CN102554108A - 一种深内六方孔螺栓的冷墩成型方法及专用模具 - Google Patents

一种深内六方孔螺栓的冷墩成型方法及专用模具 Download PDF

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罗华庚
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Abstract

本发明提供深内六方孔螺栓的冷墩成型方法，适于加工孔深与孔径比大于1倍以上的内六方孔螺栓，深内六方孔螺栓的冷墩成型方法是通过使用专用成型模具，经过初镦、镦制内六方预成形凹坑和最终内六方成型步骤完成较深内六方孔螺栓的冷镦成型的。专用成型模具包括阳模、内六方冲头和阴模三部分，所述阳模由阳模模芯(1)和阳模模套(2)组成，阳模模芯(1)压入阳模模套(2)内，阳模模套(2)的中心位置有一与阳模模芯(1)同轴的通孔；所述内六方冲头的头部端面为圆锥体，后部为六方体，从圆锥体过渡到六方体处，有一个韧带区L1；所述阴模的中心位置有一同轴的台阶状通孔，前部孔径小，后部孔径大，前后两孔之间设有韧带区L2。

Description

一种深内六方孔螺栓的冷墩成型方法及专用模具
技术领域
本发明涉及到一种双线螺栓的冷墩成型模具，特别适用于加工较深内六方孔螺栓。
背景技术
双线螺栓用于飞机的仓口盖处，属一种快速连接方式。主要用于民用航空领域和军用航空、航天等领域。现以1Q/J10-0049-1开槽螺栓为例，选用的材料为40CrNiMoA，目前的加工工艺路线为：车削-车削(去凸头)-磨削-热镦-磨削-车削-车削(平头部端面并打孔)-冲孔(内六方)-……，采用这种方法加工的螺栓，由于螺栓头部的六方孔深度较深，一般孔的深度是六方尺寸的1倍以上，加工时，头部的金属流线被切断，从而影响产品的强度和其它机械性能的要求，而且内六方底孔处有多余堆积物，表面处理后内六方底部发黑，影响产品的美观。此外，加工较深内六方孔螺栓零件，如果采用普通的冷墩方法，在加工过程中，零件会从阴模中带出，粘在阳模上，无法正常加工，而且会把模具打坏，甚至造成机床的损坏。
发明内容
所要解决的技术问题
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种加工孔深与孔径比大于1倍以上的较深内六方孔螺栓的冷镦成型方法及专用模具。
技术方案
本发明所述深内六方孔螺栓的冷墩成型方法是通过使用专用成型模具，经过初镦、镦制内六方预成形凹坑和最终内六方成型步骤完成较深内六方孔螺栓的冷镦成型的。
1、冷墩成型方法：
采用冷镦成形方法加工孔深与孔径比大于1倍以上的较深内六方孔螺栓零件，其工艺步骤为：
(1)、坯料尺寸的确定
坯料的直径尺寸主要考虑在冷墩时，零件杆部不变部分应该能够较容易放入模具，而头部在镦制过程中变形部分有可以形成零件的最终的尺寸，经过反复计算，采用本发明所述镦制方法，其头部的镦锻比在0.8～0.9之间，因此，所选择的坯料直径尺寸应等于螺栓最终的杆径的80～90％。
(2)、初镦
将毛坯镦出略带锥形的球头体，其目的是整形由于切料时造成的凸凹不平痕迹。
(3)、镦制内六方预成形凹坑
将初镦毛坯送至本发明所设计的专用阴模和阳模之间，通过阳模的运动把毛坯推入阴模型腔内进行挤压，镦制出中心深度约0.2～0.6mm、直径最大处比待成型零件的头部直径小0.5～1mm、直径开口角度120°的内六方预成形凹坑。在阴、阳模的作用下，在头部镦出内六方预成形凹坑，其目的是在内六方成形时，便于金属流动，为最后内六方成形减少阻力，降低内六方冲头负荷。
(4)、内六方成型
通过本发明所设计的专用冲头的运动把毛坯在阴模型腔内进行挤压，挤出孔深与孔径比大于1倍以上的较深内六方孔凹穴。在此工序中，为了防止在镦制过程材料粘在专用冲头上被带出，，需要在阴模的型腔留出一定的空间膨胀，因此，专用阴模的型腔内有一个扩大孔。在此工序中，在专用阴、阳模和冲头的作用下，完成内六方成型，确保产品尺寸合格。
2、成型模具
本发明所述深内六方孔螺栓的冷墩成型模具主要包括阳模、内六方冲头和阴模三部分。
所述阳模由模芯和模套组成，阳模模芯压入阳模模套内，阳模模套的中心位置有一与阳模模芯同轴的通孔，用于放置顶杆，这样可以通过顶杆方便地将阳模模芯从阳模模套内取出。阳模模芯端面设有凹坑，凹坑开口的直径最大处比待成型零件的头部直径小0.5～1mm，凹坑中心设有突出的锥型头部，该锥型头部的锥度为120°。
所述内六方冲头选用的材料为合金钢，冲头的头部端面为圆锥体，其锥度为120°，后部为六方体，从圆锥体过渡到六方体处，有一个韧带区L1，该韧带区L1的作用主要是为了减小冲击过程中的阻力，韧带区L1一般设置为0.6～1.2mm，此外，为了提高冲头的表面硬度，在冲头的工作区域L部分的表面采用镀钛处理。
