心盘螺栓机械加工工艺及镦头模设计

1、心盘螺栓机械加工工艺及镦头模设计摘要螺栓有很多叫法，每个人的叫法可能都不同，有人叫成螺钉，有人叫成螺栓钉，有人叫成紧固件。虽然有这么多叫法，但意思都是一样的，都是螺栓。螺栓是紧固件的通用说法。螺栓是利用物体的斜面圆形旋转和摩擦力的物理学和数学原理，循序渐进地紧固器物机件的工具。螺栓在日常生活当中和工业生产制造当中，是少不了的，螺栓也被称为工业之米。可见螺栓的运用之广泛。螺栓的运用范围有：电子产品，机械产品，数码产品，电力设备，机电机械产品。船舶，车辆，水利工程，甚至化学实验上也有用到螺栓。反正是超多地方都有用到螺栓的。特如数码产品上面用到的精密螺栓。DVD，照相机、眼镜、钟表、电子等使用的微型

2、螺栓;电视、电气制品、乐器、家具等之一般螺栓;至于工程、建筑、桥梁则使用大型螺栓、螺帽;交通器具、飞机、电车、汽车等则为大小螺栓并用。螺栓在工业上负有重要任务，只要地球上存在着工业，则螺栓之功能永远重要。螺栓是最基本的机械部件，广泛应用于汽车、产业机械和建设等各种产业。与焊接和铆接不同，螺栓的最大特征是即使在紧固后也能简单卸下，可以通过再紧固再利用。螺栓的制作材料一般使用在钢铁厂轧制成盘卷状的线材，经酸洗、润滑、退火和拉丝等二次加工后，采用冷锻压法对螺栓的螺头和螺纹进行成形加工、热处理和表面处理。因产品种类的不同，有的需在螺纹部成形前进行热处理，有的无需进行热处理和/或表面处理。二次加工一般是

3、由专业处理人员进行处理，但有时是在螺栓制作厂内进行处理。本文通过分析零件加工工艺性，拟定工艺方案；对模具设计做了比较系统完整的分析和论证，确定了模具零件设计及相关计算和校核；对工艺规程的设计做了详细说明，制定了合理的加工工艺路线，确定了冲压设备的选择和模具标准的选择，编制了模具装配工艺及装配工艺卡片。关键词：心盘螺栓；机械加工工艺；镦头模的设计AbstractBolts have a variety of names, the names of everyone may have different, called a screw, is called a nail, bolt, called

4、 a fastener. Although there are so many words, but the meaning is the same, is a bolt. Bolt is a general term for fasteners. Bolt is the object of inclined plane circular rotation and friction of physics and mathematics principle, gradual tightening implements parts of the tool.Bolt in daily life an

5、d industrial production, which is indispensable, the bolt is also known as the industrial M. Extensive use of visible bolts. The scope of the use of bolts: electronic products, mechanical products, digital products, electrical equipment, mechanical and electrical products. Ships, vehicles, hydraulic

6、 engineering, and even chemical experiments are also useful to bolt. Anyway, it is more than a place to be useful to the bolt. Special such as digital products used in the above precision screw. DVD, camera, glasses, watches, electronics and other micro bolts; TV, electrical products, instruments, f

7、urniture and other general bolt; as for the engineering, construction, bridges use large bolts and nuts; transportation equipment, aircraft, cars, automobile and other is the size of the bolt and used. Bolt in the industry has an important task, as long as there is an industry on the earth, the func

8、tion of the bolt is always important.Bolt is the most basic mechanical components, widely used in automotive, industrial machinery and construction and other industries. And welding and riveting, the biggest feature of the bolt is even after the fastening can be simply removed, can be re tightened a

9、nd then use. Bolt materials for general use in iron and steel plant rolling into a coil shaped wire, after the secondary processing of acid cleaning, lubricating, annealing and drawing by cold forging method of bolt screw head and a screw thread forming machining, heat treatment and surface treatmen

