六角头螺栓的成型工艺分析与成型模具设计.docx
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六角头螺栓的成型工艺分析与成型模具设计
六角头螺栓的成型工艺分析与成型模具设计
（,,,,届）本科毕业设计六角头螺栓的成型工艺分析与成型模具设计I
摘要本次设计的课题是六角头螺栓的成型工艺分析与成型模具设计。
六角头螺栓
属于紧固件，在各个领域都有广泛应用。
在设计过程中，通过查阅大量资料、手册、
期刊等，结合教材上的知识对锻造模具有了系统的认识，拓宽了视野，丰富了知识，
为将来独立完成模具设计积累了一定的经验。
设计过程包括设计准备、六角螺栓的
制造工艺确定、模具设计、零件图的绘制和毕业设计论文的完成等五个环节。
其中，
六角螺栓的制造工艺确定和模具设计是重要环节。
在六角头螺栓工艺的确定过程
中，主要对螺栓的算料、下料，尤其是加热规范进行了详细的分析，并且对六角的
成型工步进行了计算。
在整个模具设计过程中，使用一模三腔的形式，涉及到了锻
件的结构设计、平锻机的选择、镦粗比的确定、分型面的确定及型槽分布，其中，
对锻件的局部镦粗规则进行的详细的分析，从而更准确的制造出模具的形状。
在模
具设计过程中主要运用了UG6.0模块来完成整个设计工作，此外还利用了
AutoCAD2004软件进行装配图及零件图的绘制。
关键词:
螺栓;加热规范;模
锻;局部镦粗IIHexheadboltformingprocessanalysisandmolddesignAbstractThissubjectofthisdesignisaboutthemoldingprocessanalysisofthehexheadboltanditsmolddesign.Hexagonheadboltsarefastenerswidelyusedinvariousfields.DuringthedesigningprocessthroughaccessingtoalargeamountofdatamanualsandjournalsIhaveasystematicknowledgeofforgingcombinedwiththetextualknowledgewhichhelpstobroadenthehorizonandenrichtherelatedknowledgeofmolddesign.Itenablesmetoaccumulatesomeexperienceofmolddesigninordertoaccomplishindependentlythedesigninthefuture.Therearetotallyfiveproceduresincludingdesignpreparationamanufacturingprocesstodeterminethehexboltsmolddesignpartmappingandthecompletionofdesigningthesis.Amongtheminthehexagonalboltmanufacturingprocessthemainoperationisthecalculationoftheboltmaterialcuttingespeciallyadetailedanalysisofheatingrules.Whatsmoretheworkofthehexagonformingstepwerecalculated.Intheentiremolddesignprocessbyusingamodelwiththreecavitieswhichrelatestothestructuraldesignofforgingmachineselectionoftheflatforgingratiodeterminationofupsettingdeterminationofpartinganddistributionofgroove.Moreoveramoredetailedanalysisoftherulesforforgingslocalupsettingiscarriedoutthusamorecorrectshapeofthemoldisacquired.InthemolddesignprocessthefunctionoftheUG6.0moduleisappliedtocompletethewholedesign.InadditionthesoftwarecalledAutoCAD2004isusedforassemblyandpartdrawing.Keywords:
Bolts;
HeatingSpecifications;Forging;UpsettingIII目录摘
要...........................................................................................................................
IIAbstract........................................................................................................................
