上海巨朗实业有限公司
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螺母冷镦工艺

作者:巨朗

一、常用螺母冷镦工艺分类六角螺母也是一种使用面很广的紧固件,它的生产方法较多,M24以下规格的螺母普遍采用冷镦(压)方法生产。常用的螺母冷镦工艺有以下几种:a.用较小直径的线材冷镦生产螺母这是一种冷镦生产螺母中用得最多的生产方法。使用线材直径do=0.60s~0.70s,s—螺母对方尺寸。采用切料、整形、镦球、压六方、冲孔的工位(工序),见图36-23。

在三工位、四工位自动冷镦机生产,也可在压力机上分序生产。在三工位冷镦机上生产可省去整形,但大于M12以上规格的螺母,不经整形,端面质量及秃角的均匀性都不好控制。b.用较大直径的线材冷镦生产螺母这种工艺使用线材直径do≈0.9s,经切断、整形、初镦、预成形、精成形、冲孔而成,一般在五工位自动冷镦机上生产,夹钳带翻转机构,见图36-24。c.六方钢成形工艺这种工艺方法用的较少,一般用于M20以上大规格螺母的生产,在压力机上用分序冷压的方法完成。工艺流程按切料、初压、精压、冲孔进行生产。二、螺母冷镦(压)工艺分析a.切断在自动冷镦机多工位生产或压力机上分序生产,切断都是第一道工序,也是较关键的工序。因为切料断口的平整性、切刀板压下所形成的马蹄印大小(见图36-25),都对下序的整形、镦球有直接的影响。

由公式36-22可计算出切料长度

式中 Lo——切料长度mm V型——螺母冲孔前坯料体积(mm³)Fo——线材截面积m㎡这仅是一个计算值,实际生产中还要通过调整档料柱来修正切断长度。有时还用称重法来衡量切料是否准确,即坯料重相当于切断的料柱重。切断模的孔径应比料的最大直径大0.05~0.1mm,刀板与切断模之间的间隙为0.1mm左右。b.整形如图36-26所示,整形是把料柱的端面镦平,在下端镦(压)出1~2×45°的倒角,目的是将切料的缺陷进行修整,保证下一压球工序的质量。整形的尺寸d=do+(0.1~0.25)(mm)式中 do——线材直径mm。

c.镦球镦球是将整形后的料柱镦(压)成鼓形球状,见图36-27,它的质量影响螺母的端面、秃角、棱边的清晰和质量。在确定鼓形球几何尺寸时,按经验,在倒角40°确定的情况下,dM、h尺寸应尽可能小。这样,在压六方时,相应部位的摩擦力要小,金属在压型力的作用下,金属流动性好,容易充满六方。如果dM、h偏大,则在压六方时,不易充满六角。如果为了使六方充满而增加压型力,则螺母端面就会产生飞边。鼓形球尺寸按经验数据如下:dM=(0.7~0.8)d径Dmax≤Smin式中 d径——螺母公称直径mmDmax——鼓形球最大直径mmsmin——螺母s方最小尺寸mm根据dM、D的尺寸和螺母坯料体积,鼓形球的其它尺寸可通过计算得出:

d.压型压型,即镦压成型螺母的六方,使之满足六方螺母外形尺寸的要求。变形尺寸是否合理,直接影响产品的质量和模具的寿命。压六方的尺寸要考虑的主要因素有:六方坯在六方凹模里的脱模及下序冲孔的胀方。因此,要求螺母侧面要有一个倾斜角γ(见图36-28),其大小随规格的增加而偏大,如M10以上的螺母,γ一般取0°.30′~1°,如γ角过大,六方凹模上、下端口尺寸相差较多,会使六方下冲(又称压型下模)在套模内定位不稳,容易造成镦压螺母坯料偏心,使螺母的垂直度(β)超差,同时经冲孔胀方后s尺寸也达不到标准要求。γ取0°.30′~1°实际是由生产实际经验摸索而定的。压型除这个尺寸以外,还有很多尺寸与螺母的外形尺寸及产品的外观等有直接关系(见图36-29),表示出了螺母压型坯件的尺寸。其中,两端凹穴的几何形状尺寸很重要。d1是一个关键尺寸,偏小,冲孔容易产生毛刺;偏大,冲孔容易出现喇叭口,影响内螺纹的完整。经验数据为:<m8:d1=d小max+(0.02~0.04)mmm8~m14:d1=d小max+(0.05~0.10)mmm14~m18:d1=d小max+(010~0.15)mmm18~m24:d1=d小max+(0.15~0.30)mm式中:d小max——螺母内螺纹小径最大尺寸(mm)d=(1.05~1.1)d径式中 p="" d径——螺母公称直径(mm)<="">

