提高多工位M16螺栓冷镦模具寿命的研究

第７卷第１期　２０１２年Ｏ２月　陕西工业职业技术学院学报　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｓｈａａｎｘｉ　Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　Ｖ０１．７　Ｎｏ．１　Ｆｅｂ．２０１２　提高多工位Ｍ１６螺栓冷镦模具寿命的研究　徐孝昌，蔡苏宁，杨兵兵　（陕西工业职业技术学院材料工程学院，陕西咸阳７１２０００）　摘要：针对多工位Ｍ１６冷镦模具生产实际过程中存在寿命低，制造成本高等问题，通过对模具结构、材料及热处　理工艺进行优化设计，使模具寿命提高（９—１２）倍，增产４０％，节约模具用工具钢２ｋｇ／万件。　关键词：冷镦模具；结构设计；热处理工艺；寿命研究　中图分类号：ＴＧ３８６　文献标识码：Ａ　文章编号：９４５９—２０１２（１）一０ＯＯ４—０２　Ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　Ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ　Ｓｅｒｖｉｃｅ　Ｌｉｆｅ　ｏｆ　Ｍｕｌｔｉ－——ｓｔａｔｉｏｎ　Ｍ１　６　Ｂｏｌｔ　Ｃｏｌｄ　Ｕｐｓｅｔｔｉｎｇ　Ｄｉｅ　Ｘｕ　Ｘｉａｏｃｈａｎｇ，Ｃａｉ　Ｓｕｎｉｎｇ，Ｙａｎｇ　Ｂｉｎｇｂｉｎｇ　（Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｍａｔｅｒｉａｌ　Ｅｎｓｉｎｅｅｄｎｇ，Ｓｈａａｎｘｉ　Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｘｉａｎｙａｎｇ　Ｓｈａａｎｘｉ　７１２０００，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｃｏｌｄ　ｕｐｓｅｔｔｉｎｇ　ｄｉｅ　ｆｏｒ　ｍｕｌｔｉ—－ｓｔａｔｉｏｎ　ＭＩ６　Ｂｏｌｔ　ｈａｓ　ｔｈｅ　ｐｒｏｂｌｅｍｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｌｅｓｓ　ｓｅｒｖｉｃｅ　ｌｉｆｅ　ａｎｄ　ｈｉｇｈ　ｃｏｓｔ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ。Ｔｈｒｏｕｇｈ　ｔｈｅ　ｏｐｔｉｍｕｍ　ｄｅｓｉｇｎ　ｆｏｒ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｍａｔｅｒｉａｌ　ａｎｄ　ｈｅａｔ—ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｄｉｅ，ｔｈｅ　ｓｅｒｖｉｃｅ　ｌｉｆｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｄｉｅ　ｉｎｃｒｅａｓｅｓ　ｂｙ（９—１２）ｔｉｍｅｓ，ｔｈｅ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｒａｔｉｏ　ｉｍｐｒｏｖｅｓ　ｂｙ　４０％ａｎｄ　ｓａｖｅｓ　ｔｏｏｌ　ｓｔｅｅｌ　ｆｏｒ　ｄｉｅ　２ｋｇ　ｐｅｒ　ｔｅｎ　ｔｈｏｕｓａｎｄ　ｗｏｒｋｓ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｃｏｌｄ　ｕｐｓｅｔｔｉｎｇ　ｄｉｅ；ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ　ｄｅｓｉｎ；ｈｅａｔ—ｔｇｒｅａｔｍｅｎｔ　ｐｒｏｃｅｓｓ；ｓｅｒｖｉｃｅ　ｌｉｆｅ　０前言　标准件ＭＩ６螺栓的生产主要是在多工位冷镦　机上来完成的，在冷镦螺栓的生产过程中，冷镦模　１模具结构优化设计　１．１冷镦模具的失效形式及原因　多工位Ｍ１６螺栓冷镦模具是三层组合式设计，　原设计结构如图１所示。　