CN102189141A - 合金钢履带端联器内六方螺栓挤压成型方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于塑性成型加工领域，涉及合金钢履带端联器内六方螺栓挤压成型方法。采用锯床切割制备毛坯，保证切割端面平整；热挤压内六方孔，冲后去除毛刺；软化热处理，按软化热处理规范进行加热、保温、冷却；表面处理与润滑；冷挤压外形；切削加工，加工上、下端面、退刀槽、倒角及螺纹达到产品图纸尺寸。该方法不仅能缩短高强度合金钢履带端联器内六方螺栓的制造周期，提高制造效率和原材料利用率，降低生产成本，减轻人工劳动强度，而且能稳定、可靠地实现高强度合金钢履带端联器内六方螺栓的批量制造。

Description

合金钢履带端联器内六方螺栓挤压成型方法

技术领域

本发明属于塑性成型加工领域，涉及合金钢履带端联器内六方螺栓挤压成型方法。

背景技术

目前，基于高强度合金钢履带端联器内六方螺栓的制造方法主要有切削加工。切削加工通过下料→车端面→打中心孔→车外圆→切断→钻孔→车端面→车外形→车螺纹→拉六方孔→修毛刺等工序来实现履带端联器内六方螺栓的制造。该方法存在制造周期长、制造效率低、制造成本高、原材料浪费严重、人工劳动强度高等不足，近年随着生产规模的不断壮大，对端联器内六方螺栓的需求量非常大，年需求量在60万件左右。若继续采用切削加工方法制造内六方螺栓，则很难满足需求，难以实现高强度合金钢履带端联器内六方螺栓的批量制造。

发明内容

为克服切削加工法制造高强度合金钢履带端联器内六方螺栓时制造周期长、制造效率低、制造成本高、原材料浪费严重、人工劳动强度高等不足，本发明提供了合金钢履带端联器内六方螺栓挤压成型方法，该方法不仅能缩短高强度合金钢履带端联器内六方螺栓的制造周期，提高制造效率和原材料利用率，降低生产成本，减轻人工劳动强度，而且能稳定、可靠地实现高强度合金钢履带端联器内六方螺栓的批量制造。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是包括以下步骤：

第一步：采用锯床切割制备毛坯，保证切割端面平整；

第二步：中频加热，热挤压内六方孔，冲后去除毛刺；

第三步：软化热处理，按软化热处理规范进行加热、保温、冷却；

第四步：表面处理与润滑；

第五步：冷挤压外形；

第六步：切削加工，加工上、下端面、退刀槽、倒角及螺纹达到产品图纸尺寸。

上述第二步中内六方孔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。

上述第四步中表面处理与润滑分为三个阶段：酸洗除锈、磷化处理和皂化处理。

上述第五步中内六方螺栓外形冷挤压力选择为1200～1400KN，挤压速度为4～5mm/s。

本发明的工作原理：根据高强度合金钢履带端联器内六方螺栓的结构特点，制订出适合于挤压成型工艺的高强度合金钢履带端联器内六方螺栓挤压件图。为提高挤压件成型的稳定性，挤压件分两次成型，第一次通过热挤压成型内六方孔；第二次通过冷挤压成型外形。在热挤压成型内六方孔时，由于温度变化、氧化等因素，导致热挤压成型后内六方孔形状、尺寸与设计要求有少量偏差。因此，在冷挤压成型外形的同时，增加了一道内六方孔精整工。

本发明的有益效果：

1、基于挤压近净成型工艺制造端联器内六方螺栓，在国内尚无先例。该工艺技术先进、立意新颖，属于原创性和探索性研究。研究成果对端联器内六方螺栓的批量制造具有实质性的改进。

2、实现了高强度合金钢材料的挤压近净成型，制定了完善的挤压近净成型工艺规程，为端联器内六方螺栓的批量制造提供了一条合理、可行途径。

3、制定了合理的挤压材料软化退火处理工艺规范，为端联器内六方螺栓的批量制造奠定了现实基础。端联器内六方螺栓材料硬度高、变形抗力大、塑性较差，为降低其变形抗力，提高塑性，以便于挤压和保护模具等，挤压前必须进行软化退火处理。

4、研制出新型环保的磷化/皂化表面润滑处理方法。端联器内六方螺栓在冷挤成型过程中，其金属流动剧烈，变形量较大，金属表面要求进行良好的润滑处理以降低金属坯料和模具之间的摩擦阻力，提高模具使用寿命。

附图说明

图1是本发明的工艺流程图；

图2是热挤压模具图；

图3是冷挤压模具图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

参见图1，本发明的合金钢履带端联器内六方螺栓挤压成型方法包括：

第一步：毛坯制备：毛坯制备的好坏不仅会影响挤压件的成型质量，还会影响挤压模具的使用寿命。因此，下料时必须保证毛坯切割端面平整、圆度小于0.5mm、平面度不大于0.6mm。本项目采用锯床切割制备毛坯，毛坯端面质量能达到挤压要求。

第二步：热挤压内六方孔：热挤压过程中，坯料温度、挤压力和挤压速度对挤压成型质量的影响很大。温度太高，坯料挤压后表面氧化严重；温度太低，坯料变形抗力大，对模具损耗大。因此，必须将坯料加热到一个合理的温度区间。综合试验结果考虑，内六方孔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。