10、t. Due to the different types of products, and some need to heat treatment before forming the thread, some of the heat treatment and / or surface treatment. The two processing is generally handled by the professional processing staff, but sometimes in the bolt production plant for processing.In this

11、 paper, through the analysis of the machining process, develop process; more systematic and complete analysis and demonstration to the mold design, to determine the design of mold parts and related calculation and verification; craft regulations to design to do a detailed explanation, developed a re

12、asonable process route, determines the choice of stamping equipment selection and tooling standards, preparation of the mold assembly process and assembly process cards.Keywords: plate bolt; machining process; heading die design目录第1章 绪 论1.1研究背景及意义本次设计是在我们学完了大学的全部基础课程技术课程以及全部专业课之后进行的。此次的设计是对大学期间所学各课程

13、一次深入的综合性复习，也是使我们综合运用所学过的基本知识与基本技能去解决专业范围内的工程技术问题而进行的一次基本训练。因此，它在我们四年的大学生活中占有重要的地位。我们在完成毕业设计的同时也培养了我们正确使用技术资料国家标准有关手册图册等工具书进行设计计算数据处理编写技术文件等方面的工作能力。也为我们以后的工作打下了坚实的基础。本次设计的目的在于培养综合分析和解决本专业的一般工程问题的独立能力，拓宽和深化所学知识，培养正确地使用技术知识国家标准有关手册图册等工具书进行设计计算数据处理编写技术文件等方面的工作能力，培养自己进行调查研究，面向实际面向生产向工人和工程技术人员学习的基本工作态度，工作

14、作风和工作方法。熟悉心盘螺栓加工工艺过程和掌握墩头模具设计的方法步骤，为以后从事相关的技术性工作打下坚实的基础。通过对心盘螺栓机械加工工艺设计使我们在机械制造工艺规程设计工艺方案，论证机械加工余量计算工艺尺寸，确定编写技术文件及查阅技术文献等，各个方面得到一次综合性训练，初步具备设计一个中等复杂程度零件工艺规程的能力。本次设计的主要内容为首先认真分析心盘螺栓，明确相关技术要求和加工质量要求，然后根据图纸上相关要求等确定该零件的生产类型。分析本次设计的零件的生产纲领，其次对零件进行工艺分析确定毛坯类型和制造方法缸盖的材料进行毛坯的制造，然后设计两套不同的工艺路线方案分析两套方案的优劣并根据实际生

15、产条件和相关要求确定最终完成机械加工工序设计。进行必要地经济分析，对加工工序进行夹具装配图及主要零件图的设计对夹具进行精度校核并对其设计质量进行评估。第2章 机械加工工艺规程的设计2.1机械加工工艺规程的定义规定产品或零部件制造工艺过程和操作方法等的工艺文件称为工艺规程。其中规定零件机械加工工艺过程和操作方法等的工艺文件称为机械加工工艺规程。 它在具体的生产条件下，是最合理或较合理工艺过程和操作方法，并按规定的书写形式写成工艺文件，经审批后用来指导生产。工艺规程中包括工序的排列顺序，加 工尺寸、公差及技术要求、工艺设备及工艺措施、切削用量及工时定额等内容。2.2机械加工工艺过程的组成机械加工工

16、艺过程由若干个按一定顺序排列的工序组成。机械加工的每一个工序 又可依次细分为安装、工位、工步和走刀。工序-一个（或一组）工人在一个工作地点对一个（或同时对几个）工件连 续完成的那一部分工艺过程。安装-如果在一个工序中需要对工件进行几次装夹，则每次装夹下完成的那 部分工序内容称为一个安装。工位-在工件的一次安装中，通过分度（或移位）装置，使工件相对于机床 床身变换加工位置，则把每一个加工位置上的安装内容称为工位。工步-加工表面、切削刀具、切削速度和进给量都不变的情况下所完成的工 位内容，称为一个工步。走刀-切削刀具在加工表面上切削一次所完成的工步内容，称为一次走刀。2.3机械加工工艺规程的作用根

