1、 本科 毕业 设计 (论文 ) （二零 届） 大扁头方颈螺栓的成型工艺分析与模具设计 所在学院 专业班级 械设计制造及其自动化 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 大扁头方颈螺栓的成型工艺与模具设计 I 摘 要 本文针对大扁头方颈螺栓进行了成型工艺上的分析，以及对其成型模具的设计。 在前期查阅大量的参考文献的基础上， 初步了 解 标准件的应用、分类及各种制造方法 。并且根据相关文献确定了 大扁头方颈螺栓 的成型 工艺， 最终通过 锻 -挤组合形式来对螺栓进行模具设计。在算料时，算出坯料的高径比，根据镦粗的规则，确定了螺栓的制造工艺。工艺路线可分为以下几个工位，第一工位是对坯料进行
2、聚料，来满足终镦的锻件，然后通过镦 -挤组合形式来实现螺栓的头部和颈部的成型。 由于第二工位可以有飞边产生，最后需要切边工艺。镦 -挤过程 的本质是利用金属材料所具有的塑性，在工具或模具作用下施加外力，使金属发生塑性变形，从而获得具有一定形状、尺寸以及力学性能的零件或毛坯的工艺 方法。 关键词 ：螺栓；塑性变形；镦 -挤；方颈 II The molding process analysis and mold design of the large oval head square neck bolt Abstract For the large oval head square neck bo
3、lt, this paper has a analysis of the moulding process and the design of the moulding mode. On the basis of reading a large number of reference previously, it is aiming to understand the application of the standard component, the classification and various manufacturing methods. It goes to determine
4、the moulding process of the large oval head square neck bolt according to the relevant literature and ultimately has a mold design to the bolts through the Upset-extruding combination forms. When calculating the material, it goes to calculate the slenderness ratio of the blank and ensure the manufac
5、turing process of the bolts according to the rules of the upsetting. The process route can be divided into the following several stations. The first station is to have a material accumulation of the blank to meet the forgings of the final heading. Then through the Upset-extruding combination forms,
6、it goes to realize the moulding of the bolts head and neck. Because the second station can have the overlap, finally it needs the trimming process. The essence of the Upset-extruding process is using the plastic of the metal material to make the metal happen a plastic deformation under the action of
7、 the tools or mold force. At last, it obtains the process method of the parts or blanks which is owning the certain shape, size and mechanical properties. Keywords: bolts, plastic deformation, upset-extruding, party neck III 目录 摘 要 . I Abstract . II 1 绪论 . 错误 !未定义书签。 1.1课题的来源 . 错误 !未定义书签。 1.2课题的意义 .
8、 2 1.3模具的发展现状及趋势 . 2 1.4螺栓工艺的最新研究成果及其动态 . 2 1.5课题研究的主要内容 . 4 2大扁头方颈 螺栓的工艺分析 . 4 2.1算料 . 4 2.2下料 . 7 2.3加热 . 10 2.4金属的塑性变形 . 12 2.5螺栓的成型工艺 . 14 3模具设计 . 18 3.1设备的选择 . 18 3.2 模腔的材料选择 . 18 3.3 主要模具设计 . 19 3.3.1 聚料模具 . 21 3.3.2 终锻 -挤模具 . 22 结论 . 24 参考文献 . 25 致谢 . 26 附录 . 27 大扁头方颈螺栓的成型工艺与模具设计 1 1 绪论 1.1 课