III1绪论............................................................................................................................1
1.1课题的来源......................................................................................................11.2课
题的意义......................................................................................................11.3锻造工
艺的相关研究的最新成果及动态......................................................21.4课题研究的
主要内容......................................................................................52螺栓的成形工艺分
析.................................................................................................62.1六角头螺栓成形方
案设计.............................................................................62.2六角头螺栓成型工
艺………………………………………………………..62.2.1材料的选
择.........................................................................................72.2.2算
料.....................................................................................................72.2.3下料.....................................................................................................92.2.4坯料加热...........................................................................................112.2.5锻造温度范围...................................................................................132.2.6加热规
范...........................................................................................143锻模设计...................................................................................................................163.1锻模选料........................................................................................................163.2设备选择........................................................................................................163.3局部镦粗规则................................................................................................173.4分型面确定....................................................................................................213.5锻模设计........................................................................................................223.5.1锻模模块选择...................................................................................223.5.2型槽分
布...........................................................................................233.5.3模壁厚度...........................................................................................243.5.4模块尺寸...........................................................................................25结
论..............................................................................................................................27参考文献......................................................................................................................28致谢..............................................................................................................................29附录..............................................................................................................................30IV六角头螺栓的成型工艺分析与成型模具设计1绪论1.1课题的来源我院与海盐诸多知名标准件生产企业建立了合作项目—浙江海盐标准间科技创新服务平台建设，本设计以此项目为依托，以典型标准件-六角螺栓为研究对象，分析确定成型工艺，设计成型用模具。
模具作为工业产品的重要基础工艺装备。
是工业生产中不可缺少的技术工具。
模具在很大程度上决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力，所以模具不仅直接影响工业产品的水平。
也是衡量一个国家工业化程度和机械制造业技术水平的重要标志之一1。
，主要是因为汽近年来，我国模具标准件的生产和销售形势是“产销两旺”车工业的发展和国家“十一五”规划确定要以重化工业为重点的拉动。
根据对部分模具标准件企业的书面调查，2007年与2004年相比，产量平均增长37（6,，销售额平均增长39.66,。
模具标准件是模具的重要组成部分，是模具的基础构件。