17、据机械加工工艺规程进行生产准备（包括技术准备）。机械加工工艺规程是生产计划、调度，工人的操作、质量检查等的依据。新建或扩建车间（或工段），其原始依据也是机械加工工艺规程。2.4机械加工工艺规程的设计原则设计机械加工工艺规程应遵循如下原则: 1)可靠地保证零件图样上所有技术要求的实现。2）必须能满足生产纲领的要求。3）在满足技术要求和生产纲领要求的前提下，一般要求工艺成本最低。 4）尽量减轻工人 的劳动强度，保障生产安全。 2.5 机械加工工艺规程的设计步骤和内容1）阅读装配图和零件图 2工艺审查 3熟悉或确定毛坯 4)拟定机械加工工艺路线 5确定满足各工序要求的工艺装备（包括机床、夹具、刀具和

18、量具等） 6确定各主要工序的技术要求和检验方法 7)确定各工序的加工余量、计算工序尺寸和公差 8确定切削用量 9确定时间定额 10填写工艺文件2.6制定工艺路线制定工艺路线的出发点，应当是使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等级等 技术要求能得到合理的保证。在生产纲领已确定为中批生产的情况下，可以考虑采用 万能性机床配以专用夹具，并尽量使工序集中来提高生产率。除此之外，还应当考虑 经济效果，以便使生产成本尽量下降。工艺方案：螺栓加工工艺为：热轧盘条（冷拨）球化（软化）退火机械除鳞酸洗冷拨冷锻成形螺纹加工热处理检验一、 钢材设计 在紧固件制造中，正确选用紧固件材料是重要一环，因为紧固件的性能和其

19、材料有着密切的关系。如材料选择不当或不正确，可能造成性能达不到要 求，使用寿命缩短，甚至发生意外或加工困难，制造成本高等，因此紧固件材料的选用是非常重要的环节。 冷镦钢是采用冷镦成型工艺生产的互换性较高的紧 固件用钢。由于它是常温下利用金属塑性加工成型，每个零件的变形量很大，承受的变形速度也高，因此，对冷镦钢原料的性能要求十分严格。 在长期生产实 践和用户使用调研的基础上，结合 GB/T6478-2001冷镦和冷挤压用钢技术条件GB/T699-1999优质碳素结构钢及目标 JISG3507-1991冷镦钢用碳素 钢盘条的特点，以 8.8 级，9.8 级螺栓螺钉的材料要求为例，各种化学元素的确定

20、。 C 含量过高，冷成形性能将降低；太低则无法满足零件机械性能的要求， 因此定为 0.250.55。Mn能提高钢的渗透性，但添加过多则会强化基体组织而影响冷成形性能；在零件调质时有促进奥氏体晶粒长大的倾向，故在国际 的基础上适当提高，定为 0.450.80。Si能强化铁素体，促使冷成形性能降低，材料延伸率下降定为 Si 小于等于 0.30。 S.P.为杂质元素，它们的存 在会沿晶界产生偏析，导致晶界脆化，损害钢材的机械性能，应尽可能降低，定为 P 小于等于 0.030，S 小于等于 0.035。 B.含硼量最大值均为 0.005， 因为硼元素虽然具有显著提高钢材渗透性等作用，但同时会导致钢材脆

21、性增加。含硼量过高，对螺栓，螺钉和螺柱这类需要良好综合机械性能的工件是十分不 利的。 二，球化（软化）退火沉头螺钉，内六角圆柱头螺栓采用冷镦工艺生产时，钢材的原始组织会直接影响着冷镦加工时的成形能力。冷镦过程中局部区域的塑性变形可达 60 80，为此要求钢材必须具有良好的塑性。当钢材的化学成分一定时，金相组织就是决定塑性优劣的关键性因素，通常认为粗大片状珠光体不利于冷镦成形， 而细小的球状珠光体可显著地提高钢材塑性变形的能力。 对高强度紧固件用量较多的中碳钢和中碳合金钢，在冷镦前进行球化（软化）退火，以便获得均匀细 致的球化珠光体，以更好地满足实际生产需要。 对中碳钢盘条软化退火而言，其加热温

