六角头螺栓的成型工艺分析与成型模具设计

1、六角头螺栓的成型工艺分析与成型模具设计（, , 届） 本科毕业设计 六角头螺栓的成型工艺分析与成型模具设计 I摘 要 本次设计的课题是六角头螺栓的成型工艺分析与成型模具设计。六角头 螺栓属于紧固件，在各个领域都有广泛应用。在设计过程中，通过查阅大量资料、 手册、期刊等，结合教材上的知识对锻造模具有了系统的认识，拓宽了视野，丰富了 知识，为将来独立完成模具设计积累了一定的经验。 设计过程包括设计准备、六角 螺栓的制造工艺确定、模具设计、零件图的绘制和毕业设计论文的完成等五个环节。 其中，六角螺栓的制造工艺确定和模具设计是重要环节。 在六角头螺栓工艺的确定 过程中，主要对螺栓的算料、下料，尤其是加

2、热规范进行了详细的分析，并且对六 角的成型工步进行了计算。 在整个模具设计过程中，使用一模三腔的形式，涉及 到了锻件的结构设计、平锻机的选择、镦粗比的确定、分型面的确定及型槽分布，其 中，对锻件的局部镦粗规则进行的详细的分析，从而更准确的制造出模具的形状。 在模具设计过程中主要运用了 UG 6.0 模块来完成整个设计工作，此外还利用了AutoCAD2004软件进行装配图及零件图的绘制。关键词：螺栓；加热规范；模锻 ; 局部镦粗 II Hex head bolt forming process analysis and mold design Abstract This subject of t

3、his design is about the molding process analysis ofthe hex head bolt and its mold design. Hexagon head bolts are fastenerswidely used in various fields. During the designing process throughaccessing to a large amount of data manuals and journals I have asystematic knowledge of forging combined with

4、the textual knowledgewhich helps to broaden the horizon and enrich the related knowledge ofmold design. It enables me to accumulate some experience of mold designin order to accomplish independently the design in the future. There are totally five procedures including design preparation amanufacturi

5、ng process to determine the hex bolts mold design partmapping and the completion of designing thesis. Among them in thehexagonal bolt manufacturing process the main operation is thecalculation of the bolt material cutting especially a detailed analysisof heating rules. Whats more the work of the hex

6、agon forming step werecalculated. In the entire mold design process by using a model with three cavitieswhich relates to the structural design of forging machine selection ofthe flat forging ratio determination of upsetting determination ofparting and distribution of groove. Moreover a more detailed

7、 analysisof the rules for forgings local upsetting is carried out thus a morecorrect shape of the mold is acquired. In the mold design process the function of the UG 6.0 module is appliedto complete thewhole design. In addition the software called AutoCAD2004is used for assembly and part drawing.Key

8、words: Bolts;Heating Specifications ;Forging ;Upsetting III 目录摘 要IIAbstract III1 绪论 11.1 课题的来源 1 1.2 课题的意义 1 1.3 锻造工 艺的相关研究的最新成果及动课题研究态 2 1.4的主要内容 52 螺栓的成形工艺分析 6 2.1 六角头螺栓成形方案设计 6 2.2 六角头螺栓成型工艺.62.2.1材料的选择7 2.2.2 算料7 2.2.3 下料92.2.4坯料加热11 2.2.5 锻造温度范围13 2.2.6 加热规范143 锻模设计163.1锻模选料16 3.2设备选择16 3.3局部镦粗

9、规则 21 3.5 锻模设计 22 3.5.1锻模模块选择 22 3.5.2型槽分布献 28谢 29录 30 IV 27参考文附六角头螺 23 3.5.3 模壁厚度 24 3.5.4模块尺寸 25结论栓的成型工艺分析与成型模具设计 1 绪论 1.1 课题的来源 我院与海盐诸多知名 标准件生产企业建立了合作项目浙江海盐标准间科技创新服务平台建设，本设计 以此项目为依托，以典型标准件 - 六角螺栓为研究对象，分析确定成型工艺，设计 成型用模具。 模具作为工业产品的重要基础工艺装备。是工业生产中不可缺少的技术工具。模具在很大程度上决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力，所以 模具不仅直接影响工业产

10、品的水平。也是衡量一个国家工业化程度和机械制造业技 术水平的重要标志之一 1。 ，主要是因为汽 近年来，我国模具标准件的生产和销 售形势是“产销两旺”车工业的发展和国家“十一五”规划确定要以重化工业为重 点的拉动。根据对部分模具标准件企业的书面调查， 2007年与 2004 年相比，产量 平均增长 37(6, ，销售额平均增长 39.66, 。 模具标准件是模具的重要组成部分， 是模具的基础构件。模具标准化程度和应用的水平是衡量现代模具整体技术水平的 重要指标，也是模具工业发展中不可忽视的重要环节之一。我国模具标准件的生 产，在 80 年代初才形成小规模的生产，模具标准化程度及标准件的使用覆盖

