大扁頭方頸螺栓的成型工藝分析與模具設(shè)計【畢業(yè)設(shè)計】

1、<p>　　本科畢業(yè)設(shè)計(論文)</p><p><b>　?。ǘ?屆）</b></p><p>　　大扁頭方頸螺栓的成型工藝分析與模具設(shè)計</p><p>　　所在學(xué)院 </p><p>　　專業(yè)班級 械設(shè)計制造及其自動化 </p

2、><p>　　學(xué)生姓名 學(xué)號 </p><p>　　指導(dǎo)教師 職稱 </p><p>　　完成日期 年 月 </p><p><b>　　摘 要</b></p><p>

3、　　本文針對大扁頭方頸螺栓進行了成型工藝上的分析，以及對其成型模具的設(shè)計。</p><p>　　在前期查閱大量的參考文獻的基礎(chǔ)上，初步了解標(biāo)準(zhǔn)件的應(yīng)用、分類及各種制造方法。并且根據(jù)相關(guān)文獻確定了大扁頭方頸螺栓的成型工藝，最終通過鍛-擠組合形式來對螺栓進行模具設(shè)計。在算料時，算出坯料的高徑比，根據(jù)鐓粗的規(guī)則，確定了螺栓的制造工藝。工藝路線可分為以下幾個工位，第一工位是對坯料進行聚料，來滿足終鐓的鍛件，然后通過鐓-擠

4、組合形式來實現(xiàn)螺栓的頭部和頸部的成型。由于第二工位可以有飛邊產(chǎn)生，最后需要切邊工藝。鐓-擠過程的本質(zhì)是利用金屬材料所具有的塑性，在工具或模具作用下施加外力，使金屬發(fā)生塑性變形，從而獲得具有一定形狀、尺寸以及力學(xué)性能的零件或毛坯的工藝方法。</p><p>　　關(guān)鍵詞：螺栓；塑性變形；鐓-擠；方頸</p><p>　　The molding process analysis and mold

5、 design of the large oval head square neck bolt</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　For the large oval head square neck bolt, this paper has a analysis of the moulding process and the

6、design of the moulding mode. </p><p>　　On the basis of reading a large number of reference previously, it is aiming to understand the application of the standard component, the classification and various man

7、ufacturing methods. It goes to determine the moulding process of the large oval head square neck bolt according to the relevant literature and ultimately has a mold design to the bolts through the Upset-extruding  c

8、ombination forms. When calculating the material, it goes to calculate the slenderness ratio of the blank and ensure t</p><p>　　Keywords: bolts, plastic deformation, upset-extruding, party neck</p><

9、;p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘 要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p>　　1 緒論錯誤!未定義書簽。</p><p>　　1.1課題的來源錯誤!未定義書簽。</p><p>　　1.2課題的意義

10、2</p><p>　　1.3模具的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢2</p><p>　　1.4螺栓工藝的最新研究成果及其動態(tài)2</p><p>　　1.5課題研究的主要內(nèi)容4</p><p>　　2大扁頭方頸螺栓的工藝分析4</p><p><b>　　2.1算料4</b></p>&

11、lt;p><b>　　2.2下料7</b></p><p><b>　　2.3加熱10</b></p><p>　　2.4金屬的塑性變形12</p><p>　　2.5螺栓的成型工藝14</p><p><b>　　3模具設(shè)計18</b></p>

12、<p>　　3.1設(shè)備的選擇18</p><p>　　3.2 模腔的材料選擇18</p><p>　　3.3 主要模具設(shè)計19</p><p>　　3.3.1聚料模具21</p><p>　　3.3.2終鍛-擠模具22</p><p><b>　　結(jié)論24</b></p

13、><p><b>　　參考文獻25</b></p><p><b>　　致謝26</b></p><p><b>　　附錄27</b></p><p><b>　　1緒論</b></p><p><b>　　1.1課題的

14、來源</b></p><p>　　據(jù)統(tǒng)計，在家電、玩具等輕工行業(yè)，近90％的零件是靠模具生產(chǎn)的；在飛機、汽車、農(nóng)機和無線電行業(yè)，這個比例也超過60％。例如飛機制造業(yè)，某型戰(zhàn)斗機模具使用量超過三萬套，其中主機八千套、發(fā)動機二千套、輔機二萬套。從產(chǎn)值看，80年代以來，美、日等工業(yè)發(fā)達國家模具行業(yè)的產(chǎn)值已超過機床行業(yè)，并又有繼續(xù)增長的趨勢。據(jù)國際生產(chǎn)技術(shù)協(xié)會預(yù)測，到2000年，產(chǎn)品盡件粗加工的75%、精加工

15、的50％將由模具完成；金屬、塑料、陶瓷、橡膠、建材等工業(yè)制品大部分將由模具完成，50％以上的金屬板材、80％以上的塑料都特通過模具轉(zhuǎn)化成制品[9]。</p><p>　　采用模具來生產(chǎn)零部件，具有生產(chǎn)效率高、質(zhì)量好、成本低、節(jié)約能源和原材料等一系列優(yōu)點，用模具生產(chǎn)制件所具備的高精度、高復(fù)雜程度、高一致性、高生產(chǎn)率和低消耗，是其他加工制造方法所不能比擬的。已成為當(dāng)代工業(yè)生產(chǎn)的重要手段和工藝發(fā)展方向?，F(xiàn)代經(jīng)濟的基礎(chǔ)工

