高強(qiáng)度內(nèi)六角螺栓的生產(chǎn)工藝

高強(qiáng)度內(nèi)六角螺栓的生產(chǎn)工藝

用于車輛、機(jī)械、建筑等行業(yè)的高強(qiáng)度內(nèi)六個角螺釘，采用40rc、35rc和其他材料制成。它對每年都有很高的需求。目前，生產(chǎn)中常用的形成工藝有兩種：一種是采用小直徑桿材料，通過螺旋錐體和內(nèi)六個角的擠壓形成。另一種是由收縮直徑、頭部直徑和內(nèi)六個角的擠壓而成的大直徑桿材料。生產(chǎn)實踐表明，沖擠后六個角的邊緣通常斷裂（圖1），殘品率大于10%。對于超過100m0的內(nèi)六個角螺釘，由國產(chǎn)高強(qiáng)度材料制成，其角度斷裂更加突出。因此，我們必須研究高強(qiáng)度材料的形成極限，提高產(chǎn)品的質(zhì)量，增加經(jīng)濟(jì)效益。這是國內(nèi)外冷塑行業(yè)必須盡快研究和解決的重要課題。1d變形區(qū)材料切向分流的計算由圖1可知,當(dāng)六邊形凸模擠入圓柱形凹模時,凸、凹模之間的間隙是不變的,即間隙與凸模擠入深度無關(guān),而高強(qiáng)度材料成形時,變形阻力又很大.因此,在成形中六邊形凸模下擠壓出的金屬,在流向凸、凹模間隙時,可視為沿徑向均勻流出的(見圖2).根據(jù)體積不變條件,凸模下行距離S在其端面下擠出的金屬形成的側(cè)壁高度取單元變形區(qū)為dθ,則在凸模下行距離S時,凸模端面dθ變形區(qū)擠出的單位體積為而R與r之間的dθ變形區(qū),在滿足側(cè)壁高度H的情況下,需要的金屬體積為這時,可以發(fā)生以下三種情況:a.dV1>dV2,則多余的金屬體積dV(dV=dV1-dV2)向dθ變形區(qū)兩邊切向分流;b.dV1<dV2,將會發(fā)生鄰近的金屬流入dθ變形區(qū),dθ區(qū)材料受到切向的壓縮作用;c.dV1=dV2,變形區(qū)dθ材料不產(chǎn)生切向流動.可見,上述第一種情況產(chǎn)生切向拉伸變形,引起材料開裂的可能性最大.因此,為研究dθ變形區(qū)材料向兩邊切向分流,設(shè)Vθ為變形區(qū)dθ材料在θ方向(切向)的位移量,則切向流出的金屬體積應(yīng)為,令,得設(shè)Vθ(ρ,θ)=f1(ρ)f2(θ),則若取,則得,由(2)式,可得若滿足函數(shù)f1(ρ)=αρ+b,則得α=R2/(R2-r2),b=0,故有由(3)式可知,材料位移量Vθ隨角度θ增大而增加,當(dāng)θ→θ0時,即在六邊形角部附近,Vθ最大;切向應(yīng)變εθ也隨之增大.若內(nèi)六角成形時,設(shè)角部裂紋方向與凸模下行方向相垂直,取,則有根據(jù)體積不變條件,得ερ+εθ=0,由(3),(4)式,當(dāng)ρ=R時,邊界條件Vρ=0,得因此,在θ=θ0處(即六邊形角部),有等效應(yīng)變?nèi)〗浦?有由(6),(7)式看出,在θ=θ0處的應(yīng)變值ερ,εθ和,都與ρ值有關(guān),當(dāng)ρ增大時,應(yīng)變值逐步減小,當(dāng)ρ=r時,即在角部邊緣處,應(yīng)變達(dá)最大值.若角部材料向兩邊均勻分流,則有角部最大應(yīng)變2壓縮性能的方向選用35CrMoA等高強(qiáng)度材料,分別制成高徑比H/D為1.2,1.4,1.6,1.9和2.1的圓柱形試件,在表面繪制網(wǎng)格后,置于200噸材料試驗機(jī)的模具內(nèi)進(jìn)行壓縮實驗,直至表面出現(xiàn)裂紋為止.