第三步：软化热处理，端联器内六方螺栓材料强度高、变形抗力大、形变硬化敏感性十分强烈。因此挤压前应采用合理的软化热处理工艺，以降低材料的变形抗力，提高塑性，减少形变硬化敏感性，退火后坯料硬度仅为HB155～165。

第四步：表面处理与润滑，挤压时坯料产生剧烈的塑性变形，单位挤压力很大，特别是钢的挤压，最大单位挤压力可达2500MPa。在这么高的单位压力下，如果没有良好的润滑，坯料容易与模具型腔焊合，导致挤压力急剧增加，使模具使用寿命大大下降。在很高的单位压力下，一般所涂刷的润滑剂会被完全挤掉，起不到润滑作用。因此在挤压前，需要对毛坯进行表面处理，以获得表面支承层，以便在后续润滑处理时，起到储存润滑剂的作用。

本项目内六方螺栓挤压毛坯表面处理与润滑分为三个阶段：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。

第五步：冷挤压外形：在内六方螺栓外形冷挤压过程中，对挤压成型质量影响重要的两个工艺参数是挤压力和挤压速度。综合试验结果考虑，内六方螺栓外形冷挤压力选择为1200～1400KN，挤压速度为4～5mm/s。根据试验分析结果，项目组对端联器内六方螺栓挤压工艺流程、工艺参数进行了调整和优化，最终实现了全部工艺参数的优化组合，成功试制出1210个样件。

参见图2中，a)热挤压毛坯图b)热挤压工序件图c)模具结构。其中1-上模板；2-导套；3-导柱；4-定位销；5-垫板；6-凸模；7-螺钉；8-凸模固定板压板；9-压板；10-螺钉；11-下模板；12-顶杆；13-毛坯；14-凹模；15-外紧固圈。

利用梯形螺栓将热挤压模具固定在压力机上；将下好料的毛坯放入中频炉内加热到850℃，保温30min；用加热的铜块将模具预热到150～180℃；在凸模6和凹模14表面涂上油剂石墨润滑剂；把加热好的毛坯放置在凹模14内；启动压力机，对毛坯加载，使其成型；成型后，通过顶杆12将工件顶出。

参见图3中，a)冷挤压毛坯图b)冷挤压工序件图c)模具结构。其中1-上模板；2-导套；3-导柱；4-螺钉；5-凸模外套；6-凸模；7-固定板；8-下模板；9-螺钉；10-冷挤压毛坯；11-垫板；12-推块；13-顶杆；14-凹模；15-外紧固圈；16-压板

利用梯形螺栓将冷挤压模具固定在压力机上；将润滑处理好的挤压毛坯放置在凹模14内，启动压力机，对毛坯加载，使其成型；成型后，通过推块12、顶杆13将工件顶出。

根据拟订的挤压成型工艺方案，我们进行了多次挤压工艺试验，并对挤压关键工序进行了归纳总结。在制订挤压件图时，项目组对产品做了以下处理：

1)螺纹M30×1.5、圆角R5、R2放在挤压后进行机加工。

2)考虑到挤压毛坯体积存在误差，以及液压机生产时行程控制精度不高。因此，挤压成型后，在长度上预留了2～3mm的修边余量。

3)外圆尺寸

与内六方通孔尺寸

的公差要求不严，可直接挤压成型。因此，可不留加工余量或留极少量的加工余量。

根据端联器内六方螺栓结构特点和制定的挤压工艺方案，设计、制造出两套挤压模具。模具上下部分采用导柱导套导向，以保证模具对中精度。模具采用了通用模架，只需调换凸模、凹模、垫块、顶杆等关键零件就可以做相互通用，既降低了模具制造成本，又提高了模具的利用率。为防止凹模在挤压过程中，产生横向和纵向裂纹，凹模部分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。模具工作部分材料选用高速钢W6M05Cr4V2。该材料碳化物颗粒细小、分布较均匀，当其热处理硬度达到60HRC左右时，不仅具有高强度、高硬度和高耐磨性，还具有良好的韧性，能够满足端联器内六方螺栓挤压成型的需要。

项目组对试制出的螺栓进行了抽样检测。检测结果表明，产品外形尺寸、表面粗糙度均符合图纸设计要求；硬度为HRC40～42，符合图纸设计要求。解剖渗透探伤测试，未发现裂纹、流线折叠缺陷。

Claims (4)

1.合金钢履带端联器内六方螺栓挤压成型方法，其特征在于包括以下步骤：

第一步：采用锯床切割制备毛坯，保证切割端面平整；

第二步：中频加热，热挤压内六方孔，冲后去除毛刺；

第三步：软化热处理，按软化热处理规范进行加热、保温、冷却；

第四步：表面处理与润滑；

第五步：冷挤压外形；

第六步：切削加工，加工上、下端面、退刀槽、倒角及螺纹达到产品图纸尺寸。

2.如权利要求1所述的合金钢履带端联器内六方螺栓挤压成型方法，其特征在于：上述第二步中内六方孔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.如权利要求2所述的合金钢履带端联器内六方螺栓挤压成型方法，其特征在于：上述第四步中表面处理与润滑分为三个阶段：酸洗除锈、磷化处理和皂化处理。

4.如权利要求3所述的合金钢履带端联器内六方螺栓挤压成型方法，其特征在于：上述第五步中内六方螺栓外形冷挤压力选择为1200～1400KN，挤压速度为4～5mm/s。

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