内六角螺钉挤压成型工艺的研究

内六角螺钉挤压成型工艺的研究

1内六角螺钉加工工艺图1显示了具有特殊车辆使用的内六角螺钉，其材料为30rcmnsini，具有sini的高强度钢。目前螺钉主要采用切削加工方法制造。从车间实际制造情况来看,切削加工存在制造周期长、生产效率低、刀具损耗大、原材料浪费严重等缺陷,难以满足产品需求。为此,提出采用挤压成型工艺制造内六角螺钉,并对挤压成型工艺进行了研究。从几何形状来看,内六角螺钉不容易直接挤压成型,需要对其结构进行适当修改。根据挤压成型工艺要求,对内六角螺钉结构做了以下处理:(1)螺纹M30×1.5mm、圆角R5mm、R2mm放在挤压后进行切削加工。(2)考虑到挤压毛坯体积存在误差以及工厂现有液压机生产时行程控制精度不高,在零件长度上预留3mm的加工余量。(3)外圆尺寸ϕ31、ϕ40mm与内六角通孔尺寸17mm,因公差要求不严,这些尺寸可不留切削余量。经过上述处理后,得到内六角螺钉挤压件图如图2所示。2挤压表面处理内六角螺钉材料30CrMnSiNi硬度高,变形抗力大,冷作硬化十分强烈,为提高挤压成型的可靠性,保证模具使用寿命,提出采用2道工序挤压。第1道工序热挤压成型内六角通孔;第2道工序冷挤压成型外形。考虑到热挤压成型内六角通孔时,由于温度变化、氧化等因素,会导致热挤压成型后内六角通孔形状、尺寸与设计要求有少量偏差,在冷挤压成型外形的同时,增加了一道内六角通孔精整工序。图3所示为内六角螺钉挤压成型工艺流程。(1)毛坯制备。根据制定的内六角螺钉挤压件图以及体积不变原理,计算得出挤压毛坯尺寸如图4所示。为保证毛坯端面质量,采用车床切割制造毛坯。(2)热挤压内六角通孔。在热挤压内六角通孔过程中,坯料加热,温度、挤压力和挤压速度等参数对成型质量影响很大。加热温度过高,坯料挤压后表面氧化严重;温度过低,坯料变形抗力大,对模具损坏大。综合内六角螺钉材料特点和挤压件结构考虑,将热挤压成型温度选择为800~850℃,挤压力为800~900kN,挤压速度为5~10mm/s。(3)软化热处理。为了降低材料变形抗力,提高塑性,保护模具,在冷挤压内六角螺钉外形前,应对热挤压后的毛坯进行软化退火处理。根据内六角螺钉材料特点,采用如图5所示的软化退火处理工艺。(4)表面润滑处理。在冷挤压内六角螺钉外形时,材料塑性流动剧烈,如果坯料没有经过良好的表面润滑处理,坯料容易与模具型腔焊合,导致挤压力急剧增加,使模具使用寿命大为下降。在很高的挤压力作用下,一般所涂刷的润滑剂会被完全挤掉,起不到润滑作用。因此在冷挤压前需要对毛坯进行表面处理,获得表面支承层,以便在后续润滑处理时起到储存润滑剂的作用。冷挤压毛坯表面润滑处理分为3个阶段:酸洗除锈、磷化处理和皂化处理。其中磷化处理的目的是在毛坯表面形成磷化层,以吸收、储藏润滑剂;皂化处理的目的是获得有效的润滑剂。(5)冷挤压外形。在内六角螺钉外形冷挤压过程中,挤压力和挤压速度2个参数对成型质量影响很大。综合内六角螺钉材料特点和挤压件结构考虑,经计算,冷挤压力取1200~1400kN,挤压速度取4~5mm/s。3挤压成型设备根据内六角螺钉2次挤压所需的最大吨位,同时结合工厂的生产实际,采用2000kN四柱液压机作为挤压成型设备。该设备具有顶出装置,运行平稳、挤压力恒定,能够满足产品挤压成型要求。4模具设计的确定根据制定的挤压成型工艺方案可知,内六角螺钉挤压成型共需要2副模具。图6所示为热挤压内六角通孔模具,图7所示为冷挤压外形模具。为节约模具制造成本,模具设计为组合式,而且不同部分采用不同的材料,其中工作部分材料选用高速钢W6M05Cr4V2,其余部分材料采用普通钢材。为防止挤压过程中,凹模产生横向和纵向裂纹,凹模采用多层预应力组合式结构。凹模芯与凹模外套之间采用2~3°的锥度冷压配,其压配过盈量为0.25~0.3mm。考虑到挤压时上、下模同轴度要求较高,模具采用了双重导向方案,即模架本身采用导柱、导套导向,同时凸、凹模再进行模口导向。5样件的试制和检测根据制定的挤压成型工艺方案,对内六角螺钉进行了多次挤压工艺试验,成功试制出一批样件(如图8所示)。对样件进行检测表明:零件内六角通孔尺寸、外形尺寸、表面粗糙度均符合图纸设计要求;解剖渗透探伤测试表明:零件内部无裂纹、金属流线连续无折叠(如图9所示)。6零件性能分析1.系统模具设计合理(