16、業(yè)?，F(xiàn)代工業(yè)品的發(fā)展和技術(shù)水平的提高，很大程度上取決于模具工業(yè)的發(fā)展水平，因此模具工業(yè)對國民經(jīng)濟和社會發(fā)展將起越來越大的作用。1989年3月國務(wù)院頒布的《關(guān)于當(dāng)前產(chǎn)業(yè)政策要點的決定》中，把模具列為機械工業(yè)技術(shù)改造序列的第一位、生產(chǎn)和基本建設(shè)序列的第二位(僅次于大型發(fā)電設(shè)備及相應(yīng)的輸變電設(shè)備)，確立模具工業(yè)在國民經(jīng)濟中的重要地位[4]。</p><p>　　同時因為我們學(xué)院與海鹽諸多知名標(biāo)準(zhǔn)件生產(chǎn)企業(yè)建立了合作項目

17、—浙江海鹽標(biāo)準(zhǔn)件科技創(chuàng)新服務(wù)平臺建設(shè)，本次設(shè)計以此項目為依托，以典型標(biāo)準(zhǔn)件-大扁頭方頸螺栓為研究對象，分析確定成型工藝，設(shè)計成型用模具。</p><p><b>　　1.2課題的意義</b></p><p>　　針對大扁頭方頸螺栓，又屬于標(biāo)準(zhǔn)件的范疇。標(biāo)準(zhǔn)件是應(yīng)用最廣泛的機械基礎(chǔ)件。隨著我國2001年加入WTO并步入國際貿(mào)易大國的行列。我國標(biāo)準(zhǔn)件產(chǎn)品大量出口到世界各國

18、、世界各國的標(biāo)準(zhǔn)件產(chǎn)品也不斷涌入中國市場。標(biāo)準(zhǔn)件作為我國進出口量較大的產(chǎn)品之一，實現(xiàn)與國際接軌，對推動中國標(biāo)準(zhǔn)件企業(yè)走向世界，促進標(biāo)準(zhǔn)件企業(yè)全面參與國際合作與競爭，都具用重要的顯示意義和戰(zhàn)略意義。</p><p>　　1.3模具的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢</p><p>　　據(jù)不完全統(tǒng)計，全國現(xiàn)有模具專業(yè)生產(chǎn)廠、產(chǎn)品廠配套的模具車間（分廠）近17000家，約60萬從業(yè)人員，年模具總產(chǎn)值達200億元人

19、民幣。但是，我國模具工業(yè)現(xiàn)有能力只能滿足需求量的60％左右，還不能適應(yīng)國民經(jīng)濟發(fā)展的需要。目前，國內(nèi)需要的大型、精密、復(fù)雜和長壽命的模具還主要依靠進口。據(jù)海關(guān)統(tǒng)計，1997年進口模具價值6.3億美元，這還不包括隨設(shè)備一起進口的模具；1997年出口模具僅為7800萬美元。目前我國模具工業(yè)的技術(shù)水平和制造能力，是我國國民經(jīng)濟建設(shè)中的薄弱環(huán)節(jié)和制約經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展的瓶頸。1997年以來，又相繼把模具及其加工技術(shù)和設(shè)備列入了《當(dāng)前國家重點鼓勵發(fā)展的

20、產(chǎn)業(yè)、產(chǎn)品和技術(shù)目錄》和《鼓勵外商投資產(chǎn)業(yè)目錄》。經(jīng)國務(wù)院批準(zhǔn)，從1997年到2000年，對80多家國有專業(yè)模具廠實行增值稅返還70%的優(yōu)惠政策，以扶植模具工業(yè)的發(fā)展。所有這些，都充分體現(xiàn)了國務(wù)院和國家有關(guān)部門對發(fā)展模具工業(yè)的重視和支持。目前全世界模具年產(chǎn)值約為600億美元，日、美等工業(yè)發(fā)達國家的模具工業(yè)產(chǎn)值已超過機床工業(yè)，從1997年開始，我國模具工業(yè)產(chǎn)值也超過了機床工業(yè)產(chǎn)值[8]。</p><p>　　模具行

21、業(yè)是一種技術(shù)密集、資金密集、附加大量需要，又具有較高技術(shù)含量的模具。特別是目前國內(nèi)尚不能自給，需大量進口的模具和能代表發(fā)展方向的大型、精密、復(fù)雜、長壽命模具應(yīng)是模具產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重點。作為模具標(biāo)準(zhǔn)件的種類、數(shù)量、水平、生產(chǎn)集中度等都應(yīng)隨其發(fā)展。目前，我國模具生產(chǎn)廠家多數(shù)是自產(chǎn)自配．采取“大而全”、“小也全”的組織形式；而國外模具企業(yè)多數(shù)采取的是“小而專”、“小而精”走模具標(biāo)準(zhǔn)化的生產(chǎn)形式，除需要加工成型凸、凹模以及一些板件之類的專用件以外，

22、其余均采用協(xié)作加工形式，即標(biāo)準(zhǔn)件的采購。</p><p>　　1.4螺栓工藝的最新研究成果及其動態(tài)</p><p>　　冷鐓是在常溫下，利用金屬的塑性，采用冷態(tài)力學(xué)進行施壓或冷拔，達到金屬固態(tài)變形的目的。冷鐓技術(shù)作為一種少切削精密塑性成形工藝，具有切削加工無可比擬的優(yōu)點，它在金屬零件的制造過程中起著十分重要的作用。冷鐓時金屬材料要產(chǎn)生變形和加工硬化，在進行急劇塑性變形的過程中會產(chǎn)生大量的熱

23、，這在很大程度上影響了冷鐓模具的壽命，降低了產(chǎn)品的制造精度。同時在冷鐓過程中潤滑油會不同程度地產(chǎn)生油煙、油霧。冷鐓機持續(xù)在高溫、高速、高沖擊的工況下運轉(zhuǎn)，對關(guān)鍵零部件進行有效的潤滑冷卻，不但能帶走摩擦接觸面的雜質(zhì)和熱量，起到冷卻和清洗摩擦面的作用，而且可以減小摩擦面之間的摩擦和損耗，保證機器設(shè)備的安全運行。</p><p>　　冷鐓工藝對原材料的質(zhì)量要求較高。采用冷鐓工藝制造緊固件,效率高、質(zhì)量好、用料省、成本低