模具标准化程度和应用的水平是衡量现代模具整体技术水平的重要指标，也是模具工业发展中不可忽视的重要环节之一。
我国模具标准件的生产，在80年代初才形成小规模的生产，模具标准化程度及标准件的使用覆盖面约占20,（从市场上能配到的也只有约30个品种，且仅限于中小规格。
目前，国内已有较大产量的模具标准件，其主要是模架、导向件、推杆、推管、弹性元件等。
这些产品不但国内配套需求量大，出口前景也十分看好，应大力发展。
氮气弹簧、翅片冲孔凸凹模、热流道元件等主要还是依靠进口，应在现有的基础上提高水平（形成标准并组织规模化生产。
1.2课题的意义通过六角头螺栓的成型工艺分析与成型模具设计这个课题学习模具设计的一般方法，了解和掌握常用模具整体设计、零部件的设计过程和计算方法，培养正确的设计思想和分析问题、解决问题的能力，特别是总体设计和计算的能力。
综合运用热锻模课程和其它有关选修课程的理论及生产实践的知
识去分析和解决模具设计问题，并使所学专业知识得到进一步巩固和深化。
通过计算和绘图，学会运用标准、规范、手册、图册和查阅有关技术资料等，培养模具设计的基本技能，可以掌握锻造工艺，熟悉各种锻造设备，熟悉掌握计算机操作以及了解UG软件的应用，并具有机械设计及制造等综合知识。
11.3锻造工艺的相关研究的最新成果及动态随着科学技术的不断进步和工业生产的迅速发展，许多新技术，新工艺，新设备，新材料不断涌现，进一步提高锻件的性能指标;同时缩短了生产周期，降低了成本，使之在竞争中处于优势地位。
锻造是一种借助工具或模具在冲击作用下加工金属机械零件或零件毛坯的方法。
锻件的最大优势是韧性高、纤维组织合理，件与件之间性能变化小;锻件内部质量与加工历史有关，不会被任何一种金属加工工艺超过。
锻件的优势是由于金属材料通过塑性变形后，如锻消除了内部缺陷，（焊）合空洞，压实疏松，打碎碳化物，非金属夹杂并使之沿变形方向分布，改善或消除成分偏析等，得到了均匀、细小的低倍和高倍组织。
而铸造工艺得到的锻件，尽管能获得较准确的尺寸和比锻件更为复杂的形状，但难以消除疏松、空洞、成分偏析、非金属夹杂等缺陷;机械加工方法获得的零件，尺寸精度较高，表面光滑，但金属内部流线往往被切断，容易造成应力腐蚀，承载拉压交变应力的能力较差。
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2。
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3。
六角头螺栓的头部成形是一种体积成形问题，弹性变形远远小于其塑性变形，因此可以将材料视为刚塑性材料。
研究采用刚塑性有限元法对六角头螺栓2六角头螺栓的成型工艺分析与成型模具设计的头部成形过程进行模拟，得到成形过程中的工件温度变化、材料流动情况、应力应变分布变化情况、模具受力情况，具体了解了六角头螺栓的头部变形行为。
对成形过程中可能出现的缺陷——折叠和裂纹进行了预测，通过改进预成形模具的形状尺寸，可以防止折叠的产生。
六角头螺栓头部采用模具成形时，需要根据螺栓长度和头部尺寸精确下料，并精确计算模具行程，这种成形工艺对加工设备提出了较高的精度要求4。
螺栓的头部大都采用镦锻成形，即在可锻温度下利用专用模具使坯料发生塑性变形并充填模具型腔来实现头部的成形其一种成形原理如图1所示。
之所以采用模具镦锻的方法进行螺栓的头部成形，除了提高成形效率外，还可以使金属材料的晶粒流
线不被破坏，提高螺栓的强度，尤其是动强度。
图1六角头螺栓头部成形原理图螺栓还可以在用在3工位自动冷镦机上进行冷切挤成形，如图2所示，然后车掉冷切挤形成的余料。
3预镦模具精镦模具图2冷切挤压成型冷切挤成型的特点:
1因在切挤过程中，两下模之间金属的厚度很薄，要求切挤上模具必须用抗冲击、热硬性好的材料LD制造，热处理硬度控制在HRC50—55，以免在生产过程中变形、开裂。
切挤模如图3所示。
2因在切挤过程中易产生粘上模现象，上模采用蝶形弹簧装置来实现上模顶出。
3上、下模顶杆与型腔之间在保证滑动合理的前提下尽量减小间隙以避免头部端面及杆部末端产生纵向毛刺。
4困产品对头部、杆部同轴度要求较高，同时目测无法检查同轴度，必拟制作专用同轴度检具，以保证产品的质量。
图3挤切模具1.上模套2.切挤模3.蝶形弹簧4.上摸顶针5.下模6.下模顶针六角头螺栓头部采用模具成形时，需要根据螺栓长度和头部尺寸精确下料，并精确计算模具行程，这种成形工艺对加工设备提出了较高的精度要求。
4六角头螺栓的成型工艺分析与成型模具设计DEFORM是一套基于有限元的工艺仿真系统可对金属的各种成形工艺和热处理工艺进行仿真和计算并按用户要求返回计算结果。
在计算机上模拟整个加工过程可以实现:
1生产工具在加工中受力、受热变形过程的模拟仿真和有限元分析计算有助于模具的修改部分地替代实际试验2加工材料在加热、变形过程的模拟仿真和有限元计算有助于进行材料的力学性能分析缩短5新产品的开发周期。
1.4课题研究的主要内容本课题的研究内容是对六角头螺栓成型工艺进行分析，然后模具整体方案设计，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;然后进行模具整装配图和模具主要零件的设计;最后编写设计毕业论文。
52螺栓的成形工艺分析2.1六角头螺栓成形方案设计
（1）用车床车削六角头螺栓如图4首先选取一根六角头棒料，然后对应的进行毛坯下料，接着车出圆杆部分，然后对六角头就行精车，最后在车出螺纹。
下料车圆杆精车六角头车螺纹图4车削成型
（2）用模具对螺栓进行成型如图5选取相应的圆棒料，经过对体积的计算，用下料模具进行下料，然后进行毛坯加热，接着放入锻造模具经过三个工步对六角头螺栓进行成型。
最后用滚丝机就行滚压并进行锻后的表面清理。
下料自由镦预锻终锻滚丝锻后处理图5模具成型以上两个方案比较，由于螺栓的生产是大批量的，而车床车削螺栓不仅用时大，而且效率低。
模具是一种高效率的工艺装备，在工业生产中，用模具进行各种材料的成形，可实现高速度的大量生产，并能在大量生产条件下稳定的保证制件的质量，同时，具有节约原材料、制件成本低廉等有点。
所以六角头螺栓的成型用模具成型更好。
2.2六角头螺栓成型工艺
（1）材料的选择根据M16六角螺栓要求性能等级为5.6，即螺栓材质公称抗拉强度达500MPa级;螺栓材质的屈强比值为0.6;螺栓材质的公称屈服强度达500×0.6300MPa级。
查《简明锻工手册》表2-16，可选用40号优质碳素结构钢，直径为16mm的圆钢。
（2）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6六角头螺栓的成型工艺分析与成型模具设计轴端切头、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。
可写成式（2-1）:
V坯料V锻件V工艺V烧损（2-1）式中V坯料—坯料的体积;V锻件—锻件的体积;V工艺—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;V烧损—因加热时的氧化和烧损的体积。
物体的重量等于体积乘以密度，如果金属在锻造前后的密度相同，体积不变定律也可以看成是重量不变定律。
前式又可写成式（2-2）:
G坯料G锻件G工艺G烧损（2-2）计算出锻件的体积或重量，再确定工艺余料和烧损量的大小。
选定使用坯料的规格后，就可以用体积不变定律的基本公式计算出下料长度。
如果不需要知道锻件或坯料的真实重量，只是为了计算下料长度，就不必考虑各种材料密度不同的影响。
用对普通钢质锻件的计算方法计算出各种钢铁及有色金属的下料长度。
也可以使用算料盘进行计算。
M16六角头螺栓尺寸如图6。
图6M16六角头螺栓尺寸V锻件πr2ls六角头k根据图得:
l70mm，r8mm，kmax10.75mm，kmin9.25mm，k10mm，7s六角头440mm23故V锻件18797.2mmV工艺V锻件×δ1.
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