一种螺栓生产用模具、生产方法及制造出的螺栓技术

本发明专利技术公开了一种螺栓生产用模具，包括上模和下模，所述上模盖合在下模上形成模具型腔，所述模具型腔包括依次连接的挤压通道、梯度成型通道和定径通道；所述挤压通道背离梯度成型通道的端部设有第一挤压冲头。本发明专利技术还公开了一种螺栓的生产方法及螺栓，本发明专利技术的优点在于，实现螺栓从其表层到芯部的合金晶粒尺寸逐渐增大的梯度结构，使得合金材料制成的螺栓同时具有高强度和高塑性。

A mould for bolt production, production method and bolt produced

The invention discloses a mold for bolt production, which comprises an upper die and a lower die. The upper die cover is closed on the lower die to form a mold cavity. The mold cavity comprises a sequentially connected extrusion channel, a gradient forming channel and a sizing channel, and the end of the extrusion channel deviating from the gradient forming channel is provided with a first extrusion punch. The invention also discloses a production method of bolts and bolts. The advantages of the invention are that the gradient structure of increasing alloy grain size from the surface layer to the core of bolts is realized, so that the bolts made of alloy materials have high strength and high plasticity at the same time.

【技术实现步骤摘要】
一种螺栓生产用模具、生产方法及制造出的螺栓
本专利技术涉及螺栓，具体涉及一种螺栓生产用模具、生产方法及制造出的螺栓。
技术介绍
随着科技的发展，用于各种机械结构的螺栓等紧固件提出了更高的要求，以期获得更高的强度和塑性。但提高合金的强度往往会导致其塑性的降低，如TIMETAL-125钛合金的延伸率可达13％，但相应的抗拉强度则降为1250MPa，通过热处理可使抗拉强度最高可达1586MPa，但相应的延伸率降低至6％左右。近年来，研究发现当材料表层为纳米晶或超细晶、芯部为粗晶，且晶粒尺寸由表层至芯部呈梯度分布时，材料可以兼具高强度及优良的塑性。如K.Lu等人在《Science》发表“Makingstrongnanomaterialsductilewithgradients”梯度结构原理制备强韧纳米材料，(2014,345(6203):1455.)指出当钢、铜、铝等材料的晶粒尺寸细化至纳米尺度时可以得到较高的强度，但由于应力集中，其塑性显著降低，而当材料表层为纳米晶或超细晶、芯部为粗晶，且晶粒尺寸由表层至芯部呈梯度分布时，可以使材料兼具优良的塑性及高强度。传统的螺栓生产工艺包括热轧盘条、冷拔、球化退火、机械除磷、酸洗、冷拔、冷锻成型、螺纹加工、热处理、检验等步骤，采用该方法生产的螺栓，并不能产生晶粒尺寸由表层向芯部呈梯度分布的结构特性，也就无法获得同时具有高强度、高塑性的螺栓。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于：现有螺栓生产工艺难以制得同时具有高强度、高塑性的螺栓。本专利技术采用以下技术方案解决上述技术问题：一种螺栓生产用模具，包括上模和下模，所述上模盖合在下模上形成模具型腔，所述模具型腔包括依次连接的挤压通道、梯度成型通道和定径通道；所述挤压通道背离梯度成型通道的端部设有第一挤压冲头。优选地，本专利技术所述的一种梯度节结构的螺栓生产用模具，所述梯度成型通道为自挤压通道向定径通道方向延伸并渐缩的锥形。优选地，本专利技术所述的一种梯度结构的螺栓生产用模具，所述定径通道背离梯度成型通道的端部设有头部成型通道，所述头部成型通道背离定径通道的端部设有第二挤压冲头。本专利技术提供了一种螺栓生产方法，其基于上述的生产模具，包括以下步骤：(1)预热待加工坯料；(2)将预热后的坯料放入挤压通道内，上模盖合在下模上；(3)启动压力机，第一挤压冲头对坯料施加压力，将坯料挤入梯度成型通道内，变形后流入定径通道和头部成型通道；坯料靠近第二挤压冲头的端部在第二挤压冲头的作用下镦粗变形，至头部完全成型，得到预制坯；(4)卸压开模，使第一挤压冲头及第二挤压冲头复位，取出预制坯；(5)在预制坯上加工螺纹，得到成品。优选地，本专利技术所述的一种螺栓生产方法，所述步骤(3)中第二挤压冲头在坯料完全流过梯度成型通道后调节其压力为恒压。优选地，本专利技术所述的一种螺栓生产方法，所述步骤(1)中放入挤压通道内的坯料为两块，其中一块靠近第一挤压冲头，另一块靠近梯度成型通道，所述步骤(3)中，待靠近梯度成型通道的坯料完全流过梯度成型通道后，调节第二挤压冲头的压力为恒压。优选地，本专利技术所述的一种螺栓生产方法，所述坯料由钛合金制成。