全部用碳素工具钢（Ｔ１０Ａ）制造，凹模模芯的失　具的寿命直接影响到产品的质量、产量以及企业的　生产成本和市场竞争力，在对某厂现场统计中发现　冷镦模具容易出现的问题是凹模模芯内壁易产生　拉毛、“咬模”或凹模尖口开裂，而这些问题在很大　效方式是：当凹模的热处理硬度较低时，模腔易产　生拉毛或“咬模”，而当热处理硬度较高时模口易崩　裂，使用寿命１万件左右。企业每班最差要换模具　５个一６个，最好的情况也损坏１个一２个凹模，换　一程度上与模具的材料选用、热处理工艺和模具的结　构设计具有密切关系。　次凹模要付出很大的劳动，并浪费了大量生产时　收稿日期：２０１１—０９—０４　作者简介：徐孝昌（１９７７一），男，陕西杨凌人，讲师，研究方向：模具设计、金属材料热处理。　第１期　徐孝昌，等：提高多工位Ｍ１６螺栓冷镦模具寿命的研究　５　间，这就不仅阻碍了充分发挥高效率多工位冷镦机　的作用，而且浪费了模具材料。　从模具结构设计来分析，造成凹模开裂和模腔　拉毛的主要因素：　１）凹模中间套（预应力圈），中间套与外模套之　间压配合时过盈量太小，凹模没有足够的预应力，　凹模在使用中受压时易于开裂。　２）中间套的壁厚太薄时，本身强度不够，容易　产生弹性变形，同样凹模没有足够的预应力，而使　受力时造成开裂。　３）当凹模与中间套、中间套与外模套过盈量过　大时，压配合以后使凹模内径尺寸缩小过多，当其　小于前一工位的坯料时，使坯料进入凹模在镦压力　作用下，直接与凹模型腔相撞，导致拉毛或“咬模”，　的发生。　５　４　３　２　１　１　冲头２．凹模模芯３。中间套（预应力圈）４．外模套５．六角模　图１冷镦模具原结构设计　１．２冷镦模具的结构改进措施【】　】　模具中间套的壁厚和凹模、中间套和外模套过　盈量大小选择是否适当，直接影响模具寿命，为此　在研究各套圈尺寸的比例分配时，故将产品直径之　Ｄ／２作为凹模模芯的壁厚，Ｄ为中间套壁厚，２Ｄ为　外模套壁厚，（见图２所示），从而提高各套圈本身　的结构强度。　１．冲头２．凹模模芯３．中间套（预应力圈）４．外模套５．六角模　图２改进后的模具结构设计　为了减少冷镦后的推出力，保护模口，减少模　口崩裂，以及模具压配合后产生的模孔倒退拨，将　模孔制作出０．１ｍｍ左右锥度的顺退拨，模口过渡Ｒ　处作了适当放大，（见图３所示），制模时不允许刀　痕存在，粗糙度要求Ｒａ０．４，斜面与检验工具研合面　超过７０％，这样就可以有效避免应力集中，提高了　模具寿命。此外，模芯中间套径向过盈量选择在　（０．２１～０．２４）ｍｌｎ，并且将模芯长度增加０．５ｍｍ一　１．０ｍｍ而高于中间套长度，解决了“逃模”现象。　２模具材料与热处理工艺的优化设计　２．１模具材料的选用　。　图３凹模模芯设计　针对使用中整体模具开裂的情况，考虑碳素工　具钢（Ｔ１０Ａ）淬火，低温回火时强、韧性的不足。选　用４０Ｃｒ和５０ＣｒＭｎＭｏ制作外模套和中间套，用　Ｃｒｌ２ＭｏＶ制模芯，同时，通过热处理工艺控制模芯，　中间套和外模套之间的硬度，使硬度有一个梯度分　配。即将外模套硬度控制在（４Ｏ～４２）ＨＲＣ，中间套　硬度控制在（４２—４５）ＨＲＣ，模芯的基体硬度控制在　（４８～５２）ＨＲＣ，而表面硬度控制在（６２～６４）ＨＲＣ，　心部又有韧性，合理解决了强度和韧性、耐磨性与　韧性之间的矛盾关系。　２．２热处理工艺改进措施【４　４０Ｃｒ制作外模套的热处理工艺为：６５０ｏＣ预热，　８５０￣Ｃ加热保温后油淬，（３８０—４００）ｏＣ中温回火１２０　分钟后油冷，２００ｏＣ补充低温回火消除应力，（４０—　４２）ＨＲＣ。　５０ＣｒＭｎＭｏ制作中间套的热处理工艺为：６５０￣Ｃ预　热，８５０℃加热保温后油淬，４４０￣Ｃ中温回火１２０分钟后　油冷，２００￣Ｃ补充低温回火消除应力，（４２—４５）ＨＲＣ。　关键零件模芯则采用了Ｃｒｌ２ＭｏＶ代替沿用的　Ｔ１０Ａ，热处理工艺为：４００ｏＣ一次预热，８００℃二次预　热，１０２０ｏＣ淬火加热，然后在５６０℃盐浴分级４分钟　空冷，５６０￣Ｃ一次回火，５４０ｏＣ二次回火各１２０分钟，　（下转第２８页）　２８　陕西工业职业技术学院学报　２０１２年　处。