一种超大头长杆螺栓制造方法与模具结构的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于冷镦成型与紧固件加工制造技术领域，涉及一种超大头长杆螺栓制造方法；特别适用于镦锻比> 4.5时超大头长杆螺栓制造。
【背景技术】
[0002]众所周知，镦锻比是坯料需要变形的长度与坯料直径的比，一般材料镦锻比达3时，镦粗容易产生双鼓形，镦锻比大于3，坯料易产生失稳纵向弯曲；镦锻比过大超4.5，镦锻坯料出现纵弯现象，压扁后出现夹层，造成产品的缺陷。
[0003]对于镦锻比> 4.5时的超大头长杆螺栓，通常采取增大材料规格，加粗螺栓杆部直径，增加车工序来完成螺栓的加工。在专利申请201210291040.7《螺栓的加工方法及所用模具》的【背景技术】中也述及采用的方法是:细长螺栓加工多采用先热镦螺栓头部，得到螺栓头部符合尺寸要求的螺栓毛坯，再在车床上车削螺杆，得到所需精度和尺寸要求的光螺杆，再在光螺杆上进行螺纹加工，得到成品螺栓。缺点是生产效率低，有屑加工材料利用率低。
[0004]已知的专利申请201210291040.7《螺栓的加工方法及所用模具》开公的细长螺栓加工方法是不同于本发明的一种热镦加工制造方法。缺点是热镦能耗大、生产制造成本高。
[0005]镦粗较大变形量，一般采用尽可能大的变形比，同时避免金属纤维纵向弯曲；通常在镦粗模端部增加一个圆柱形定位导向型腔，以增加坯料在变形中的稳定性；在一定范围内定位腔高度增大，定位导向作用增强，消除镦锻侧弯；但圆柱形定位导向型腔使坯料粘膜倾向加大；《金属加工(冷加工)》2014年05期论文《螺栓冷镦缺陷分析与模具改进》中披露了现有冷镦技术，圆柱形定位导向夹持高度在1.8-2.3之间；镦粗较大变形量时，圆柱形定位导向型腔高度小，定位导向不稳；缴锻比1.6—2.4时，脱模斜度为10° ;镦锻比4.0 — 4.3时，脱模斜度为3° —4° ;锥形部分过高，易镦锻失稳；脱模斜度小，为消除定位腔高度增大坯料粘膜，镦粗模采用圆柱形定位导向型腔并增加弹簧顶杆结构；镦粗模结构复杂；
寻求生产效率高、节能、可实现大镦锻比、且不产生坯料纵弯现象、制造成本低的超大头长杆螺栓制造方法，一直是本领域工程技术人员探索研究的课题。
【发明内容】
[0006]本发明公开了一种超大头长杆螺栓制造方法，以解决现有技术中超大头长杆螺栓制造有屑加工生产效率低、材料利用率低；热镦加工制造能耗大、生产制造成本高；冷镦大镦锻比时镦模锻角小，镦粗模的圆柱形定位导向高度受限，镦粗模增加弹簧顶杆结构复杂等问题。
[0007]超大头长杆螺栓包括螺栓螺杆部分和螺栓大头部分。
[0008]本发明一种超大头长杆螺栓制造方法，按如下步骤进行冷镦塑性成型；包括: 第一步:对线材坯料切料，准备杆件毛坯；线材坯料的截面面积等于终成型杆径截面面积的1.5-1.8倍，线材坯料直径小于待制造螺栓大头直径；线材坯料切料后杆件体积等于终成型产品体积。
[0009]第二步:螺栓螺杆部分预缩细，对杆件坯料的下部待制造螺杆部分预缩细；直径减小的面积比为20-25%。
[0010]第三步:螺栓螺杆部分缩细成形，对杆件坯料的下部预缩细待制造螺杆部分进一步缩细；直径减小的面积比为20-25% ;杆件的直径等于待制造螺栓的滚丝坯径直径。
[0011]第四步:头部镦粗双锥体预成形，双锥体包括上正锥体和下倒锥体；上正锥体预留圆柱形定位导向夹持高度3毫米；上正锥体脱模斜度为8° —15° ;下倒锥体脱模斜度为12° —15° ;上正锥体高度比下倒锥体高度小I?7.5mm。下倒锥体占双锥体体积一半以上，在静模中成形，减少了动模中锥形模所受的横向力，增加头部成型的稳定性。
[0012]第五步:头部镦粗柱状体预成形。圆柱型上面具有倒角，圆柱型下部具有坡角；柱状体预成形直径小于终成形直径0.5mm，柱状体上面倒角15°，圆柱型下部和毛坯杆部直连接，水平坡角为10°。
[0013]第六步:头部镦粗终成形，柱状体上部镦粗六方终成形，柱状体下部镦粗凸缘终成形。
[0014]本发明第四步头部镦粗双锥体预成形模具，包含静模、动模；动模包括模套、浮动模、弹簧、垫、支承销；浮动模、弹簧、垫依次安装在模套内；弹簧安装在浮动模与垫之间;支承销一端垫相接触，另一端安装在浮动模的支承销孔中；浮动模与模套、支承销滑动配合，垫与模套紧固连接；浮动模上具有上正锥体冷镦腔，静模上具有下倒锥体冷镦腔。