22、度多选择在该钢材临界点上下保温，加热温度一般不能太高，否则会产 生三次渗碳体沿晶界析出，造成冷镦开裂，而对于中碳合金钢的盘条采用等温球化退火，在 AC1+(20-30%)加热后，炉冷到略低于 Ar1，温度约 700 摄氏度等 温一段时间，然后炉冷至 500 摄氏度左右出炉空冷。钢材的金相组织由粗变细，由片状变球状，冷镦开裂率将大大减少。 3545ML35SWRCH35K 钢软化退 火温度一般区域为 715735 摄氏度。 三，剥壳除鳞冷镦钢盘条去除氧化铁板工序为剥亮，除鳞，有机械除鳞和化学酸洗两种方法。用机械除鳞取代盘条的化学酸洗工序，既提高了生产率，又减少了环 境污染。此除鳞过程包括弯曲法

23、（普遍使用带三角形凹槽的圆轮反覆弯曲盘条），喷九法等，除鳞效果较好，但不能使残余铁鳞去净 （氧化铁皮清除率为 97），尤其是氧化铁皮粘附性很强时，因此，机械除鳞受铁皮厚度，结构和应力状态的影响，使用于低强度紧固件（小于等于 6.8 级）用的碳钢盘条。高强度紧固件 （大于等于 8.8 级）用盘条在机械除鳞后，为除净所有的氧化铁皮，再经化学酸洗工序即复合除鳞。 对低碳钢盘条而言，机械除鳞残留的铁皮容易造成粒拔模 不均匀磨损。当粒拔模孔由于盘条钢丝摩擦外温时粘附上铁皮，使盘条钢丝表面产生纵向粒痕，盘条钢丝冷镦凸缘螺栓或圆柱头螺钉时，头部出现微裂纹的原 因，95以上是钢丝表面在拉拔过程中产生的划痕所引

24、起。因此，机械除鳞法不宜用来高速拉拔。四，拉拔拉拔工序有两个目的，一是改制原材料的尺寸；二是通过变形强化作用使紧固件获得基本的机械性能，对于中碳钢，中碳合金钢还有一个目的，即是 使盘条控冷后得到的片状渗碳体在拉拔过程中尽可能的 Crack，为随后的球化（软化）退火得到粒状渗碳体做好准备，然而，有些厂家为降低成本，任意减少 拉拔道次，过大的减面率增加了盘条钢丝的加工硬化倾向，直接影响了盘条钢丝的冷镦性能。 如果各道次的减面率分配不合适，也会使盘条钢丝在拉拔过程中 产生扭转裂纹，这种沿钢丝纵向分布，周期一定的裂纹在钢丝冷镦过程中暴露。此外，拉拔过程中如润滑不好，也可造成冷拔盘条钢丝有规律地出现横裂

25、纹。 盘 条钢丝出出粒丝模口上卷同时的切线方向与拉丝模不同心，会造成拉丝模单边孔型的磨损加剧，使内孔失圆，造成钢丝圆周方向的拉拔变形不均匀，使钢丝的 圆度超差，在冷镦过程中钢丝横截面应力不均匀而影响冷镦合格率。 盘条钢丝拉拔过程中，过大的部分减面率使钢丝的表面质量恶化，而过低的减面率却不利 于片状渗碳体的破碎，难以获得尽可能多的粒状渗碳体，即渗碳体的球化率低，对钢丝的冷镦性能极为不利，采用拉拔方式生产的棒料和盘条钢丝，部分减面 率直控制在 1015的范围内。五，冷锻成形通常，螺栓头部的成形采用冷镦塑性加工，同切削加工相比，金属纤维（金属留线）沿产品形状呈连续状，中

