梅花頭螺釘頭模鍛裝置及其模鍛方法

2023-06-13 03:44:36 1

專利名稱：梅花頭螺釘頭模鍛裝置及其模鍛方法
技術領域：
本發明涉及的是一種機械零件製造技術領域的工藝及裝置，具體是一種梅花頭螺釘頭模鍛裝置及其模鍛方法。
背景技術：
在機器製造業中廣泛使用頭部帶有十字形槽的螺釘，如圖1所述。由於結構特別是槽型結構，它們不能承受太大的扭矩。在螺釘擰入時，扳手接觸表面的錐形和螺釘的十字槽引起了不必要的附加軸向力。為了保證有最大接觸面積，該軸向力隨著擰緊力矩的增大而增加。在相反條件下，扳手擰出的軸向力，減少了接觸面積。這就導致增加接觸應力，也就導致了十字槽的剪切而破壞。經過對現有技術的檢索發現，美國專利號4，384，812記載了一種螺釘頭，該技術中涉及的螺釘頭頂部有由兩個等邊8角形所形成的星形孔，8角形置於正8邊形和與其內接的正4邊形之間，8邊形和4邊形同軸、一個置於另一個之上且相位錯開約45°，故有8個凸角和8個凹角交錯排布。但是該技術未涉及6角星垂直內孔及具體成形工藝，也未涉及螺釘孔受力分析，同時該技術螺釘的形狀結構導致其使用壽命較短。

發明內容
本發明針對現有技術存在的上述不足，提供一種梅花頭螺釘頭模鍛裝置及其模鍛方法，製備得到頭部帶有梅花形(六角星形)扳手槽的螺釘，使用時在軸向不存在反作用力，從而保證了扳手最大的接觸面積和對應最小的單位壓力，大幅度提高了螺釘使用壽命。本發明是通過以下技術方案實現的本發明涉及一種梅花頭螺釘頭模鍛裝置，包括墊板、第一凸模、導向套、彈簧、凹模、導向輪和模座，其中第一凸模、導向套和彈簧由內而外依次設置於凹模內部，凹模垂直設置於模座內且頂部與水平設置的墊板相接觸，導向輪轉動設置於模座內並與凹模的外側相嚙合。所述的第一凸模的底部開口為錐形喇叭口結構和柱形喇叭口結構，其中錐形喇叭口結構由圓柱體部分和截錐體部分組成，其中圓柱體部分的直徑為Cltl， 高度為0. 3mm，截錐體部分的上端直徑為do=(p3.48mm,高度0. 3mm ；下端直徑為dQ+lmm，高度為0. 3mm, d0為原始毛坯外徑，在此為(p3.48mm。柱形喇叭口結構為直徑為Dtl，即橢球體外徑(p7.07mm，高度為3. 55mm的圓柱體。本發明涉及上述裝置的製造工藝，包括以下步驟第一步、在第一凸模上加裝彈簧，然後以模鍛鐓粗係數為K = Ι/d > 3. 3預鐓頭部；第二步、使用帶六角星形第一凸模採用開式衝孔原理，採用10 20塑性鋼、熱強鋼12Mn、20Mn2或38CrMnNiMo作為原材料進行分步式模鍛；所述的分步式模鍛是指
工步I)選取直徑為(p3.48mm，長度為37. Imm的圓柱體棒材作為坯料，置於所述模鍛裝置中，當採用10 20塑性鋼作為原材料時則一次鐓粗方式得到頭部具有橢球體的螺釘坯，或者當採用熱強鋼12Mn、20Mn2或38CrMnNiMo作為原材料時則通過兩次鐓粗方式，先製成頭部具有厚度為3. 55mm、(p3.48mm、高為4mm、錐角為52°的截錐體小頭的螺釘坯，然後再進一步二次鐓粗為頭部具有橢球體的螺釘坯；所述的橢球體的直徑為φ7.07,厚度為3. 55mm。所述的螺釘坯的頭部高徑比K = 1. 2 << 2. 8 ；截面參數採用I1A高度處內外徑差值之半Δ S = D-D1,式中D為外形中徑諷為型腔最大直徑；穩定性參數K = 2. 8或K = 21/(04)。工步II)將螺釘坯置於螺釘頭模具中，以開式衝孔方式進行鍛造，得到具有六角星形的梅花頭螺釘頭。所述的螺釘頭模具包括上模具和下模具，其中上模具上設有第二凸模，下模具上設有通孔，所述螺釘坯豎直設置於通孔內並正對第一凸模和第二凸模。所述的第二凸模的內徑與第一凸模動配合且端面為120°截錐體，高度為1mm。本發明涉及上述方法製造得到的梅花頭螺釘，其頭部具有梅花花瓣狀的六角星形扳手槽，其中六角星形外接圓直徑為<p3.95mm:扳手槽的深度為1.6mm。


