高强度内六角螺栓的生产工艺

高强度内六角螺栓的生产工艺

用于车辆、机械、建筑等行业的高强度内六个角螺钉，采用40rc、35rc和其他材料制成。它对每年都有很高的需求。目前，生产中常用的形成工艺有两种：一种是采用小直径杆材料，通过螺旋锥体和内六个角的挤压形成。另一种是由收缩直径、头部直径和内六个角的挤压而成的大直径杆材料。生产实践表明，冲挤后六个角的边缘通常断裂（图1），残品率大于10%。对于超过100m0的内六个角螺钉，由国产高强度材料制成，其角度断裂更加突出。因此，我们必须研究高强度材料的形成极限，提高产品的质量，增加经济效益。这是国内外冷塑行业必须尽快研究和解决的重要课题。1d变形区材料切向分流的计算由图1可知,当六边形凸模挤入圆柱形凹模时,凸、凹模之间的间隙是不变的,即间隙与凸模挤入深度无关,而高强度材料成形时,变形阻力又很大.因此,在成形中六边形凸模下挤压出的金属,在流向凸、凹模间隙时,可视为沿径向均匀流出的(见图2).根据体积不变条件,凸模下行距离S在其端面下挤出的金属形成的侧壁高度取单元变形区为dθ,则在凸模下行距离S时,凸模端面dθ变形区挤出的单位体积为而R与r之间的dθ变形区,在满足侧壁高度H的情况下,需要的金属体积为这时,可以发生以下三种情况:a.dV1>dV2,则多余的金属体积dV(dV=dV1-dV2)向dθ变形区两边切向分流;b.dV1<dV2,将会发生邻近的金属流入dθ变形区,dθ区材料受到切向的压缩作用;c.dV1=dV2,变形区dθ材料不产生切向流动.可见,上述第一种情况产生切向拉伸变形,引起材料开裂的可能性最大.因此,为研究dθ变形区材料向两边切向分流,设Vθ为变形区dθ材料在θ方向(切向)的位移量,则切向流出的金属体积应为,令,得设Vθ(ρ,θ)=f1(ρ)f2(θ),则若取,则得,由(2)式,可得若满足函数f1(ρ)=αρ+b,则得α=R2/(R2-r2),b=0,故有由(3)式可知,材料位移量Vθ随角度θ增大而增加,当θ→θ0时,即在六边形角部附近,Vθ最大;切向应变εθ也随之增大.若内六角成形时,设角部裂纹方向与凸模下行方向相垂直,取,则有根据体积不变条件,得ερ+εθ=0,由(3),(4)式,当ρ=R时,边界条件Vρ=0,得因此,在θ=θ0处(即六边形角部),有等效应变取近似值,有由(6),(7)式看出,在θ=θ0处的应变值ερ,εθ和,都与ρ值有关,当ρ增大时,应变值逐步减小,当ρ=r时,即在角部边缘处,应变达最大值.若角部材料向两边均匀分流,则有角部最大应变2压缩性能的方向选用35CrMoA等高强度材料,分别制成高径比H/D为1.2,1.4,1.6,1.9和2.1的圆柱形试件,在表面绘制网格后,置于200吨材料试验机的模具内进行压缩实验,直至表面出现裂纹为止.试件采用分步压缩,得应变εθ=ln(ω/ω0),ε2=ln(h/h0),eρ=-(εθ+εz),增量应变dεθ=ln(ωn/ωn-1),dεz=ln(hn/hn-)1,dερ=-(dεθ+dez),式中,ω为宽度方向的网格尺寸,h为高度方向的网格尺寸.根据实验结果,可作出各高径比H/D下的εθ-εz,或εθ-ερ曲线,如图3所示.图3中α为未经拉拔的35CrMoA材料压缩时,切向应变εθ与径向应变ερ、轴向应变εz的变化关系.可以看出,εθ随εz,ερ增加而变化,材料破裂时的εθ与ερ(或εz)成线性关系,即εθf=αερf+b(α,b为常数).破裂线以上区域为危险区,以下区域为安全区.图3中b为经过拉拔(断面缩减率25%)的35CrMoA材料的εθ与ερ,εz变化关系,经回归处理可知,破裂时也为线性关系.与图3中α相比,可以看出,经过拉拔的材料破裂应变,比未经拉拔的要高,而各高径比试件的破裂点也是不同的,H/D愈大,破裂点愈高,有利于防止或减少材料开裂.同理,将未经拉拔的35CrMoA高强度材料,分别制成H/D=1.5,1.25,1.0和0.75试件,在模具内进行局部镦粗实验,直至头部出现裂纹为止,并记下各H/D试件不同压缩阶段的应变εθ,εz和破裂应变εθf、εzf,得εθ与εz,ερ变化关系,如图3中c所示.可以看出,εθ-εz,或εθ-ερ也近似呈线性关系,与图3中α相比,其破裂线略高于完全镦粗时的破裂值.为便于使用,可作简化处理,将完全镦粗时的破裂应变视为极限破裂应变,其误差不大于5%.图3中的虚线,为35CrMoA材料在粗糙垫板下压缩时的ε0与εz的变化关系,其破裂线与光滑垫板下压缩时破裂线c几乎重合.因此,可用破裂线c视为未经拉拔的35CrMoA材料在不同摩擦条件下压缩时的破裂极限.3材料拉拔工艺的研究对于高强度内六角螺栓,以θ0=π/6代入(8)式,可得成形时角部材料的最大应变为根据国家标准,将高强度内六角螺栓头部的主要尺寸,代入(9)式,得各螺栓成形时角部材料的最大应变值,如表1所示.若将表中所列各ερmax,εθmax值标于图3的35CrMoA材料的极限破裂线上,可以看出,各内六角螺栓成形时角部材料的最大应变值,均在经过拉拔的35CrMoA材料极限破裂线以下的安全区,成形时一般不会发生角部开裂.但是,对于未经拉拔的35CrMoA材料来说,表1所示的ερmax,εθmax值均在其破裂线附近,对于M10以上的螺栓,其ερmax,将超过破裂线,进入危险区,使角部材料破裂,产生废品.为此,选用高强度材料制造内六角螺栓时,材料的预处理——拉拔工艺及其拉拔量将是材料开裂的关键问题,这已为生产实践所证实.4材料的拉拔分析由35CrMoA等材料制成的高强度内六角螺栓成形时,角部材料的最大应变ερmax,εθmax,与未经拉拔的35CrMoA材料的破裂极限十分相近,因此,成形前