本专利技术还提供了一种梯度结构钛合金螺栓，所述螺栓采用上述方法制造而成，螺栓由其表面向芯部，合金晶粒尺寸逐渐增大。优选地，本专利技术还提供了一种梯度结构钛合金螺栓，所述螺栓表层合金晶粒为超细晶或纳米晶。本专利技术技术有益效果：本专利技术技术方案通过梯度成型通道对坯料进行挤压，实现螺栓从其表层到芯部的合金晶粒尺寸逐渐增大的梯度结构，使得合金材料制成的螺栓同时具有高强度和高塑性；在实现螺栓梯度结构的同同，完成螺栓头部的成型，操作简单，实用性强，易于工业化应用；对两块坯料进行组合式挤压，可使单块坯料完全通过梯度成型通道，提高材料利用率。附图说明图1为本专利技术实施例所述一种螺栓生产用模具的结构示意图；图2为将坯料放入所述模具后的结构示意图；图3为图2中的C向剖视图。具体实施方式为便于本领域技术人员理解本专利技术技术方案，现结合说明书附图对本专利技术技术方案做进一步的说明。参阅图1，本实施例公开的一种螺栓生产用模具，包括上模1和下模2，所述上模1盖合在下模2上形成模具型腔3，所述模具型腔3包括依次连接的挤压通道31、梯度成型通道32和定径通道33；所述梯度成型通道32的截面呈梯形，且其自挤压通道31向定径通道33方向延伸并渐缩，挤压通道31背离梯度成型通道32的端部设有第一挤压冲头4。所述定径通道33背离梯度成型通道32的端部设有头部成型通道34，所述头部成型通道34的截面以及第二挤压冲头5均对应于螺栓的头部形状，本实施例中以六角螺栓为例，此时，所述第二挤压冲头5的截面如图3所示。所述头部成型通道34背离定径通道33的端部设有第二挤压冲头5。上述的一种螺栓生产用模具的使用如下：(1)预热待加工坯料；(2)将预热后的坯料A放入挤压通道31内，上模1盖合在下模2上；(3)启动压力机，第一挤压冲头4对坯料A施加压力，将坯料A挤入梯度成型通道32内，变形后流入定径通道33和头部成型通道34；坯料A靠近第二挤压冲头5的端部在第二挤压冲头5的作用下镦粗变形，至头部完全成型，得到预制坯；(4)卸压开模，使第一挤压冲头4及第二挤压冲头5复位，取出预制坯；(5)在预制坯上加工螺纹，得到成品。所述步骤(3)中第二挤压冲头5在坯料A完全流过梯度成型通道后调节其压力为恒压。坯料可以选择多种合金制成，具体根据应用场合选择，例如应用于宇航飞行器上的螺栓大多采用钛合金制成。通过第一挤压冲头4对坯料A施加压力，其在梯度成型通道32内挤压变形，通过梯度成型通道32的梯度挤压后，坯料A从其表面向芯部，其晶粒尺寸依次增大，呈梯度分布，进而实现在不降低合金塑性的前提下，提高其强度。参阅图2，作为优选，所述步骤(1)中向挤压通道31内的放入坯料A和坯料B，其中坯料B第一挤压冲头4，坯料A靠近梯度成型通道32，所述步骤(3)中，待坯料A完全流过梯度成型通道32后，再调节第二挤压冲头5的压力为恒压。对两块坯料进行组合式挤压，通过控制坯料的长度，在坯料A完全通过梯度挤压通道32时，第二挤压冲头5对已通过定径通道33的坯料A进行头部成型，由此提高材料利用率。当坯料A成型后，开模取出，此时原来的坯料B代替坯料A的位置，再向挤压通道31内放入新的坯料，占据原来坯料B的位置，并重复上述步骤(3)获取预制坯。此外，上述方法中，坯料在模具中直接由第二挤压冲头5作用，形成螺栓头部，实际生产时，模具也可以不设头部成型通道34，待坯料经梯度成型通道32的梯度挤压，在定径通道33内定径后取出，再采用其他方式形成头部。本实施例中通过上述方法制备的螺栓，其表面向芯部，合金的晶粒尺寸逐渐增大，特别是当螺栓的表层结构为超细晶或纳米晶时，其高塑性、高强度的性能更为显著。本专利技术技术方案在上面结合附图对专利技术进行了示例性描述，显然本专利技术具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本专利技术的方法构思和技术方案进行的各种非实质性改进，或未经改进将专利技术的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本专利技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种螺栓生产用模具，其特征在于，包括上模和下模，所述上模盖合在下模上形成模具型腔，所述模具型腔包括依次连接的挤压通道、梯度成型通道和定径通道；所述挤压通道背离梯度成型通道的端部设有第一挤压冲头。

【技术特征摘要】
1.一种螺栓生产用模具，其特征在于，包括上模和下模，所述上模盖合在下模上形成模具型腔，所述模具型腔包括依次连接的挤压通道、梯度成型通道和定径通道；所述挤压通道背离梯度成型通道的端部设有第一挤压冲头。2.根据权利要求1所述的一种螺栓生产用模具，其特征在于，所述梯度成型通道为自挤压通道向定径通道方向延伸并渐缩的锥形。3.根据权利要求1或2所述的一种螺栓生产用模具，其特征在于，所述定径通道背离梯度成型通道的端部设有头部成型通道，所述头部成型通道背离定径通道的端部设有第二挤压冲头。4.一种采用权利要求1-3任一项所述的螺栓生产用模具的螺栓生产方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)预热待加工坯料；(2)将预热后的坯料放入挤压通道内，上模盖合在下模上；(3)启动压力机，第一挤压冲头对坯料施加压力，将坯料挤入梯度成型通道内，变形后流入定径通道和头部成型通道；坯料靠近第二挤压冲头的端部在第二挤压冲头的作用...

【专利技术属性】
技术研发人员：李萍，吴广善，薛克敏，严思梁，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34