9、题的来源 据统计，在家电、玩具等轻工行业，近 90的零件是 靠模 具生产的 ；在飞机、汽车、农机和无线电行业，这个比例也超过 60。例如飞机制造业，某型战斗机模具使用量超过三万套，其中主机八千套、发动机二千套、辅机二万套。从产值看， 80年代以来，美、日等工业发达国家模具行业的产值已超过机床行业，并又有继续增长的趋势。据国际生产技术协会预测，到 2000年，产品尽件粗加工的 75%、精加工的 50将由模具完成；金属、塑料、陶瓷、橡胶、建材等工业制品大部分将由模具完成， 50以上的金属板材、 80以上的塑料都特通过模具转化成制品 9。 采用模具 来 生产零部件，具有生产效率高、质量好、成本低 、
10、节约能源和原材料等一系列优点， 用模具生产制件所具备的高精度、高复杂程度、高一致性、高生产率和低消耗，是其他加工制造方法所不能比拟的。 已成为当代工业生产的重要手段和工艺发展方向。现代经济的基础工业。现代工业品的发展和技术水平的提高，很大程度上取决于模具工业的发展水平，因此模具工业对国民经济和社会发展将起越来越大的作用。 1989 年 3月国务院颁布的关于当前产业政策要点的决定中，把模具列为机械工业技术改造序列的第一位、生产和基本建设序列的第二位 (仅次于大型发电设备及相应的输变电设备 )，确立模具工业在国民经济中 的重要地位 4。 同时因为我们学院 与海盐诸多知名标准件生产企业建立了合作项目
11、 浙江海盐标准 件 科技创新服务平台建设， 本次 设计以此项目为依托，以典型标准件 -大扁头方颈螺栓为研究对象，分析确定成型工艺，设计成型用模具。 1.2 课题的意义 针对大扁头方颈螺栓 ，又属于标准件的范畴。标准件 是应用最广泛的机械基础件。随着我国 2001 年加入 WTO并步入国际贸易大国的行列。我国标准件产品大量出口到世界各国、世界各国的标准件产品也不断涌入中国市场。标准件作为我国进出口量较大的产品之一，实现与国际接轨，对推动中国标准件企业走向 世界，促进标准件企业全面参与国际合作与竞争，都具用重要的显示意义和战略意义。 大扁头方颈螺栓的成型工艺与模具设计 2 1.3 模具的发展现状及
12、趋势 据不完全统计，全国现有模具专业生产厂、产品厂配套的模具车间（分厂）近 17000家，约 60 万从业人员，年模具总产值达 200亿元人民币。但是，我国模具工业现有能力只能满足需求量的 60左右，还不能适应国民经济发展的需要。目前，国内需要的大型、精密、复杂和长寿命的模具还主要依靠进口。据海关统计， 1997年进口模具价值 6.3亿美元，这还不包括随设备一起进口的模具； 1997 年出口模具仅为 7800 万美元。目前我国模 具工业的技术水平和制造能力，是我国国民经济建设中的薄弱环节和制约经济持续发展的瓶颈。 1997年以来，又相继把模具及其加工技术和设备列入了当前国家重点鼓励发展的产业、
13、产品和技术目录和鼓励外商投资产业目录。经国务院批准，从 1997年到 2000 年，对 80 多家国有专业模具厂实行增值税返还 70%的优惠政策，以扶植模具工业的发展。所有这些，都充分体现了国务院和国家有关部门对发展模具工业的重视和支持。目前全世界模具年产值约为 600 亿美元，日、美等工业发达国家的模具工业产值已超过机床工业，从 1997年开始，我国模具 工业产值也超过了机床工业产值 8。 模具行业是一种技术密集、资金密集、附加大量需要，又具有较高技术含量的模具。特别是目前国内尚不能自给，需大量进口的模具和能代表发展方向的大型、精密、复杂、长寿命模具应是模具产业发展的重点。作为模具标准件的种
14、类、数量、水平、生产集中度等都应随其发展。目前，我国模具生产厂家多数是自产自配采取 “ 大而全 ” 、 “ 小也全 ” 的组织形式；而国外模具企业多数采取的是“ 小而专 ” 、 “ 小而精 ” 走模具标准化的生产形式，除需要加工成型凸、凹模以及一些板件之类的专用件以外，其余均采用协作加工形式，即标 准件的采购。 1.4 螺栓工艺的最新研究成果及其动态 冷镦是在常温下，利用金属的塑性，采用冷态力学进行施压或冷拔，达到金属固态变形的目的 。 冷镦技术作为一种少切削精密塑性成形工艺，具有切削加工无可比拟的优点，它在金属零件的制造过程中起着十分重要的作用 。 冷镦时金属材料要产生变形和加工硬化，在进行
15、急剧塑性变形的过程中会产生大量的热，这在很大程度上影响了冷镦模具的寿命，降低了产品的制造精度 。 同时在冷镦过程中润滑油会不同程度地产生油烟 、 油雾 。 冷镦机持续在高温 、 高速 、高冲击的工况下运转，对关键零部件进行有效的润滑冷却，不 但能带走摩擦接触面的杂质和热量，起到冷却和清洗摩擦面的作用，而且可以减小摩擦面之间的摩擦和损耗，保证机器设备的安全运行 。 冷镦工艺对原材料的质量要求较高。采用冷镦工艺制造紧固件 ,效率高、质大扁头方颈螺栓的成型工艺与模具设计 3 量好、用料省、成本低。紧固件及冷冲压件是采用冷镦成型工艺生产的 ,在冷镦过程中 ,零件的变形量很大 ,约 60% 85% ,而