試件采用分步壓縮,得應(yīng)變εθ=ln(ω/ω0),ε2=ln(h/h0),eρ=-(εθ+εz),增量應(yīng)變dεθ=ln(ωn/ωn-1),dεz=ln(hn/hn-)1,dερ=-(dεθ+dez),式中,ω為寬度方向的網(wǎng)格尺寸,h為高度方向的網(wǎng)格尺寸.根據(jù)實驗結(jié)果,可作出各高徑比H/D下的εθ-εz,或εθ-ερ曲線,如圖3所示.圖3中α為未經(jīng)拉拔的35CrMoA材料壓縮時,切向應(yīng)變εθ與徑向應(yīng)變ερ、軸向應(yīng)變εz的變化關(guān)系.可以看出,εθ隨εz,ερ增加而變化,材料破裂時的εθ與ερ(或εz)成線性關(guān)系,即εθf=αερf+b(α,b為常數(shù)).破裂線以上區(qū)域為危險區(qū),以下區(qū)域為安全區(qū).圖3中b為經(jīng)過拉拔(斷面縮減率25%)的35CrMoA材料的εθ與ερ,εz變化關(guān)系,經(jīng)回歸處理可知,破裂時也為線性關(guān)系.與圖3中α相比,可以看出,經(jīng)過拉拔的材料破裂應(yīng)變,比未經(jīng)拉拔的要高,而各高徑比試件的破裂點也是不同的,H/D愈大,破裂點愈高,有利于防止或減少材料開裂.同理,將未經(jīng)拉拔的35CrMoA高強(qiáng)度材料,分別制成H/D=1.5,1.25,1.0和0.75試件,在模具內(nèi)進(jìn)行局部鐓粗實驗,直至頭部出現(xiàn)裂紋為止,并記下各H/D試件不同壓縮階段的應(yīng)變εθ,εz和破裂應(yīng)變εθf、εzf,得εθ與εz,ερ變化關(guān)系,如圖3中c所示.可以看出,εθ-εz,或εθ-ερ也近似呈線性關(guān)系,與圖3中α相比,其破裂線略高于完全鐓粗時的破裂值.為便于使用,可作簡化處理,將完全鐓粗時的破裂應(yīng)變視為極限破裂應(yīng)變,其誤差不大于5%.圖3中的虛線,為35CrMoA材料在粗糙墊板下壓縮時的ε0與εz的變化關(guān)系,其破裂線與光滑墊板下壓縮時破裂線c幾乎重合.因此,可用破裂線c視為未經(jīng)拉拔的35CrMoA材料在不同摩擦條件下壓縮時的破裂極限.3材料拉拔工藝的研究對于高強(qiáng)度內(nèi)六角螺栓,以θ0=π/6代入(8)式,可得成形時角部材料的最大應(yīng)變?yōu)楦鶕?jù)國家標(biāo)準(zhǔn),將高強(qiáng)度內(nèi)六角螺栓頭部的主要尺寸,代入(9)式,得各螺栓成形時角部材料的最大應(yīng)變值,如表1所示.若將表中所列各ερmax,εθmax值標(biāo)于圖3的35CrMoA材料的極限破裂線上,可以看出,各內(nèi)六角螺栓成形時角部材料的最大應(yīng)變值,均在經(jīng)過拉拔的35CrMoA材料極限破裂線以下的安全區(qū),成形時一般不會發(fā)生角部開裂.但是,對于未經(jīng)拉拔的35CrMoA材料來說,表1所示的ερmax,εθmax值均在其破裂線附近,對于M10以上的螺栓,其ερmax,將超過破裂線,進(jìn)入危險區(qū),使角部材料破裂,產(chǎn)生廢品.為此,選用高強(qiáng)度材料制造內(nèi)六角螺栓時,材料的預(yù)處理——拉拔工藝及其拉拔量將是材料開裂的關(guān)鍵問題,這已為生產(chǎn)實踐所證實.4材料的拉拔分析由35CrMoA等材料制成的高強(qiáng)度內(nèi)六角螺栓成形時,角部材料的最大應(yīng)變ερmax,εθmax,與未經(jīng)拉拔的35CrMoA材料的破裂極限十分相近,因此,成形前