专利名称：U型螺栓及其预成型设备、弯制设备、调质处理方法
技术领域：
本发明涉及紧固连接件技术领域，更具体地说，它涉及一种U型螺栓及其预成型设备、弯制设备、调质处理方法。
背景技术：
U型螺栓通常用于机动车紧固连接件，通常采用圆钢材料，在螺栓的两端部设置带有外螺纹的螺纹部，螺纹部与专用螺母配合，从而实现不同部件的紧固连接。目前，U型螺栓的螺纹部与非螺纹部的截面统一为圆形，该种U型螺栓与连接件的接触方式为线接触，接触面积小，常出现连接不紧的情况。
发明内容
为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种与连接件接触面积较大的U型螺栓，从而提高U型螺栓连接稳定性。本发明还提供上述U型螺栓的预成型设备、弯制设备、调质处理方法。本发明解决其技术问题的技术方案是:一种U型螺栓，包括两侧互相平行的直柱段、连接两直柱段的弯段，所述直柱段上设有螺纹部，螺纹部的外壁上设有外螺纹，所述弯段包括位于中部的扁平部、连接扁平部与两侧直柱段的过渡弧部。所述扁平部的截面为矩形。所述扁平部为直径为R的弧形钢段。所述扁平部是由2000t油压机采用冷压工艺将棒料压扁后，再弯制成型的。所述扁平部的弧度为100-180°C之间。一种U型螺栓的预成型设备，包括油压机及压型模具、待加工的棒料，所述压型模具置于油压机的工作平台上，所述棒料置于压型模具内，所述压型模具包括上模板和下模板；设置在上下模板之间的、且位于棒料中部的上压型模和下压型模；设置在上下模板之间的、且位于棒料两侧部的夹持装置；作用于棒料两端面上的弹力装置；所述夹持装置包括上压料块、下支承座，由所述上压料块、下支承座的相对面合拢形成棒料两侧部的容置腔，所述下支承座固定在下模板上方，所述上压料块与上模板活动连接，所述上压料块上设有弹簧腔，所述弹簧腔内设置有弹性体，所述弹性体的一端面置于弹簧腔的底面且可在垂直方向上伸缩变形。一种U型螺栓的弯制设备，包括弯制模具和压力机，所述弯制模具包括凸模、凹模，所述凹模固定在静模座上，凸模设置在动模座上，所述动模座由压力机驱动，还包括支撑腔，所述支撑腔贯穿动模座及凹模，所述支撑腔内设有顶杆，顶杆连接氮气弹簧装置。一种U型螺栓的调质处理方法，将U型螺栓放入高温炉中加热至840—870度并保温I小时，将保温后的螺栓放入水中冷却，然后再置于回火炉中加热至500— 550度高温中回火2小时
本发明的有益效果是:通过对非螺纹部局部压扁处理，U型螺栓与连接部件的接触从线接触改变为面面接触，其局部圆弧段的平面度达到设计要求，能与轴管良好接触，接触面积达95%以上。增加了 U型螺栓与连接件的接触面积，有效防止连接不紧的情况。目前普通工艺制成的同类型螺栓硬度为HB220——250，而本发明的U型螺栓通过冷压成型，制成的40Cr材质的U型螺栓，其硬度已达到HB310——330。螺栓等级为4.9级。本发明的U型螺栓外观良好，无起皮粗糙现象。本发明的U型螺栓生产国产化，使产品成本大幅降低，单件产品可下降17美金，为企业带来极大经济效益。
图1是本发明的U型螺栓结构主视图。图2是本发明的U型螺栓立体图。图3是本发明的U型螺栓预成型设备结构示意图。图4是本发明的U型螺栓弯制设备结构示意图。
具体实施例方式下面以用于半挂车车车轴与悬挂连接的U型螺栓为例，结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步详细说明。如图1、图2所示，本发明U型螺栓由棒料6加工成型，包括两侧互相平行的直柱段31、连接两直柱段的弯段，所述直柱段上设有螺纹部33，螺纹部的外壁上设有外螺纹，所述弯段包括位于中部的扁平部32、连接扁平部与两侧直柱段的过渡弧部。所述扁平部32的截面为矩形。所述扁平部32为直径为R的弧形钢段。所述扁平部32是由2000t油压机采用冷压工艺将棒料压扁后，再弯制成型的。所述扁平部32的弧度为100-180°C之间。本发明的U型螺栓的加工工艺这样的:
