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2026-05-No1-扣件技術新訊-TFSC

余征諴 更新於 2026-06-01 18:33:56.35

2026-05-No1-扣件技術新訊

Optimization of the Cold Extrusion Process of SAE 1004 Steel for the Production of Hexagonal Flange Head Screws

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 (2026-05-No-1)：

#技術主題 : #六角凸緣螺絲前向擠製成形優化技術

六角凸緣屋頂螺絲 (roofing screw)是扣件產業中應用廣泛的標準化產品，其主要透過冷間鍛造（cold forging）製程生產，具備高材料利用率與成品機械性能優良等優勢。傳統冷鍛方法為採用兩道次頭部鍛壓成形，第一道次打頭成形，第二道進行六角法蘭頭最終成形，再經螺紋滾製完成成品。然而，由於預成形件的幾何限制，此方法需採用較大尺寸之線材胚料，導致材料浪費與生產成本偏高，加以製品標準化程度高、業者差異化空間有限，價格競爭尤為激烈，促使各製造廠商積極尋求製程改善方案，以在維持產品品質的前提下降低製造成本、提升資源使用效率，並強化整體產業競爭力。

 

Freitas等人[1]針對以 SAE 1004 低碳鋼線材（直徑 6 mm），提出六角法蘭頭屋頂螺絲(M6)的兩道次鍛造成形方法，在第一道次中加入螺絲桿部前向擠製成形，取代原本單純壓縮預成形之設計。採用解析法與有限元素數值模擬 (CAE)兩種方法進行製程評估：解析計算以 Montgomery 擠製負荷方程式為基礎，納入平均流動應力、真實應變、摩擦係數（μ = 0.05）、模具錐角與未擠出高度等參數；數值模擬則使用 QFORM 軟體，依幾何軸對稱性建立 2D 模型，材料塑流應力模型為 S = 602*E^0.12 。研究評估模具錐角 11°、13° 與 15° 三種設計條件，模具材質為碳化物 G-40，沖頭與頂出桿為 AISI H13 熱作模具鋼。

 

從分析結果顯示，採用前向擠製成形，可減少約 7% 的原材料消耗，可降低材料成本。在三種錐角條件下，解析計算與有限元素模擬的最大成形負荷偏差均在 3% 以內：α = 11° 時解析值為2.37 噸，模擬值為 2.30 噸；α = 13° 時解析值為 2.42 噸，模擬值為 2.35 噸；α = 15° 時解析值為 2.47 噸，模擬值為 2.49 噸，兩種分析方法具有一致性。就模具錐角對製程的影響而言，隨錐角增大，等效應變最大值由 0.36 上升至 0.54，等效應力最大值由 512 MPa 增至 537 MPa，成形力亦隨之提高，顯示較大錐角將加重工具承載與磨耗風險。採用較小的模具錐角有利於降低前向擠製成形應變與成形負荷，適用於其他冷間鍛造扣件的製程優化設計，對扣件產業在精實生產、模具壽命管理與製程參數選定等面向，提供具實務參考價值的工程方法論。

 

應用該技術，可協助產業透過『六角凸緣螺絲前向擠製成形優化技術』，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：佶億工廠股份有限公司、萬乘實業股份有限公司、永曜螺絲有限公司、信驊螺絲五金有限公司、高來螺絲工業有限公司 ... 等公司。

 

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#參考資料：

[1] de Almeida de Freitas, É., Pacheco Wermuth, D., Rosiak, A., & Schaeffer, L. (2025). OPTIMIZATION OF THE COLD EXTRUSION PROCESS OF SAE 1004 STEEL FOR THE PRODUCTION OF HEXAGONAL FLANGE HEAD SCREWS. Environmental & Social Management Journal/Revista de Gestão Social e Ambiental, 19(4)., https://rgsa.openaccesspublications.org/rgsa/article/view/12036

[2] 台灣扣件產業服務雲, 扣件技術新訊, Vol. 2026-05-No1, 六角凸緣螺絲前向擠製成形優化技術, https://www.tw-fastener.com/tfsc/knowledge/BLP_a1021c4a-3b9c-4bdd-a5c1-62d81519c1ef

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Tag: #Fastener, #Bolt, #Forging, #Extrusion, #Screw.

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#Further Information :

#Article Type : Technical Paper Review, Patent, Summary.
#Title : Optimization of the Cold Extrusion Process of SAE 1004 Steel for the Production of Hexagonal Flange Head Screws
#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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