extrusion. Journal of Manufacturing and Materials Processing, 10(2), 70., https://www.mdpi.com/2504-4494/10/2/70

[2] 台灣扣件產業服務雲, 扣件技術新訊, Vol. 2026-04-No1, 反向擠製沖頭壽命提升技術, https://www.tw-fastener.com/tfsc/knowledge/BLP_80640cc7-aa0a-4c52-aa41-c04ff92934e0

----

Tag: #Fastener, #BackwardExtrusion, #DieLife, #Punch, #Screw.

----

#Further Information :

#Article Type : Technical Paper Review, Patent, Summary.
#Title : Punch Service Life Enhancement Technologies in Backward Extrusion Processes
#Product : Bolt, Self-clinching Bolt.
#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.

----