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知识干货 冷镦螺丝的制造示意图

发表日期:2022-08-17 06:43:39作者:海德体育官网app下载 来源:海德体育官网 文章编辑:海德体育官网 浏览次数:18

  一、目的:把线材加热到适当的温度,保持一定时间,再慢慢冷却,以调整结晶组织,降低硬度,改良线材常温加工性。

  入料:将需要处理的产品吊放炉内,注意炉盖应盖紧。一般一炉可同时处理7卷(约1.2吨/卷)。

  降温:将炉内温度缓慢(约3-4小时)降至550℃以下,然后随炉冷却至常温。

  1、 硬度:材质为1018、1022线,材质为中碳线、外观:表面不得有氧化膜及脱碳现象。

  一、目的:除去线材表面的氧化膜,并且在金属表面形成一层磷酸盐薄膜,以减少线材抽线以及冷墩或成形等加工过程中,对工模具的擦伤。

  酸洗:将整个盘元分别浸入常温、浓度为20-25%的三个盐酸槽数分钟,其目的是除去线材表面的氧化膜。

  皮膜处理:将盘元浸入磷酸盐,钢铁表面与化成处理液接触,钢铁溶解生成不溶性的化合物(如Zn2Fe(Po4)2·4H2o),附着在钢铁表面形成皮膜。

  润滑剂:由于磷酸盐皮膜的摩擦系数并不是很低,不能赋予加工时充分的润滑性,但与金属皂(如钠皂)反应形成坚硬的金属皂层,可以增加其润滑性能。

  一、目的:将盘元冷拉至所需线径。实用上针对部分产品又可分粗抽(剥壳)和精抽两个阶段。

  盘元经酸洗之后,通过抽线机冷拉至所需线径。适用于大螺丝、螺帽、牙条所用线

  一、目的:将线材经冷间锻造(或热间锻造),以达到半成品之形状及长度(或厚度)。

  二冲:胚料进入第二打模,二冲模挤压,胚料呈扁圆状,之后后冲模将胚料推出。

  三冲:胚料进入第三打模,通过六角三冲模仁剪切,胚料六角头初步形成,之后,后冲模将胚料推入第三打模,切料自六角头切断,六角头形成。

  一冲:打模固定,一冲模将产品头部初步成型,以使下一冲程能完全成型。当产品为一字割沟时,一冲模为内凹、椭圆槽,产品为十字槽时,一冲模为内凹四方槽。

  二冲:一冲之后,冲具整体运行,二冲模移向打模正前方,同时二冲模向前运行,将产品最终成型。之后由后冲棒将胚料推出。

  1、 加热:于加热设备将胚料需成型一端加热至白热状态,依据产品规格设定加热温度和时间。一般3/4以下加热7-10秒,7/8-1"加热15秒左右。

  2、 成型:将加热后的胚料迅速移至成型机,通过后座,夹模固定,头模冲击胚料,加以成型。可以根据胚料的长度调整后座的距离。

  1、切断:由内刀模(410)与剪切刀(301)配合,将线材切成所需胚料。

  2、一冲:由前冲模(111)、冲程模(411)、后冲棒(211)配合,将变形不平的切断胚料加以整形,并由后冲棒(211)将胚料推出。

  3、二冲:运转夹(611)将胚料从一冲夹至二冲,由前冲模(112)、冲程模(412)、后冲棒(412)配合,更进一步将胚料整形,并加强第一冲的压平与饱角作用,之后由后冲棒(212)将胚料推出。

  4、三冲:运转夹(612)将胚料从二冲夹至三冲,由前冲模(113)、冲程模(413)、后冲棒(213)配合,再次挤压胚料,以使下冲能完全成型,之后由后冲棒(213)将胚料推出。

  5、四冲:运转夹(613)将胚料从三冲夹至四冲,由前冲模(114)、冲程模(414)、后冲棒(214)配合,将螺帽完全成型,并藉控制铁屑厚度来调整螺帽的厚度,之后由后冲棒(214)将胚料推出。

  6、五冲:运转夹(614)将胚料从四冲夹至五冲,由前冲模(119)、脱料盘(507)配合,将成型完全的胚料冲孔,并使冲断的铁屑进入打孔模下仁,而最终完成螺帽的成型。螺帽的头部标记在此过程形成。

