冷镦机的模具加工.doc

衢州职业技术学院机电工程学院毕业设计（论文）

衢州职业技术学院
毕业设计（论文）

课 题 名 称： 冷镦机的模具加工
院 别： 机电工程学院
专 业 班 级： 13数控（2）班
学 生 姓 名：
指 导 教 师：

摘 要

螺栓在日常生活当中和工业生产制造当中，是少不了的，螺栓也被称为工业之米。可见螺栓的运用之广泛。螺栓的运用范围有：电子产品，机械产品，数码产品，电力设备，机电机械产品。船舶，车辆，水利工程，甚至化学实验上也有用到螺栓。反正是超多地方都有用到螺栓的。特如数码产品上面用到的精密螺栓。DVD，照相机、眼镜、钟表、电子等使用的微型螺栓;电视、电气制品、乐器、家具等之一般螺栓;至于工程、建筑、桥梁则使用大型螺栓、螺帽;交通器具、飞机、电车、汽车等则为大小螺栓并用。螺栓在工业上负有重要任务，只要地球上存在着工业，则螺栓之功能永远重要。螺母就是螺帽,与螺栓或螺杆拧在一起用来起紧固作用的零件，所有生产制造机械必须用的一种元件根据材质的不同，分为碳钢、不锈钢、有色金属（如铜）等几大类型。
而作为其加工的机器冷镦机也是必不可少的工具，本文对冷镦机的模具加工进行了较为详细的介绍。通过对其加工工艺和工艺参数的分析来进行，从而了解冷镦机的加工流程。
关键词：冷镦机，加工工艺 ，工艺参数，模具

目 录
第一章 绪 论 4
1.1冷镦工艺 4
1. 2冷镦机的概念 4
1.3冷镦机的特点 4
1.4冷镦机的优点 5
1.5冷镦机的工序介绍 5
第二章 螺母冷镦工艺分析及工艺参数 8
2.1.切断 8
2.2. 整形 8
2.3.镦球 9

2.4. 压型 9
2.5.冲孔 11
第三章 冷镦机的操作注意事项及维护 16
3.1冷镦机安全操作规程 16
3.2冷镦机操作时的注意事项 16
3.3冷镦机维修保养要求 17
参考文献 17
致 谢 17

第一章 绪 论

1.1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、各类规格的产品，这样才能降低成本。
1. 2冷镦机的概念
紧固件成型工艺中，冷镦技术是一种主要加工工艺。冷镦属于金属压力加工范畴。在生产中，在常温状态下，对金属施加外力，使金属在预定的模具内成形，这种方法通常叫冷镦。实际上，任何紧固件的成形，不单是冷镦一种变形方式能实现的，它在冷镦过程中，除了镦粗变形外，还伴随有正、反挤压、复合挤压、冲切、辗压等多种变形方式。因此，生产中对冷镦的叫法，只是一种习惯性叫法，更确切地说，应该叫做冷镦。冷镦的优点很多，它适用于紧固件的大批量生产。
1.3冷镦机的特点
1.曲轴与机体、冲击连杆的连接均采用高耐磨合金铜瓦连接，承载力大，使用寿命长，维修成本低。
2.机体采用添加合金的球铁500铸造而成，抗拉强度高，耐磨性好。
3.采用二级齿轮传动系统，传动效率高，传动力矩大。
4.配备气动离合刹车器，降低电机功率能耗。
5.切料系统采用导板驱动切刀杆，导板往复运动，切断力直线传送，力大稳定且动态平衡性好。
6.挟钳系统可以180度翻转或平移。利于成型工艺安排。
7.配备变频调速装置，可在一定范围内无极调速。
8.配备故障检出器及安全保护装置，设备故障时自动停机，给予设备和工模具最大保护。
9.送料箱安装止推装置，提高送料精度。
1.4冷镦机的优点
它的主要优点概括为以下几个方面
1.钢材利用率高。冷镦是一种少、无切削加工方法，如加工杆类的六角头螺栓、圆柱头内六角螺钉，采用切削加工方法，钢材利用率仅在25%～35%，而用冷镦方法，它的利用率可高达85%～95%，仅是料头、料尾及切六角头边的一些工艺消耗。
2.生产率高。与通用的切削加工相比，冷镦成型效率要高出几十倍以上。
3.机械性能好。冷镦方法加工的零件，由于金属纤维未被切断，因此强度要比切削加工的优越得多。
4.适于自动化生产。适宜冷镦方法生产的紧固件（也含一部分异形件）基本属于对称性零件，适合采用高速自动冷镦机生产，也是大批量生产的主要方法。