11、面约 占 20,( 从市场上能配到的也只有约 30 个品种，且仅限于中小规格。目前，国内已 有较大产量的模具标准件，其主要是模架、导向件、推杆、推管、弹性元件等。这 些产品不但国内配套需求量大，出口前景也十分看好，应大力发展。氮气弹簧、翅 片冲孔凸凹模、热流道元件等主要还是依靠进口，应在现有的基础上提高水平 ( 形 成标准并组织规模化生产。 1.2 课题的意义 通过六角头螺栓的成型工艺分析与成 型模具设计这个课题学习模具设计的一般方法，了解和掌握常用模具整体设计、零 部件的设计过程和计算方法，培养正确的设计思想和分析问题、解决问题的能力， 特别是总体设计和计算的能力。综合运用热锻模课程和其它有

12、关选修课程的理论及 生产实践的知识去分析和解决模具设计问题，并使所学专业知识得到进一步巩固和深化。通 过计算和绘图，学会运用标准、规范、手册、图册和查阅有关技术资料等，培养模 具设计的基本技能，可以掌握锻造工艺，熟悉各种锻造设备，熟悉掌握计算机操作 以及了解UG软件的应用，并具有机械设计及制造等综合知识。11.3锻造工艺的相关研究的最新成果及动态 随着科学技术的不断进步和工业生产的迅速发展，许 多新技术，新工艺， 新设备，新材料不断涌现，进一步提高锻件的性能指标 ; 同时缩短了生产周 期，降低了成本，使之在竞争中处于优势地位。 锻造是一种借助工 具或模具在冲击作用下加工金属机械零件或零件毛坯

13、的方法。锻件的最大优势是 韧性高、纤维组织合理，件与件之间性能变化小 ; 锻件内部质量与加工历史有关， 不会被任何一种金属加工工艺超过。 锻件的优势是由于金属材料通过塑性变形 后， 如锻 消除了内部缺陷， （ 焊） 合空洞，压实疏松，打碎碳化物，非金属夹杂 并使之沿变形方向分布，改善 或消除成分偏析等，得到了均匀、细小的低倍和高 倍组织。而铸造工艺得到 的锻件，尽管能获得较准确的尺寸和比锻件更为复杂的 形状，但难以消除疏 松、空洞、成分偏析、非金属夹杂等缺陷 ; 机械加工方法获得 的零件，尺寸 精度较高，表面光滑，但金属内部流线往往被切断，容易造成应力 腐蚀，承 载拉压交变应力的能力较差。 冷

14、镦是在常温下，利用金属的塑性，采用 冷态力学进行施压或冷拔，达 到金属固态变形的目的。冷镦技术作为一种少切削 精密塑性成形工艺，具有 切削加工无可比拟的优点，它在金属零件的制造过程中 起着十分重要的作用。 冷镦时金属材料要产生变形和加工硬化，在进行急剧塑性 变形的过程中会产 生大量的热，这在很大程度上影响了冷镦模具的寿命，降低了 产品的制造精 度。同时在冷镦过程中润滑油会不同程度地产生油烟、油雾。冷镦 机持续在 高温、高速、高冲击的工况下运转，对关键零部件进行有效的润滑冷 却，不 但能带走摩擦接触面的杂质和热量，起到冷却和清洗摩擦面的作用，而且 可 以减小摩擦面之间的摩擦和损耗，保证机器设备的

15、安全运行。 冷镦工艺对原材 料的质量要求较高。采用冷镦工艺制造紧固件效率高、质量好、用料省、成本低。 紧固件及冷冲压件是采用冷镦成型工艺生产的在冷镦过程中零件的变形量很大约 60,85 而且大多一次成型因此要求冷镦钢具有很高的塑性冷镦变形抗力小不产生裂 纹、裂缝等缺陷加工硬化率低同时要求冷镦钢材具有高的表面质量2。 冷镦性能是冷镦钢的重要性能之一对于冷镦钢变形要具有尽可能小的阻力和尽可能高的变形 能力。为此 一般要求冷镦钢的屈强比为 0.50,0.65 断面收缩率大于 50 此外为避免在冷镦时表面开裂要求钢材表面质量良好同时钢材的表面脱碳要尽可能小3 。六角头螺栓的头部成形是一种体积成形问题，

