紧固件生产中，针对大规格、变形复杂的紧固件出现的毛坯镦锻缺陷和设备缺陷，根据金属塑变理论，探讨一种用温镦工艺制造紧固件的方法。

 

　　1、引言

 

　　标准紧固件广泛地应用机械、电气、汽车、交通运输、航空航天等国民经济各个领域。随着紧固件制造的专业化、规模化，紧固件行业已逐渐成为国民经济的基础工业行业，并逐步实现了自动化生产。现在紧固件国家标准已逐渐与国际标准接轨，这就对紧固件的制造提出了更高的要求。目前，最先进的制造方法是冷镦工艺。冷镦联合机也从两工位、三工位发展到了五工位，实现了自动化、高效化。但是，由于金属材料在常温下发生塑性变形时的较大抗力及冷作硬化的特性，在制造大规格、大变形的螺栓和螺母时设备的镦锻能力受到限制。因此，传统的热镦工艺仍在一定范围内应用，以补充冷镦工艺的不足。在生产实践中我们深切地感受到，一些大规格的螺栓、螺母不能用冷镦设备生产，而用热镦工艺又存在着污染严重、加热产生氧化成造成脱炭的问题。

 

　　根据《金相学》和金属材料：“塑变”理论，我们在解决螺栓、螺母内部组织不均匀、氧化皮多、脱炭等问题的时候，发现在金属材料“兰脆”点以上，“再结晶”点以下的某个温度范围比较理想，在这个温度范围内对金属材料的镦锻称之为温镦。温镦工艺应用于紧固件生产中，解决了大规格，大变形螺栓、螺母的制造质量问题。

 

　　2、镦锻工艺

 

　　2.1冷镦工艺

 

　　(1)根据金属塑变理论，在常温下对金属坯料施加一定的压力，使之在模腔内产生塑变，按规定的形状和尺寸成型。

 

　　(2)必须选优质“塑变”良好的金属材料，如铆螺钢，其化学成分和机械性能有严格的标准。

 

　　(3)冷镦螺栓、螺母成型机械已有多型号、多系列的机种。设备性能可靠、效率高、产品质量稳定。

 

　　(4)产品成型镦锻力大，配置动力在，设备一次投入大。因此生产规格M24以下最为经济。

 

　　(5)有较好的表面质量，较高的尺寸精度。因在镦锻过程中存在着冷作硬化，变形量不宜太大。减少开裂。

 

　　(6)冷镦工艺适用范围于批量大、规格较小的产品，这样才能降低成本。

 

　　2.2热镦工艺

 

　　(1)把金属材料加热到再结晶温度以上进行的金属材料塑变过程，称之为热镦。由于加热装置一般采用燃煤反射炉、重油炉等炉膛烘热的方法，坯料温度不易控制、受热不均匀、加热时间长、容易造成过烧、氧化脱炭，这是成型件质量差的主要原因。

 

　　(2)镦锻力只是冷镦力的1/4~1/3，选用公称压力较小的设备即可。

 

　　(3)模腔冷却困难。模具承受毛坯100℃左右的温度，冷却不到的地方容易软化、开裂，造成模具损坏。

 

　　(4)坯料受热膨胀，模具内腔尺寸不易掌握。

 

　　2.3温镦工艺

 

　　金属材料加热到“兰脆”区温度以上再结晶温度以下时的镦锻过程称为温镦。对于中碳钢来说，如45钢，250℃~350℃为兰脆区，再结晶温度为950℃，因此，温镦范围在400℃~600℃为宜。含碳量高的金属材料可提高到650℃。

 

　　(1)在这个加热区域内，抗拉强度明显下降、伸长率上升、塑变性较好、弹性模具减少。

 

　　(2)由于以上特点，成型镦锻力只比热镦时略高，镦锻比放大了。

 

　　(3)选用节能环保型电加热装置，温度容易控制、加热速度可调。

 

(4)对现有设备稍加改装就行，可获得与冷镦制作同样的外观质量。

3.采用温镦工艺生产六角头螺栓

　　3.1设备选型

　　(1)选择KDG-25型可控硅电阻加热装置，容量25kVA，电压380V。该装置设8个调节档位，在金属坯料加热时，根据坯料直径和规定的加热时间选择档位，在金属坯料加热时，根据坯料直径和规定的加热时间选择档位，这样坯料加热温度和时间可以很好的控制。其加热原理是：低电压、大电流通过坯料需加热区域，电阻产生热量，由公式Q=I2Rt可计算出发热量。

　　(2)选择J123-160压力机或Z47-16冷镦机，改装模具即可。

　　3.2模具设计

　　模具材料先用3Cr2W8V硬质合金，使用原装模具，模腔孔径放大0.11mm~0.12mm，六方尺寸放大0.12mm。

　　3.3润滑剂

　　选用固体极压剂与耐热油混合使用，使模具内腔摩擦力减小并达到冷却模具的作用。

　　3.4实践举例

　　(1)成型工件：M27×100六角螺栓毛坯

　　(2)毛坯材料：碳钢45

　　(3)加热温度：600℃±20℃

　　(4)加热方式：将电极夹持在需加热区域两端，选择适当档位，将四件坯料串联布置，使每件坯料局部电压力1/4V，电流相同。当分别升温至200℃、400℃、600℃时分三次通断电(踩脚踏板)，每次取600℃的毛坯送入压力机夹钳并补进一个常温毛坯，完成毛坯从冷件(常温)——温件(200℃)——预热件(400℃)——热件(600℃)——出料、补料的加温过程。达到迅速升温、防止“滋火”的目的。整个升温过程符合逐步升温、减小温差的操作规范。

　　(5)将“热件毛坯”送入压力机夹钳，由压力机镦锻成型。操作中，可根据压力机工件节拍调整加热装置的档位，使加热与镦锻工序节拍一致。

　　4分析

　　(1)采用电热装置提高了能源利用率。如燃烧炉热效率15%~25%，电阻加热装置热效率65%~80%。

　　(2)基本消除了氧化脱碳的影响。燃烧炉氧化烧损率6%~7%，电加热氧化烧损率比燃煤炉小0.15%。

　　(3)镦锻力大致相同。温镦、热镦是冷镦锻力的1/4~1/3。

　　(4)成型件变形充分，表面光洁，无氧化脱碳。

　　生产实践证明，温镦工艺不仅能保证制作的加工质量，又能做到普材优用，减少了冷镦时精选材料的困难，成品率高，模具寿命延长。目前，正在进行不锈钢温镦成型的研究，作为对冷镦工艺的一个重要补充，温镦工得到广泛地应用，具有良好的前景。