冷鐓鍛工藝與模具設(shè)計

1、以 GB5786-M8 六角頭螺栓為例來說明 .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(jìn)行的。冷鐓鍛可使金屬零件的機(jī)械性能得到改善。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(dá) 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(jī)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

2、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(jī)械性能應(yīng)符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。2原材料必須進(jìn)行球化退火處理，其材料金相組織為球狀珠光體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(qiáng)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料直徑的%（具體情況

3、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(jìn)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(jìn)行簡述。1. 螺紋類緊固件加工流程一般都是由剪斷、冷鐓、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T拉絲T退火T磷化皂化T拉絲T （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 : 級以下的螺紋緊固件產(chǎn)品

4、加工流程打頭T清洗T搓螺紋T清洗T表面處理T包裝級以下的螺紋緊固件產(chǎn)品加工流程打頭T清洗T切削T熱處理T穿墊搓螺紋T清洗T表面處理T包裝 級螺紋緊固件產(chǎn)品加工流程打頭T清洗T切削T搓螺紋T熱處理T清洗T表面處理T包裝 級螺紋緊固件產(chǎn)品加工流程打頭T清洗T熱處理T切削T滾螺紋T清洗T無損檢測T清洗T表面處理T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

5、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(jìn)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W時，鐓鍛一次：當(dāng)W長徑比W時，鐓鍛二次：當(dāng)W長徑比W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

6、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、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(dá)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 TF

7、S-Threads文檔。以 GB5786-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：«=頭部高度k,=頭部扳擰高度剪料t預(yù)成形t終鐓t剪切六角t （搓螺紋）圖 3 六角頭螺栓無切削加工工藝工步圖：剪料T預(yù)成形T整形T鐓六角T （搓螺紋）l. 送料滾輪的設(shè)計送料輪的外型尺寸、 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(jìn)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

8、般為原材料直徑：最大尺寸+），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的倍，錐體角度的a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(bǔ)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化而有所變化。 這

9、種方法錐角 a 值僅對螺栓的而言，對于其它頭部形狀來說，a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a角，然后再確定其它尺寸。長徑比決定a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=) emax,式中emax為六角頭螺栓最大的對角尺寸D=，式中S為六角頭螺栓對邊尺寸日=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。

10、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(qiáng)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(qiáng)度模具鋼制作,這時按內(nèi)壓力Pimax的大小來確定：當(dāng)Pimaxw kg/mm2時，為整模；當(dāng) 110kg/mm2 w Pimaxw 160kg/ mm2，采用一層預(yù)應(yīng)力套；當(dāng) 160kg/mm2 w Pimaxw 200kg/ 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