通過搓絲板改進實現(xiàn)螺栓加工工藝優(yōu)化

蔣楊英，林志峰，周維

舟山市7412工廠 浙江舟山 316041

1 序言

螺紋成形方式有車螺紋、搓螺紋和滾螺紋3種，對應(yīng)的設(shè)備分別為車床、搓絲機和滾絲機。對于需求量大的汽車緊固件而言，搓螺紋成形是一種極其普遍的生產(chǎn)工藝，由于其生產(chǎn)效率高，每分鐘可加工小規(guī)格螺栓200件以上，螺紋精度好，滿足客戶端的裝配需求，因此被行業(yè)廣泛采用。普通的機牙搓絲板主要用于標(biāo)準(zhǔn)螺紋成形，螺栓倒角、切槽及滾花等需要另外加工。為提高生產(chǎn)效率，縮短生產(chǎn)周期，降低加工成本，通過設(shè)計異形結(jié)構(gòu)搓絲板，可實現(xiàn)多工序整合后在搓螺紋工序一體成形[1]。

2 搓錐角成形

對于尾部帶導(dǎo)向和錐角的螺栓（見圖1），汽車用8.8級及以上緊固件螺紋需要滿足牙底圓弧半徑0.125P（P為螺距）最小和無螺紋折疊的要求，因整體異形搓絲板結(jié)構(gòu)特殊，無法采用磨床進行加工，而普通銑床的滾刀又無法滿足牙底圓弧成形，由此采用普通機牙搓絲板鑲嵌錐角刀板的設(shè)計（見圖2），既能通過磨床加工實現(xiàn)牙底圓弧過渡，又能避免錐角成形處過大的擠壓成形力傳遞到螺紋區(qū)域引起螺紋折疊，同時，錐角成形處刀板的壽命明顯低于普通機牙搓絲板[2]，可有效降低機牙搓絲板的報廢率，根據(jù)車間生產(chǎn)驗證情況，搓絲板和刀板較合適的配比為1∶3。該類產(chǎn)品改進前工藝為冷鐓→去油污→車削錐角→搓螺紋，改進后工藝為冷鐓→搓螺紋。通過優(yōu)化搓絲板結(jié)構(gòu)，可省去原加工工藝中去油污和車錐角兩道工序，經(jīng)濟效益提升顯著。

圖1 尾部帶導(dǎo)向和錐角的螺栓

圖2 普通機牙搓絲板鑲嵌錐角刀板

3 滾花與尖角一體成形

對于帶滾花和尖角的銷釘類產(chǎn)品（見圖3），因滾花精度和尖角外觀要求相對較高，一般采用先車削加工尖角，再滾花成形的工藝[3]。兩道工序想要實現(xiàn)一次成形，主要難點在于銷釘桿部無螺紋，搓尖角成形時因較大的錐面擠壓力而容易出現(xiàn)打滑現(xiàn)象，且滾花板采用磨床加工，尖角處需采用銑床加工，由此采用尖角成形板鑲嵌滾花板式結(jié)構(gòu)（見圖4），可以很好地解決加工困難的問題。同時，通過調(diào)整滾花板螺釘松緊程度，可提高滾花的尺寸精度。另外，將主體搓絲板入料區(qū)、成形區(qū)設(shè)計成網(wǎng)紋狀，可增加尖角成形時銷釘與搓絲板的摩擦力，解決尖角成形時易打滑的問題；整形區(qū)設(shè)計成光滑平面，起到桿部整形修復(fù)的作用。通過搓絲板結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，可有效降低尖角漏車的風(fēng)險，更好地控制產(chǎn)品質(zhì)量。

圖3 帶滾花和尖角的銷釘

圖4 尖角成形板鑲嵌滾花板式結(jié)構(gòu)

