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冷镦钢成品丝拉拔拉毛问题的解决方案

一、拉拨工艺简介

现行的紧固件主要工艺方法是冷镦(冷锻)或者称冷挤压和热镦(含温镦)工艺。我们的原材料主要是线材盘条冷镦用热轧盘条,热(温)镦工艺主要是棒料。由热轧获得的材料的外圆尺寸、公差、精度、表面状态(氧化皮等)均不适应冷镦工艺的要求。所以大部分材料需要改制成所尺寸的成品丝。

拉拨前的润滑是非常必要的,可以提高拉拨材表面质量,减少磨损,延长拉拨模使用寿命,保持稳定的尺寸精度,提高拉丝的速度,增加产量,提高效率,防止酸洗后再生锈。拉拨后的材料中存余的润滑剂在冷镦过程中起到关键的润滑膜作用。

酸洗后的材料放到磷酸盐溶液里,使钢材表面生成一层均匀的多孔的可变形的磷酸盐膜,然后涂敷金属皂,使之形成润滑膜。这种润滑膜属于化学反应润滑膜,能随钢材一起变形,并且在冷变形温度范围内能保持化学稳定性。处理适当的润滑膜在拉拨时,(压缩率为≤30%时),金属表面的润滑膜层仍然可以保留78%。由于磷化-皂化是化学反应膜,已与材料表面结合为一体,所拉所后表面原有的磷酸盐结晶和金属皂一起在随后的冷镦加工序中存在于工件表面和模腔内壁之间,保持其润滑性能。

拉拨的原理:拉拨是由粗变细的一种加工形式,也俗称拉丝,伸线。拉拨是塑性形变中的压缩变形。变形也是由弹性变形开始,当外力作用到达金属内部组织,晶格被迫改变其原有的平衡位置,如果金属所受的外力过大发生了滑动移位,并且在拉拨模的约束下,在没有反拉力的情况下,向一个方向定向改变,那么通过拉拨模的一端尺寸直径就变小,达到预期设定的直径尺寸,就达到了拉拨工序的加工目的。冷镦钢的拉拨就是利用了它有优良的塑性形变的性能。

二、影响拉拨质量的一般因素

⑴材料的强度。含碳量高、含合金元素高的强度大,抗拉能力强,含硅高,冷作硬化率也高。

⑵拉拨模变形区的锥角(一般5°~16°)在压缩率不变的情况下,角度小,接触面积大,阻力大,摩擦阻力应变阻力,拉拨力大;反之,阻力小。一般锥角粗线≥30mm 12°~16°,中粗线16mm ~27mm 10°~12°,细线<16mm 5°~8°。

⑶定径带的影响

带宽阻力大,工作稳定,耐用度高,但过宽会发热烧坏润滑膜,入口处“结屑”会损坏产品表面光洁度,一般定径带宽度是拉拨尺寸的0.2~0.45d,细线可以宽一点,粗线可以窄一点。

⑷速度与温度

速度和温度也是影响拉拨的重要因素,基本规律是,加快速度会改善金属塑性形变的摩擦系数,抵消一部分冷作硬化的因素。但温度过高会损坏润滑膜,降低线材性能。一般要求因材质而异,温度不超过250℃~300℃(大规格16mm以上不超过350℃)。

三、影响成品丝拉毛的因素

通常冷镦钢成品丝表面产生一定深度的细小划痕称为拉毛。拉毛后的冷镦钢成品丝在螺栓成型、热处理后极易产生裂纹,所以在拉拔工序上一定要严格控制成品丝的表面质量。

拉毛问题是由冷镦钢盘条料沿模具表面滑动时产生的滑动摩擦力造成,因此,拉毛问题一般产生在成形剧烈走料位置。拉毛问题会加剧拉丝模的磨损速度,造成大批成品丝的不稳定性。

影响拉毛的因素有原材料因素和模具因素。

⑴原材料因素

冷镦钢盘条的直径范围从5mm~40mm扩大到4.5mm~60mm。圆钢的直径在20mm~100mm范围。钢材材质、直径范围、低碳或中碳等。材料的屈服和抗拉强度越大、直径范围越大,冷镦钢所需的成形力和成形过程中的滑动摩擦力就越大,因此,冷镦钢成品丝越容易产生拉毛问题。冷镦钢直径范围越大,拉拔模角度越小,成品丝越容易产生拉毛问题。当抗拉强度大于650MPa,直径范围在24mm以上的原材料,拉拔速度过快时,拉毛问题表现的尤其突出。

⑵模具因素

模具因素主要包括模具材质、模具硬度、模具间隙、表面光洁度。韧性好(耐磨性)、淬火性能好(硬度值在59-63HRc)的模具材质能减轻拉毛对模具的损伤。多数企业采用硬质合金模,也有用合金钢镶块Cr12MoV和SKD11。对抗拉强度在440MPa的材质,常采用减小模具间隙的方法来获得更好的洁净表面尺寸,但拉毛问题也会随着模具间隙的减小而加剧。因冷镦钢表面氧化皮未清除干净或模具上的污物等,模具表面在反复的拉拔过程中会形成粘结屑,这些粘结屑大大加剧了拉毛缺陷。

对成品丝拉毛问题可以从拉拨模因素角度去解决。

⑴选用硬质合金模,或用Cr12MoV和SKD11合金钢镶块,保证淬火后的硬度。⑵拉拨模经常性保养,保证内孔工作部分的表面光洁度。⑶拉拨模内孔工作部分表面做镀层 ,如TD处理和PVD处理等,提高内孔工作部分的硬度和耐磨性。
总之,对成品丝拉毛普遍性问题,要做好经验积累与总结,不断的优化产品的生产进程和改进工艺,保证成品丝的表面质量。

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