  一、目的:将已成型的半成品辗制或攻丝以达到所需的螺纹。实用上针对螺栓(螺丝)称为辗牙,牙条称为滚牙,螺帽称为攻牙。

  二、辗牙:辗牙即是将一块牙板固定,另一块活动牙板带动产品移动,利用挤压使产品产生塑性变形,形成所需螺纹。

  四、滚牙:滚牙是以两个相对应的螺丝滚轮,正向转动,利用挤压使产品产生塑性变形,形成所需螺纹。滚牙通常用于牙条。

  低碳和中碳(合金)钢淬成马氏体后,随回火温度的升高,其一般规律是强度下降,而塑性、韧性上升。但由于低、中碳钢中含碳量不同,回火温度对其影响程度不同。所以为了获得良好的综合机械性能,可分别采取以下途径:

  (1)选取低碳(合金)钢,淬火后进行低温250℃以下回火,以获得低碳马氏体。为了提高这类钢的表面耐磨性,只有提高各面层的含碳量,即进行表面渗碳,一般称为渗碳结构钢。

  (2)采取含碳较高的中碳钢,淬火后进行高温(500-650℃)回火(即所谓调 质处理),使其能在高塑性情况下,保持足够的强度,一般称这类钢为调质钢。如果希望获得高强度,而宁肯降低塑性及韧性,对含碳量较低的含金调质可采取低温回火,则得到所谓超高强度钢。

  (3)含碳量介于中碳和高碳之间的钢种(如60,70钢)以及一些高碳钢(如80,90钢), 如果用于制造弹簧,为了保证高的弹性极限、屈服极限和疲劳极限,则采用淬火后中温回火。

  (4)脱碳:指黑色金属材料(钢)表面碳的损耗。热处理后会有脱碳现象,轻微脱碳是允许的,脱碳层深度影响表面硬度。脱碳层越深,表面硬度值越小。

  (1)正火目的是细化晶粒,减少组织中的带状程度,并调整好硬度,便于机械加工,正火后,钢材具有等轴状细晶粒。

  2、淬火:将钢体加热到850℃左右进行淬火,淬火介质可根据钢件尺寸大小和该钢的淬透性加以选择,一般可选择水或油甚至空气淬火。处于淬火状态的钢,塑性低,内应力大。

  为使钢材具有高塑性、韧性和适当的强度,钢材在400-500℃左右进行高温回火,对回火脆性敏感性较大的钢,回火后必须迅速冷却,抑制回火脆性的发生。

  若要求零件具有特别高的强度,则在200℃左右回火,得到中碳回火马氏体组织。

  2、淬火:碳素和低合金渗碳钢,一般采用直接淬火或一次淬火。3、回火:低温回火以消除内应力,并提高渗碳层的强度及韧性。

  表面处理即是通过一定的方法在工件表面形成覆盖层的过程,其目的是赋以制品表面美观、防腐蚀的效果,进行的表面处理方法都归结于以下几种方法:

  1、 电镀:将接受电镀的部件浸于含有被沉积金属化合物的水溶液中,以电流通过镀液,使电镀金属析出并沉积在部件上。一般电镀有镀锌、铜、镍、铬、铜镍合金等,有时把煮黑(发蓝)、磷化等也包括其中。

  2、热浸镀锌:通过将碳钢部件浸没温度约为510℃的溶化锌的镀槽内完成。其结果是钢件表面上的铁锌合金渐渐变成产品外表面上的钝化锌。热浸镀铝是一个类似的过程。

  3、机械镀:通过镀层金属的微粒来冲击产品表面,并将涂层冷焊到产品的表面上。

  电镀的质量以其耐腐蚀能力为主要衡量标准,其次是外观。耐腐蚀能力即是模仿产品工作环境,设置为试验条件,对其加以腐蚀试验。电镀产品的质量从以下方面加以控制:

  制品表面不允许有局部无镀层、烧焦、粗糙、灰暗、起皮、结皮状况和明显条纹,不允许有针孔麻点、黑色镀渣、钝化膜疏松、龟裂、脱落和严重的钝化痕迹。

  紧固件在腐蚀性大气中的作业寿命与它的镀层厚度成正比。一般建议的经济电镀镀层厚度为0.00015in~0.0005 in(4~12um)。

  热浸镀锌:标准的平均厚度为54 um(称呼径≤3/8为43 um),最小厚度为43 um(称呼径≤3/8为37 um)。

  采用不同的沉积方法,镀层在紧固件表面上的聚集方式也不同。电镀时镀层金属不是均匀地沉积在外周边缘上,转角处获得较厚镀层。在紧固件的螺纹部分,最厚的镀层位于螺纹牙顶,沿着螺纹侧面渐渐变薄,在牙底处沉积最薄,而热浸镀锌正好相反,较厚的镀层沉积在内转角和螺纹底部,机械镀的镀层金属沉积倾向与热浸镀相同,但是更为光滑而且在整个表面上厚度要均匀得多。