24、。緊固件及冷沖壓件是采用冷鐓成型工藝生產(chǎn)的,在冷鐓過程中,零件的變形量很大,約60%～85% ,而且大多一次成型,因此要求冷鐓鋼具有很高的塑性,冷鐓變形抗力小,不產(chǎn)生裂紋、裂縫等缺陷,加工硬化率低,同時要求冷鐓鋼材具有高的表面質(zhì)量。</p><p>　　冷鐓性能是冷鐓鋼的重要性能之一,對于冷鐓鋼變形要具有盡可能小的阻力和盡可能高的變形能力。為此, 一般要求冷鐓鋼的屈強比為0.50～0.65,斷面收縮率大于50%,

25、此外,為避免在冷鐓時表面開裂,要求鋼材表面質(zhì)量良好,同時鋼材的表面脫碳要盡可能小 。</p><p>　　大扁頭方頸螺栓的工藝路線：第一次聚料，第二次擠方鐓頭；聚料直徑方頸尺寸的1.2~1.4倍。二次冷鐓時先正擠方頸后鐓頭，因為頸部分是正擠壓，充滿完好。如圖1-1所示</p><p>　　圖1-1 冷鐓工藝用模具[5]</p><p>　　1.5課題研究的主要內(nèi)容&

26、lt;/p><p>　　本課題的主要內(nèi)容是大扁頭方頸螺栓的制造工藝的確定以及模具的設(shè)計，包括零件的工藝分析、設(shè)計繪制鍛件圖、模具類型的確定、確定變形工步及中間坯料尺寸，計算原坯料尺寸的確定等。寫出文獻綜述、外文翻譯和開題報告。最后的目的設(shè)計大扁頭方頸螺栓成型用模具并且畫出零件圖、裝配圖。</p><p><b>　　2 工藝分析</b></p><p&

27、gt;<b>　　2.1算料</b></p><p>　　鍛造算料的基本原理是體積不變定律。即：鍛造變形前的坯料體積和鍛造變形后的鍛件體積相等。實質(zhì)上這個定律本身并不嚴(yán)密，因為金屬在鍛造過程消除了氣孔、縮孔、疏松等缺陷會使體積縮小；又因為加熱時的氧化喝燒損也會使鍛件體積小于原坯料的體積。在鍛造過程中，為了使鍛件成形，還會產(chǎn)生軸端切頭、沖孔連皮、模鍛飛邊等多余的工藝廢料，所以坯料的體積應(yīng)大于鍛

28、件的體積?？蓪懗桑?lt;/p><p><b>　　（2-1）</b></p><p>　　式中-------坯料的體積；</p><p>　　-------鍛件的體積；</p><p>　　-------因軸端切頭、沖孔連皮、模鍛毛邊等形成的工藝廢料的體積之和；</p><p>　　-------因

29、加熱時的氧化和燒損的體積。</p><p>　　表1大半頭方頸螺栓的主要尺寸 （mm）</p><p>　　表2全螺紋半圓頭方頸鐓鍛比對照表</p><p>　　根據(jù)畢業(yè)設(shè)計的要求我選取的大扁頭螺栓是d=M6、公稱長度L=30m m，標(biāo)記:螺栓GB14</p><p>　　圖2-1 鍛件圖[3]<

30、;/p><p>　　尺寸如圖2-1所示， 根據(jù)表1所列，M12的相關(guān)尺寸選取如下：</p><p>　　b=18mm，d =.2mm，k=4.0mm，k=3.40mm，S =6.20mm，r=0.5mm， x=1.8mm，L=30mm，SR=11，d=5.22mm</p><p>　　再根據(jù)公式1-1計算螺栓的毛坯，在不考慮因加熱時的氧化和燒損的體積情況下</p&

31、gt;<p>　　球缺體(例如半圓頭)的體積計算：V=  （2-2）</p><p>　　頭部體積，根據(jù)公式2-1：</p><p>　　V= V+=×2.7×(11-)+×18 x 0.7</p><p>　　= 231.20+ 178.04</p><p>　

32、　=409.24(mm)</p><p>　　方頸及螺紋部分體積：V=Sh+ （2-3）</p><p>　　=6.2×3.4+3.14×2.61×（30-3.4）</p><p>　　=130.70+568.97=699.67(mm)</p><p>　　坯料體積:V=

33、409.24+699.67=1108.91(mm)</p><p>　　用料直徑D=5.6（mm）．</p><p><b>　　坯料長度</b></p><p>　　L===45.05（mm） （2-4）</p><p><b>　　頭部用料長度</

34、b></p><p>　　H===16.62（mm）</p><p>　　大扁頭方頸螺栓在進行工藝分析時，需要滿足螺栓的結(jié)構(gòu)參數(shù)，如表3所示。</p><p><b>　　表3螺栓的結(jié)構(gòu)參數(shù)</b></p><p><b>　　2.2下料</b></p><p>　　原

35、材料在鍛造之前，一般需按鍛件大小和鍛造工藝要求分割成具有一定尺寸的單個坯料。當(dāng)原材料為鑄錠時，由干其內(nèi)部組織、成分不均勻，通常用自由銀方法進行開坯，然后將錠料兩端切除，并按一定尺寸將坯料分割開來。當(dāng)原材料為軋材、拚材和鍛坯時，其下料工作一般在鍛工車間的下料工段迸行，常用的下料方法有剪切法、鋸切法、砂輪片切割法、冷折法、氣割法、車削法和剁斷法等，各種方法的毛坯質(zhì)量、材料的利用率、加工效率往往有很大不同。選用何種方法，視材料性質(zhì)、尺寸大小、

