導(dǎo)語：盾構(gòu)機用高強度螺栓工藝設(shè)計探討一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：在對盾構(gòu)螺栓工藝設(shè)計的分析及工藝尺寸的計算和模具結(jié)構(gòu)設(shè)計基礎(chǔ)上，制定了產(chǎn)品生產(chǎn)工藝。通過局部加熱，預(yù)壓后再成型工藝鍛造頭部，最后經(jīng)熱處理再用冷滾絲工藝加工螺紋部分，以達到產(chǎn)品的設(shè)計要求，并采用毫克能消除應(yīng)力和疲勞源，以提高產(chǎn)品的壽命。

關(guān)鍵詞：模具結(jié)構(gòu);熱處理;毫克能

1前言

隨著經(jīng)濟發(fā)展，基礎(chǔ)建設(shè)加速，城市地鐵輕軌、鐵路運輸、高速公路、飲水工程、越江隧道和城市管道的發(fā)展，預(yù)計近5年盾構(gòu)機市場需求大概在500～800臺。盾構(gòu)機市場發(fā)展必將帶動其零部件需求的增長。盾構(gòu)螺栓作為盾構(gòu)機上的重要零部件，直接影響著盾構(gòu)機的掘進速度和壽命。此前盾構(gòu)機用螺栓長期依賴國外進口，不僅價格貴而且采購周期長，因此盾構(gòu)螺栓國產(chǎn)化將提高我國盾構(gòu)機在國際市場的競爭實力。

2盾構(gòu)螺栓的技術(shù)要求

2.1盾構(gòu)螺栓尺寸

各尺寸必須符合圖紙要求（如圖1）。圖1螺栓示意圖

2.2粗糙度要求

產(chǎn)品表面粗糙度＜1.6μm。

2.3產(chǎn)品機械性能要求

盾構(gòu)機用高強度螺栓機械性能要求，詳見表1。

2.4硬度

硬度35HRC～40HRC，同一件螺栓、螺釘?shù)挠捕炔畈淮笥?個洛氏硬度單位。

2.5金相組織

產(chǎn)品金相組織應(yīng)為均勻的回火索式體，允許有少量鐵素體，其含量應(yīng)不大于3%，按第一級別圖評定，1~3級合格。

3零件的工藝分析

3.1機械性能

零件的機械性能與標(biāo)準(zhǔn)ISO898-1中10.9級對比，見表2。

3.2螺栓原材料化學(xué)成分

螺栓原材料擬采用GB/T3077的18Cr2Ni4WA熱扎圓鋼，其化學(xué)成分見表3。

3.3生產(chǎn)工藝流程

根據(jù)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特色、機械性能等特點，螺栓采用的工藝流程為：備料—頭部成型—熱處理—表面加工—光桿表面強化處理—制絲—涂油。

4成型設(shè)備、模具結(jié)構(gòu)及主要成型工序

4.1切斷

材料切斷長度確定和備料：根據(jù)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)，計算出產(chǎn)品的體積，根據(jù)產(chǎn)品的體積，由公式V=πR2L得L=V/πR2算出所需產(chǎn)品的用料長度，然后備出合適的原材料。

4.2頭部成型

根據(jù)計算鐓鍛比為1.8，需要壓內(nèi)六角，因一次成型會導(dǎo)致內(nèi)六角偏心和不滿，宜采用二次成型，即先溫墩預(yù)壓再熱壓成型頭部的工藝方式。4.2.1預(yù)墩。由于兩次成型的鐓鍛比較大，應(yīng)合理分配兩次成型的鐓鍛比。實踐證明，第一次預(yù)墩應(yīng)盡可能增大變形程度，而使預(yù)墩形狀接近成型狀，第二次熱壓更容易使頭部的內(nèi)六角壓滿，見圖2。因預(yù)墩變形簡單，為提高效率、降低成本，宜采用溫鐓的方式，應(yīng)注意避開材料的藍脆溫度，所以加熱到藍脆溫度以上再結(jié)晶溫度以下就可以，選取的溫度為600℃。4.2.2頭部壓型。頭部成型后產(chǎn)品尺寸，見圖3。頭部最終成型，為保證產(chǎn)品的內(nèi)六角鐓滿，采用熱壓成型，根據(jù)《鍛壓手冊》查表得該材料的始鍛溫度為1200℃、終鍛溫度為800℃，因此選用始鍛溫度為1100~1150℃；

4.3成型設(shè)備選型

4.3.1擠壓力。根據(jù)材料性能、零件結(jié)構(gòu)計算出產(chǎn)品成型擠壓力P：P鍛=K*W*P1*F1=1.18*1.2*8000*34.2=3874176N=3874.17kN。P為擠壓力（kN）；K為安全系數(shù)；W為溫度與材料的影響系數(shù)（查表可得）；P1單位面積擠壓力MPa；F1最大擠壓面積cm2。由于鍛壓力P鍛≥3874.2kN，根據(jù)公司情況選用J31-400雙盤摩擦壓力機。4.3.2J31-400雙盤摩擦壓力機設(shè)備參數(shù)。公稱壓力4000kN；滑塊行程400mm；行程次數(shù)16次/min；最大封閉高度710mm；工作臺板厚度250mm。

4.4模具設(shè)計

關(guān)鍵模具尺寸確定，上模、下模為產(chǎn)品尺寸控制的關(guān)鍵零部件。根據(jù)工藝要求，鍛壓溫度為1100℃，18Cr2Ni4WA材料熱膨脹系數(shù)為K=σ*t=15.1*1100℃*10-6=0.016，模具型腔尺寸設(shè)計應(yīng)考慮1.6%的收縮量，即下模型腔直徑D=D0+KD0=φ66*(1+0.016)=φ67.05+0.05(mm)，見圖4；上模六方對邊尺寸S=S0+KS0=32.25*(1+0.016）=32.7+0.5(mm)，見圖5。為提高產(chǎn)品表面質(zhì)量、延長模具壽命，可在上下模成型適當(dāng)增加脫模稍度。技術(shù)應(yīng)用echnologyandApplication.