16、弹性变形远远小于其塑性变形，因此 可以将材料视为刚塑性材料。研究采用刚塑性有限元法对六角头螺栓 2 六角头螺 栓的成型工艺分析与成型模具设计的头部成形过程进行模拟，得到成形过程中的工 件温度变化、材料流动情况、应力应变分布变化情况、模具受力情况，具体了解了 六角头螺栓的头部变形行为。 对成形过程中可能出现的缺陷折叠和裂纹进行 了预测，通过改进预成形模具的形状尺寸，可以防止折叠的产生。 六角头螺栓头 部采用模具成形时，需要根据螺栓长度和头部尺寸精确下料，并精确计算模具行 程，这种成形工艺对加工设备提出了较高的精度要求4。 螺栓的头部大都采用镦锻成形，即在可锻温度下利用专用模具使坯料发生塑性变形并

17、充填模具型腔来实现 头部的成形 其一种成形原理如图 1 所示。之所以采用模具镦锻的方法进行螺栓的 头部成形，除了提高成形效率外，还可以使金属材料的晶粒流 线不被破坏，提高螺栓的强度，尤其是动强度。 图 1 六角头螺栓头部成形原 理图 螺栓还可以在用在 3 工位自动冷镦机上进行冷切挤成形，如图 2 所示，然后 车掉冷切挤形成的余料。 3 预镦模具 精镦模具 图 2 冷切挤压成型 冷切挤成型 的特点: 1 因在切挤过程中，两下模之间金属的厚度很薄，要求切挤上模具必须用 抗冲击、热硬性好的材料LD制造，热处理硬度控制在 HRC5 55,以免在生产过 程中变形、开裂。切挤模如图 3所示。 2 因在切挤

18、过程中易产生粘上模现象，上 模采用蝶形弹簧装置来实现上模顶出。 3 上、下模顶杆与型腔之间在保证滑动合 理的前提下尽量减小间隙以避免头部端面及杆部末端产生纵向毛刺。 4 困产品对 头部、杆部同轴度要求较高，同时目测无法检查同轴度，必拟制作专用同轴度检 具，以保证产品的质量。 图 3 挤切模具 1. 上模套 2. 切挤模 3. 蝶形弹簧 4. 上摸 顶针 5. 下模 6. 下模顶针 六角头螺栓头部采用模具成形时，需要根据螺栓长度和 头部尺寸精确下料，并精确计算模具行程，这种成形工艺对加工设备提出了较高的精度要求。4六角头螺栓的成型工艺分析与成型模具设计DEFORM!套基于有限元的工艺仿真系统可对

19、金属的各种成形工艺和热处理工艺进行仿真和计算 并按 用户要求返回计算结果。在计算机上模拟整个加工过程可以实现 : 1 生产工具在加 工中受力、受热变形过程的模拟仿真和有限元分析计算有助于模具的修改部分地替 代实际试验 2 加工材料在加热、变形过程的模拟仿真和有限元计算 有助于进行材 料的力学性能分析缩短 5 新产品的开发周期 。 1.4 课题研究的主要内容 本课题 的研究内容是对六角头螺栓成型工艺进行分析，然后模具整体方案设计，包括零件 的工艺分析、设计绘制锻件图、模具类型的确定、确定变形工步及中间坯料尺寸， 计算原坯料尺寸的确定等 ; 然后进行模具整装配图和模具主要零件的设计 ; 最后编写

20、设计毕业论文。 5 2 螺栓的成形工艺分析 2.1 六角头螺栓成形方案设计 (1) 用车 床车削六角头螺栓如图 4 首先选取一根六角头棒料，然后对应的进行毛坯下料， 接着车出圆杆部分，然后对六角头就行精车，最后在车出螺纹。 下料 车圆杆 精 车六角头 车螺纹 图 4 车削成型 (2) 用模具对螺栓进行成型如图 5 选取相应的圆 棒料，经过对体积的计算，用下料模具进行下料，然后进行毛坯加热，接着放入锻 造模具经过三个工步对六角头螺栓进行成型。最后用滚丝机就行滚压并进行锻后的 表面清理。 下料 自由镦 预锻 终锻 滚丝 锻后处理 图 5 模具成型 以上两个方 案比较，由于螺栓的生产是大批量的，而车床车削螺栓不仅用时大，而且效率低。 模具是一种高效率的工艺装备，在工业生产中，用模具进行各种材料的成形，可实 现高速度的大量生产，并能在大量生产条件下稳定的保证制件的质量，同时，具有 节约原材料、制件成本低廉等有点。所以六角头螺栓的成型用模具成型更好。 2.2 六角头螺栓成型工艺 (1) 材料的选择 根据 M16 六角螺栓要求性能等级为 5.6 ，即 螺栓材质公称抗拉强度达500MPa级;螺栓材质的屈强比值为0.6;螺栓材质的公称 屈服强度达500X 0.6300MPa级。查简明锻工手册表 2-16，可选用40号优 质碳素结构钢，直径为16mm的圆钢。(2)算料 锻造算料的基本原理