36、批量和對下料質(zhì)量的要求進行選擇[11]。</p><p><b>　　1）剪切法</b></p><p>　　剪切下料是一種普遍采用的方法，其特點是效率高、操作簡單，斷口無金屬損耗、模具費用低等。剪切下料通常是在專用剪床上進行，也可以在一般曲柄壓力機、液壓機和鍛錘上進行。</p><p>　　剪切過程如圖2-3所示，在刀片作用力影響一下，坯料產(chǎn)

37、生彎曲和拉伸變形，當(dāng)應(yīng)力超過剪切強度時發(fā)生斷裂。這種下料方法的缺點是：</p><p><b>　　坯料局部被壓扁。</b></p><p><b>　　端面不平整。</b></p><p>　　剪斷面常有毛刺和裂縫。</p><p>　　圖2-2剪切力示意圖</p><p>

38、;　　F-水平阻力F-剪切力F-壓板阻力</p><p>　　剪切下料過程可分為三個階段，如圖2-3所示。剪切第一階段，刀刃壓進棒料，塑性變形區(qū)不大，由于加工硬化的作用，刃口端處首先出現(xiàn)裂紋。剪切第二階段，裂紋隨刀刃的深入而繼續(xù)擴展。剪切第三階段，在刀刃的壓力作用下，上下裂紋間的金屬被拉斷，造成S形斷，造成S形斷面。</p><p>　　圖2-3剪切下料過程[3]</p>&

39、lt;p>　　a）出現(xiàn)裂縫 b）裂縫擴展 c）斷裂</p><p>　　剪切端面質(zhì)量與刀刃銳利程度，刃口間隙大小，支承情況及剪切速度等因素有關(guān)。刃口圓鈍時，將擴大塑性變形區(qū)，刃尖處裂紋出現(xiàn)較晚，結(jié)果剪切端面不平整，刃口間隙大，坯料容易產(chǎn)生彎曲，結(jié)果使斷面與軸線不相垂直;刃口間隙太小，容易碰損刀刃，若坯料支承不利，因彎曲使上下兩裂紋方向不相平行，斷口則偏斜。剪切速度快，塑性變形區(qū)和加工硬化集中，上下兩邊的

40、裂紋方向一致，可獲得乎整斷口多；剪切速度慢時，情況則相反。</p><p>　　按剪切時坯料溫度不同分為冷剪切和熱剪切。冷剪切生產(chǎn)率高，但需要較大的剪切力。強度高塑性差的鋼材，冷剪切時產(chǎn)生很大的應(yīng)力，可能導(dǎo)致切口出現(xiàn)裂紋，甚至發(fā)生崩裂，因此應(yīng)采用熱切法下料。截面夫或直徑大于120mm的中碳鋼，應(yīng)進行預(yù)熱剪切。</p><p><b>　　2）鋸切法</b></p

41、><p>　　鋸床下料極為普遍，雖然生產(chǎn)率較低，鋸口損耗較大，但下料長度準(zhǔn)確，鋸割端面平整，特別用在精鍛工藝中，是一種主要的下料方法。各種鋼、有色合金和高溫合金，均可在常溫下鋸切。</p><p><b>　　3）砂輪片切割法</b></p><p>　　砂輪片切割法適于切割小截面棒料、管料和異形截面材料。優(yōu)點是設(shè)備簡單，操作方便，下料長度準(zhǔn)確，端

42、面平整。但砂輪片耗量大，易崩碎，噪聲大。</p><p><b>　　4）折斷法</b></p><p>　　先在待折斷處開個小缺口，在壓力F作用下，在缺口處產(chǎn)生應(yīng)力集中使坯料折斷。</p><p><b>　　5）氣割法</b></p><p>　　當(dāng)其它下料方法受到設(shè)備功率或下料斷面尺寸的限制時

43、，可以采用氣割法下料。它是利用氣割器或普通焊槍，把坯料局部加熱至熔化溫度，逐步使之熔斷。</p><p>　　精確選用剪切設(shè)備時要驗算剪切力大小，使剪切力小于設(shè)備的噸位。剪切力可用下式計算</p><p>　　式中 ------剪切力（N）；</p><p>　　------剪切面積（）；</p><p>　　-------考慮刀口變鈍等

44、影響的系數(shù)，可取K=1.2~1.7；</p><p>　　-------材料的抗剪強度（MPa），可取為抗拉強度的0.7~0.8倍，即=（0.7~0.8）。40號鋼抗剪強度如表3所示。</p><p><b>　　表3 抗剪強度</b></p><p>　　所選材料40鋼剪切力P=1.53.142.8460=16986.144(N)。</

45、p><p>　　使用剪切法進行下料，具有生產(chǎn)率高，切口沒有材料損耗，適用于成批大量生產(chǎn)，是模鍛坯料的主要下料方法。在普通的曲柄壓力機上安裝特殊設(shè)計的精密剪切模具進行剪切，可以提高剪切精度和坯料端面的質(zhì)量，滿足設(shè)計的螺栓的坯料尺寸精度。本次畢業(yè)設(shè)計的下料選用剪切法中的差動剪切模，配以JB-23型20kN壓力機。</p><p><b>　　2.3加熱</b></p&g

46、t;<p><b>　?。ㄒ唬┙饘偌訜崮康?lt;/b></p><p>　　金屬的鍛前加熱是鍛件生產(chǎn)過程中的重要工序之一。能否把金屬坯料轉(zhuǎn)化為高質(zhì)量的鍛件，對壓力加工領(lǐng)域來說主要面臨兩個方面的問題:①金屬的塑性，②變形抗力。因而鍛造生產(chǎn)中，金屬坯料鍛前大部分需要加熱以改善這兩個條件。所以，鍛前加熱的目的可以概括為：提高金屬的塑性，降低變形抗力，使其易干流動成形并獲得良好的鍛后組織。