1.5冷镦机的工序介绍
于冷镦成型不是采用预先切好的单件毛坯，而是采用自动冷镦机本身由棒料和盘螺栓头部的成形采用冷镦塑性加工，同切削加工相比，金属纤维(金属留线)沿产品形状呈连续状，中间无切断，因而提高了产品强度，特别是机械性能优良。冷镦成形工艺包括切料与成形，分单工位单击，双击冷镦和多工位自动冷镦。一台自动冷镦机分别在几个成型凹模里进行冲压，镦锻，挤压和缩径等多工位工艺。单工位或多工位自动冷镦机使用的原始毛坯的加工特点是由材料尺寸长5-6米的棒料或重量为1900-2000KG的盘条钢丝的尺寸决定的，即加工工艺的特点在条钢丝切取和镦粗的(必要时)毛坯。在挤压型腔之前，毛坯必须进行整形。通过整形可得到符合工艺要求的毛坯。在镦锻，缩径和正挤压之前，毛坯不需整形。毛坯切断后，送到镦粗整形工位。该工位可提高毛坯的质量，可使下一个工位的成型力降低15-17%，并能延长模具寿命，制造螺栓可采用多次缩径。
1.用半封闭切料工具切割毛坯，最简单的方法是采用套筒式切料工具；切口的角度不应大于3度；而当采用开口式切料工具时，切口的斜角可达5-7度。
2.短尺寸毛坯在由上一个工位向下一个成型工位传递过程中，应能翻转180度，这样能发挥自动冷镦机的潜力，加工结构复杂的紧固件，提高零件精度。
3.在各个成型工位上都应该装有冲头退料装置，凹模均应带有套筒式顶料装置。
4.成型工位的数量(不包括切断工位)一般应达到3-4个工位(特殊情况下5个以上)。
5.在有效使用期内，主滑块导轨和工艺部件的结构都能保证冲头和凹模的定位精度。
6.在控制选料的挡板上必须安装终端限位开关，必须注意镦锻力的控制。在自动冷镦机上制造高强度紧固件所使用的冷拨盘条钢丝的不圆度应在直径公差范围内，而较为精密的紧固件，其钢丝的不圆度则应限制在1/2直径公差范围内，如果钢丝直径达不到规定的尺寸，则零件的镦粗部分或头部就会出现裂痕，或形成毛刺，如果直径小于工艺所要求的尺寸，则头部就会不完整，棱角或涨粗部分不清晰。冷镦成型所能达到的精度还同成型方法的选择和所采用的工序有关。此外，它还取决于所用的设备的结构特点，工艺特点及其状态，工模具精度，寿命和磨损程度。冷镦成型和挤压使用的高合金钢，硬质合金模具的工作表面粗糙度不应大Ra=0.2um,这类模具工作表面的粗糙度达到Ra=0.025-0.050um时，具有最高寿命。

第二章 螺母冷镦工艺分析及工艺参数

2.1.切断
在自动冷镦机多工位生产或压力机上分序生产，切断都是第一道工序，也是较关键的工序。因为切料断口的平整性、切刀板压下所形成的马蹄印大小(见图2-1)，都对下序的整形、镦球有直接的影响。
但是这仅是一个计算值，实际生产中还要通过调整档料柱来修正切断长度。有时还用称重法来衡量切料是否准确，即坯料重相当于切断的料柱重。切断模的孔径应比料的最大直径大0.05～0.1mm，刀板与切断模之间的间隙为0.1mm左右。