所述阴模的中心位置有一同轴的通孔，该通孔为台阶孔，前部孔d1的孔径小，后部孔d2的孔径大，两孔孔径之差为0.04～0.06mm，前后两孔之间设有韧带区L2，该韧带区L2的长度一般设为1.5～3.0mm之间(见图5)。这种设计方法是由于加工较深内六方孔时，由于孔的深度是六方尺寸的1倍以上，加工时，内六方冲头与零件内六方孔之间的摩擦力若大于零件从阴模中拔出的拉力，就会造成零件从阴模中被带出，粘在阳模上，无法正常工作。本发明将阴模中的通孔设计成台阶孔，加大了阴模后部的孔径，零件在镦制过程中，其后端杆部的变形在大孔内膨胀，零件就不会从阴模中被带出了。
有益效果
采用冷镦加工工艺和采用机械加工工艺相比较，其最大优点是头部的金属流线未被切断，从而提高产品的强度和其它机械性能指标。内六方底孔处无多余堆积物，消除因表面处理后造成的内六方底部发黑现象，产品的外表美观。
本发明的加工方法在简化加工工序的同时保证了产品的加工质量，缩短生产周期，提高生产效率，降低生产成本和工人的劳动强度。同时也为生产此类产品的冷镦成型模具及加工方法开辟一条新路。
附图说明
图1是双线螺栓零件示意图；
图2是图1的左视图；
图3是本发明所述阳模结构示意图；
图4是本发明所述内六方冲头结构示意图；
图5是本发明所述阴模结构示意图；
图6是本发明所述双线螺栓零件初镦后的形状示意图；
图7是本发明所述双线螺栓零件内六方预成形凹坑镦制后的形状示意图；
图8是本发明所述双线螺栓零件内六方成型后的形状示意图。
图中：1-阳模模芯，2-阳模模套，3-阴模前模芯，4-阴模后模芯，5-阴模外套，L1-内六方冲头上的韧带区，L2-阴模型腔内台阶孔的韧带区，d1-阴模型腔内台阶孔的前部孔，d2-阴模型腔内台阶孔的后部孔，L-内六方冲头的工作区域。
具体实施方式
实施例1
现以加工双线螺栓1Q/J10-0049-1为例。从图1和2可以看出，此种产品的内六方孔很深，内六方孔的深度为5±0.24mm，六方尺寸为孔深是内六方尺寸的1.4倍。以前是机械加工方法得到内六方尺寸，现采用在冷镦机上冷镦成形方法进行加工。
首先进行模具的设计：
阳模，由阳模模芯1和阳模模套2组成。阳模模芯1选用的材料为Cr12MOV，要求达到热处理硬度为HRC58～62°；阳模模套2选用的材料为工具钢(T10A)或弹簧钢制造(65Mn)，要求达到热处理硬度为HRC45～50°。阳模模芯1端面设有凹坑，凹坑开口的直径最大处开口为Φ9.3mm，凹坑中心设有突出的锥型头部，该锥型头部的锥度为120°，锥型头部最大直径为Φ5.2mm，圆弧部分有倒圆，如图3所示。
内六方冲头，选用的材料为W6Mo5Cr4V2合金钢，热处理HRC64～66，冲头的头部端面为圆锥体，其锥度为120°，后部为六方体，韧带区L1设置为1mm，在内六方冲头的工作区域L部分的表面采用镀钛处理。如图4所示。
阴模在设计时，主要考虑加工的六方孔深度较深，阴模设计成分体结构，以便于维护时的拆卸，因此阴模由前模芯3、后模芯4和外套5组成，阴模前模芯3和阴模后模芯4均压入阴模外套5内，通过阴模外套5组合成一体，阴模前模芯3选用的材料为合金材料GY20或YG25，硬度达到HRA≥87，阴模后模芯4选用的材料为Cr12MoV，硬度达到HRC58～62，阴模外套5选用的材料为30CrMnSiA，硬度达到HRC36～42，在阴模前模芯3、阴模后模芯4的中心位置有一同轴的通孔，该通孔为台阶孔，前部孔d1孔径Φ6.28mm，后部孔d2孔径Φ6.3mm，两孔孔径之差为0.02mm，前后两孔之间设有韧带区L2，该韧带区L2的长度设为2.5mm，(见图5)。
双线螺栓的具体加工过程如下：
(1)、坯料尺寸的确定
坯料的直径尺寸主要考虑在冷墩时，零件杆部不变部分应该能够较容易放入模具，而头部在镦制过程中变形部分有可以形成零件的最终的尺寸，经过反复计算，采用本发明所述镦制方法，其头部的镦锻比在0.8～0.9之间，因此，所选择的坯料螺栓头部镦锻比为0.86，螺栓的杆径尺寸为按上述原则，选择坯料直径为
Figure BSA00000400613700052
(2)、初镦
将毛坯镦出略带锥形的球头体，其目的是整形由于切料时造成的凸凹不平痕迹。
(3)、镦制内六方预成形凹坑
将初镦毛坯送至本发明所设计的专用阴模和阳模之间，通过阳模的运动把毛坯推入阴模型腔内进行挤压，镦制出中心深度约0.2～0.6mm、直径最大处比待成型零件的头部直径小0.5～1mm、直径开口角度120°的内六方预成形凹坑。在阴、阳模的作用下，在头部镦出内六方预成形凹坑，其目的是在内六方成形时，便于金属流动，为最后内六方成形减少阻力，降低内六方冲头负荷。
(4)、内六方成型
通过本发明所设计的专用冲头的运动把毛坯在阴模型腔内进行挤压，挤出孔深与孔径比为1.4倍的内六方孔凹穴。在此工序中，在专用阴、阳模和冲头的作用下，完成内六方成型，确保产品尺寸合格。
采用冷镦加工工艺和采用机械加工工艺相比较，其最大优点是头部的金属流线未被切断，从而提高产品的强度和其它机械性能指标。内六方底孔处无多余堆积物，消除因表面处理后造成的内六方底部发黑现象，产品的外表美观。本发明的加工方法在简化加工工序的同时保证了产品的加工质量，缩短生产周期，提高生产效率，降低生产成本和工人的劳动强度。同时也为生产此类产品的冷镦加工工艺及模具设计开辟一条新路。