47、</p><p>　　通常金屬加熱時，隨溫度的升高，原子的動能增大，離開共平衡位置的可能性也增大，與常溫相比，位錯容易運動，滑移容易進行，于是變形抗力降低。另外，高溫時原子的活動能力增大，擴散速度加快，易于進行恢復(fù)與再結(jié)晶，因此金屬的塑性提高。有同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變的材料加熱時，在一定的溫度區(qū)間有相態(tài)轉(zhuǎn)變，正確地利用這一規(guī)律，恰當(dāng)?shù)剡x擇加熱溫度，就可以使金屬坯料在塑性較好的組織狀態(tài)下成形。</p><

48、p><b>　?。ǘ┘訜岬娜毕?lt;/b></p><p>　　金屬在加熱過程中，外部熱里的輸入將引起坯料內(nèi)部能量狀態(tài)的變化。這種變化既有提高金屬塑性、降低變形抗力等有利于鍛造的一面，又有產(chǎn)生加熱缺陷的不利方面。</p><p><b>　　1）氧化</b></p><p>　　鋼料加熱到高溫時，其表層的鐵離子與爐氣中

49、的氧化性氣體(氧氣、二氧化碳、水和二氧化硫)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使金屬表層形成氧化皮的現(xiàn)象，稱為氧化(或燒損)。</p><p>　　金屬的氧化燒損危害很大，一般情況下，鋼料每加熱一次便有1.5%~3%的金屬被燒掉，同時氧化皮還加劇模具的磨損，降低鍛件的表面質(zhì)量。殘留氧化皮的鍛件，在機械加工時刀具刃門很快磨損。</p><p><b>　　2）脫碳</b></p>

50、;<p>　　鋼料在加熱時，其表層的碳和爐氣中的氧化性氣體(氧氣、水、二氧化碳等)及某些還原性氣體.(如H2)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，造成了鋼料表面含碳量的降低，這種現(xiàn)象稱為脫碳。</p><p>　　脫碳使鍛件的表面變軟，強度和耐磨性降低。當(dāng)脫碳層厚度小于加工余量時，對鍛件性能沒有什么危害，反之就要影響到鍛件質(zhì)量。因此，在進行精密鍛造生產(chǎn)時，坯料鍛前加熱應(yīng)避免產(chǎn)生脫碳。</p><p&g

51、t;<b>　　3）過熱</b></p><p>　　當(dāng)坯料加熱溫度超過始鍛溫度，或坯料在高溫下停留時間過長而引起晶粒粗大的現(xiàn)象稱為過熱。</p><p>　　過熱的組織由于晶粒粗大，要引起力學(xué)性能(特別是沖擊韌性)的降低。這是因為與細晶相比，粗晶粒鋼晶界總面積減少，從而使晶界雜質(zhì)密度增加，晶粒之間的結(jié)合力減弱。</p><p><b&g

52、t;　　過熱的防止措施：</b></p><p>　　a)嚴(yán)格控制鋼料的加熱溫度和保溫時間，防止過熱。</p><p>　　b）鋼的過熱，有的可以用熱處理（正火或調(diào)質(zhì)）細化晶粒的方法來</p><p>　　消除，有的可以用重復(fù)鍛造方法來改善過熱組織。</p><p>　　c)對鉻鎳奧氏體鋼等沒有相變的鋼種，無法用熱處理來改變過熱組

53、</p><p>　　織，應(yīng)采取措施，謹(jǐn)防過熱。</p><p><b>　　4）過燒</b></p><p>　　當(dāng)金屬加熱到接近其熔化溫度(稱為過燒溫度)，井在此溫度下停留時間過長時，不僅晶粒粗大，而且由于品界發(fā)生局部熔化，氧化性氣體進一步侵人晶界，使晶間物質(zhì)氧化，形成易熔共晶氧化物，使晶粒間結(jié)合完全破壞。因此對過燒的坯料進行鍛造時，輕則在

54、表面引起網(wǎng)絡(luò)狀裂紋，一般稱之為“龜裂”，嚴(yán)重時將導(dǎo)致坯料破裂成碎塊，其斷口無金屬光澤。所以，過燒是加熱的致命缺陷，最后坯料只能報廢。如果坯料只是局部過燒，可將過燒的部分切除掉[1]。</p><p><b>　　過燒的防止措施：</b></p><p>　　正確制定加熱規(guī)范、嚴(yán)格控制加熱溫度和高溫下的保溫溫度；</p><p>　　控制爐內(nèi)氣體

55、成分，減少過剩的空氣量，造成弱氧化性爐氣；</p><p>　　保證測溫和控溫儀表的可靠準(zhǔn)確，操作者要勤調(diào)、勤看、認(rèn)真記錄；</p><p>　　在火焰爐內(nèi)加熱時，坯料和噴火口應(yīng)保持一定距離，嚴(yán)禁火焰與坯料直接接觸。電阻爐加熱時，坯料喝電阻絲的距離不應(yīng)小于100mm，一面局部過燒；</p><p><b>　　5）裂紋</b></p>

56、;<p>　　如果鋼在加熱過程的某一溫度下，內(nèi)應(yīng)力超過它此時的強度極限，那么就要產(chǎn)生裂紋。通常內(nèi)應(yīng)力有溫度應(yīng)力、組織應(yīng)力和殘余應(yīng)力。</p><p>　　按照常規(guī)工藝，坯料在進行鍛壓前需要進行熱處理，從而提高坯料的塑性以及降低坯料的變形抗力，使其易干流動成形并獲得良好的鍛后組織。大扁頭方頸螺栓不需要進行熱處理，坯料就能實現(xiàn)鐓-擠加工的性能要求，這樣就能實現(xiàn)效率高、工序簡單等優(yōu)勢。</p>

