制造六角头螺栓的减少废料工艺

摘要:在全面分析现行六角头螺栓的制造方法基础上,研制了新的减少废料工艺。它结合了传统方法(螺栓头切边)和无飞边冲压的优点。在切成六面体前采用改变了结构的螺栓毛坯中间头,和利用新的工艺解决办法,可减少废料,获得高质量产品,且可大大节约金属。

一、前言

在多工位自动冷镦机上制造螺栓的传统工艺,通过切边来形成六面体,从而可保证获得高质量的螺栓头,但增加了材料的消耗。切边时的金属废料为六角头重量的30%,将近废料总重的66%。但是,在切边时可修补工具和调整装备的误差,将表面层的缺陷去除到飞边内。冲压用精轧型材不需进行退火工序,为了实行这种方法就要有结构简单的镦粗工具。不切飞边的螺栓六角头冲压方法(无飞边冲压),在有关文献中已有介绍。该方法假定可分成三组:镦粗六面体,缩径六面体,镦粗和缩径六面体的复合。可在双工位和多工位自动冷镦机上完成。

二、采用无飞边冲压螺栓的缺点

尽管有较好的经济依据,飞边冲压螺栓还存在一系列显著缺点,例如:镦粗工具的耐用度低;由于不利的金属流动条件,六面体的形成不齐整,在倒角上存在裂纹;对原始轧材的要求较高,在准备冲压用精轧型材时必须进行两次退火工序。

除此之外,在冲压时必须保证精确切边(为保持螺栓头的体积不变)和毛坯按工位精确移位,因为螺栓头在顶出时可能转动,使预先镦完的六面体边与后续镦粗工位上工具的六角边可能不完全重合。这导致沿边切除已镦完的六面体使产品报废。

由此,引起研制新工艺过程制造螺栓的必要性,这工艺结合了带切边的镦粗头与切边(工具简单,螺栓头的形状和几何尺寸精确)和无飞边镦粗(节约金属)的优点。

在工艺过程中保持切边工序时,节约金属是靠减小切边前圆柱头的直径来保证的。

从图1可见,被切边的金属体积与圆柱头的直径D和高度有关。螺栓头的高度由相应的标准规定,因此变量取直径D,由下式确定:

D=D₁+e+△

式中:D₁——六面体的外接圆直径;e——螺栓头轴线相对螺杆轴线的偏移量(由标准规定);△——桶形的参数。

在这种情况,节约金属可以靠减小直径D(在D₁范围内)来保证,主要用减小桶形度来达到。桶形度是在镦粗圆柱头过程中由于凹、凸模的间隙内金属的自由流动,以及在金属与工具接触表面上摩擦力的作用而形成的。

实验确定,桶形参数△首先取决于毛坯自由镦粗部分的长度与其直径之比l₀/d₀(图1),以及冲压时毛坯自由端的夹住条件。因此,在校正镦粗的工艺参数时和改变夹住条件时,可达到最小的桶形度和降低金属的消耗。

在传统的螺栓制造工艺中,圆柱头在凸模内的夹住是在镦粗的最后瞬间按六面体的外接圆直径实现的,此前产生自由镦粗过程。因此,在该情况,夹住实际上是在成形螺栓头的最后工序上展平早先形成的桶形度的。最好是在预成形和终成形螺栓头之间的某一中间工序上实现夹住。

多工位冲压可利用三个工序来形成螺栓头,因此中间工序应保证最好的夹住条件和最好的形成螺栓头。设计夹具的主要条件是在小于外接圆直径的孔内保证夹住圆锥头。这时,为了展平金属沿螺栓头高度的流动,最好按推面夹住。符合这条件的是带销的弹压凸模,销的直径小于外接圆的直径。

中间头应做成截锥形状,其高度等于螺栓头的高度,锥体小底的直径等于六面体外接圆的直径,锥角α=3-5°无端面倒角。

在一个或二个工序内镦粗螺栓头的可能性取决于l₀/d₀比值。从工作经验和列出的算式中得知,M20以上螺纹恭城直径的螺栓,l₀/d₀比值可以再一个工序内形成螺栓头,而螺纹直径较小的螺栓,可在两个工序内形成。因此,已研制了两个方案的少废料冲压螺栓,其与传统工艺的主要区别是存在带α小角的截锥形状的中间头。

三、少废料冲压螺栓头新工序

图2所示为M20以下螺纹公称直径的六角头螺栓新工艺过程。包括了下列工序:1.切断毛坯;2.预镦螺栓头;3.镦粗截锥形状的螺栓头;4.缩径螺栓头上的倒角和缩径螺杆;5.将螺栓头切边成六面体;6.滚螺纹和形成倒角。

用该法成形螺栓头是在镦粗自动机的两次冲击内进行的,而缩径螺栓头上倒角与缩径螺杆相重合。这时,倒角的缩径终了与冲足端面相重合。

为了制造螺纹公称直径M20以上的螺栓,研制了图2,b所示的工艺过程,其包括下列工序:1.切断毛坯;2.镦粗截锥形状的螺栓头;3.缩径螺栓头上的倒角;4.缩径螺杆;5.将螺栓头切边成六面体;6.滚螺纹并形成倒角。

正如早先所指出,新工艺与传统工艺的主要区别是存在到小锥角3-5°的截锥状中间头(图2,a,工序3;图2,b,工序2)。

后续的缩径螺栓头上倒角工序,可大大降低成形力。

应该注意:当α=3-5°和锥体上、下底的直径落差不大时,可取消用凸模从凹模中推出的。Α角不应增大到大于5°,这将导致锥体大底直径的增大,也就是导致金属消耗的提高。