[0015]本发明第四步头部镦粗双锥体预成形模具，浮动模上的上正锥体冷镦腔脱模斜度为8。-15° ;静模上的下倒锥体冷镦腔脱模斜度为12° -15°。
[0016]本发明第四步头部镦粗双锥体预成形模具，浮动模上的支承销孔长度大于支承销长3毫米，使浮动模对头部镦粗双锥体预成形夹持段长度达到3毫米，增加头部成型的稳定性。
[0017]第四步头部镦粗双锥体预成形模具工作过程如下:
冷镦成型前，浮动模受弹簧推力推出直线位移，浮动模前端推出外移至模套外；随着机床主滑块前进，浮动模前端面和静模相接触，螺杆缩细成形后工件的螺栓头部段坯料进入浮动模与支承销相接触；冷镦成型开始，机床主滑块前进，机床主滑块连接带动模套；动模的模套带动垫、支承销移动，冷镦挤压螺杆缩细成形后工件的螺栓头部段坯料，螺杆缩细成形后工件在浮动模上的上正锥体冷镦腔、静模上的下倒锥体冷镦腔内开始镦粗，直至机床主滑块前进到前死点后停止。
[0018]本发明积极效果在于:由于此方法采用两次缩细的方案，可以最大可能的增加材料的直径，以减小头部毛坯的高度，来降低增加头部毛坯长度和毛坯直径的比值，增加预成形镦锻的稳定性；头部双锥体预成形，脱模斜度大，使镦锻的稳定性进一步增加。
【附图说明】
[0019]图1为本发明制造方法超大头长杆螺栓变型分步示意图；
图2为本发明制造方法第四步模具工作初始状态图；
图3为本发明制造方法第四步模具冷镦工作终状态图； 图中:I杆件毛坯、2预缩细螺杆后工件、3螺杆缩细成形后工件、4头部镦粗双锥体预成形后工件、5头部镦粗柱状体预成形后工件、6头部镦粗终成形工件;A杆件长度、B螺栓头部段坯料长度、C螺杆段坯料长度、Cl第二步预缩细后螺杆段长度、C2第三步缩细成形后螺杆段长度、ΦD杆件直径、ΦDl双锥体大端直径、Φ?2头部镦粗终成形直径、E上正锥体高度、F下倒锥体高度、G夹持高度、H头部镦粗柱状体预成形高度、L头部镦粗终成形高度、α上正锥体脱模斜度、β下倒锥体脱模斜度、11静模、12动模、12a模套、12b浮动模、12c弹簧、12d垫、12e支承销。
【具体实施方式】
[0020]本发明的第一实施例，冷镦一种螺栓大头直径Φ20毫米，螺栓螺杆长127毫米的超大头长杆螺栓，制造在全自动五工位组合冷镦机上实现，包含从O工位到5工位的六步冷镦塑性成型过程。
[0021]如图1所示:
第一步:对线材坯料切料，准备杆件毛坯I ;杆件长度A为131.1毫米；其中预留螺栓头部段还料长度B为48.6晕米,螺杆段还料长度C为82.5晕米；线材还料直径为杆件直径Φ?等于14.5毫米，截面面积等于成型杆径截面面积的1.59倍，线材坯料切料后杆件体积等于终成型产品体积。
[0022]第二步:螺栓螺杆部分预缩细，对杆件坯料的下部待制造螺杆部分预缩细；预缩细螺杆后工件2第二步预缩细后螺杆段长度Cl为103.1毫米，直径为Φ 12.97毫米，螺杆缩细直径减小的面积比为20%。
[0023]第三步:螺栓螺杆部分缩细成形，对杆件坯料的下部预缩细待制造螺杆部分进一步缩细；螺杆缩细成形后工件3第三步缩细成形后螺杆段长度C2为128.9毫米，直径为Φ 11.6毫米，螺杆缩细直径减小的面积比为20%。
[0024]第四步:头部镦粗双锥体预成形，双锥体包括上正锥体和下倒锥体；头部镦粗双锥体预成形后工件4的双锥体大端直径(3^1为Φ19.2毫米，上正锥体预留圆柱形定位导向夹持高度G为3毫米；上正锥体脱模斜度a为8。;下倒锥体脱模斜度β为12° ;上正锥体高度E比下倒锥体高度F小1mm。下倒锥体占双锥体体积一半以上，在静模中成形，减少了动模中锥形模所受的横向力，增加头部成型的稳定性。
[0025]第五步:头部镦粗柱状体预成形。头部镦粗柱状体预成形后工件5圆柱型上面具有倒角，圆柱型下部具有坡角；头部镦粗柱状体预成形高度H明显小于双锥体夹持高度G、上正锥体高度E、下倒锥体高度F之和；柱状体预成形直径小于终成形直径0.5mm，柱状体上面倒角15°，圆柱型下部和毛坯杆部直连接，水平坡角为10°。
[0026]第六步:头部镦粗终成形，头部镦粗终成形高度L小于头部镦粗柱状体预成形高度H，头