57、<p>　　2.4金屬的塑性變形</p><p>　　塑性加工種鍛件的成形問題，實質(zhì)上就是金屬的塑性流動問題。要便坯料成形為鍛壓件，需要解決用什么工具，如何施加外力的問題，這就需要研究金屬塑性變形及共流動的規(guī)律。只有正確地認(rèn)識了金屬塑性變形及其流動的規(guī)律才能自覺和有效地利用它來解決鍛件的成形問題。</p><p>　　金屬的塑性流動主要取決于兩個方面:①工具和坯料的關(guān)系;②坯

58、料各部分之間的關(guān)系。對于不同的變形工序，由于這兩個方面的情況不一樣，其具體的變形情況也不一樣。當(dāng)然，溫度場和材料本身的均勻情況也是有影響的。通過對所有塑性加工成形工序的分析和概括，就①、②兩點而論，可以認(rèn)為塑性加工成形時各工序的金屬變形流動特點主要取決于下面三個些本因素[4]。</p><p><b>　　加載情況</b></p><p>　　是整體加載(例如墩粗，見

59、圖a所示)？還是局部加載(例如拔長、沖孔，見圖b所示)？是拉伸還是壓縮?是對稱加載還是非對稱加載了,見圖c所示？</p><p>　　a）鐓粗 b）拔長 c）對稱加載</p><p>　　圖2-4加載方式[6]</p><p>　　加載情況是三個墓本因素中最重要的，它反映了工具與坯料之間的關(guān)系。不同

60、的加載情況，在坯料內(nèi)引起的應(yīng)力場和變形情況是不一樣的。</p><p><b>　　受力情況</b></p><p>　　受力情況實際上反映的是應(yīng)力場問題，它是工具對坯料作用的結(jié)果，它又是引起不同塑性變形情況的依據(jù)。整體加載時，坯料整體受力，而局部加載時，坯料也可能整體受力，例如沖孔(圖卜3)。因此，這里就存在一個直接受力區(qū)和間接受力區(qū)的問題。間接受力區(qū)的受力主要足由

61、一于直接受力區(qū)金屬的變形引起的。</p><p><b>　　變形情況</b></p><p>　　局部塑性變形時，存在變形區(qū)和不變形區(qū)（即所謂外端)，外端對變形區(qū)金屬的交形和流動將產(chǎn)生影響。</p><p>　　整體加載或整體受力時，可以產(chǎn)生整體變形，也可以產(chǎn)生局部變形，例如局部墩粗、電熱鐓粗、拉撥等等。這里有一個局部塑性變形區(qū)的控問題，即根

62、據(jù)需要，采用恰當(dāng)們措施，使部分金屬滿足屈服準(zhǔn)則，部分金屬不滿足屈服準(zhǔn)則。</p><p>　　塑性加工時，由于金屬本身性質(zhì)(成分、組織)不均勻和各處受力情況不同，金屬內(nèi)各處的變形情況也不同，變形首先發(fā)生在那些先滿足扁叔準(zhǔn)則的部分，因此，有的地方先變形，有的地方后變形;有的地方變形大，有的地方變形小，實陳上，塑性變形一般都是不均勻的</p><p>　　塑性變形的不均勻性包括兩方面的含義:&

63、lt;/p><p>　　[1]塑性變形程度的不均勻性(指變形最后結(jié)果而言)</p><p>　　[2]塑性變形的不同時性(時間上有先后)。</p><p>　　由于塑性變形的不均勻性，將在各部分變形金屬之間產(chǎn)生相互影響，產(chǎn)生附加應(yīng)力(例如鐓粗和沖孔時坯料側(cè)表面切向產(chǎn)生的附加拉應(yīng)力等)和殘余應(yīng)力等，帶來一些不良的影響。但是，有時也可以有意識地利用某些因素造成的塑性變形嗚不

64、均勻，實現(xiàn)變形工藝上和組織性能上的某些要求。</p><p>　　大扁頭螺栓的頭部成形過程中，首先考慮如圖a所示，可看出坯料內(nèi)各處的金屬由于其體的受力情況不同分別向兩個方向流動，即沿徑向流入兩墊環(huán)間的空隙處和沿軸向流人墊環(huán)的孔內(nèi)。在坯料內(nèi)每一瞬間都有一個流動的分界面，分界面的位置取決于兩個方向流動的阻力大小。因此，為使較多的金屬流人孔內(nèi)獲得要求的鍛件，必須創(chuàng)造條件增加沿徑向外流的阻力，但是這樣做不僅浪費了大量金屬

65、，還增加了切削加工墩。經(jīng)過查閱大量資料，將孔板改為模具如圖b所示。這樣，除了垂直方向的模壁引起的阻力外，飛邊部分減薄了，阻力也增大，保證了金屬流入孔內(nèi)，充滿模膛。</p><p>　　a) 孔板間鐓粗 b)開式模鍛</p><p>　　圖2-5 頭部鐓粗[16]</p><p><b>　　2.5螺栓成形

66、工藝</b></p><p>　　使坯抖高度減小，橫截面增大的成形工序稱為嫩粗。為防止鐓粗時產(chǎn)生縱向彎曲，圓柱體坯料高度與直徑之比不應(yīng)超過2.5~3，在2~2.2的范圍內(nèi)更好。 </p><p>　　還有下列兩條鐓粗規(guī)則：</p><p>　　1）在凹模中聚集時，當(dāng)聚料直徑，棒料伸到凹模外面的長度，或，，即使局部鐓粗部分長徑

