緊固件工藝設(shè)計及模具設(shè)計介紹

1、緊固件工藝設(shè)計及模具設(shè)計介紹來源：緊固件協(xié)會 作者： 瀏覽次數(shù)：50  發(fā)布日期：2007-11-08    一、冷鐓鍛工藝簡介    冷鐓鍛工藝是一種少無切削金屬壓力加工工藝。它是一種利用金屬在外力作用下所產(chǎn)生的塑性變形，并借助于模具，使金屬體積作重新分布及轉(zhuǎn)移，從而形成所需要的零件或毛坯的加工方法。    冷鐓鍛工藝的特點：    1冷鐓然是在常溫條件進行的。冷鐓鍛可使金屬零件的機械性能得到改善。   

2、 2冷鐓鍛工藝可以提高材料利率。它是以塑性變形為基礎(chǔ)的壓力加工方法，可實現(xiàn)少切削或者無切削加工。一般材料利用率都在85%以上，最高可達99%以上。    3可提高生產(chǎn)效率。金屬產(chǎn)品變形的時間和過程都比較短，特別是在多工位成形機上加工零件，可大大提高生產(chǎn)率。    4冷鐓鍛工藝能提高產(chǎn)品表面粗糙度、保證產(chǎn)品精度。    二、冷鐓鍛工藝對原材料的要求    1原材料的化學(xué)成份及機械性能應(yīng)符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。    2原材料必須進行球化退火處理，其材料金相組

3、織為球狀珠光體4-6級。    3原材料的硬度，為了盡可能減少材料的開裂傾向，提高模具使用壽命還要求冷拔料有盡可能低的硬度，以提高塑性。一般要求原材料的硬度在HB110170（HRB62-88）。    4冷拔料的盡寸精度一般應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品的具體要求及工藝情況而定，一般來說，對于縮徑和強縮尺寸精度要求低一些。    5冷拔料的表面質(zhì)量要求有潤滑薄膜呈無光澤的暗色，同時表面不得有劃痕、折疊、裂紋、拉毛、銹蝕、氧化皮及凹坑麻點等缺陷。    6要求冷拔料半徑方向脫碳層總厚度不超過原材

4、料直徑的1-1.5%(具體情況隨各制造廠家的要求而定）。    7為了保證冷成形時的切斷質(zhì)量，要求冷拔料具有表面較硬，而心部較軟的狀態(tài)。    8冷拔料應(yīng)進行冷頂鍛試驗，同時要求材料對冷作硬化的敏感性越低越好，以減少變形過程中，由于冷作硬化使變形抗力增加。    三、緊固件加工工藝簡述    緊固件主要分兩大糞：一類是螺紋類緊固件；另一類是非螺紋類緊固件或聯(lián)接件。這里僅針對螺紋類緊固件進行簡述。    1. 螺紋類緊固件加工流程一般都是由剪斷、冷

5、鐓、或者冷擠壓、切削、螺紋加工、熱處理、表面處理等生產(chǎn)工序組成的。    材料改制工藝流程一般為：    酸洗拉絲退火磷化皂化拉絲(球化磷化)    螺紋類緊固件冷加工藝流程訂要有以下幾種情況:    8.8級以下的螺紋緊固件產(chǎn)品加工流程    打頭清洗 搓螺紋清洗表面處理包裝    8.8級以下的螺紋緊固件產(chǎn)品加工流程    打頭清洗 切削熱處理穿墊搓螺紋清洗表面處理包裝 &

6、#160;  8.8-10.9級螺紋緊固件產(chǎn)品加工流程    打頭清洗 切削搓螺紋熱處理清洗表面處理包裝    10.9-12.9級螺紋緊固件產(chǎn)品加工流程    打頭清洗 熱處理切削滾螺紋清洗無損檢測清洗表面處理包裝    2. 螺紋類緊固件常用材料    螺紋類緊固件常用材料如下表1(含國內(nèi)外材料對比)    四、冷鐓鍛工藝設(shè)計的基本方法    冷鐓鍛工藝設(shè)計實際上就是冷鐓模

7、具的設(shè)計,我們所設(shè)計的每一個工藝方案最終都是要通過模具設(shè)計來實現(xiàn)的。    冷鐓鍛工藝設(shè)計：    首先,根據(jù)產(chǎn)品具體的相關(guān)參數(shù)計算坯長度，此時計算的重量實際是零件的凈重，冷鐓鍛時的坯料長度可根據(jù)體積不變原則來確定，即塑性變形坯料的體積等于塑性變形后的零件的體積。如果還要進行切削加工，那么坯料的體積還應(yīng)加上相應(yīng)的切削量。加上相應(yīng)的切削余量后計算的重量實際上是零件的毛重。    其次，變形程度及鐓鍛次數(shù)的確定。    如圖，當(dāng)長徑比2.5時，鐓鍛一次：  &

8、#160; 當(dāng)2.5長徑比4.5時，鐓鍛二次：    當(dāng)4.5長徑比6.5時，鐓鍛三次。    以上數(shù)據(jù)是在比較理想的條件下才能實現(xiàn)，在實際生產(chǎn)中，還要考慮到產(chǎn)品的幾何形狀，同時也為了保證質(zhì)量需要按照上述數(shù)據(jù)增加一次鐓鍛變形。    第三，確定加工工藝方案。根據(jù)產(chǎn)品的具體要求確定該產(chǎn)品是采用無切削加工工藝還是采用少切削加工工藝以及采用哪一種生產(chǎn)設(shè)備，并設(shè)計加工工步圖即確定加工工藝方案。    第四，根據(jù)以上三個因素確定所有材料的坯徑尺寸。需要說明的是原材料尺寸與產(chǎn)品頭部尺寸、