26、间无切断，因而提高了产品强度，特别 是机械性能优良。冷镦成形工艺包括切料与成形，分单工位单击，双击冷镦和多工位自动冷镦。一台自动冷镦机分别在几个成型凹模里进行冲压，镦锻，挤压 和缩径等多工位工艺。 单工位或多工位自动冷镦机使用的原始毛坯的加工特点是由材料尺寸长 56 米的棒料或重量为 19002000KG 的盘条钢丝的尺寸决定 的，即加工工艺的特点在于冷镦成型不是采用预先切好的单件毛坯，而是采用自动冷镦机本身由棒料和盘条钢丝切取和镦粗的（必要时）毛坯。在挤压型腔之 前，毛坯必须进行整形。通过整形可得到符合工艺要求的毛坯。在镦锻，缩径和正挤压之前，毛坯不需整形。毛坯切断后，送到镦粗整形工位。该工

27、位可提高 毛坯的质量，可使下一个工位的成型力降低 1517，并能延长模具寿命，制造螺栓可采用多次缩径。 1.用半封闭切料工具切割毛坯，最简单的方法是采用 套筒式切料工具；切口的角度不应大于 3 度；而当采用开口式切料工具时，切口的斜角可达 57 度。 2.短尺寸毛坯在由上一个工位向下一个成型工位传递过 程中，应能翻转 180 度，这样能发挥自动冷镦机的潜力，加工结构复杂的紧固件，提高零件精度。 3.在各个成型工位上都应该装有冲头退料装置，凹模均应带 有套筒式顶料装置。 4.成型工位的数量（不包括切断工位）一般应达到 34 个工位（特殊情况下 5 个以上）。 5.在有效使用期内，主滑块导轨和工艺

28、部件的 结构都能保证冲头和凹模的定位精度。 6.在控制选料的挡板上必须安装终端限位开关，必须注意镦锻力的控制。在自动冷镦机上制造高强度紧固件所使用的 冷拨盘条钢丝的不圆度应在直径公差范围内，而较为精密的紧固件，其钢丝的不圆度则应限制在 1/2 直径公差范围内，如果钢丝直径达不到规定的尺寸，则零 件的镦粗部分或头部就会出现裂痕，或形成毛刺，如果直径小于工艺所要求的尺寸，则头部就会不完整，棱角或涨粗部分不清晰。 冷镦成型所能达到的精度还 同成型方法的选择和所采用的工序有关。此外，它还取决于所用的设备的结构特点，工艺特点及其状态，工模具精度，寿命和磨损程度。 冷镦成型和挤压使用 的高合金钢，硬质合金

29、模具的工作表面粗糙度不应大 Ra=0.2um,这类模具工作表面的粗糙度达到 Ra=0.025-0.050um 时，具有最高寿命。 六，螺纹加工 螺栓螺纹一般采用冷加工，使一定直径范围内的螺纹坯料通过搓（滚）丝板（模），由丝板（滚模）压力使螺纹成形。可获得螺纹部分的塑性流线不 被切断，强度增加，精度高，质量均一的产品，因而被广泛采用。 为了制出最终产品的螺纹外径，所需要的螺纹坯径是不同的，因为它受螺纹精度，材料有无 镀层等因素限制。滚（搓）压螺纹是指利用塑性变形使螺纹牙成形的加工方法。它是用带有和被加工的螺纹同样螺距和牙形的滚压（搓丝板）模具，一边挤压 圆柱形螺坯，一边使螺坯转动，最终将滚压模具

30、上的牙形转移到螺坯上，使螺纹成形。 滚（搓）压螺纹加工的共同点是滚动转数不必太多，如果过多，则效率 低，螺纹牙表面容易产生分离现象或者乱扣现象。反之，如果转数太少，螺纹直径容易失圆，滚压初期压力异常增高，造成模具寿命缩短。 滚压螺纹常见的缺 陷：螺纹部分表面裂纹或划伤；乱扣；螺纹部分失圆。这些缺陷若大量发生，就会在加工阶段被发现。如果发生的数量较少，生产过程注意不到这些缺陷就会 流通到用户，造成麻烦。因此，应归纳加工条件的关键问题，在生产过程控制这些关键因素。 七，热处理高强度紧固件根据技术要求都要进行调质处理。热处理调质是为了提高紧固件的综合机械性能，以满足产品规定的抗拉强度值和屈强比。 热处理工艺 对高强