67、比超過允許值，也可進行正常的局部鐓粗而不產(chǎn)生折疊。這稱為局部鐓粗第二規(guī)則。通常，適用于的情況，適用于的情況。</p><p>　　2）在沖頭的錐形模腔中聚集時，當(dāng)，；或，，也可進行正常的局部鐓粗而不產(chǎn)生彎曲折疊。這稱為局部鐓粗第三規(guī)則[14]。</p><p>　　大扁頭方頸螺栓鐓粗中，高度與直徑之比==2.97。</p><p>　　根據(jù)鐓粗第二、第三規(guī)則，可見在

68、沖頭內(nèi)聚集允許伸到模腔外面的坯料長度大于凹模內(nèi)聚集的數(shù)值。這是因為：聚集時，坯料一端由凹模夾緊，而另一端多為自由端。坯料彎曲最大處靠近自由端一側(cè)。在彎曲最大處，沖頭中的錐形型槽和坯料間的間隙，要比凹模中的圓柱形槽和坯料間的間隙小得多，因此可以及時地抑制棒料產(chǎn)生彎曲[13]。</p><p>　　大扁頭方頸螺栓的成形工藝：第一工位是聚料，第二工位是成形，第三工位是切飛邊，第四工位是滾絲，如圖2-7所示。</p

69、><p>　　在第一工位聚料中如何確定方頸部分的預(yù)成形形式關(guān)系著下一個工位切擠四方的質(zhì)量，在聚料之前需要對坯料進行局部拔長，使其滿足第一工位所需的尺寸。一般生產(chǎn)實踐中有以下幾種初鐓形式：</p><p>　　（a） （ b ） （c）</p><p>　　圖2-6 頸部連接方式&l

70、t;/p><p>　　圖a頸預(yù)成形部分缺點在于其上口沒有與頭部盤外圓相接，這樣會在四方切出后, 切出的多余金屬會在螺栓頭部支承面上形成疊層, 影響產(chǎn)品的外觀及使用性能。圖b在切擠四方后不會在頭部支承面上形成金屬疊層，這種形式的大小口之間連接采用的是圓弧。結(jié)合以上的優(yōu)缺點，選擇由圖c的這種形式，較圖3b 形式可減少金屬切擠量16%, 避免了切擠四方時的“掉角 ”現(xiàn)象發(fā)生，如圖2-6。</p><p&

71、gt;　　圖2-6 四方成形形成的掉角[7]</p><p>　　a）鍛件圖 b) 聚料</p><p>　　c)成形 d) 切飛邊</p><p>　　圖2-7螺栓成形工藝</p><p><b>　　3

72、 模具設(shè)計</b></p><p><b>　　3.1設(shè)備的選擇</b></p><p>　　多工位自動冷鐓機屬于鍛壓機械中的線材成形自動機大類，是一種高效率﹑自動化的鍛壓機械，它主要以盤料或棒料為原料，連續(xù)生產(chǎn)螺栓﹑螺母﹑銷釘﹑鋼球及滾柱等標(biāo)準(zhǔn)件，是實現(xiàn)少﹑無切削加工工藝的機器[14]。</p><p>　　選擇ZD47-12/4

73、多工位自動冷鐓機對大扁頭方頸螺栓進行生產(chǎn)，這個系列的冷鐓機有以下幾個特點：1）鐓鍛工位水平排列2）主要動作機構(gòu)(切斷,凹模推出,送料等)的傳動采用連桿形式3）帶搓絲機構(gòu),實現(xiàn)螺栓,螺釘從切斷,鐓鍛至搓絲一條線自動化生產(chǎn).4）第三工位的凹模推出適應(yīng)于切邊工藝或鐓鍛工藝,變換調(diào)整方便.5）每個工位均有沖頭推出機構(gòu),并可分別單獨調(diào)整[2].</p><p>　　設(shè)備的工作模式為：首先是在完成剪切后，對所得到的棒料就直接

74、的送到凹模座里，在剪切和送料同時進行的情況下，使鐓鍛的三個工位以水平的形式進行排列，凹模座有三個凹模，凸模上有三個鐓部，即初鐓﹑終鐓﹑切邊這三步同時進行。</p><p>　　3.2模腔材料的選擇</p><p>　　由于第二工位冷鐓力很大，我們將大扁頭沖頭及第二工位凹模材料選用耐沖</p><p>　　擊、耐磨損的新型模具鋼種LD鋼，大大提高了第二工位模具壽命，減

75、少了工人換模次數(shù)，提高了生產(chǎn)效率。</p><p>　　生產(chǎn)大扁頭方頸螺栓，方頸凹模的壽命決定了生產(chǎn)能否正常進行。對于材料選擇而言，用T10A鋼制造方頸四模，其壽命在1～1.2萬件左右。由于其型腔形狀較復(fù)雜，熱處理較難控制，壽命忽長忽短。對于LD鋼制造來說，壽命可提高3倍左右，最高達8萬件。而且坯徑尺寸穩(wěn)定，因為其熱處理硬度可提高到HRC58~62。</p><p>　　而用T10A工具鋼

76、制造方頸凹模 熱處理最佳值為HRC53，由于硬度值偏低 導(dǎo)致內(nèi)孔容易磨損和變形，特別是靠近方頸部分的尺寸，極易變大[1]。</p><p>　　LD鋼方頸凹模的制造工藝如下：</p><p>　　1） 先進行球比退火，為了保證其良好的冷擠性能， 其硬度值應(yīng)控制在HB≤l94。</p><p>　　2）車削加工 ；車加工時應(yīng)注意，預(yù)孔不能太小，應(yīng)使方頸孔處的擠壓越小越

