浅谈双耳托板螺母冷镦过程中带料问题

1浅谈双耳托板螺母冷镦过程中带料问题摘要：本文针对双耳托板螺母冷镦过程中上模带料问题进行讨论分析，结合长期生产实践的经验，找出带料原因，并针对性解决问题。通过对下模结构及顶杆进行优化改进，使得双耳托板螺母冷镦球时在下模变形量略微增大，从而增加其与下模的摩擦力，有效地解决了上模带料问题，消除安全隐患，提高了生产效率。关键词：双耳托板螺母带料优化改进摩擦力引言金属冷镦成形方法具有以下主要优点：（1）金属材料经过冷镦塑性加工后，其组织、性能都能得到改善和提高；（2）金属冷镦塑性成形是金属在固态下体积的转移过程，是少、无切削加工方法，可以获得合理的金属流线和较高的材料利用率；（3）用冷镦塑性成形方法得到的工件，可以达到较高的精度和很好的表面质量。此外，冷镦机具有操作简单、半自动化程度高等优点，所以冷镦成形方法大量应用于紧固件行业，工艺方法日趋成熟。双耳托板螺母加工过程中利用双击冷镦机可以实现断料并进行镦球的预成型，不仅能节约材料成本，而且能提高生产效率。但生产加工中，常发生坯料卡在上模中被带出下模的问题，即带料问题。发生带料后，上模会因坯料堵塞而报废；更为严重的是机床仍在运转，即使及时关闭电源，惯性作用下机床不能立刻停止运转，那么卡在上2模的坯料会随着上模再次向下模运动，同时下一坯料也进入下模，很容易使上模破坏，并有可能伤及操作员，存在较大的安全隐患。该问题还严重影响生产进程，因此有必要花一定精力进行解决。1冷镦中双耳托板螺母带料的原因冷镦工序中利用双击冷镦机完成双耳托板螺母的断料和镦球预成形（如图1所示）两工步。LL1SR图1双耳托板螺母冷镦球预成形图根据工艺要求，图1中𝐿1=12L，结合镦球形状特点，冷镦分型面选择球部最大截面处，即分型面两边对称。也就是说在镦球过程中，上、下模腔（如图2所示）中坯料长度相等，这就造成了坯料在上、下模腔中受力相当，坯料脱模时在上、下模腔中所受摩擦力相当，坯料卡在下模还是上模是一概率事件，从而不能保证镦球后产品必然留在下模中。3上模腔下模腔图2双耳托板螺母冷镦球上、下模2双耳托板螺母冷镦球带料问题解决方案的选择经上节分析，带料的主要原因在于坯料脱模时与两模腔内壁摩擦力相当，所以改进思路集中于使下模腔的摩擦阻力大于上模腔摩擦阻力，则可以保证脱模时坯料留在下模。有以下几种措施可以尝试：方案1：更改工艺尺寸，增加下模腔坯料长度；方案2：上模制造脱模一定斜度；方案3：改进下模结构形式，使其与坯料摩擦力增大。方案1中增加了下模中成形坯料的长度，期望增大与模腔接触面来增加摩擦力，但我们注意到冷镦球过程中，下模是静止的，而上模是运动的，那么上模中坯料会被整体镦粗，而下模中坯料只是接近球部的局部坯料镦粗，即使增加坯料长度也无法增大摩擦力，此外该方案对后续热镦造成受力不均的困难、增加经济成本，不可取；方案2中上模制造脱模斜度，会使上模中坯料变形量增大，不符合工艺要求，后续加工困难，且需要更高的能量，不可取。4我们发现，方案3未对工艺要求提出修改，也不会增加经济成本，只是改进下模结构即可达到预期效果，值得一试。3双耳托板螺母冷镦球下模腔的改进图2所示下模是常用的整体式下模，不利于改进成能增加摩擦力的形式。观察大量冷镦下模，发现可以仿照镦制内六角螺栓的下模（如图3所示）进行改制。该模具由模片、模套、模芯和锁紧块四部分构模片模套模芯锁紧块图3冷镦内六角螺栓下模成，结构紧凑，易于互换。依此设计双耳托板螺母冷镦球下模结构如图4所示。改进后下模也由四部分组成：模套、前端模芯、后端模芯和锁紧块。其中起到增大摩擦力作用的部分为前端模芯(如图5所示)。前端模芯A端是分型面，与原来整体式下模端面没有多大差别，小台阶是用来将模芯固定于模套之中。主要改动在B端，B端制造了小倒角，5模套前端模芯锁紧块后端模芯图4改进后双耳托板螺母冷镦球下模倒角外圆比型腔直径约大1mm，各处圆滑过渡。前端模芯总长为图1尺寸L1,即冷镦坯料总长一半。后端模芯与前端模芯配合装在模套中，其后台阶用于装配锁紧块。AB前端模芯后端模芯图5改进后双耳托板螺母冷镦球模芯另外对下模顶杆端面作出改进，由平面改制为厚度约为0.5mm的内切与外圆的四方，如图6所示。6图6改进后双耳托板螺母冷镦球下模顶杆4改进后双耳托板螺母冷镦球原理下模前端模芯长度等于冷镦球坯料一半，保证了坯料尾端处于前端模芯的倒角处（图5中B端），在冷镦机打击力作用下，下模顶杆前端四方楔入坯料后端，使坯料后端涨粗，卡在前端模芯倒角处，这样状况下，下模中摩擦阻力远远大于坯料在上模中摩擦阻力，保证了坯料留在下模中。在上、下模脱离时，切料刀切制下一个坯料，同时在下模顶料机构的作用下，镦制好的坯料从下模顶出，从而解决带料问题。总结实践证明，按照图4所示下模进行冷镦球作业不再发生带料问题，排除了安全隐患，提高了生产效率，而且镦球尺寸满足工艺要求，对后续热镦等工序未造成影响，改进取得较好效果。