将直径为25cm的钢棒，车外圆至直径为21cm——圆钢棒料两边滚丝——置于本发明的预成型设备内预成型，使棒料的中部压成扁平形状——弯制，并设置一定的U形开口余量(7mm)—调质处理一校正。本发明的预成型设备使预成型的U型螺栓具有一表面平整的弧形段，在该弧形段，螺栓与车轴轴体面面接触，改变以往线面接触的方式，使两者接触更充分，连接力更强。本发明采用2000T油压机(经计算，为实现高精度的棒料成型效果，至少需1500T以上的油压机冷压成型)。棒料先置于预成型设备内时，棒料两侧由上压料块、下支承座所夹持，而两端面则由压柱和压簧所压紧，使它的纵向中心线与上、下压型模的中心线重合。上压型模的下端两边是斜面过渡，构成上压型模下端的凸起部，这个凸起部正对准了待加工金属棒的中部，正是需压扁成型的区域。当棒料刚置于压型模具内时，棒料的中部与两侧直径相同，因此，棒料把上压型模、连同上垫板、上模板抬起一定高度，当油压机启动后，随着油压机把上模板往下压，上模固定板与上压料块间距离越来越小，直至压合在一起，此时，压制过程结束，棒料的中部也在强大的压力下加工为扁平形状，从而形成扁平部、连接扁平部与两侧直柱段的过渡弧部。而在压扁过程中，棒料会被压长，在棒料两端设置弹力装置可使得棒料两侧压长变形量保持一致，使扁平区域始终保持在中部位置上。棒料6的预成型设备参见图3，U型螺栓预成型设备，包括油压机(图中未示出)及压型模具、待加工的棒料6，所述压型模具置于油压机的工作平台上，所述棒料6置于压型模具内，所述压型模具包括上模板8和下模板I ;设置在上下模板I之间的、且位于棒料6中部的上压型模10和下压型模13 ;设置在上下模板I之间的、且位于棒料6两侧部的夹持装置；作用于棒料6两端面上的弹力装置。所述夹持装置包括上压料块11、下支承座4，由所述上压料块11、下支承座4的相对面合拢形成棒料6两侧部的容置腔，所述下支承座4固定在下模板I上方，所述上压料块11与上模板8活动连接，所述上压料块11上设有弹簧腔，所述弹簧腔内设置有弹性体，所述弹性体的一端面置于弹簧腔的底面且可在垂直方向上伸缩变形。所述弹力装置包括定位销座3、压簧、压柱，所述定位销座3固定在下支承座4上，所述压簧内置于定位销座3且一端抵压在定位销座3的压板12上、另一端抵压在压柱14上，所述压柱14分别压在棒料6的两端面上。在所述上模板8与上压型模10之间设有上垫板7，在所述下模板I与下压型模13之间设有下垫板2。在上垫板7与上压料块11之间还设有上模固定板17，在下垫板2与下支承座4之间还设有下模固定板16。所述上模固定板17上设有与所述上压料块11内的弹簧腔相适配的通孔，所述弹性体的一端穿过所述通孔且抵压在上垫板7的底面上。还包括限位螺栓9，所述限位螺栓9穿过所述上模板8、上垫板7、上模固定板，将所述上模板8与上压料块11活动连接。所述限位螺栓9分别设置在弹性体的两侧。所述弹性体是钢制的弹簧5。压扁成形后的坯件再置于弯制成型设备上弯制成形。从而得到本发明的U型螺栓。见图4，本发明的U型螺栓弯制设备，包括弯制模具和压力机，所述压力机采用1500t以上的油压机，其中，弯制模具包括凸模、凹模22，所述凹模22固定在静模座27上，凸模设置在动模座I上。动模座21由压力机驱动。还包括支撑腔，所述支撑腔贯穿整个动模座27及设置其上的凹模22，直抵棒料6。支撑腔内设有顶杆25，顶杆25连接氮气弹簧装置。在凹模22的底部与静模座27的上部设有多个定位销29，使凹模22与静模座定位且紧固连接，氮气弹簧装置安装于一筒形容腔内，内部设有氮气弹簧导正环28。氮气弹簧24的氮气缸上方设置活塞26，活塞26与顶杆25连接。氮气缸连接氮气气源，从而保证足够氮气压力。凸模外形为口袋形，下部宽于上部，在模具的1/3高度处为宽度最大。因此，可弯制稍向内弯的U型螺栓，以便于下工序处理，人机保证成品精度。弯制成型的工艺流程如下:
I)合模。压力机驱动动模座向下移动，使凸模、凹模22渐渐合拢，在凹模22上方的棒料6与凸模接触、并被凸模下压从中部逐步变形，形变的顺序从中间局部向两侧发展。当棒料变形至被凸模、凹模22所互相夹紧时，棒料被弯压成U形。2)顶杆25在合模过程中被下压，沿支撑腔向下滑行至最低位。3) U型螺栓成形后，压力机卸压，动模座向上移动，向下方向的压力消失，顶杆25受到氮气弹簧24向上的推力，跟随凸模向上走，并因此使棒料依旧紧贴凸模向上走，直至毛坯件离开凹模22，此时顶杆25沿支撑腔向上滑行至最高位。4)取出U型螺栓，弯制成型结束。在弯制成型的过程中，顶杆的扶持力由氮气弹簧提供且力值恒定。倘若顶杆的支持力由普通弹簧提供，则随着普通弹簧的压缩或形变，其支持力不断变化，不利于弯制成型。本发明采用氮气弹簧使弯制后的螺栓跟随模具一起上行至离开静模后才脱模，脱模过程不影响U型螺栓的开口宽度，且氮气弹簧具有体积小、弹力大、行程长、工作平稳，制造精密，使用寿命长等优点，弹力曲线平缓，工作过程不需要预紧，它作为模具的一部分参加工作，可以在系统中很方便实现压力恒定，因而简化了弯制的模具设计和制造，方便模具安装和调整，延长模具的使用寿命，使弯制设备具有柔性性能。U型螺栓机械加工成型后进行调质处理，调质的工艺路线是淬火一回火，详细如下:将螺栓放入高温炉中加热至840—870度并保温I小时，将保温后的螺栓放入水中冷却，然后再置于回火炉中加热至500— 550度高温中回火2小时。将工件取出校正。
权利要求
1.一种U型螺栓，包括两侧互相平行的直柱段、连接两直柱段的弯段，所述直柱段上设有螺纹部，螺纹部的外壁上设有外螺纹，其特征在于:所述弯段包括位于中部的扁平部、连接扁平部与两侧直柱段的过渡弧部。
2.根据权利要求1所述的U型螺栓，其特征在于:所述扁平部的截面为矩形。
3.根据权利要求1所述的U型螺栓，其特征在于:所述扁平部为直径为R的弧形钢段。
4.根据权利要求1所述的U型螺栓，其特征在于:所述扁平部是由2000t油压机采用冷压工艺将棒料压扁后，再弯制成型的。
5.根据权利要求1-4任一项所述的U型螺栓，其特征在于:所述扁平部的弧度为100-180°C之间。
6.根据权利要求1所述的U型螺栓的预成型设备，其特征在于:包括油压机及压型模具、待加工的棒料，所述压型模具置于油压机的工作平台上，所述棒料置于压型模具内，所述压型模具包括上模板和下模板；设置在上下模板之间的、且位于棒料中部的上压型模和下压型模；设置在上下模板之间的、且位于棒料两侧部的夹持装置；作用于棒料两端面上的弹力装置；所述夹持装置包括上压料块、下支承座，由所述上压料块、下支承座的相对面合拢形成棒料两侧部的容置腔，所述下支承座固定在下模板上方，所述上压料块与上模板活动连接，所述上压料块上设有弹簧腔，所述弹簧腔内设置有弹性体，所述弹性体的一端面置于弹簧腔的底面且可在垂直方向上伸缩变形。
7.根据权利要求1所述的U型螺栓的弯制设备，其特征在于:包括弯制模具和压力机，所述弯制模具包括凸模、凹模，所述凹模固定在静模座上，凸模设置在动模座上，所述动模座由压力机驱动，还包括支撑腔，所述支撑腔贯穿动模座及凹模，所述支撑腔内设有顶杆，顶杆连接氮气弹簧装置。
8.根据权利要求1所述的U型螺栓的调质处理方法，其特征在于:将U型螺栓放入高温炉中加热至840— 870度并保温I小时，将保温后的螺栓放入水中冷却，然后再置于回火炉中加热至500— 550度高温中回火2小时。
全文摘要
本发明公开一种U型螺栓及其预成型、弯制设备及调质处理方法，U型螺栓包括两侧互相平行的直柱段、连接两直柱段的弯段，所述直柱段上设有螺纹部，螺纹部的外壁上设有外螺纹，所述弯段包括位于中部的扁平部、连接扁平部与两侧直柱段的过渡弧部。本发明通过对非螺纹部局部压扁处理，U型螺栓与连接部件的接触从线接触改变为面面接触，其局部圆弧段的平面度达到设计要求，能与轴管良好接触，接触面积达95%以上。增加了U型螺栓与连接件的接触面积，有效防止连接不紧的情况。
文档编号B21D22/02GK103206444SQ20131008331
公开日2013年7月17日 申请日期2013年3月15日 优先权日2013年3月15日
发明者吴志强, 钟斌桓, 欧阳冬 申请人:广东富华工程机械制造有限公司