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多工位成型螺栓工艺设计


一、形状、尺寸

1. 圆角半径――取直径的1/20~1/5。冷锻时圆角过大反而难锻造。

2. 镦粗头部和法兰部尺寸――头部或法兰部体积V在2D3(D为坯料直径)以下时用单击镦锻机,3.5D3以下时可用双击镦锻机加工,而不会产生纵向弯曲。如V为4.7D3必须经三道镦粗工序。这部分的直径D1,(镦粗后直径)对于C<0.2%的碳素钢,不经中间退火能够镦粗到2.5D。超过上述范围必须中间退火。侧面尺寸由于难以控制,公差要尽可能放宽。

3. 镦粗部分的形状――头部或头下部的高度比直径大时,侧壁上向上和向下设置2°左右的锥度,使材料填充良好。球形头部顶上允许设计成小平面。

4. 挤压件坯料和挤出部分断面积之比A0/A1,即挤压比R,对S10C、BSW1的实心、空心正挤压件,如在5~10以下,对反挤压杯形件,如在1.3~4间,能够一次成形。自由挤压件的R如在1.25~1.4以下,能经一道工序加工。杯形件反挤压时的冲头压力,当R约为1.7时最小。

5.挤压件断面变化部分的锥度如图1,但对于变形抗力高的材料,从模具强度上考虑,α(度)要取较大值。

6. 反挤压杯形件的侧壁高度――侧壁高度H和冲头直径d的比H/d,对S10C、BSW1如在2~3以下,对更硬的材料如在1~2以下,均可一次成形。

7. 凹穴的尺寸和位置――在材料的集中部分附加的凹穴深度取小于直径,只有一个凹穴时,必须布置在制件的对称中心。

8. 底、法兰、幅板的厚度――厚度和直径之比T/D对S10C、BSW1如在1/10以上,可一次加工成形。比上述界限薄时,沿材料流动方向设置3°~5°斜度使厚度逐渐增加。

9. 尺寸公差――虽尽可能松些为好,如需标注,选取与一般能够得到的精度相符合的公差。

10. 一次缩径的极限变形为0.36,凹模导入角为2a≤30°,多次缩径时,总极限压缩为0.96~1.36。第一次和第二次缩径的极限压缩为0.29~0.35,第三次和第四次可提高到0.36~0.40。(ε=(D2-d2)/D2),D-材料直径;d-缩径后直径。

11. Φ22搓花t=1.5可增大0.44mm。

12. 如果一序凹模圆角半径大而二序凹模圆角半径小,会造成根部折叠;

13. 减径挤压时,由于断面减缩率较小,此时中心层金属的流动速度反而慢于表层金属,中心层产生附加拉应力,可能会造成内部裂纹;

14. 减径挤压时,凹模工作带厚度不均匀会造成杆部弯曲;

15. 由于摩擦的影响而导致附加应力和残余应力,当它们的值超过挤压材料的许可值时,就可能产生环形鱼鳞状裂纹;(材料润滑不良)

16. 头部的文字对头部变形有影响(受力不均产生);

17. 冷挤压零件的结构工艺性

1)对称性:最好是轴对称旋转体,其次是对称的非旋转体;

2)断面积差:在零件不同断面上,特别是在相邻断面上的断面积差设计的越小越有利;  

3)断面过渡及圆角过渡:冷挤压件断面有差别时,应设计从一个断面缓慢的过渡到另一个断面,避免急剧变化。可用锥形面或中间台阶来逐步过渡,且过渡处要有足够大的圆角。

4)断面形状:锥形问题,锥形件冷挤压会产生一个有害的水平分力,故应先冷挤加工成圆筒形,然后单独镦出外部锥体或车削加工出内锥体。

18.各种镦粗方式的加工界限;

19.在上下固定的凹模间隙内,将材料镦出凸缘的加工界限;

20.反挤压杯形件时,形状畸变的形式主要有孔口断面坡口和底棱缺肉;如果要获得口端平整的杯形件,可以先在毛坯上预成形一个凹窝,使凹窝的深度大于出现坡口时的深度,然后对端面实行封闭,将端面挤平;

21.杆长100mm及以下螺栓采用搓丝工艺。

22.圆头不切边零件的三序上模外圆尺寸要比零件头部外圆尺寸大0.4mm左右,因为外圆充不满。

二、坯料准备

A. 热处理

球化退火――钢材,特别是含碳量0.3%以上的钢材,需作珠光体细球化处理(珠光体4~6级)。预先经过冷加工(拉拔、镦粗)的材料,珠光体球化最容易。热轧材料的球化,要预先经正火或淬火-回火处理。(使钢中碳化物球状化而进行的退火工艺。

