一种高强钢紧固件的冷镦成形工艺

本发明涉及紧固件制造领域，具体地说，涉及一种高强钢紧固件的冷镦成形工艺。

背景技术：

1、紧固件是应用最广泛的基础机械零件之一，随着我国经济稳定发展，紧固件市场规模将继续保持上升，在工程建筑、轨道交通、桥梁工程、矿井巷道、航空航天、军工装备等领域中扮演着至关重要、不可或缺的关键角色。尤其，航天用高强钢紧固件具有六角、台阶孔、圆台等特征，成型工艺复杂，无法一次成形，且由于总变形量大，紧固件内部存在较大的应力，对模具精度及技能人员操作经验要求高。

2、传统切削加工的紧固件基体结构不仅影响使用过程中的强度和疲劳寿命，而且加工精度和尺寸一致性较低，在切削过程中会产生大量浪费。

3、冷镦工艺是少无切削金属压力加工新工艺之一，通过冷镦工艺可以使材料消耗仅为原始切割的1/10，可以提高生产效率节约生产成本。对于一些特殊紧固件，冷镦工艺也存在一些不足之处，例如加工工艺的难度较大、对设备的容量和精度要求高，同时在实际生产中容易产生开裂等问题。

技术实现思路

1、本发明的第一目的在于提供一种高强钢紧固件，包括紧固件主体、分别开设在紧固件主体顶端和底端的上盲孔和下盲孔，所述上盲孔和下盲孔均呈阶梯状设置，所述紧固件主体的底部外周呈正六边形，所述紧固件主体的顶部呈阶梯状的圆台。

2、在一些可选实施方式中，上盲孔包括上孔和上台阶孔。

3、在一些可选实施方式中，下盲孔包括下孔和下台阶孔。

4、本发明的第二目的在于提供一种所述的高强钢紧固件的冷镦成形工艺，包括：

5、s1、将常规的圆柱试样竖直放置，对其进行整形，通过冷镦使所述圆柱试样的底面与圆周面接触的棱边形成圆弧面，得到紧固件主体；定义圆柱试样高度为h、紧固件主体高度为h’，h与h’之间满足h’＝6/7h；

6、s2、在所述紧固件主体底部向上挤压出具有一定深度的下孔，并对所述紧固件主体底部镦制出具有一定深度的正六边形，所述正六边形与所述紧固件主体接触部位呈倒角；定义所述下孔的深度为m、所述紧固件主体外侧的所述正六边形深度为n，镦制结束后保证m＜n；

7、s3、在所述紧固件主体顶面向下镦制上孔；定义上孔的内径为p、下孔的内径为q，镦制结束后保证p＞q；

8、s4、进行复合镦制下盲孔，通过挤压使紧固件主体下半部分变窄，镦制出顶部圆台，同时对下孔进行下台阶孔挤压，下孔和下台阶孔共同形成下盲孔，下台阶孔的挤压深度为下盲孔深度的14％；定义下盲孔的深度为l，挤压结束后保证l＞n；

9、s5、进行复合镦制台阶孔，在上孔内向下挤压出上台阶孔，上孔和上台阶孔共同形成上盲孔，上台阶孔深度为上盲孔深度的37％；同时，进一步挤压下台阶孔，挤压深度与步骤s4中下台阶孔的挤压深度相同；挤压过程中始终保证上盲孔的口径大于下盲孔的口径，即p＞q。

10、在一些可选实施方式中，步骤s2中，所述倒角角度为40±1°。

11、在一些可选实施方式中，步骤s4中，所述外侧倒角角度为40±1°。

12、与现有技术相比，本发明具有如下优点：

13、(1)采用本发明的冷镦成形工艺对高强钢紧固件进行加工，加工过程中结合了紧固件的结构特点及性能要求，将大变形量分配到各工位上，避免坯料局部变形量过大导致开裂。具体的，本发明将下台阶孔的镦制工艺拆分至三个不同的步骤中，将下台阶孔的一部分变形量分配到步骤s2圆孔的工位中，在步骤s4中镦制台阶孔，并在步骤s5中将台阶孔镦制至预设的深度，起到防止单一工序的变形量过大的作用。同样的，上台阶孔也通过不同步骤进行镦制。

14、(2)采用本发明的冷镦成形工艺对高强钢紧固件进行优化，对大变形工位进行优化。同时，通过有限元模拟软件对高强钢紧固件的成形工艺进行优化与改进。

技术特征：

1.一种高强钢紧固件，其特征在于，包括紧固件主体(2)、分别开设在紧固件主体(2)顶端和底端的上盲孔(10)和下盲孔(7)，所述上盲孔(10)和下盲孔(7)均呈阶梯状设置，所述紧固件主体(2)的底部外周呈正六边形，所述紧固件主体(2)的顶部呈阶梯状的圆台。

2.根据权利要求1所述的高强钢紧固件，其特征在于，所述上盲孔(10)包括上孔(5)和上台阶孔(9)。

3.根据权利要求1所述的高强钢紧固件，其特征在于，所述下盲孔(7)包括下孔(4)和下台阶孔(6)。

4.一种制备如权利要求1-3任一所述的高强钢紧固件的冷镦成形工艺，其特征在于，包括：

5.根据权利要求4所述的冷镦成形工艺，其特征在于，所述步骤s2中，所述倒角角度为40±1°。

6.根据权利要求4所述的冷镦成形工艺，其特征在于，所述步骤s4中，所述外侧倒角角度为40±1°。

技术总结
本发明涉及一种高强钢紧固件的冷镦成形工艺，具体涉及紧固件制造领域。该高强钢紧固件包括紧固件主体、上盲孔和下盲孔。该高强钢紧固件结构较为复杂，其成形难点为上盲孔以及下盲孔成形，一次成形难度较大。采用本发明的冷镦成形工艺对高强钢紧固件进行加工，加工过程中结合了紧固件的结构特点及性能要求，将大变形量分配到各工位上，避免坯料局部变形量过大导致开裂。具体的，本发明将下台阶孔的镦制工艺拆分至三个不同的步骤中，将下台阶孔的一部分变形量分配到步骤S2圆孔的工位中，在步骤S4中镦制台阶孔，并在步骤S5中将台阶孔镦制至预设的深度，起到防止单一工序的变形量过大的作用。

技术研发人员：马叙,丁宁,丁燕红
受保护的技术使用者：天津理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16