高温六角头螺栓毛坯热挤压成型模具设计.pdf

模具工业2014年第40卷第11期
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高温六角头螺栓毛坯热挤压成型模具设计
刘明松,谢彬,龙正建,李波,何应强
(东方汽轮机有限公司制造技术处,四川德阳618000
摘要:对高温六角头螺栓的热挤压成型工艺进行了分析,设计了合理的模具结构及成型工艺流程,通过
实际生产完成了M64mmx350m六角头螺栓毛坯的热挤压生产,提高了材料利用率,縮短了后续机加
工时间,节约了加エ成本
关键词:高温六角头螺栓;热挤压;成型工艺;模具设计
中图分类号:TG376.,2文献标识码:B文章编号:1001-2168(2014)11-0049-03
Design of hot extrusion die for high temperature
hexagonal head bolt workblank
LIU Ming-song, XIE Bin, LONG Zheng-jian, LI Bo, HE Ying-qiang
(Depatment of Manufacturing Technology, Dongfang Turbine Co, Ltd, Deyang, Sichuan
618000, China)
Abstract: The hot extrusion forming process for a high temperature hexagon head bolt was
analyzed; and the die structure and technological forming process were designed. The practi
cal hot extrusion of M64 mm350 mm hexagonal head bolt workblank improves the material
utilization and shortens the subsequent machining time
Key words: high temperature hexagonal head bolt; hot extrusion; forming process; die design
言
2热挤压成型过程
普通六角头螺栓材料为碳钢或合金钢,螺纹规
高温六角头螺栓毛坯的结构特点为:杆部细
格在M20m以下一般采用冷镦成型,冷懒成型适长,六角头外接圆直径大且薄。为克服以往圆钢下
合小规格、大批量的螺栓生产。汽轮机行业中多数料、自由锻生产的局限性和效率低下等缺点,螺栓
是使用温度在500℃以上的高温六角头螺栓,这些毛坯的六角头部分采用热挤压技术局部镦挤成
螺栓直径大、规格多,材料多为耐热不锈钢,因冷镦型,其成型原理示意图如图1所示,依据螺栓杆部
挤压力常常超过被挤乐材料强度好儿倍,所需设备直径确定棒料直径,将棒料一端加热到锻造温度后
吨位大,实际生产中常采用圆钢下料或人工自由锻利用模具固定杆部,然后在加热端施加一定轴向
成型。为保证机加工余量,圆钢下料是依据螺栓六力,棒料受热区在挤压力作用下填充模具型腔从而
角头最大尺寸加放机加工余量,以致螺栓杄部的机形成螺栓的六角头部分,该处形状及尺寸由相应的
加工余量很大,材料浪费多,后续精加工过程中刀模具控制,整个成型过程一次性完成,操作简单,效
具消耗以及占用机床加工时间较多,生产效率低;率高。这种制坯方式结合了挤压和模锻的优点,生
而人工自由锻的整个成型过程需要采用大规格圆产出的六角头螺栓毛坯尺寸精确,质量高,材料利
钢进行压肩、拔长、滚圆等很多工序,生产效率低且用率高,节约能源,后续加工周期大幅缩短。
尺寸精度差。因此,探索一种新的六角头螺栓毛坯
成型方式很有必要,但日前相关文献资料很少,以
下对这种螺栓毛坯的热挤压成型工艺及模具设计
进行探索研究
收稿日期:2014-08-
图1高温六角头螺栓毛坯热挤压成型原理示意图
作者简介:刘明松(1979-),男(汉族),四川德阳人,工程师,主要
从事锻造技术研究及技术服务
l.棒料2.螺栓毛坯
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3热挤压成型方案与模具设计
3.,2.3通用凸模设计
3.1成型工艺方案
考虑凸模长期使用磨损后需更换,将凸模设计
根据高温六角头螺栓毛坯热挤压成型原理,整成通用结构(见图4),其中凸模套与定位销轴通用
个热挤压成型过程是一个局部镦粗过稈,只有棒料不同规格的凸模与其搭配使用,凸模磨损后无需更
加热区部分产生变形,杆部棒料无需变形,依照螺换凸模套与定位销轴。凸模材料选取热作模具钢,
栓杆部直径加放机加工余量来确定棒料直径,设计其余部件采用普通碳钢,以降低模具成本。
专用成型模具控制螺栓六角头形状及尺寸,并根据3.2.4成型工序流程确込
变形前后体积不变原则计算出所需棒料长度。由
根据高温六角头螺栓毛坯热挤压成型原理,将
于该方式只需对成型部分棒料进行局部加热,工艺加热好的棒料放入模具中精确定位,左、右凹模合
上可考虑采用中频感应加热棒料,以实现局部加热模后夹紧棒料中间杆部,压力机滑块带动凸模镦挤
与控制,减少棒料氧化皮的产生,节约能源,且加热棒料头部,使其充满整个模具型腔,满足工艺尺寸
速度快,可连续作业;棒料未加热端保持原始状态,要求,最后左、右凹模回程,分模取出.工件。具体流
有利于提高螺栓毛坯的表面质量和尺寸精度
程为:根据棒料变形部分长度确定轴向定位杆位置
→棒料一端加热到始锻温度→棒料从进料口进料
3.2成型模设计
→压力机左、右液压缸推动左、右凹模前进合模定
3.2.1模具结构设计
位→锁模液压缸前进锁模→凸模快速下行→凸模
模具采用1个凸模与2个四模的分体式结构,慢速挤压→液压缸泄压,滑块回程→凸模快速回程
凹模分成左、右对称的2块,模具结构如图2所示
锁模液压缸活塞退回→左、右凹模分开→工件从
该模具结构有以下优点:
进出料口出料。
(1)可通过调整轴向定位杆高度挤压同一螺纹
规格、不同长度的螺栓。
4运用实例
(2)挤压过程中凸模行程短,从而缩短压力机
采用热挤压成型规格为M64mmx350mm、材料
工作行程,提高工作效率
为2Cr12 Nimol WIV的六角头螺栓毛坯,实物如图5
(3)凹模分成左、右2块,可实现棒料从侧面进所示。实践证明,螺栓毛坯成型效果良好,棱边饱
料与出料,方便操作,且凹模无需设置拔模斜度。
满,尺寸精度、外观质量、力学性能及微观组织都能
3.,2.2模具锁模杋构设计
满足要求;此外,热挤压螺栓毛还的后续机加工比
凹模利用带斜块的U型夹持支架锁模,并采用圆钢下料方式至少可以节省1/3以上的时间,还能
机械式自锁结构,该锁模机构示意图如图3所示,结节约加工刀具的费用。
构简单,夹持牢靠
(a)二维图
(b)三维图
图2模具结构
1.马↓模2右凹模3.轴向定位杆4.左凹模