2.2. 整形
如图2-2所示，整形是把料柱的端面镦平，在下端镦（压）出1～2×45°的倒角，目的是将切料的缺陷进行修整，保证下一压球工序的质量。
整形的尺寸
d=do+(0.1～0.25)(mm) 2-1
式中 do——线材直径mm。

2.3.镦球
镦球是将整形后的料柱镦（压）成鼓形球状,见图2-3，它的质量影响螺母的端面、秃角、棱边的清晰和质量。在确定鼓形球几何尺寸时，按经验，在倒角40°确定的情况下，dM、h尺寸应尽可能小。这样，在压六方时，相应部位的摩擦力要小，金属在压型力的作用下，金属流动性好，容易充满六方。如果dM、h偏大，则在压六方时，不易充满六角。如果为了使六方充满而增加压型力，则螺母端面就会产生飞边。
鼓形球尺寸按经验数据如下：
dM=(0.7～0.8)d径 2-2
Dmax≤Smin
式中 d径——螺母公称直径mm
Dmax——鼓形球最大直径mm
smin——螺母s方最小尺寸mm
根据dM、D的尺寸和螺母坯料体积，
鼓形球的其它尺寸可通过计算得出：

2-3

H=h+(D--dM)tg40° 2-4

2.4. 压型
压型,即镦压成型螺母的六方，使之满足六方螺母外形尺寸的要求。变形尺寸是否合理，直接影响产品的质量和模具的寿命。

压六方的尺寸要考虑的主要因素有：六方坯在六方凹模里的脱模及下序冲孔的胀方。因此，要求螺母侧面要有一个倾斜角γ（见图2-4），其大小随规格的增加而偏大，如M10以上的螺母，γ一般取0°.30′～1°，如γ角过大，六方凹模上、下端口尺寸相差较多，会使六方下冲（又称压型下模）在套模内定位不稳，容易造成镦压螺母坯料偏心，使螺母的垂直度（β）超差，同时经冲孔胀方后s尺寸也达不到标准要求。γ取0°.30′～1°实际是由生产实际经验摸索而定的。
压型除这个尺寸以外，还有很多尺寸与螺母的外形尺寸及产品的外观等有直接关系,表示出了螺母压型坯件的尺寸。其中，两端凹穴的几何形状尺寸很重要。d1是一个关键尺寸，偏小，冲孔容易产生毛刺;偏大，冲孔容易出现喇叭口，影响内螺纹的完整。经验 数据为： ＜M8：d1=d小max+(0.02～0.04)mm
M8～M14：
d1=d小max+(0.05～0.10)mm 2-5
M14～M18：
d1=d小max+(010～0.15)mm 2-6
M18～M24：
d1=d小max+(0.15～0.30)mm 2-7
式中： d小max——螺母内螺纹小径最大尺寸（mm）
d=(1.05～1.1)d径
式中 d径——螺母公称直径（mm）
d尺寸过小，不利于螺母镦压成型，不利于金属流动，六棱角不清晰；d尺寸过大，螺母支承面减小，影响外观及紧固强度。
d1和d尺寸确定后，按标准螺母内倒角≈120°，一般取为106°，其原因是内倒角取小一点，按公式计算，h尺寸就可大一些，这样既可节省钢材，螺母压型时变形有利，又可缩小冲孔连皮（即冲孔冲出的铁豆）厚度，有利于冲孔。
h=(d--d1)tg37° 2-8
凹穴中另一重要尺寸为h1和α角，它们对螺母镦压成型后，从六角凹模顶出的六方下冲有影响。h1不宜过高，过高将影响螺母六方型坯及时从六方下模冲脱开，接着下一个型坯又进入凹模，从而引起重帽，而产生故障。经验数据为：
2-9
M10～M16：
h1=（0.6～1.0）mm 2-10
M18～M24：
h1=（1.2～1.6）mm 2-11
对M20以上螺母，压型上模的h1可比下模高（0.30～0.50）mm，更有利于冷镦变形。
α一般取10°～15°。
h1、α确定后，d2尺寸可按下式计算：
d2=d1-2h1tanα 2-12
凹穴顶部为一圆锥，锥角取为150°，则圆锥的角度为tg15°，整个凹穴的高度为：
h2=h+h1+tg15° 2-13
凹穴尺寸一般不作为检验依据，由模具的尺寸来保证。
上述数据依据为GB/T 6170-2000标准螺母。对于其他型式的螺母不完全适用。
2.5.冲孔
冲孔尺寸大小、质量，都是为了满足下序攻螺纹的要求。螺母内孔直径一般按小径最大尺寸决定。考虑到钢材硬度要影响冲孔质量，孔径可定在螺母小径最小尺寸与最大尺寸之间，由操作者在其公差范围内灵活掌握。实际上考虑到攻丝的因素，冲孔尺寸的公差要小于小径的公差。