Claims (6)

1.深内六方孔螺栓的冷墩成型方法，适于加工孔深与孔径比大于1倍以上的内六方孔螺栓，其特征在于：该冷墩成型方法工艺步骤为
(1)、确定坯料尺寸，坯料的直径尺寸等于螺栓最终杆径的80～90％；
(2)、初镦，将毛坯镦出略带锥形的球头体，对由于切料时造成的凸凹不平痕迹进行整形；
(3)、镦制内六方预成形凹坑，将初镦毛坯送至本发明所设计的专用阴模和阳模之间，通过阳模的运动把毛坯推入阴模型腔内进行挤压，镦制出中心深度约0.2～0.6mm，直径开口角度120°的内六方预成形凹坑；
(4)、内六方孔成型，通过本发明所设计的专用冲头的运动把毛坯在阴模型腔内进行挤压，挤出孔深与孔径比大于1倍以上的内六方孔凹穴，最终完成内六方孔成型。
2.深内六方孔螺栓的冷墩成型模具包括阳模、内六方冲头和阴模三部分，其特征在于：所述阳模由阳模模芯(1)和阳模模套(2)组成，阳模模芯(1)压入阳模模套(2)内，阳模模套(2)的中心位置有一与阳模模芯(1)同轴的通孔；所述内六方冲头的头部端面为圆锥体，后部为六方体，从圆锥体过渡到六方体处，有一个韧带区L1；所述阴模的中心位置有一同轴的台阶状通孔，前部孔径小，后部孔径大，前后两孔之间设有韧带区L2。
3.根据权利要求2所述的深内六方孔螺栓的冷墩成型模具，其特征在于：所述阳模模芯(1)端面设有凹坑，凹坑开口的直径最大处比待成型零件的头部直径小0.5～1mm，凹坑中心设有突出的锥型头部，该锥型头部的锥度为120°。
4.根据权利要求2所述的深内六方孔螺栓的冷墩成型模具，其特征在于：所述内六方冲头头部端面圆锥体锥度为120°，韧带区L1的长度为0.6～1.2mm。
5.根据权利要求2或4所述的深内六方孔螺栓的冷墩成型模具，其特征在于：所述内六方冲头选用的材料为合金钢，在冲头的工作区域表面采用镀钛处理。
6.根据权利要求2所述的深内六方孔螺栓的冷墩成型模具，其特征在于：所述阴模台阶状通孔前后两孔孔径之差为0.04-0.06mm，韧带区L2的长度为1.5～3.0mm。
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