5熱處理

5.1熱處理

由于對螺栓有較高的綜合性能要求，熱處理是盾構(gòu)螺栓工藝的關(guān)鍵。同時由于產(chǎn)品為細長桿，易產(chǎn)生熱處理變形。為減少變形，熱處理時采取豎直吊裝的方法進行加熱和淬回火。

5.2熱處理工藝試驗

通過查閱《熱處理工程師手冊》可得，18Cr2Ni4WA材料全奧氏體轉(zhuǎn)變溫度為810℃。由于淬火溫度越高，越容易造成淬火后晶粒粗大，可采用兩淬兩回的熱處理工藝對產(chǎn)品進行晶粒細化。為驗證兩淬兩回對產(chǎn)品綜合性能的影響，分別對同一批材料的18Cr2Ni4WA進行了熱處理試驗對比。第一組采用一淬一回的工藝，淬火溫度為880℃、回火溫度為530℃；第二組采用兩淬兩回的工藝，第一次淬火溫度為880℃、第二次淬火溫度為850℃、兩次回火溫度均為530℃，兩組熱處理材料試驗結(jié)果見表3.根據(jù)工藝試驗數(shù)據(jù)表明，18Cr2Ni4WA采用兩淬兩回的熱處理工藝可以細化晶粒和使材料的組織充分轉(zhuǎn)變，從而提高產(chǎn)品韌性，以達到最好的綜合性能。表3數(shù)據(jù)表明，采用兩淬兩回的熱處工藝可以滿足產(chǎn)品的性能要求，因此確定熱處理工藝為兩淬兩回。

6表面強化處理

為提高產(chǎn)品機械性能，對產(chǎn)品表面進行強化處理。由于機加切削造成表面刀花影響產(chǎn)品的性能，在工藝上考慮對產(chǎn)品表面進行滾壓，達到消除表面刀花應(yīng)力影響的目的，但傳統(tǒng)的滾壓方式表面工作效率低，且表面質(zhì)量不穩(wěn)定；因此在工藝上考慮采用毫克能表面處理技術(shù)，減少產(chǎn)品的表面粗糙度和增加產(chǎn)品的表面壓應(yīng)力，采用此工藝技術(shù)可以使產(chǎn)品表面粗糙度達到0.05μm之內(nèi)，且在表面增加了均勻的壓應(yīng)力，提高了產(chǎn)品的抗疲勞性能。（毫克能技術(shù)是在0.2MPa的作用下，以20000次/min的頻率讓球頭刀在工件表面沖擊。）

7制絲

7.1滾絲

產(chǎn)品螺紋直徑較大，為了保證滾絲后螺紋表面的粗糙度，在熱處理后進行冷滾絲，由于產(chǎn)品精度要求高，滾絲需要一次性成型，不能反復(fù)滾壓，則需要大功率的滾絲機。

7.2設(shè)備的選擇

根據(jù)《緊固件工藝指南》中公式：468115N=468.115kNE0為滾絲時所需的滾壓力；δ為材料的延伸率15%；L為螺紋長度96mm；P為螺距4.5mm；HB為硬度361HB；K為滾絲輪頭數(shù)3；F為修正系數(shù)1；Z為硬化系數(shù)2。因此，確定滾壓力E0≥468.115kN的壓力機，根據(jù)公司情況選用635kN滾絲機。采用滾絲機無屑加工方式冷滾螺紋，既保證了螺紋的精度，又保證了螺紋的強度和表面質(zhì)量。

8成品檢驗情況

通過上述工藝小批量生產(chǎn)，按技術(shù)條件對產(chǎn)品進行了檢驗，結(jié)果表明，外形尺寸、機械性能、金相均滿足產(chǎn)品的設(shè)計要求。

9結(jié)束語

經(jīng)生產(chǎn)實踐證明，模具結(jié)構(gòu)緊湊、合理，工藝可靠，滿足了產(chǎn)品質(zhì)量的要求，成功與國內(nèi)盾構(gòu)機契合，產(chǎn)品質(zhì)量居國內(nèi)領(lǐng)先水平。

參考文獻

1成都標(biāo)準(zhǔn)緊固件工業(yè)公司技術(shù)研究所.緊固件工藝指南[S].成都，1988.

2樊東黎，徐躍明，佟曉輝.熱處理工程師手冊[S].北京：機械工業(yè)出版社，2011.

3中國機械工程學(xué)會，中國模具設(shè)計大典編委會.中國模具設(shè)計大典[S].南昌：江西科學(xué)技術(shù)出版社，2003.

4中國機械工程學(xué)會鍛壓學(xué)會.鍛壓手冊[S].北京：機械工業(yè)出版社，1993.

5成大先.機械設(shè)計手冊[S].北京：北京化學(xué)工業(yè)出版社，2008.

作者：馮斌