77、好。</p><p>　　3）皂化或磷化處理。</p><p>　　4）冷擠成形時加二硫化銅潤滑剎</p><p>　　5）先研磨內(nèi)孔，再磨削外圓。</p><p>　　3.3主要模具的設(shè)計</p><p>　　本次畢業(yè)設(shè)計主要針對大扁頭方頸螺栓的初鐓和終鐓成型這兩個主要模具進行具體的分析和設(shè)計，整套模具的裝配圖如圖3

78、-1所示。</p><p><b>　　圖3-1終鐓模具</b></p><p>　　1上模座 2上凹模固定板 3上凹模 4四方擠切模</p><p>　　5組合式凹模具 6下凹模具固定板 7頂桿 8銷釘 9下模座</p><p>　　兩套模具除了頭部凹模和頸部凹模零件之外，其它零件相同，如圖3-2所示</p>

79、;<p>　　a）下凹模固定板 b）上模固定板</p><p>　　c）下模座 d）上模座</p><p>　　圖3-2 部分圖零件</p><p><b>　　3.3.1聚料模</b></p><p>　　模

80、具的關(guān)鍵取決于內(nèi)錐孔度數(shù)a的大小，初沖內(nèi)錐孔大端尺寸d的大小，d越小被鐓材料越穩(wěn)定，如圖3-3所示。當(dāng)然太小，韌沖角度肯定小，就容易產(chǎn)生將料從凹?？字邪纬?，考慮到較小的初沖角度既能有利于初沖成形時的穩(wěn)定性，又利于方頸的成形所以在修正初沖角度時選擇了小角度初沖，a 取8°。在確定初沖大端尺寸d時，假設(shè)了一個計算公式t：d=i×s， 式中i為系數(shù)，S為方頸對邊的基本尺寸，根據(jù)經(jīng)驗和理論分析， 系數(shù)i不宜太大，打半螺紋時，

81、因材料直徑大，系數(shù)i可當(dāng)適大一些，取1.3打全方頸螺栓時，故頭部鐓鍛比大，系數(shù)i應(yīng)取小一些， 取1.2。</p><p>　　圖3-3初沖內(nèi)錐局部圖[11]</p><p>　　確定了a=8°，d= i×s=1.3×6.2=7.28之后，聚料的模具如圖3-4所示。</p><p>　　a）頭部型腔 b

82、）頸部模具</p><p><b>　　圖3-4聚料模具</b></p><p>　　3.3.2 終鍛-擠模具</p><p>　　大扁頭螺栓鍛壓成型的主要缺陷，如圖3-4所示，首先是方頸對角不清；其次大扁頭形狀成方圓形；以及半圓頭頂面有材料斷面痕跡。方頸不清可以通過模具鉆氣孔解決，但很難把握其大小及位置；半圓頭成方圓形無法解決；半圓頭頂面斷料

83、痕跡也是通過半圓頭沖頭鉆氣孔解決，但氣孔大小及材料硬度直接影響其效果。我對其改進工藝, 對大扁頭方頸螺栓方頸部分的成形改鐓壓成形為切擠成形。</p><p>　　圖3-3缺陷[10]</p><p>　　第二工位成形主要模具為四方切擠模式如圖3-4 所示, 如何確定四方切擠模四方錐孔角度α是四方切擠模設(shè)計的關(guān)鍵所在, 如α過小, 會加大切削刃與已切金屬面的摩擦,使切出的四方頸的表面粗糙度達

84、不到工藝要求。α過大, 切擠模刃口易發(fā)生崩口, 降低切擠模壽命。 經(jīng)實際驗證，四方切擠模型腔錐孔角度定為3°~4° 較為合適。</p><p>　　其次設(shè)計要點在于方頸形腔必須有足夠的脫模斜度，一是有利于方頸模形腔擠壓成形時好脫摸，二是有利于冷鐓時，產(chǎn)品好脫模，避免生產(chǎn)時頂料力太大而折斷頂桿。方頸的脫模斜度由方頸擠壓沖頭擠出。</p><p><b>　　a）

85、組合式凹模</b></p><p>　　b）頭部型腔 c）方頸型腔</p><p><b>　　圖3-4終鐓模具</b></p><p><b>　　4 結(jié)論</b></p><p>　　通過本次畢業(yè)設(shè)計，了解了大量有關(guān)于標(biāo)準(zhǔn)件、鍛壓工藝以

86、及擠壓工藝的資料。進一步學(xué)習(xí)了標(biāo)準(zhǔn)件的應(yīng)用、分類及各種制造方法。對于本次畢業(yè)設(shè)計的大扁頭方頸螺栓屬于標(biāo)準(zhǔn)件的范疇，根據(jù)相關(guān)文獻確定了螺栓的制造工藝，明確其中成型工藝的工藝參數(shù)。最后根據(jù)工藝參數(shù)，設(shè)計出相關(guān)的模具。</p><p>　　在編寫論文的時候，掌握了有關(guān)于塑性成型工藝與模具設(shè)計的相關(guān)知識，并且考驗了大學(xué)四年學(xué)習(xí)的機械設(shè)計能力和熟練運用計算機輔助設(shè)計技術(shù)的能力。其中最大的收獲就是如何查閱在設(shè)計中需要的相關(guān)參

87、數(shù)，并且在autoCAD畫圖軟件的應(yīng)用上得到了更進一步的提升。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　馮曉曾, 王家瑛, 何世禹. 提高模具壽命指南選材及熱處理[M],北京: 機械工業(yè)出版社, 1994，第一版</p><p>　　[蘇] B. A. 波波夫. 張德呈譯. 自動化冷鐓生產(chǎn)的工藝裝備[M],沈陽標(biāo)準(zhǔn)件研

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