圖1為頭部帶有十字形槽的螺釘示意圖。圖2為頭部帶有梅花形扳手槽螺釘示意圖；圖中(a)為側視圖，(b)為俯視圖。圖3為第一凸模帶有彈簧的模具結構示意圖。圖4為頭部帶有梅花形槽螺釘頭部成形模具示意圖。圖5為改變常規工步I鐓成橢球形頭後的模鍛件示意圖。圖6為消除高強度鋼螺釘頭部裂紋改進後的工藝工步示意圖。
具體實施例方式下面對本發明的實施例作詳細說明，本實施例在以本發明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護範圍不限於下述的實施例。如圖3所述，以下實施例涉及的梅花頭螺釘頭模鍛裝置，包括墊板1、第一凸模2、 導向套3、彈簧4、凹模5、導向輪6、軸瓦7、模座8，其中第一凸模2、導向套3和彈簧4由內而外依次設置於凹模5內部，凹模5垂直設置於模座8內且頂部與水平設置的墊板1相接觸，導向輪7轉動設置於模座8內並與凹模5的外側相嚙合。所述的第一凸模2的底部經改進後如圖北所示的柱形喇叭口結構，其中 錐形喇叭口結構由圓柱體部分8和截錐體部分9組成，其中圓柱體部分8的直徑為Cltl，高度為0. 3mm,截錐體部分9的上端直徑為(Itl，下端直徑為屯+lmm，高度為0. 3mm, d0為原始毛坯外徑。 柱形喇叭口結構為直徑為Dtl，即橢球體外徑，高度為3. 55mm的圓柱體10。
如圖4所示，為螺釘頭模具，包括上模具11和下模具12，其中上模具11上設有第二凸模13，下模具12上設有通孔14，所述螺釘坯0豎直設置於通孔14內並正對第二凸模13。所述的第二凸模13的內徑與第一凸模2動配合且端面為120°截錐體，高度為 Imm0實施例1本例中選取塑性材料，如10 20鋼。第一步、在第一凸模上加裝彈簧，然後以模鍛鐓粗係數為K = Ι/d > 3. 3預鐓頭部；第二步、如圖5所示，使用帶六角星形第一凸模採用開式衝孔原理，進行模鍛；工步I選取直徑為(p3.48mm，長度為37. Imm的圓柱體棒材作為坯料，置於圖3所示梅花頭螺釘頭模鍛裝置中，以鐓粗方式進行鍛造，得到頭部具有厚度為3. 55mm，直徑為 (p7.07mm橢球體的螺釘坯；工步II 將螺釘坯置於圖4所示螺釘頭模具中，以開式衝孔方式進行鍛造，得到具有六角星形狀特徵的梅花頭螺釘頭，由於工步I所鐓粗的螺釘頭部形狀由錐形改為橢球形，故在工步2中沒有出現失穩，半成品毛坯頭部高徑比K = 1. 2 < 3. 3預鐓頭部；第二步、如圖6所示，使用帶六角星形第一凸模採用開式衝孔原理，進行模鍛；工步I選取直徑為(p3.48mm，長度為37. Imm的圓柱體棒材作為坯料，置於圖3a所示梅花頭螺釘頭模鍛裝置中，以鐓粗方式進行鍛造，得到頭部具有厚度為5mm，其中圓柱體直徑為φ3.48高為1mm，截錐體小頭直徑為φ3.48，高4mm，錐角為52°的坯料；工步II將工步I半成品毛坯置於圖北所示梅花頭螺釘頭模鍛裝置中，將螺釘坯錐形頭部鐓成橢球體頭部螺釘坯<p7.07x352mm;工步III將工步II半成品坯置於圖4所示螺釘頭模具中，以開式衝孔方式進行鍛造，得到具有六角星形狀特徵的梅花頭螺釘頭，頭部(PSxi^mm5S* 28. 2mm ；六角星形梅花槽尺寸外接圓 2. 5時而產生失穩，以及常規將螺釘頭部在工步I鐓粗成錐形，而在第II工步易失穩形成摺疊的弊端，一反常規將頭部鐓粗成橢球形(對塑性材料)，從而使其在第II工步高徑比K = 2. 8 驟降到1. 2，保證第II工步六角星形凹槽成形的穩定性。