冲孔必须注意以下两方面的问题：

（1）螺母冲孔后s方胀方问题冲孔实际上是对坯料进行冲切。内孔冲裁表面有冲切面还有撕裂面（如图2-5）孔冲对内孔产生的冲切力导致孔冲与内孔的接触面产生摩擦力，与孔冲向下冲切方向相反，这样形成的附加应力所导致径向张力，使s方径向扩张，即胀方。很显然，胀方的大小与孔冲刚度、刃部锋利情况有关，还与螺坯的材质有关。低碳钢比中碳钢胀方要大，普碳钢比相同含碳量的优质钢胀方要大。这可从钢材的切削性能随含碳量的增加而提高,得到解释。当然，由于钢材含碳量增加，强度增加，它对孔冲的强韧性要求也更高。
此外，胀方与螺母对方尺寸（即对边宽度）s与螺母高度m的比值有关，下表列出了部分规格螺母冲孔后的胀方值。

表2-5

（镦压螺母的六方凹模要有锥度，一是使螺坯容易顶出脱模，一是补偿冲孔的胀方值，使螺母s方尺寸不因胀方而超差。如右图2-6 γ角取0°30′～1°，随着螺母规格的增大，γ角也增大，最大不宜超过1°。）

即使注意到了这些问题，但往往由于螺母材质发生变化(材质为中碳钢或合金钢)，
一般也解决不了因胀方而使s方超差的问题，在M16及以上规格更突出。为了解决s方因冲孔胀方而超差的问题，可采取以下措施：
1. 减小冲孔尺寸，增加铰孔，铰孔余量在0.5～1mm；
2 采用两次冲孔，第二次冲孔余量在1毫米左右。第二次冲孔不存在胀方；
3. 冲孔孔模前加一六方凹模片，可防止螺母s面胀方，六方凹模片厚度略高于螺母高度m，模口倒圆角，以利于坯料进入凹模。模腔要有0°10′～0°15′的出模锥度。采用此种结构，即使是六角厚螺母（GB/T 56D=16,m=25;D=20,m=32;D=24,m=38），也可用冷镦生产。
4. 改进压六方冲头的凸台尺寸，即螺母压型后坯料两端凹穴尺寸中的h1。适当加高h1部位，即减少冲孔连皮厚度，可改善冲孔时的胀方情况，但h1不宜过高，过高对坯料脱离凸台不利，容易产生重料（即第一个坯料没脱离开，第二个坯料就来了）而造成事故。
5. 采用反冲孔，可解决胀方问题。

（2）孔的粗糙度和圆整度
为了使粗糙度达到最小及得到较圆整的内孔，冷镦螺母冲孔凸凹模之间的间隙要求比一般冲裁模的间隙要小，希望孔内壁80%以上呈光亮带，撕裂带不超过孔壁的20%。采用小间隙冲孔，有时会出现
另一个质量问题：“槽孔”，见右图2-7冲孔时产生二次光亮带引起的。