  紧固件在加工和处理过程中,尤其在镀前的酸洗和碱洗以及随后的电镀过程中,表面吸收了氢原子,沉积的金属镀层然后俘获氢。当紧固件拧紧时,氢朝着应力最集中的部分转够,引起压力增高到超过基体金属的强度并产生微小的表面破裂。氢特别活动并很快渗入到新形成的裂隙中去。这种压力-破裂-渗入的循环一直继续到紧固件断裂。通常发生在第一次应力应用后的几个小时之内。

  为了消除氢脆的威胁,紧固件要在镀后尽可能快地加热烘焙,以使氢从镀层中渗出,烘焙通常在375-4000F(176-190℃)进行3-24小时。

  由于机械镀锌是非电解质的,这实际上消除了氢脆的威胁 。另由于工程标准禁止硬度高于HRC35的紧固件(英制Gr8,公制10.9级以上)热浸镀锌。所以热浸镀的紧固件很少发生氢脆。

  以坚实的刀尖和相当大的压力切下或撬下。如果在刀尖前面,镀层以片状或皮状剥落,以致露出了基体金属,应认为粘附性不够。

  在紧固件制造中,正确选用紧固件材料是重要一环,因为紧固件的性能和其材料有着密切的关系。如材料选择不当或不正确,可能造成性能达不到要求,使用寿命缩短,甚至发生意外或加工困难,制造成本高等,因此紧固件材料的选用是非常重要的环节。冷镦钢是采用冷镦成型工艺生产的互换性较高的紧固件用钢。由于它是常温下利用金属塑性加工成型,每个零件的变形量很大,承受的变形速度也高,因此,对冷镦钢原料的性能要求十分严格。

  沉头螺钉,内六角圆柱头螺栓采用冷镦工艺生产时,钢材的原始组织会直接影响着冷镦加工时的成形能力。冷镦过程中局部区域的塑性变形可达60%-80%,为此要求钢材必须具有良好的塑性。当钢材的化学成分一定时,金相组织就是决定塑性优劣的关键性因素,通常认为粗大片状珠光体不利于冷镦成形,而细小的球状珠光体可显着地提高钢材塑性变形的能力。对高强度紧固件用量较多的中碳钢和中碳合金钢,在冷镦前进行球化(软化)退火,以便获得均匀细致的球化珠光体,以更好地满足实际生产需要。

  对中碳钢盘条软化退火而言,其加热温度多选择在该钢材临界点上下保温,加热温度一般不能太高,否则会产生三次渗碳体沿晶界析出,造成冷镦开裂,而对于中碳合金钢的盘条采用等温球化退火,在AC1+(20-30%)加热后,炉冷到略低于Ar1,温度约700摄氏度等温一段时间,然后炉冷至500摄氏度左右出炉空冷。钢材的金相组织由粗变细,由片状变球状,冷镦开裂率将大大减少。35\45\ML35\SWRCH35K 钢软化退火温度一般区域为715-735摄氏度;而SCM435\40Cr\SCR435钢球化退火加热温度一般区域为740-770摄氏度,等温温度680-700摄氏度。

  冷镦钢盘条去除氧化铁板工序为剥亮,除鳞,有机械除鳞和化学酸洗两种方法。用机械除鳞取代盘条的化学酸洗工序,既提高了生产率,又减少了环境污染。此除鳞过程包括弯曲法(普遍使用带三角形凹槽的圆轮反复弯曲盘条),喷九法等,除鳞效果较好,但不能使残余铁鳞去净(氧化铁皮清除率为97%),尤其是氧化铁皮粘附性很强时,因此,机械除鳞受铁皮厚度,结构和应力状态的影响,使用于低强度紧固件(小于等于6.8级)用的碳钢盘条。

  高强度紧固件(大于等于8.8级)用盘条在机械除鳞后,为除净所有的氧化铁皮,再经化学酸洗工序即复合除鳞。对低碳钢盘条而言,机械除鳞残留的铁皮容易造成粒拔模不均匀磨损。当粒拔模孔由于盘条钢丝摩擦外温时粘附上铁皮,使盘条钢丝表面产生纵向粒痕,盘条钢丝冷镦凸缘螺栓或圆柱头螺钉时,头部出现微裂纹的原因,95%以上是钢丝表面在拉拔过程中产生的划痕所引起。因此,机械除鳞法不宜用来高速拉拔。