權利要求
1.一種梅花頭螺釘頭模鍛裝置，其特徵在於，包括墊板、第一凸模、導向套、彈簧、凹模、導向輪和模座，其中第一凸模、導向套和彈簧由內而外依次設置於凹模內部，凹模垂直設置於模座內且頂部與水平設置的墊板相接觸，導向輪轉動設置於模座內並與凹模的外側相嚙合。
2.根據權利要求1所述的梅花頭螺釘頭模鍛裝置，其特徵是，所述的第一凸模的底部開口為錐形喇叭口結構或柱形喇叭口結構，其中錐形喇叭口結構由圓柱體部分和截錐體部分組成，其中圓柱體部分的直徑為Cltl，高度為0. 3mm，截錐體部分的上端直徑為Cltl，下端直徑為屯+lmm，高度為0. 3mm, d0為原始毛坯外徑；柱形喇叭口結構為直徑為Dtl，即橢球體外徑，高度為3. 55mm的圓柱體。
3.一種根據上述任一權利要求所述裝置的製造工藝，其特徵在於，包括以下步驟第一步、在第一凸模上加裝彈簧，然後以模鍛鐓粗係數為K = Ι/d > 3. 3預鐓頭部；第二步、使用帶六角星形第一凸模採用開式衝孔原理，進行模鍛，得到梅花頭螺釘頭。
4.根據權利要求3所述的製造工藝，其特徵是，所述的模鍛是指工步I)選取直徑為<p3.48mm，長度為37. Imm的圓柱體棒材作為坯料，置於所述模鍛裝置中，當採用10 20塑性鋼作為原材料時則一次鐓粗方式得到頭部具有橢球體的螺釘坯， 或者當採用熱強鋼12Mn、20Mn2或38CrMnNiMo作為原材料時則通過兩次鐓粗方式先製成頭部具有厚度為3. 55mm、(p3.48mm、高為4mm、錐角為52°的截錐體小頭的螺釘坯，然後再進一步二次鐓粗為頭部具有橢球體的螺釘坯；工步II)將螺釘坯置於螺釘頭模具中，以開式衝孔方式進行鍛造，得到具有六角星形的梅花頭螺釘頭。
5.根據權利要求4所述的製造工藝，其特徵是，所述的橢球體的直徑為φ7.07，厚度為5mm 。
6.根據權利要求4所述的製造工藝，其特徵是，所述的螺釘坯的頭部高徑比K=1.2 <<2.8 ；截面參數採用1/2高度處內外徑差值之半Δ S = D-D1，式中D為外形中徑；Dl 為型腔最大直徑；穩定性參數K = 2. 8或K = 21/(0^)。
7.根據權利要求4所述的製造工藝，其特徵是，所述的螺釘頭模具包括上模具和下模具，其中上模具上設有第二凸模，下模具上設有通孔，所述螺釘坯豎直設置於通孔內並正對第二凸模。
8.根據權利要求7所述的製造工藝，其特徵是，所述的第二凸模的內徑與第一凸模動配合且端面為120°截錐體，高度為1mm。
9.一種根據上述任一權利要求所述的梅花頭螺釘，其特徵在於，其頭部具有梅花花瓣狀的六角星形扳手槽，其中六角星形外接圓直徑為(P3.95mm;扳手槽的深度為1.6mm。
全文摘要
一種機械零件製造技術領域的梅花頭螺釘頭模鍛裝置及其模鍛方法，製備得到頭部帶有梅花形(六角星形)扳手槽的螺釘，使用時在軸向不存在反作用力，從而保證了扳手最大的接觸面積和對應最小的單位壓力，大幅度提高了螺釘使用壽命。
文檔編號B21K1/46GK102151786SQ20111010766
公開日2011年8月17日 申請日期2011年4月28日 優先權日2011年4月28日
發明者呂景林, 張海英, 王以華, 舒霆, 陳波 申請人:上海保捷汽車零部件鍛壓有限公司