9、產(chǎn)品的桿部尺寸、生產(chǎn)設(shè)備以及螺紋精度和表面處理方式都是緊固件密相關(guān)的。例如：以GB5786-M8六角頭螺栓為例來說明，這里以表格的形式表達更清楚直觀，具體見表2。    第五，根據(jù)產(chǎn)品的相關(guān)參數(shù)計算零件凈重，根據(jù)不同的加工方式、方法計算零件消耗定額。    第六，根據(jù)產(chǎn)品要求確定滾壓螺紋坯徑尺寸，不同的螺紋標(biāo)準(zhǔn)所要求的滾壓螺坯徑尺寸是不一樣的。在國家新螺紋標(biāo)準(zhǔn)GB192-81-GB2516-M8中，外螺紋主要有6e、6f、6g、6h四種。相關(guān)螺紋資料介紹請參看TFS-Threads文檔。    以GB57

10、86-M8六角頭螺栓為例來說明，具體見表3。    第七，冷鐓鍛加工工藝及模具設(shè)計    下面以六角頭螺栓切削加工工藝工步圖：        K=頭部高度    k,=頭部扳擰高度    剪料預(yù)成形終鐓剪切六角（搓螺紋）    圖3六角頭螺栓無切削加工工藝工步圖：    剪料預(yù)成形整形鐓六角（搓螺紋）    1. 送料滾輪的設(shè)計

11、    送料輪的外型尺寸、孔徑尺寸是冷鐓鍛設(shè)備生產(chǎn)廠家確定的，不需重新設(shè)計的。我們僅需對送料輪工作溝槽尺寸進行設(shè)計，溝槽尺寸決于取原材料線直徑最大尺寸，其公差取H110-H11即可。    2切刀刃中直徑一般為原材料直徑最大尺寸，其公差取H9-H10。    3切模的直徑一般為原材料直徑：最大尺寸+(0.05-0.10），其公差取H9-H10。    4預(yù)成形沖模設(shè)計    一沖的設(shè)計原則是：要求一沖有盡可能大的變形比，為第二次鐓鍛成形做準(zhǔn)備，其

12、次要避免金屬纖維產(chǎn)生縱向彎曲。    一沖模具設(shè)計的方法很多，目前主要有兩種典型的方法。    一種方法是以美國為代表：    這種方法是依據(jù)塑性變形核理論，先確定錐體大端直徑Dk值，然后再確定一沖型腔尺寸。根據(jù)塑性變形核理論，如圖4，假設(shè)錐體大端直徑Dk為小端直徑dm的1.4倍，錐體角度的角度定位12°,金屬體積不足部分,由圓柱體h部分調(diào)節(jié)加以補充。    圓中dm=材線直徑    這種設(shè)計方法也并非完全一成不變的，它是隨材料的硬度變

13、化而有所變化。這種方法錐角 值僅對螺栓的而言，對于其它頭部形狀來說，值是有變化的。    另一種方法是以蘇聯(lián)為代表。    這種方法就是由長徑比來選擇角，然后再確定其它尺寸。長徑比決定角大小見表4。    如圖5，dm=線材直徑    5終鐓鍛沖模及主模設(shè)計    該沖模設(shè)計相對來說較為簡單，如圖5，其設(shè)計原則是以所加工的產(chǎn)品頭部形狀和尺寸為依據(jù)來設(shè)計的。如需切削加工，則要考慮相應(yīng)的切削加工余量。    如圖6：D0

14、=(1.04-1.1）emax，式中emax為六角頭螺栓最大的對角尺寸    D=(0.9-0.95)S，式中S為六角頭螺栓對邊尺寸    H=螺栓頭部高度，    h=2H/3，式中 h為模具型腔深度。    主模主要依據(jù)各工步零件加工工藝要求來設(shè)計的，這里僅講述多層預(yù)應(yīng)力主模的設(shè)計方法。實踐證明，多層預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)主模是一種解決主模徑向開裂比較有效的方法，對于采用硬質(zhì)合金為模芯的預(yù)應(yīng)力組合主模尤為有效。    多層預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)層的數(shù)目確定，主要是根

15、據(jù)冷鐓鍛過程中單位壓力的大小，內(nèi)腔尺寸和所用的材料強度來考慮確定的。    這里有兩種情況：    一種情況主模模芯允許在拉應(yīng)力狀態(tài)下工作，即采用高強度模具鋼制作，這時按內(nèi)壓力Pimax的大小來確定：    當(dāng)Pimaxkg/mm2時，為整模；    當(dāng)110kg/mm2Pimax160kg/ mm2，采用一層預(yù)應(yīng)力套；    當(dāng)160kg/mm2Pimax200kg/ mm2，采用兩層預(yù)應(yīng)力套；    主模內(nèi)壓力一般按沖模單位壓力計算。    另一種情況是主模模芯不允許在拉應(yīng)力狀態(tài)下工作，采用硬質(zhì)合金（俗稱鎢鋼）制作的主模就屬此類型，這時按下列Pimax的大小來選取：    當(dāng)Pimax110kg/mm2時，采用一層預(yù)應(yīng)力套；    當(dāng)110kg/mm2Pimax190kg/ mm2，采用