d尺寸过小,不利于螺母镦压成型,不利于金属流动,六棱角不清晰;d尺寸过大,螺母支承面减小,影响外观及紧固强度。d1和d尺寸确定后,按标准螺母内倒角≈120°,一般取为106°,其原因是内倒角取小一点,按公式计算,h尺寸就可大一些,这样既可节省钢材,螺母压型时变形有利,又可缩小冲孔连皮(即冲孔冲出的铁豆)厚度,有利于冲孔。h=(d--d1)tg37° (公式36-25)凹穴中另一重要尺寸为h1和α角,它们对螺母镦压成型后,从六角凹模顶出的六方下冲有影响。h1不宜过高,过高将影响螺母六方型坯及时从六方下模冲脱开,接着下一个型坯又进入凹模,从而引起重帽,而产生故障。经验数据为:<m6:
h1<0.30mmm8~m10:h1= h1="(0.6~1.0)mmM18~M24:h1=(1.2~1.6)mm</p"">
对M20以上螺母,压型上模的h1可比下模高(0.30~0.50)mm,更有利于冷镦变形。α一般取10°~15°。h1、α确定后,d2尺寸可按下式计算凹穴顶部为一圆锥,锥角取为150°,则圆锥的角度为tg15°,整个凹穴的高度为:h2=h+h1+tg15° (公式36-27)凹穴尺寸一般不作为检验依据,由模具的尺寸来保证。上述数据依据为GB/T6170-2000标准螺母。对于其他型式的螺母不完全适用。e.冲孔冲孔尺寸大小、质量,都是为了满足下序攻螺纹的要求。螺母内孔直径一般按小径最大尺寸决定。考虑到钢材硬度要影响冲孔质量,孔径可定在螺母小径最小尺寸与最大尺寸之间,由操作者在其公差范围内灵活掌握。实际上考虑到攻丝的因素,冲孔尺寸的公差要小于小径的公差。三、冲孔必须注意的问题1 螺母冲孔后s方胀方问题冲孔实际上是对坯料进行冲切。内孔冲裁表面有冲切面还有撕裂面(图36-30)。孔冲对内孔产生的冲切力导致孔冲与内孔的接触面产生摩擦力,与孔冲向下冲切方向相反,这样形成的附加应力所导致径向张力,使s方径向扩张,即胀方。很显然,胀方的大小与孔冲刚度、刃部锋利情况有关,还与螺坯的材质有关。低碳钢比中碳钢胀方要大,普碳钢比相同含碳量的优质钢胀方要大。这可从钢材的切削性能随含碳量的增加而提高,得到解释。当然,由于钢材含碳量增加,强度增加,它对孔冲的强韧性要求也更高。此外,胀方与螺母对方尺寸(即对边宽度)s与螺母高度m的比值有关,表36-4列出了部分规格螺母冲孔后的胀方值。

即使注意到了这些问题,但往往由于螺母材质发生变化(材质为中碳钢或合金钢),一般也解决不了因胀方而使s方超差的问题,在M16及以上规格更突出。为了解决s方因冲孔胀方而超差的问题,可采取以下措施:a.减小冲孔尺寸,增加铰孔,铰孔余量在0.5~1mm;b.采用两次冲孔,第二次冲孔余量在1毫米左右。第二次冲孔不存在胀方;c.冲孔孔模前加一六方凹模片,可防止螺母s面胀方,六方凹模片厚度略高于螺母高度m,模口倒圆角,以利于坯料进入凹模。模腔要有0°10′~0°15′的出模锥度。采用此种结构,即使是六角厚螺母(GB/T56D=16,m=25;D=20,m=32;D=24,m=38),也可用冷镦生产。

表36-4 部分规格螺母冲孔后的胀方值。

镦压螺母的六方凹模要有锥度,一是使螺坯容易顶出脱模,一是补偿冲孔的胀方值,使螺母s方尺寸不因胀方而超差。如图36-31所示,M10以上γ角取0°30′~1°,随着螺母规格的增大,γ角也增大,最大不宜超过1°d.改进压六方冲头的凸台尺寸,即螺母压型后坯料两端凹穴尺寸中的h1。适当加高h1部位,即减少冲孔连皮厚度,可改善冲孔时的胀方情况,但h1不宜过高,过高对坯料脱离凸台不利,容易产生重料(即第一个坯料没脱离开,第二个坯料就来了)而造成事故。e.采用反冲孔,可解决胀方问题。2 孔的粗糙度和圆整度为了使粗糙度达到最小及得到较圆整的内孔,冷镦螺母冲孔凸凹模之间的间隙要求比一般冲裁模的间隙要小,希望孔内壁80%以上呈光亮带(参见图36-30),撕裂带不超过孔壁的20%。采用小间隙冲孔,有时会出现另一个质量问题:“槽孔”,见图36-32。“槽孔”是由于冲孔时产生二次光亮带引起的。

冲孔内孔的质量与采用冲孔凸凹模的几何形状及凸凹模间隙有关。生产中使用的冷镦螺母冲孔凹模大体有三种型式:a.凸台式冲孔凹模如图36-33所示。

这种凹模刃口部分有一凸台,适用于M12以下的中、小规格螺母冲孔用,凸凹模间隙取(0.03~0.15)mm。它的优点是冲孔时容易定位,冲出的孔断裂带少,“喇叭口”不严重。缺点是,当冲孔速度较慢时会产生“槽孔”,当更换新孔冲,孔冲的刃口较锋利时,也可能出现“槽孔”,这时,只要用砂纸将孔冲刃口砂成圆角,可在冲孔时起挤光冲切面的作用,可避免“槽孔”的出现。采用这种凹模,压六方的下冲头凸台h1不宜太高,过高,冲孔时容易产生铁屑,粘在凹模面上,使螺母端面产生压痕,影响外观。b.平直式冲孔凹模如图36-34所示,这类凹模的间隙可稍大于上述凹模,寿命也较长。缺点是:在冲孔速度较慢时容易产生毛刺,或单面撕裂一块,超过普通断裂带,有时一直延伸到螺母内倒角处,(参见图36-30),造成攻丝时扣不完整。这种现象在低强度螺母冲孔时容易发生,造成质量不稳。c.带圆角的冲孔凹模如图36-35所示,这类凹模内孔端口有一r=(2~3)mm的圆角,凸、凹模间隙可取得大一些,一般用于M14以上。缺点是冲出的孔断裂带较大,即“喇叭口”大,一般通过铰孔,使孔圆整光洁,达到尺寸要求。对低强度螺母冲孔时,也会单面撕裂到内倒角处。优点是模具寿命较长。



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