冲孔内孔的质量与采用冲孔凸凹模的几何形状及凸凹模间隙有关。生产中使用的冷镦螺母冲孔凹模大体有三种型式：
1. 凸台式冲孔凹模
如图2-8有一凸台，适用于M12以下的中、小规格螺母冲孔用，凸凹模间隙取（0.03～0.15）mm。它的优点是冲孔时容易定位，冲出的孔断裂带少，“喇叭口”不严重。缺点是，当冲孔速度较慢时会产生“槽孔”，当更换新孔冲，孔冲的刃口较锋利时，也可能出现“槽孔”，这时，只要用砂纸将孔冲刃口砂成圆角，可在冲孔时起挤光冲切面的作用，可避免“槽孔”的出现。采用这种凹模， 六方的下冲头凸台h1不宜太高，过高，孔时容易产生铁屑，粘在凹模面上，使螺母端面产生压痕，影响外观。
2. 平直式冲孔凹模
如右图2-9凹模的间隙可稍大于上述凹模，寿命也较长。缺点是：在冲孔速度较慢时容易产生毛刺，或单面撕裂一块，超过普通断裂带，有时一直延伸到螺母内倒角处，造成攻丝时扣不完整。这种现象在低强度螺母冲孔时容易发生，造成质量不稳。
3. 带圆角的冲孔凹模
如左图2-10凹模内孔端口有一r=（2～3）mm的圆角，凸、凹模间隙可取得大一些，一般用于M14以上。缺点是冲出的孔断裂带较大，即“喇叭口”大，一般通过铰孔，使孔圆整光洁，达到尺寸要求。对低强度螺母冲孔时，也会单面撕裂到内倒角处。优点是模具寿命较长
。

第三章 冷镦机的操作注意事项及维护

3.1冷镦机安全操作规程
1．禁止戴手套操作冷镦机。
2．开车前必须认真检查设备各紧固件是否锁紧，安全防护装置是否完好，且工作中要经常检查，防止因冷镦机剧烈振动而松脱，造成事故。
3．冷镦机设备经调整后，先扳动飞轮，检查各机构的工作是否正常，待取下扳车用的扳杆后，方可开动电机。严禁边扳车，边起动电机。
4．开车前应排除所有故障，并作短时空转后，方可进行试镦。
5．冷镦机设备在运转中，操作人员应站在安全位置，严禁在凹凸模处接拿工件，只能在下端查看产品。
6．在更换产品时，必须认真调整模具和冲头，并细致检查冷镦机各部件是否正常。
3.2冷镦机操作时的注意事项
1．冷镦机根据金属塑变理论，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．冷镦机必须选优质“塑变”良好的金属材料，例如如铆螺钢，它的化学成分和机械性能是有严格的标准的。
3．冷镦螺栓、螺母成型机械已经有多型号、多系列的机种。冷镦机设备性能可靠、效率高、产品质量稳定。
4．冷镦机产品成型镦锻力大，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。冷镦机因在镦锻过程中存在着冷作硬化，变形量不应该太大。一定要减少开裂。
6．冷镦机工艺适用范围于批量大、各类规格的产品，这样才能降低成本从而产生更大的效益。
7．在生产过程中，如发生故障，必须立即停车，查明原因，消除隐患。刹车失灵时，严禁开车。
8．保险板(保险杆)必须加上防护装置，以免破裂发生事故。所有防护装置不得任意拆卸、丢失。

