碳素工具钢梅花扳手冷拉成型工艺

碳素工具钢小梅花扳手系梅花头制动螺丝专用扳手如图1。

过去我公司的加工工艺:下料——磨外圆——用成型盘铣刀铣两端齿形——去除毛刺——折弯——热处理。

这种工艺方法, 均存在质量不稳定、去毛刺工作量大, 生产率低等缺点, 不能满足大批量生产的需要。

为此, 我们对该零件的工艺性进行了分析:

1、从上图可见齿形部分横截面为轴对称花键形。

2、尺寸精度较高、均在G B 6-7级范围内。齿宽、齿高相差不悬殊。

3、材料T10A直径小刚性差, 硬度、极限强度均较高 (H B=1 9 7, σb=5 3 9-735Mpa) 。

鉴于零件特征, 将零件改为全通齿形, 采用冷拉加工工艺方法进行加工, 切断后折弯。经试验, 效果良好。

1冷拉模具设计基本原则

冷拉的基本原理:毛坯通过一定横截面形状的模孔, 金属受三向压缩应力和单向拉伸力的作用, 在其本身极限强度允许范围内, 靠塑性变形, 达到零件形状、尺寸精度要求。

根据T 1 0 A钢种能拉丝来看, 拉成直径相差不大的异型梅花扳手, 是可能的。经生产考核不仅效率高而且还提高了零件寿命。

冷拉工艺、设备、工具都比较简单。它的设计主要是模孔成型尺寸。我们认为设计模孔尺寸时应遵循下列原则:

(1) 拉力必须小于被拉金属强度极限值 (T 1 0 A钢丝在热处退火状态时, 其抗拉强度为σb=539-735Mpa) 。

(2) 在满足上条时, 应充分利用金属塑性, 采用最大的延伸系数, 以达到最少的冷拉道数。

(3) 保证精确的尺寸和最佳的表面质量。

(4) 为使冷拉顺利进行及减小不均匀变形, 在设计时尽量满足零件在拉伸过程中各部分金属得到较均匀的压缩。这就要求毛坯 (或半成品) 在拉伸过程中与模孔个部分能同时接触。

(5) 在拉伸过程中金属横向尺寸受压缩应力作用, 故必须使零件轮廓尺寸位于毛坯尺寸之中。毛坯尺寸应大于零件最大型面尺寸, 其数值应相当于或不小于可能实现冷拉时所需的延伸系数。

(6) 毛坯形状的选择应尽量和零件形状相近似, 同时是最简单的形状。

2确定模具孔型尺寸

2.1确定毛坯

在冷拉过程中比重减小甚微, 故可以认为金属拉伸前后, 体积是不变的:

即L0F0=L1F1

1.延伸系数

式中:

L0-拉伸前毛坯长度

F0-拉伸前毛坯横截面积

L1-拉伸后零件 (或半成品) 长度

F1-拉伸后零件 (或半成品) 横截面积

延伸系数μ, 通常用来表示拉伸时的变形程度, 其数值越大, 表示拉伸时变形程度越大。

经试验该零件总的延伸系数μ总=1.7～2

根据梅花扳手横截面形状如图2

计算其平均面积S1=2.8 5 7 5

取μ总=1.72

故毛坯面积S0=2.8 5 7 5×1.7 2=4.9149

按梅花扳手横截面形状, 选择毛坯形状为圆形最合理, 其直径为:

形状如图3所示

2.2确定冷拉道数

梅花扳手最小横截面积S最小=2.6 9 3

故可能最大的延伸系数

因T 1 0 A极限强度较高, 所以我们取平均延伸系数:

取n=3道

每道冷拉后具体尺寸及延伸系数分配如表

2.3模具型孔其它主要参数

模具型孔如图4

由四个工作带组成

(1) 润滑锥:作用是便于储存润滑剂取锥角β=4 0°。

(2) 工作带:金属在此区间实现变形达到要求的截面形状, 采取放射形状, 以便金属逐渐变形, 取锥角α=1 0°～1 2°, 其表面粗糙度要求以上。

(3) 定径带:金属通过此间, 稳定尺寸和形状, 其尺寸按上表, 表面粗糙度以上。

(4) 出口锥:它保证被拉金属能平稳地拉出, 防止零件划伤和恢复弹性, 锥角取为6 0°, 表面粗糙度以上。

模具采用y G 8或yG15硬质合金制造, 使用时采用二硫化钼加机油润滑。

通过以上述的工艺加工后, 顺利的加工出合格的产品, 生产效率提高近6倍, 满足了生产的要求。得到了单位一致的肯定。

摘要：用冷拉工艺替代普通的机械加工工艺, 减少了多道工序, 在保证产品质量的前提条件下, 提高了生产效率。

关键词：碳素工具钢,冷拉成型,延伸系数

参考文献

[1] 机械设计手册[M].机械工业出版社, 2004, 8.

[2] 实用模具设计与制造手册[M].机械工业出版社, 2004.