  拉拔工序有两个目的,一是改制原材料的尺寸;二是通过变形强化作用使紧固件获得基本的机械性能,对于中碳钢,中碳合金钢还有一个目的,即是使盘条控冷后得到的片状渗碳体在拉拔过程中尽可能的破解,为随后的球化(软化)退火得到粒状渗碳体做好准备,然而,有些厂家为降低成本,任意减少拉拔道次,过大的减面率增加了盘条钢丝的加工硬化倾向,直接影响了盘条钢丝的冷镦性能。如果各道次的减面率分配不合适,也会使盘条钢丝在拉拔过程中产生扭转裂纹,这种沿钢丝纵向分布,周期一定的裂纹在钢丝冷镦过程中暴露。

  此外,拉拔过程中如润滑不好,也可造成冷拔盘条钢丝有规律地出现横裂纹。盘条钢丝出出粒丝模口上卷同时的切线方向与拉丝模不同心,会造成拉丝模单边孔型的磨损加剧,使内孔失圆,造成钢丝圆周方向的拉拔变形不均匀,使钢丝的圆度超差,在冷镦过程中钢丝横截面应力不均匀而影响冷镦合格率。盘条钢丝拉拔过程中,过大的部分减面率使钢丝的表面质量恶化,而过低的减面率却不利于片状渗碳体的破碎,难以获得尽可能多的粒状渗碳体,即渗碳体的球化率低,对钢丝的冷镦性能极为不利,采用拉拔方式生产的棒料和盘条钢丝,部分减面率直控制在10%-15%的范围内。

  通常,螺栓头部的成形采用冷镦塑性加工,同切削加工相比,金属纤维(金属留线)沿产品形状呈连续状,中间无切断,因而提高了产品强度,特别是机械性能优良。冷镦成形工艺包括切料与成形,分单工位单击,双击冷镦和多任务位自动冷镦。

  一台自动冷镦机分别在几个成型凹模里进行冲压,镦锻,挤压和缩径等多任务位工艺。单工位或多任务位自动冷镦机使用的原始毛坯的加工特点是由材料尺寸长5-6米的棒料或重量为1900-2000KG的盘条钢丝的尺寸决定的,即加工工艺的特点在于冷镦成型不是采用预先切好的单件毛坯,而是采用自动冷镦机本身由棒料和盘条钢丝切取和镦粗的(必要时)毛坯。在挤压型腔之前,毛坯必须进行整形。通过整形可得到符合工艺要求的毛坯。在镦锻,缩径和正挤压之前,毛坯不需整形。毛坯切断后,送到镦粗整形工位。该工位可提高毛坯的质量,可使下一个工位的成型力降低15-17%,并能延长模具寿命,制造螺栓可采用多次缩径。

  1.用半封闭切料工具切割毛坯,最简单的方法是采用套筒式切料工具;切口的角度不应大于3度;而当采用开口式切料工具时,切口的斜角可达5-7度。

  2.短尺寸毛坯在由上一个工位向下一个成型工位传递过程中,应能翻转180度,这样能发挥自动冷镦机的潜力,加工结构复杂的紧固件,提高零件精度。

  3.在各个成型工位上都应该装有冲头退料装置,凹模均应带有套筒式顶料装置。

  4.成型工位的数量(不包括切断工位)一般应达到3-4个工位(特殊情况下5个以上)。

  5.在有效使用期内,主滑块导轨和工艺部件的结构都能保证冲头和凹模的定位精度。

  6.在控制选料的挡板上必须安装终端限位开关,必须注意镦锻力的控制。在自动冷镦机上制造高强度紧固件所使用的冷拨盘条钢丝的不圆度应在直径公差范围内,而较为精密的紧固件,其钢丝的不圆度则应限制在1/2直径公差范围内,如果钢丝直径达不到规定的尺寸,则零件的镦粗部分或头部就会出现裂痕,或形成毛刺,如果直径小于工艺所要求的尺寸,则头部就会不完整,棱角或涨粗部分不清晰。冷镦成型所能达到的精度还同成型方法的选择和所采用的工序有关。

  此外,它还取决于所用的设备的结构特点,工艺特点及其状态,工模具精度,寿命和磨损程度。冷镦成型和挤压使用的高合金钢,硬质合金模具的工作表面粗糙度不应大Ra=0.2um,这类模具工作表面的粗糙度达到Ra=0.025-0.050um时,具有最高寿命。