因此，当务之急是建立一套科学的、合理的、适　应创新性教育的英语教学评价体系和考核方式，促　使英语教学中的创新性教育向纵深发展。　首先，考核成绩可以是平时成绩与期末测验成绩　特点，教师根据其叙述提出相关问题，学生稍作思　考、准备后作口头解答，用此方式既考核了学生书　面表达能力，又考核了他们口头表达能力。　除此之外，高等职业院校还应加强机械类专业　英语教学精品课、教材建设、优质核心课以及实践　教学环节的打造与推广，加强校园网络、数字化资　源库、视频专题库等项内容的建设，使之与多媒体　教室的设备实现网络化链接，促进教学质量的全面　调高　。　参考文献　相结合，机械工程专业英语是实践性、应用性很强的　学科，随时随地都可以使用，专业英语教师应当加强　责任心，掌握学生平时应用专业英语的能力。　其次，命题形式可以多样化，考核应全面考察　所学到的知识及应用知识的能力。阅读、翻译、写　作等内容都应考查。若有条件还可以考听力。题　型可以参照国家大学英语四、六级考试形式，如选　择、填空等。还可以采用其它的命题方式，如翻译、　默写、回答有关专业知识、填空等。力求全面、公正　地考查学生能力。　再次，考核的方式可以多样化，如开卷与闭卷　相结合、笔试与口试相结合。对于所要求的基础知　［１］　何锋，陈君德．提高机械工程专业英语应用能力的研　究［Ｊ］．理工高教研究，２００４，（２）：１１６—１１７．　［２］　陈向东．高职院校工程类专业英语教学现状分析与对　策［Ｊ］．兰州石化职业技术学院学报，２００８，（１）：４５—　４６．　识如基本词汇、基本表达方式、简单翻译等，采用闭　卷形式，不准查阅词典。对于阅读量大，有一定难　［３］钟建琳，刘忠和．从机械工程专业英语教学看创新型　人才的培养［Ｊ］．中国电力教育，２００８，（２）：５４—５５．　［４］兰炜，李志飞，黄炎培．职业教育思想对发展我国高等　职业教育的启示［Ｊ］．兰州石化职业技术学院学报，　２Ｏ０７，（２）：７Ｏ一７３．　度的翻译资料以及写作可以采用开卷形式。为考　核学生的听、说、写能力，可以事先选择一个以往专　业课上完成的设计或加工方案，要求学生用英语写　好讲稿，口试时学生讲解自己的设计或加工思路和　（上接第５页）　一（４８—５２）ＨＲＣ，模芯整体综合性能好，为了使模芯　表面强度、硬度高，耐磨性好，最后采用（５４０—　５５０）℃进行尿素软氮化４ｈ，表面硬度可达（６２—　６４）ＨＲＣ，氮化层厚度：化合物层（０．００２～０．００７）　ｍｉｎ，扩散层（０．０５～０．１０）ｍｍ。　外模套壁厚为中间套壁厚的二倍，提高各套圈本　身的结构强度；模芯中间套径向过盈量选择（０．２ｌ～　，０．２４）ｍｉｌｌ，并且将模芯长度增加（Ｏ．５—１．０）ｍｍ，有效　解决了“逃模”现象。　２）选用４０Ｃｒ和５０ＣｒＭｎＭｏ制作外模套和中间　套，用Ｃｒｌ２ＭｏＶ制模芯。并各自对其热处理工艺进　经过模具的结构、材料及热处理工艺的改进，　模具寿命延长，同时获得了显著的经济效益，如表１　所示。　表１　多工位Ｍ１６螺栓冷镦模具改进前后效果对比　项　目　改进前　改进后　经济效果　行了改进和优化，解决了强度和韧性、耐磨性与韧　性之间的矛盾关系，提高了模具使用寿命。　参考文献　使用寿命对比　产量对比　模具用钢对　１万件　１１０００件／班　（１Ｏ～１３）万件　提高（１Ｏ～ｌ３）隹　１６０００件／班　增产４ＪＤ％　［１］李云程．模具制造工艺学［Ｍ］．北京：机械工业出版　社，２００１．　［２］王学文，刘汉贵．挤压组合模的设计［Ｍ］北京：国防工　业出版社，１９８８。　比（以模芯、　２．５公斤／万件　０．５公斤／万件　节约工具钢２　中间套、外模　套计算）　公斤／页件　［３］程培源．模具寿命与材料［Ｍ］．北京：机械工业出版　社，１９９９．　［４］　易文质．模具热处理［Ｍ］．长沙：湖南科学出版社，　３　结束语　１）选择凹模模芯壁厚为中间套壁厚的二分之　１９８】．