16、且大多一次成型 ,因此要求冷镦钢具有很高的塑性 ,冷镦变形抗力小 ,不产生裂纹、裂缝等缺陷 ,加工硬化率低 ,同时要求冷镦钢材具有高的表面质量。 冷镦性能是冷镦钢的重要性能之一 ,对于冷镦钢变形要具有尽可能小的阻力和尽 可能高的变形能力。为此 , 一般要求冷镦钢的屈强比为 0.50 0.65,断面收缩率大于 50%,此外 ,为避免在冷镦时表面开裂 ,要求钢材表面质量良好 ,同时钢材的表面脱碳要尽可能小 。 大扁头方颈螺栓的工艺路线：第一次聚料，第二次挤方镦头；聚料直径方颈尺寸的 1.21.4倍。二次冷镦时先正挤方颈后镦头，因为颈部分是正挤压，充满完好。如图 1-1 所示 图 1-1 冷镦工艺用
17、模具 5 1.5 课题研究的主要内容 本课题的主要内容是大扁头方颈螺栓的制造工艺的确定以及模具的设计，包括零件的工艺分析、 设计绘制锻件图、 模具类型的确定、 确定变形工步及中间坯料尺寸，计算原坯料尺寸的确定 等 。 写出文献综述、外文翻译和开题报告。最后的目的 设计大扁头方颈螺栓成型用模具 并且 画出零件图、装配图。 大扁头方颈螺栓的成型工艺与模具设计 4 2 工艺分析 2.1 算料 锻造算料的基本原理是体积不变定律。即：锻造变形前的坯料体积和锻造变形后的锻件体积相等。实质上这个定律本身 并不严密，因为金属在锻造过程消除了气孔、缩孔、疏松等缺陷会使体积缩小；又因为加热时的氧化喝烧损也会使锻件
18、体积小于原坯料的体积。在锻造过程中，为了使锻件成形，还会产生轴端切头、冲孔连皮、模锻飞边等多余的工艺废料，所以坯料的体积应大于锻件的体积。可写成： 烧损工艺锻件坯料 VVVV （ 2-1） 式中 坯料V -坯料的体积； 锻件V -锻件的体积； 工艺V -因轴端切头、冲孔连皮、模锻毛边等形成的工艺废料的体积之和； 烧损V -因加热时的氧化和烧损的体积。 表 1大半头方颈螺栓的主要尺寸 （ mm） 螺纹规格 d M6 M8 M10 M12 M16 M20 M24 b L 125 18 22 26 30 38 46 54 200l125 28 32 36 44 52 60 dk max 15.1 1
19、9.1 24.3 29.3 36.6 45.6 53.9 min 13.3 17.3 22.16 27.16 34 43 50.8 k1 max 4.4 5.4 6.4 8.45 10.45 12.55 17.55 min 3.6 4.6 6.6 7.55 9.55 11.45 16.45 k max 3.48 4.48 5.48 6.48 8.9 10.9 13.1 min 2.7 3.6 4.6 5.6 7.55 9.55 11.45 Ss max 6.30 8.36 10.36 12.43 16.43 20.52 24.52 min 5.84 7.8 9.8 11.76 15.76 19
20、.72 23.72 r min 0.5 0.5 0.5 0.8 1 1 1 R 11 14 18 22 26 32 34 x max 2.5 3.2 3.8 4.3 5 6.3 7.5 l 2060 2080 30100 35100 50120 60200 80200 大扁头方颈螺栓的成型工艺与模具设计 5 表 2 全螺纹半圆头方颈镦锻比对照表 标准 直径 半圆头直径 材料直径 镦锻比 GB14 美制 DN603 M6 1/4 M6 9.02.14 79.003.14 55.016 0 02.022.5 0 02.04.5 0 02.022.5 3.8 3.6 4.7 根据毕业设计的要求我选取
21、的大扁头螺栓是 d=M6、公称长度 L=30m m，标记 :螺栓 GB14 图 2-1 锻件图 3 尺寸如图 2-1所示， 根据表 1所列， M12的相关尺寸选取如下： b=18mm， dk =14.2mm， k1 =4.0 mm， k=3.40mm， Ss =6.20mm， r=0.5mm， x=1.8mm， L=30mm， SR=11， d=5.22mm 再根据公式 1-1计算螺栓的毛坯， 在不考虑 因加热时的氧化和烧损的体积情况下 球缺体 (例如半圆头 )的体积计算 ： V头= ）（ 3hh2 R （ 2-2） 头部体积，根据公式 2-1： V头部 = V球缺体 + 飞边V = 2.72
22、 (11- 37.2 )+4 182 x 0.7 = 231.20+ 178.04 =409.24(mm3 ) 大扁头方颈螺栓的成型工艺与模具设计 6 方颈及螺纹部分体积： V=Sh+ ）（ h-L2R （ 2-3） =6.22 3.4+3.14 2.612 （ 30-3.4） =130.70+568.97=699.67(mm3 ) 坯料体积 :V坯料 =409.24+699.67=1108.91(mm3 ) 用料直径 D= 5.6（ mm） 坯料长度 L=2D4V=26.514.3 91.11084 =45.05（ mm） （ 2-4） 头部用料长度 H0 =2D4头部V =26.514.3 24.4094 =16.62（ mm） 大扁头方颈螺栓在进行工艺分析时，需要满足螺栓的结构参数，如表 3 所示。 表 3螺栓的结构参数 材料 钢 通用技术条件 标准 GB/T 16938 螺纹 公差 8.8 级为 6g，其余为 8g 标准 GB/T 193,GB/T 196,GB/T 197 机械性能 等级 4.6、 4.8、 8.8 标准 GB/T 3098.1 公差 产品等级 按 C 级 标准 GB/T 3103.1 表面处理 不经处理 镀锌钝化 GB/T 5267 热镀锌 GB/T 13912 表面缺陷 GB/T 5779.1 和 GB/T 5779.3 验收及包装 GB/T 90