  螺栓螺纹一般采用冷加工,使一定直径范围内的螺纹坯料通过搓(滚)丝板(模),由丝板(滚模)压力使螺纹成形。可获得螺纹部分的塑性流线不被切断,强度增加,精度高,质量均一的产品,因而被广泛采用。

  为了制出最终产品的螺纹外径,所需要的螺纹坯径是不同的,因为它受螺纹精度,材料有无镀层等因素限制。滚(搓)压螺纹是指利用塑性变形使螺纹牙成形的加工方法。它是用带有和被加工的螺纹同样螺距和牙形的滚压(搓丝板)模具,一边挤压圆柱形螺坯,一边使螺坯转动,最终将滚压模具上的牙形转移到螺坯上,使螺纹成形。滚(搓)压螺纹加工的共同点是滚动转数不必太多,如果过多,则效率低,螺纹牙表面容易产生分离现象或者乱扣现象。反之,如果转数太少,螺纹直径容易失圆,滚压初期压力异常增高,造成模具寿命缩短。

  滚压螺纹常见的缺陷:螺纹部分表面裂纹或划伤;乱扣;螺纹部分失圆。这些缺陷若大量发生,就会在加工阶段被发现。如果发生的数量较少,生产过程注意不到这些缺陷就会流通到用户,造成麻烦。因此,应归纳加工条件的关键问题,在生产过程控制这些关键因素。

  高强度紧固件根据技术要求都要进行调质处理。热处理调质是为了提高紧固件的综合机械性能,以满足产品规定的抗拉强度值和屈强比。热处理工艺对高强度紧固件尤其是它的内在质量有着至关重要的影响,因此,要想生产出优质的高强度紧固件,必须要有先进的热处理技术装备。由于高强度螺栓生产量大,价格低廉,螺纹部分又是比较细微相对精密的结构,因此,要求热处理设备必须具备生产能力大,自动化程度高,热处理质量好的能力。

  进入20世纪90年代以来带有保护气氛的连续式热处理生产线已占主导地位,震底式,网带炉尤其适用于中小规格紧固件的热处理调质。调质线除了炉子密封性能好以外,还具有先进的气氛,温度和工艺参数计算机控制,设备故障报警和显示功能。高强度紧固件从上料-清洗-加热-淬火-清洗-回火-着色到下线,全部自动控制运行,有效保证了热处理质量。螺纹的脱碳会导致紧固件在未达到机械性能要求的抗力时先发生脱扣,使螺纹紧固件失效,缩短使用寿命。由于原料的脱碳,如果退火不当,更会使原材料脱碳层加深。调质热处理过程中,一般会从炉外带进来一些氧化气体。棒料钢丝的铁锈或冷拔后盘条钢丝表面上的残留物,入炉加热后也会分解,反应生成一些氧化性气体。例如,钢丝的表面铁锈,它的成分是碳酸铁及氢氧化物,在加热后将分解成CO2及H2O ,从而加重了脱碳。研究表明,中碳合金钢的脱碳程度较碳钢严重,而最快的脱碳温度在700-800摄氏度之间。由于钢丝表面的附着物在一定条件下分解化合成CO2 和H2O 的速度很快,如果连续式网带炉炉气控制不当,也会造成螺丝脱碳超差。高强度紧固件当采用冷镦成形时,原材料和退火的脱碳层不但仍然存在,而且被挤压到螺纹的顶部,对于需要淬火的紧固件表面,得不到所要求的硬度,其机械性能(特别是强度和耐磨性)降低。

  另外,钢丝表面脱碳,表层与内部组织不同而具有不同的膨胀系数,淬火时有可能产生表面裂纹。为此,在淬火加热时要保护螺纹顶部不脱碳,还要对原材料已脱碳的紧固件进行适度的覆碳,把网带炉中的保护气氛的优势调到和被覆碳的零件原始含碳量基本相等,使已脱碳的紧固件慢慢恢复到原来的含碳量,碳势设定在0.42%-0.48%为宜,覆碳温度与淬火加热相同,不能在高温下进行,以免晶粒粗大,影响机械性能。紧固件在调质淬火过程中可能出现的质量问题主要有:淬火态硬度不足;淬火态硬度不均;淬火变形超差;淬火开裂。现场出现的这类问题往往与原材料,淬火加热和淬火冷却有关,正确制订热处理工艺,规范生产操作过程,往往可以避免此类质量事故。

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