4 搓槽成形

壓鉚螺栓類產(chǎn)品（見圖5）通常帶有一個寬度較窄的槽，給裝配過程中壓鉚后導(dǎo)徑的變形留出了一定的空間。采用機牙搓絲板鑲嵌刀片的方式（見圖6），可以實現(xiàn)搓槽和搓螺紋在同一工序成形，但是對于小規(guī)格螺栓（M5～M8），槽的寬度僅0.3～0.5mm，采用普通刀片，壽命僅有一位數(shù)（失效形式為爆口），這就對刀片的結(jié)構(gòu)、材質(zhì)、硬度及加工工藝提出了很高的要求。我廠開發(fā)的搓槽刀片，入料口采用漸入式結(jié)構(gòu)，可以較好地解決刀片入料口易崩的問題，同時，選用SKH51材料[4]，將熱處理[5]后硬度控制在68～70HRC，采用磨床加工，要求入料口和出料口圓滑過渡，最終可保證刀片的平均壽命在10萬件/片以上。改進前車槽需要專機加工，刀具磨損快，加工和管理成本高，改進后槽與螺紋一體成形，在提高生產(chǎn)效率的同時，更好地保證了槽處尺寸的穩(wěn)定性。

圖5 壓鉚螺栓

圖6 機牙搓絲板鑲嵌刀片

5 螺紋與壓扁一次成形

有一種結(jié)構(gòu)的鎖緊螺紋，需要通過使一定范圍內(nèi)機牙螺紋壓扁變形達到螺栓擰緊后防松的效果。對于大批量生產(chǎn)的壓扁螺紋結(jié)構(gòu)的螺栓（見圖7），原先的成形工藝為冷鐓→搓螺紋→壓扁螺紋，壓扁工序需要采用沖床，效率低，質(zhì)量穩(wěn)定性差，通過改進搓絲板的設(shè)計結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了新的成形工藝為冷鐓→搓螺紋與壓扁螺紋一體成形。該搓絲板采用的是在原機牙搓絲板上加工出與產(chǎn)品結(jié)構(gòu)匹配的壓扁螺紋結(jié)構(gòu)（見圖8），在螺紋的入料區(qū)、成形區(qū)和整形區(qū)先保證機牙螺紋成形，然后在整形區(qū)和出料區(qū)的交界區(qū)域指定范圍對螺紋進行壓扁成形，在滿足產(chǎn)品外觀和尺寸要求的同時，提高生產(chǎn)效率，降低成本。

圖7 具有壓扁螺紋結(jié)構(gòu)的螺栓

圖8 具有與產(chǎn)品結(jié)構(gòu)匹配的壓扁螺紋結(jié)構(gòu)的搓絲板

6 結(jié)束語

螺紋成形是汽車緊固件必不可少的生產(chǎn)工序，通過搓絲板結(jié)構(gòu)設(shè)計改進，可以實現(xiàn)多工序整合后在搓螺紋工序一體成形。本文通過例舉多種類型搓絲板改進方案，從設(shè)計源頭進行優(yōu)化，并在實際生產(chǎn)驗證中獲得了良好的改進效果，具有一定的推廣價值。

專家點評

普通的機牙搓絲板主要用于標(biāo)準(zhǔn)螺紋成形，螺栓倒角、切槽及滾花等需要另外加工。通過設(shè)計異形結(jié)構(gòu)搓絲板，實現(xiàn)多工序整合后在搓螺紋工序一體成形。例舉多種類型搓絲板改進案例（搓錐角、滾花、搓槽以及螺紋與壓扁一次成形），從設(shè)計源頭進行工藝優(yōu)化，并在實際生產(chǎn)中驗證改進效果，具有很好的經(jīng)濟性和普及性。

文章的亮點是把握前沿技術(shù)，拓寬搓絲板成形工藝思路，通過改進搓絲板結(jié)構(gòu)，在搓螺紋成形工序一并完成螺栓類零件的多項加工內(nèi)容，在降本增效的前提下，提升標(biāo)準(zhǔn)件制造水平。