1. 完全退火――用于含碳量0.2%以下的钢及非铁金属。

2. 正火――为使钢材组织均匀化、晶粒细化而进行正火。可作为退火的前处理,低碳钢只要作此处理就可锻造。

3. 淬火――除可用来作为球化处理的前处理外,为使SUS27等奥氏体不锈钢软化,可加热到约1100℃再水冷。

4. 软化退火――用来作为冷锻工序的中间退火处理。

B. 润滑处理

1.磷酸盐被膜处理――脱脂-水洗-酸洗-水洗-中和-水洗-薄膜处理-水洗-中和-水洗-润滑处理

被膜处理过的坯料,一般用被膜润滑剂润滑。被膜润滑剂是以脂肪酸钠肥皂为主要成分,和磷酸盐起反应会产生金属皂而起润滑效果。精压印时,被膜处理后,薄薄地涂上一层低粘度的动植物油(蓖麻油、羊毛脂、棕榈油)。在长行程的正挤压和齿形挤压时,用被膜润滑剂大多不能满足要求,这时可按要求的二硫化钼和石墨的微粒粉末厚度计算出能涂敷的量,将其溶于四铅化碳、酒精等挥发性溶剂中,用滚筒涂敷,可以获得良好的结果。

C.坯料制备

1.坯料切断法――锯断、剪断、冲裁。

2.坯料的体积、尺寸、形状――坯料体积的计算,以制件体积为基础。再加上由于锻后的切边、冲裁、切削加工等引起损失的体积(5~50%)。锻造后即使不再加工,也要考虑因中间退火、酸洗造成的损失。而且,还需考虑坯料体积的误差,要求即使在最小体积的情况下也不产生缺肉,必须预留体积余量。多余的体积由横向或纵向挤出或形成飞边来调节。但是,特别是出现横向飞边时,飞边大小会引起变形力的变化,从而使制件本身产生尺寸误差,因此体积公差,一般希望在0.5%左右。采用不同直径的坯料能够制造同样的制件。选取坯料直径的原则是,所选直径使在完成终锻件前材料的移动量或变形量、加工工序数尽量少,制件内部的变形分布尽量均一。

考虑坯料装入模具时,比模具内径过小的坯料定心困难,另一方面,和模具内径过于接近的坯料装入时,不仅特别是自动装入困难,而且还担心坯料的润滑坯膜被擦落。因此,坯料直径一般比模具内径小0.1~0.2mm。

3.整形――坯料切断时产生的毛刺,是制件出现缺陷、工具磨损的原因,应利用滚筒清理等除去。并且,即使没有毛刺,尖角也是锻造时产生折叠或引起润滑膜中断的原因,因此,要尽可能取大圆角或进行倒角。为制作深杯形件用带压出凹穴的坯料,用模具预成形中心孔,可防止冲头偏心。

三、自动锻压机的型号

Z47-12B

Z――自动镦压机类

4――多工位自动冷镦机

7――多工位螺栓联合自动冷镦机

12――主要参数:最大镦制规格12mm

B――结构改进次序-第二次改进

自动镦锻机别组划分表

带搓丝的叫螺栓联合自动冷镦机。

螺栓联合自动冷镦机能完成线材的送进、切断、初镦、缩径或挤压、终镦、切边、倒角、搓丝等工序。

四、凹模孔的直径

为了使切下的毛坯能顺利进入凹模孔内,要求线材直径与凹模孔径之间有一定的间隙,此时所需要的最小间隙(单边)为0.01~0.10mm,这个数值的大小与线材直径、与线材进入凹模的长度成正比,即线材直径越大,则所需要的最小间隙也越大。

制造全螺纹用的凹模孔的直径,可以根据滚丝或搓丝前所要的螺坯的最小尺寸来确定。制造粗杆半螺纹用的模孔直径,根据产品光杆直径的最小尺寸来确定。前者凹模孔的最小尺寸应当等于或略小于螺坯最小尺寸,后者的模孔最小尺寸应当等于或略小于光杆部分的最小尺寸。对于全螺纹用的线材尺寸要求比半螺纹用的线材尺寸公差小;长杆工件用线材直径公差较短杆工件要小些。

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