3.3冷镦机维修保养要求
通过擦拭、清扫、润滑、调整等一般方法对设备进行护理，以维持和保护冷镦机的性能和技术状况，称为冷镦机维护保养。冷镦机维护保养的要求主要有四项
1.清洁冷镦机内外整洁，各滑动面、丝杠、齿条、齿轮箱、油孔等处无油污，各部位不漏油、不漏气，设备周围的切屑、杂物、脏物要清扫干净；
2. 整齐工具、附件、工件(产品) 要放置整齐，管道、线路要有条理；
3.润滑良好按时加油或换油，不断油，无干摩现象，油压正常，油标明亮，油路畅通，油质符合要求，油枪、油杯、油毡清洁；
4. 安全遵守安全操作规程，不超负荷使用设备，冷镦机的安全防护装置齐全可靠，及时消除不安全因素。
冷镦机的维护保养内容一般包括日常维护、定期维护、定期检查和精度检查，设备润滑和冷却系统维护也是冷镦机维护保养的一个重要内容。 冷镦机的日常维护保养是设备维护的基础工作，必须做到制度化和规范化。对设备的定 维护保养工作要制定工作定额和物资消耗定额，并按定额进行考核，冷镦机定期维护保养工作应纳入车间承包责任制的考核内容。冷镦机定期检查是一种有计划的预防性检查，检查的手段除人的感官以外，还要有一定的检查工具和仪器，按定期检查卡执行，定期检查有人又称为定期点检。对机械设备还应进行精度检查，以确定设备实际精度的优劣程度。
冷镦机维护应按维护规程进行。设备维护规程是对冷镦机日常维护方面的要求和规定，坚持执行冷镦机维护规程，可以延长设备使用寿命，保证安全、舒适的工作环境。其主要内容应包括：
1. 冷镦机要达到整齐、清洁、坚固、润滑、防腐、安全等的作业内容、作业方法、使用的工器具及材料、达到的标准及注意事项；
2. 日常检查维护及定期检查的部位、方法和标准；
3. 检查和评定操作工人维护设备程度的内容和方法等。
冷镦机的三级保养制
三级保养制度是我国20世纪60年代中期开始，在总结前苏联计划预修制在我国实践的基础上，逐步完善和发展起来的一种保养修理制，它体现了我国冷镦机维修管理的重心由修理向保养的转变，反映了我国冷镦机维修管理的进步和以预防为主的维修管理方针的更加明确。三级保养制内容包括：冷镦机的日常维护保养、一级保养和二级保养。三级保养制是以操作者为主对设备进行以保为主、保修并重的强制性维修制度。三级保养制是依靠群众、充分发挥群众的积极性，实行群管群修，专群结合，搞好冷镦机维护保养的有效办法。
制度化就是根据不同设备不同工作条件，规定不同维护周期和维护时间，并严格执行。
对定期维护工作，要制定工时定额和物质消耗定额并要按定额进行考核。
冷镦机维护工作应结合企业生产经济承包责任制进行考核。同时，企业还应发动群众开展专群结合的冷镦机维护工作，进行自检、互检，开展设备大检查。提高冷镦机维护水平的措施
为提高冷镦机维护水平应使维护工作基本做到三化，即规范化、工艺化、制度化。
规范化就是使维护内容统一，哪些部位该清洗、哪些零件该调整、哪些装置该检查，要根据各企业情况按客观规律加以统一考虑和规定。
工艺化就是根据不同设备制订各项维护工艺规程，按规程进行维护。

参考文献
[1] 王长安, 李铁奇. A411螺母冷镦机曲柄轴车磨夹具[J]. 一拖科技, 1992(1):12-13.。
[2] 朱文艺，陆全龙.数控机床故障诊断与维修.北京.科学技术出版社.第二版.2005
[3] 夏凤芳.数控机床.北京.高等教育出版社.2005
[4] 李新和.机械设备维修工程学.北京.机械工业出版社
[5] 郑晓峰.数控原理与系统.北京. 机械工业出版社.2005
[6] 数控机床故障检修速查手册

致 谢

其次感谢我的毕业设计指导老师刘老师，从毕业设计选题目到毕业设计的制作、修改和完成，我都得到了刘老师的悉心细致的教诲和无私的帮助，除此之外刘老师广博的学识、深厚的学术修养、严谨的治学精神和一丝不苟的工作作风也使我终身受益，感谢刘老师在忙于教学的同时抽出大量的时间对我进行悉心的指导，耐心解答我在做毕业设计中遇到的困难，使我对这个课题的理解有了质的改变，同时使我知道了自己在基础方面的不足之处，有了相应的改进和进步方向，从尊敬的指导教师刘老师身上，我不仅学到了扎实、宽广的专业知识，也学到了做人的道理。在此我要向我的指导教师刘老师致以最衷心的感谢和深深的敬意。

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